[发明专利]一种基于单根锥形光纤探针测量液滴直径的方法

权利要求书

1.一种基于单根锥形光纤探针测量液滴直径的方法，所采用的锥形光纤探针系统，包括，包括DFB激光器、Y形光纤耦合器、锥形光纤、光电探测器和数据采集卡，DFB激光器发出的单色红外激光，经过光纤耦合器分束后，光信号被传输到锥形光纤探针的尖端，尖端的反射光经过Y形光纤耦合器的另一路被光电探测器接收到后转化为电信号并放大，之后被数据采集卡采集；液滴竖直落下被锥形光纤探针从某一弦长刺破；其特征在于，

步骤一：从锥形光纤的上方已知的不同高度处稳定地产生下落的液滴，控制液滴被锥形光纤从不同弦长位置刺穿，设定采样频率，在每个高度处采集光电探测器的输出信号，同时使用摄像机连续拍摄每个液滴的图像以获得该液滴的直径R；

设光电探测器在锥形光纤从刚接触到液滴开始前的一段时间T内采集的周期信号为预信号；处理光电探测器的输出信号，计算各个被测液滴的速度和弦长L_d＝u×Δt，其中λ表示激光波长；f表示预信号的振荡频率，对预信号做快速傅里叶变换得到预信号的振荡频率；Δt表示某个液滴信号被光电探测器采集到的锥形光纤穿透整个液滴的持续时间；

步骤二：提取每个液滴信号的预信号幅值V_f，即预信号的最大值；计算每个液滴信号的预信号强度其中V_gas表示气相电压，即锥形光纤探针的传感尖端暴露在空气中的光电探测器的输出信号，使用步骤一所得的液滴弦长L_d与摄像机拍摄所得该液滴的直径R计算出液滴的穿刺位置d/R：

步骤三：线性拟合步骤二所得的各个液滴的预信号强度V_p与穿刺位置d/R；

步骤四：开始测量液滴直径；使用锥形光纤探针测量产生的下落液滴，采集光电探测器的输出信号，通过光电探测器的输出信号提取某个液滴的预信号强度V_p后，代入步骤三确定的拟合关系式计算该液滴的穿刺位置d/R；

步骤五：计算该液滴的速度和弦长L_d＝u×Δt，将光纤探针测量的液滴弦长L_d和步骤四确定的穿刺位置d/R代入式中求解液滴的直径R。

2.根据权利要求1所述的基于单根锥形光纤探针测量液滴直径的方法，其特征在于，T＝0.1ms。

3.根据权利要求1所述的基于单根锥形光纤探针测量液滴直径的方法，其特征在于，所述的被光电探测器采集到的锥形光纤穿透整个液滴的持续时间，即光电探测器输出电压水平在0-20mV的信号的持续时间。

4.根据权利要求1所述的基于单根锥形光纤探针测量液滴直径的方法，其特征在于，采样频率为40MIIz。

5.根据权利要求1所述的基于单根锥形光纤探针测量液滴直径的方法，其特征在于，步骤三线性拟合所得到的关系式为d/R＝-0.107V_p+0.692。

6.根据权利要求1所述的基于单根锥形光纤探针测量液滴直径的方法，其特征在于，锥形光纤的尖端为研磨成35°圆锥角的裸纤尖端。

7.根据权利要求1所述的基于单根锥形光纤探针测量液滴直径的方法，其特征在于，Y形光纤耦合器的分裂比为50％：50％。