结构紧凑的同轴式全场彩虹液滴测量探针的制作方法

本实用新型涉及液滴测量技术，特别涉及一种结构紧凑的同轴式全场彩虹液滴测量探针。该探针基于双透镜和带定焦镜头的相机，用于测量电厂脱硫系统中浆液滴或雾滴的粒径分布、折射率、温度(或组分)等参数。

背景技术：

在环境污染问题日益严重的今天，煤炭清洁利用是大势所趋。煤炭燃烧产生的污染物包括二氧化硫、氮氧化物、可吸入颗粒物、重金属、多环芳烃等。其中二氧化硫作为主要污染物之一，会造成酸雨，腐蚀植被和建筑物，还会危害人类健康。在我国，石灰—石膏法是电厂应用最广泛的二氧化硫脱除技术，脱硫系统中浆液滴与烟气混合，其温度、粒径分布、组分等参数对二氧化硫脱除效率影响很大。目前对浆液滴的测量只是在除雾器出口测量烟气中浆液滴的含量：一种方法是认为浆液滴池中镁离子的浓度和除雾器出口浆液滴中的镁离子浓度相等，采用等速取样法和镁离子滴定法，测量浆液滴中镁离子含量，再折算出液滴的量。另一种方法是采用等速采样使烟气通过一级、二级捕集装置，采样后在干燥前后分别称重，二者之差即为液滴的量。

但是，目前对喷淋区的浆液滴缺少有效的测量方法，而且浆液滴的量难以充分反映浆液滴对脱硫效果的影响。彩虹散射技术通常需要采用直径较大的透镜，进而获得较大的散射光接收范围，以保证参数反演的准确性。然而，轴向尺寸较大的探头难以伸入脱硫系统测孔，不利于工程的实际应用。如能实用新型一种小尺寸全场彩虹探针，能够对脱硫系统的浆液滴的粒径分布、折射率、温度(组分)等参数实现原位测量，这对于深入研究浆液滴参数对脱硫效率影响，并以此改进浆液滴的雾化，从而提高湿法脱硫效率，具有重要意义，同时也为脱硫系统中多相流的深入研究创造了条件。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑的同轴式全场彩虹液滴测量探针。

为解决技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

提供一种结构紧凑的同轴式全场彩虹液滴测量探针，包括光路系统和数码相机；所述光路系统包括顺序安装在透镜套筒中的前透镜、后透镜和带有中心孔的圆盘，圆盘之后设带有定焦镜头的数码相机；一个平行于透镜套筒轴线的光纤准直器固定在圆盘边缘，其发射端对准后透镜上的通孔；前透镜与后透镜的间距小于这两个透镜的焦距，这两个透镜的等效像方焦平面位于后透镜与后透镜焦平面之间，圆盘的中心孔位于后透镜的像方焦点；定焦镜头的参数应保证能记录前透镜与后透镜等效像方焦平面处的清晰彩虹图像。

作为一种改进，所述前透镜为非球面透镜，直径为D，焦距为f1，D/f1>0.77；所述后透镜为球面透镜，直径为D，焦距为f2；所述通孔的直径d>3mm，位于距离后透镜中心0.3D处。

作为一种改进，前透镜和后透镜分别嵌于卡环中；所述透镜套筒带有内螺纹，卡环和圆盘通过各自边缘的外螺纹装在透镜套筒中。

作为一种改进，在透镜套筒的侧面开有半圆孔，在透镜套筒的外侧偏心焊接通气套筒；通气套筒的一端接至半圆孔，用于使来自所述通气套筒的保护气进入透镜套筒，通气套筒的另一端与软管相连用于接入保护气。

作为一种改进，所述光纤准直器带有不可分离的尾纤，且由三个螺钉固定在圆盘的边缘上。

作为一种改进，所述数码相机的图像传感器是CCD或CMOS，感光单元为线阵或面阵，横向分辨率不小于1k。

作为一种改进，还包括一个延长套管，其前端通过螺纹连接的方式接至透镜套筒的后端；延长套管为双层结构，其外管与内管之间为通入冷却气的通道，冷却气入口设于外管的后端；光纤准直器的尾纤和数码相机的电源线、数据线布置在内管中，内管的后端设冷却气出口。

作为一种改进，透镜套筒、圆盘、延长套管由耐酸性腐蚀的材料制成，保护气软管也可布置在内管中。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型的探针能够对脱硫系统的浆液滴和雾滴的粒径分布、折射率、温度(组分)等参数实现原位测量，这对于深入研究浆液滴参数对脱硫效率影响，并以此改进浆液滴的雾化，从而提高湿法脱硫效率，具有重要意义，同时也为脱硫系统中多相流的深入研究创造了条件。

2、本实用新型所述的小尺寸全场彩虹探针，充分考虑到工程实际应用的便携性需要，通过采用同轴式设计，在透镜尺寸一定的前提下，大幅减小全场彩虹探针的轴向尺寸，从而减轻了探针的重量，方便工程使用。

附图说明

图1为同轴式全场彩虹探针光路图。

图2为同轴式全场彩虹探针结构分解图。

图3为延长套管示意图。

图中1光纤准直器；2前透镜；3后透镜；4圆盘；5定焦镜头；6数码相机；7透镜套筒；8卡环；9螺钉；10冷却气入口；11内管；12外管。

具体实施方式

下面结合附图进行更进一步的详细说明：

本实用新型中的同轴式全场彩虹液滴测量探针，其光路系统包括顺序安装在透镜套筒7中的前透镜2、后透镜3和带有中心孔的圆盘4，圆盘4之后设带有定焦镜头的5数码相机6；前透镜2和后透镜3分别嵌于卡环8中，透镜套筒7带有内螺纹，卡环8和圆盘4通过各自边缘的外螺纹装在透镜套筒7中。前透镜2为非球面透镜，直径为D，焦距为f1，D/f1>0.77；后透镜3为球面透镜，直径为D，焦距为f2；后透镜3上设有一个直径d>3mm的通孔，通孔位于距离后透镜3中心0.3D处。一个平行于透镜套筒7轴线的光纤准直器1固定在圆盘4边缘，其发射端对准后透镜3上的通孔。光纤准直器带有不可分离的尾纤，且由三个螺钉9固定在圆盘的边缘上，三个螺钉9能够方便调节光纤准直器1的左右倾角和俯仰角。数码相机6的图像传感器是CCD或CMOS，感光单元为线阵或面阵，横向分辨率不小于1k。

由于为避免前透镜2被浆液滴沾污，需要使用保护气吹扫。在透镜套筒7的侧面开有半圆孔，在透镜套筒7的外侧偏心焊接通气套筒。通气套筒的一端接至半圆孔，用于使来自所述通气套筒的保护气进入透镜套筒；通气套筒的另一端与软管相连用于接入保护气。保护气从后端进入，沿通气套筒传输到前透镜2前部进行吹扫。

透镜套筒7的侧面半圆孔设于透镜套筒的侧壁的下半部分，是细长条形通孔，目的是为了让来自通气套筒的保护气沿径向进入透镜套筒内部，保护透镜防止沾污。之所以采用半圆孔是为了尽量减小整个探针的径向尺寸，通气套筒向下偏心，只有下半部分通保护气，通气套筒后端的保护气入口也设计在下部。之所以选择向下部偏向而不是上部，是考虑到浆液滴整体上是从斜上方进入探针的，将透镜套筒7的保护气入口设计在下部能使保护气流向斜上方向，保护效果更显著。

考虑到使用场景的高温可能对内部器件产生影响，还设计了一个延长套管，其前端通过螺纹连接的方式接至透镜套筒7的后端。延长套管为双层结构，其外管12与内管11之间为通入冷却气的通道，冷却气入口10设于外管12的后端；光纤准直器1的尾纤、数码相机的电源线、数据线以及保护气软管均布置在内管11中，内管11的后端设冷却气出口。冷却气从冷却气入口10进入，沿外管12与内管11之间的通道到达前端，冷却光纤准直器1和相机6，再沿内管11反向离开探针，并冷却相机电源线、数据线、光纤及保护气软管。此外，延长套管还能而加大整个探针的长度，使探针能够伸入脱硫系统中心测量浆液滴参数。

光路布置要求：前透镜2与后透镜3的间距小于这两个透镜的焦距，这两个透镜的等效像方焦平面位于后透镜2与后透镜3焦平面之间，圆盘4的中心孔位于后透镜3的像方焦点；定焦镜头5的参数应保证能记录前透镜2与后透镜3等效像方焦平面处的清晰彩虹图像。光纤准直器1发射的激光水平穿过后透镜3的通孔，被前透镜2会聚到前透镜2的焦点，在焦点处的液滴里经过一次内部反射光束相互干涉，形成干涉条纹，被前透镜2收集，再次转变为平行光，经后透镜3会聚并穿过置于后透镜3焦点处的圆盘4的中心孔，进入定焦镜头5，并在数码相机6的靶面上呈现清晰的全场彩虹图像。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。