流式液滴光测量装置的制作方法

本实用新型属于电子领域，尤其涉及一种流式液滴光测量装置。

背景技术：

检测微小液滴尺寸的方法有静置拍照分析(扫场)和快速摄像机流式拍照(扫点)。前者受限于视野大小，且需要将液滴单层分布，后续统计分析繁琐；后者受限于内存，一般只能记录十几到几十秒的情况，另快门速度有限,流速高时油水界面模糊难辨。专利cn201410242630通过光阻设备实现流过的固体颗粒物计数，但该设备和方法不能获得我们关心的流过物的尺寸大小、速度分布的信息。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提出一种流式液滴光测量装置，可以实现快速的双耦合光阻测量装置。

本实用新型的技术实施方案是：流式液滴光测量装置，用于对流体通道中的液滴进行测量，包括依次设置的用于产生激光的激光光源、用于对来自激光光源的激光进行分光的分光器、位于所述流体通道一侧用于传播并使分光后的激光射穿流体通道的光纤、位于所述流体通道另一侧用于接收所述光纤射出的激光并将光信号转化为电信号的光敏面电路板、一端与所述光敏面电路板连接以采集来自所述光敏面电路板的电信号的数据采集卡，所述数据采集卡的数据输出口与电脑相连，所述流体通道上设有相距一定距离的至少两个光纤检测点，所述光纤的数目与所述光纤检测点的数目相同。

基于上述目的，本实用新型的进一步改进方案是：还包括红外线检测卡，所述红外线检测卡用于将光纤射出的激光与流体通道对准，以使激光垂直射穿流体通道。

基于上述目的，本实用新型的进一步改进方案是：所述的流体通道是横截面为圆形或矩形，特征尺寸在亚微米或微米级的长直管道。

基于上述目的，本实用新型的进一步改进方案是：所述的光敏面电路板包括多个光敏面接收元件、nbc接头和电源，所述光敏面接收元件与所述光纤的数目相同且处于同一光路上，所述每个光敏面接收元件分别接至nbc接头，所述电源接至相串联的光敏面接收元件和nbc接头的两端，所述nbc接头的输出端为光敏面电路板的电信号输出端。

基于上述目的，本实用新型的进一步改进方案是：所述光敏面电路板和数据采集卡集成于同一盒子中，所述盒子上还设有光纤支架和光纤扣，所述光纤支架上开有光纤孔，所述光纤扣置于光纤孔中，光纤支架架设于盒子上以用于将光纤与盒内的光敏面接收元件对准。

有益效果

本实用新型由于采用上述双耦合光阻测量装置，数据采集速度快，达到20hz,存入的电脑硬盘能保证长时间纪录。

附图说明

图1为本实用新型实施例一光检测集成设备外观；

图2为本实用新型实施例一对准支架示意图；

图3为本实用新型实施例一光纤扣示意图；

图4为本实用新型实施例一光敏面电路板的电路原理图；

图5为本实用新型实施例一流式液滴光测量装置示意图；

图6为本实用新型实施例二光测量方法操作流程图；

图7(a)为本实用新型实施例二光纤检测的空间排布图；

图7(b)为本实用新型实施例二流型与电信号形状图；

图8为本实用新型实施例二脉冲电信号液滴与外相示意图；

图9为本实用新型实施例二光纤布微通道管方式示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案的原理及优点更加清晰，以下结合附图及具体实施方案，对本实用新型进行进一步详细说明。在本实施方式中，所描述的具体实施方案仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一

如图1所示和图5所示，流式液滴光测量装置，用于对流体通道7中的液滴进行测量，包括依次设置的用于产生激光的激光光源1、用于对来自激光光源的激光进行分光的分光器2、位于所述流体通道7一侧、用于传播并使分光后的激光射穿流体通道7的光纤3、位于所述流体通道7另一侧用于接收所述光纤3射出的激光并将光信号转化为电信号的光敏面电路板4、一端与所述光敏面电路板4连接以采集来自所述光敏面电路板4的电信号的数据采集卡5，所述数据采集卡5的数据输出口与电脑6相连，所述流体通道7上设有至少相距一定距离的两个光纤检测点，所述光纤3的数目与所述光纤检测点的数目相同。光敏面电路板4将光信号转化成电信号，导入数据采集卡5，并存入与数据输出口相连的电脑6里。所述流式液滴光测量装置还包括红外线检测卡，所述红外线检测卡用于将光纤3射出的激光与流体通道7对准，以使激光垂直射穿流体通道7。所述的流体通道是横截面为圆形或矩形，特征尺寸在亚微米或微米级的长直管道。所述光敏面电路板和数据采集卡集成于同一盒子中，所述盒子上还设有光纤支架和光纤扣，如图2和图3所示，所述光纤支架上开有光纤孔，所述光纤扣置于光纤孔中，光纤支架架设于盒子上以用于将光纤与盒内的光敏面接收元件8对准。如图4所示，所述的光敏面电路板包括多个光敏面接收元件8、nbc接头9和电源，所述光敏面接收元件8与所述光纤的数目相同且处于同一光路上，所述每个光敏面接收元件8分别接至nbc接头9(bayonetnutconnector，刺刀螺母连接器，是一种用于同轴电缆的连接器)，所述电源接至相串联的光敏面接收元件8和nbc接头9的两端，所述nbc接头9的输出端为光敏面电路板的电信号输出端。

我们实用新型产品的整体外观如图1，首次将光检测设备集成为一个便携化单元。我们将检测光信号变化的光敏面电路板和保存转化后的电信号的数据采集卡集成在一个盒子里，自带电源。另配有上游激光光源和分光器，通过线切割技术加个光纤支架见图2，光纤扣上有两对光纤检测口，该光检测设备可同时检测两条流体通道中液滴流过的信息。光纤支架夹在黑盒上时，恰好与盒内的光敏原件对准，操作便携简单，容易推广至其他工程应用场合。

实施例二

如图5和图6所示，流式液滴光测量方法，激光光源产生激光经分光器分光后进入光纤，如图7(a)和图9所示，光纤中的激光射出后，穿过液滴流经的流体通道进入光敏面电路板，在流体通道上安排至少两个光纤检测点，光敏面电路板将接收到的激光的光信号转化为电信号，数据采集卡采集光敏面电路板的电信号，并将电信号随时间变化的信号文件保存至电脑中进行分析，每条光纤通道会保存一个电信号文件实现流式液滴光测量。

实用新型装置的测量流程如图6所示：半导体激光光源产生的近红外光经过分光器，分为四路，各自在光纤内传输。与cn201410242630不同的是，我们在流体通道上紧密安排两个光纤检测点，如图7(a)所示。激光从光纤射出，通过红外线检测卡(vrc2,https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm？objectgroup_id＝296，vrc2是一个信用卡大小的探测卡，用于观察波长范围在400-640nm或800-1700nm的光。这种耐用的塑料卡在其下前表面为光感区域，非常方便定位可见光或近红外(nir)光束及其焦点。使用观察卡前需要用可见光充电。由于卡片需要充电才能发射光，用户必须在光敏区内不断移动入射光斑的位置，以此维持受激发射光的强度。为了在对准过程中更方便使用，观察卡的探测区都延伸到了边缘，并且刻有两个用于激光准直的十字线。十字线粗细约为0.004英寸，中间两个同心圆的直径大约为0.063英寸和0.288英寸，水平和竖直线长均约为0.512英寸。)将其与流体通道对准。垂直投射过的激光由流体通道另一侧的光敏面电路板的光敏面元件接收，并将光信号转换为电信号。数据输出口通过数据采集卡将电信号直接记录在电脑硬盘里，每条光纤通道会保存一个电信号文件。普通电脑能满足上百小时的连续记录。

通过visualbasic环境下自编程序，能从电信号中计算出这段时间内依次流过光纤的所有液滴的尺寸。我们独有的程序计算思路为：液滴流过检测口会有特定的波形，见图7(b)，选择临界值以区分两相。一个液滴流过两个耦合光纤位置的时间差可知，结合两个光纤的间距s，能计算出液滴的瞬时速度；液滴的尺寸由瞬时流速、波形经历的时间和通道结构计算而得。

1、液滴含量的测量：

光通过水液滴时透过率大，由光电二极管响应后电压值较大；在油相外相中，光透过率小，由光电二极管响应后电压值较小；用电压最大值和最小值的平均值作阈值，来区别两相，如图8。

利用光纤探测得到的电压信号，分别计算出液滴和油相的占有率(α、η)：

其中，t是探测时间，tgi是探测液滴的探测时间，tli是油相探测的时间。

2、各个液滴速度的测量：

如图9所示，(顺着流体通道管的方向排布两个光纤传感器，间隔为scm，样机中s＝1cm)

一个液滴有特有的波形，经过两个光纤的时间差为t’，则瞬时速度v＝s/t’。s为顺着流体通道方向排布的两条光纤之间的间隔，t’为液滴经过两条光纤的时间差。

3、液滴长度的计算：

如图8所示，当设立区别液滴和外相的临界值，就可以得到每个液滴的波形图，这个波峰在x轴占据的时间就是这个液滴通过光纤监测点的时间tdrop。液滴的长度等于瞬时速度与tdrop的乘积。

因为液滴通过光纤探测处时的电压为低电压，通过液滴平均速度与低电平持续的时间(也就是液滴经过光纤探测处的时间)相乘，就得到了液滴的长度。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。