磁场耦合的湍流探测器及系统的制作方法

本发明涉及流体测量领域，具体而言，涉及一种磁场耦合的湍流探测器及系统。

背景技术：

当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流，也称为稳流或片流；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流；当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，在流场中有许多小漩涡，层流被破坏，相邻流层间不但有滑动，还有混合，从而形成湍流，又称为乱流、紊流或扰流。

现有技术中，对湍流的探测主要是依据雷诺数进行判断，雷诺数是一种可用来表征流体流动情况的无量纲数。计算公式为：其中，υ、ρ、μ分别为流体的流速、密度与黏性系数，d为一特征长度。例如流体流过圆形管道，则d为管道的当量直径。

但是，在对湍流的计算中，流速、密度、黏性系数和特征长度均是经过测量得到，在测量的过程中，由于人为操作可能会产生测量误差，使得对湍流的最终计算结果不准确。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种磁场耦合的湍流探测器及系统，以解决现有技术中对湍流的最终计算结果不准确的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种磁场耦合的湍流探测器，湍流探测器包括：底盘、光纤、腔体、转动部和磁流体，其中，腔体为透明材料；

光纤、腔体、转动部和磁流体均设置在底盘的一侧，光纤与腔体垂直设置，腔体内部填充有磁流体，转动部垂直于腔体设置，转动部远离腔体的一端铰接在底盘上；

转动部包括杠杆和线圈，线圈缠绕在杠杆靠近腔体的一端，杠杆另一端与底盘转动设置。

可选地，该腔体为非对称结构。

可选地，该腔体靠近转动部的一侧设置为内凹形状

可选地，该腔体为对称结构。

可选地，该湍流探测器还包括增强磁场层，增强磁场层设置在转动部靠近腔体的一端，用于增强磁场。

可选地，该增强磁场层的材料为铁磁材料。

可选地，该腔体的材料为二氧化硅。

可选地，该光纤为单模光纤和多模光纤中任意一种。

第二方面，本发明实施例提供了另一种磁场耦合的湍流探测系统，磁场耦合的湍流探测系统包括：电源和上述任意一项的湍流探测器，电源与湍流探测器的线圈电连接。

可选地，该电源为电流可调电源。

本发明的有益效果是：

本申请通过将光纤、腔体、转动部和磁流体均设置在底盘的一侧，光纤与腔体垂直设置，腔体内部填充有磁流体，转动部垂直于腔体设置，转动部远离腔体的一端铰接在底盘上，转动部包括杠杆和线圈，线圈缠绕在杠杆靠近腔体的一端，杠杆另一端与底盘转动设置，该杠杆在湍流的作用下发生转动，使得该线圈产生的磁场发生改变，进而使得该腔体中的磁流体与线圈的耦合情况发生改变，使得光纤返回的光的波长发生改变，通过对光纤返回的光的波长进行测量，就可以得到该磁流体与线圈的耦合情况，进而得到该磁场的变化情况，通过该磁场的变化情况就可以得到该杠杆的转动情况，即可以得到测量区域湍流的流速。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种磁场耦合的湍流探测器的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的另一种磁场耦合的湍流探测器的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的另一种磁场耦合的湍流探测器的结构示意图。

图标：10-底盘；20-光纤；30-腔体；40-转动部；41-杠杆；42-线圈；43-增强磁场层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一金属板实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明一实施例提供的一种磁场耦合的湍流探测器的结构示意图，如图1所示，本申请实施例提供了一种磁场耦合的湍流探测器，湍流探测器包括：底盘10、光纤20、腔体30、转动部40和磁流体，其中，腔体30为透明材料；光纤20、腔体30、转动部40和磁流体均设置在底盘10的一侧，光纤20与腔体30垂直设置，腔体30内部填充有磁流体，转动部40垂直于腔体30设置，转动部40远离腔体30的一端铰接在底盘10上；转动部40包括杠杆41和线圈42，线圈42缠绕在杠杆41靠近腔体30的一端，杠杆41另一端与底盘10转动设置。

该湍流探测器中的底盘10的形状可以根据实际情况进行选择，一般的该底盘10可以为矩形，也可以为圆形，在此不做具体限定，该光纤20、腔体30、转动部40和磁流体均设置在底盘10上，其中该转动部40包括杠杆41和线圈42，线圈42缠绕在杠杆41靠近腔体30的一端，杠杆41另一端与底盘10转动设置，该光纤20和腔体30均固定设置在该底盘10上，该光纤20的长度根据实际情况进行选择，在此不做具体限定，该磁流体填充在该腔体30中，可以将该腔体30填充满，也可以填充一部分，具体填充数量根据实际情况进行选择，该线圈42在通电的情况下可以产生磁场，将该湍流探测部置于该磁场中，当线圈42通电之后会产生磁场，并且由于该转动部40铰接在底盘10上，则该转动部40的杠杆41可以转动，当该线圈42通入的电流发生改变的时候，产生的磁场大小也发生改变，磁场改变使得磁流体的折射率也发生改变，水中的光可以通过该湍流之后进入到该腔体30中，与光纤20中的光发生共振，由于磁场改变使得磁流体的折射率也发生改变，使得该腔体30的共振频率进行改变，通过该腔体30的共振频率的变化与湍流的对应关系，得到湍流的具体数据，需要说明的是，该腔体30的共振频率的变化与湍流的对应关系，根据实际测量得到，在此不做具体赘述，该腔体30为透明材料使得该腔体30可以更好的透光，该透明材料根据实际需要进行选择，在此不做多余限定。

另外，可以通过改变线圈42中的电流大小，改变探测湍流的大小，例如当测量较小的湍流时，接入小电流，杠杆41转动小；当测量较大的湍流时，接入大电流，杠杆41转动大，以便探测到杠杆41的转动。共振原理：光从光纤20中出来，传播到腔体30的左边，之后回到顶部光纤20中，形成一条共振路径，还可以光射出光纤20，传播到该腔体30的右边，然后在再反射回到光纤20，形成另一条共振路径。

名词解释：

湍流是流体的一种流动状态。当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，层流被破坏，相邻流层间不但有滑动，还有混合，形成湍流，又称为乱流、扰流或紊流。

铰接指用铰链连接。常用在机器、车辆、门窗、器物的两个部分的装置或零件的连接，如铰接式无轨电车、铰接式货车、铰接式客车。人们常见的门扇和门框是连接在一起的，所以它们是不可以分离的，但它们还是可以具有有条件的相对运动。

可选地，该腔体30为非对称结构。

该腔体30可以是非对称的，例如腔体30的左边的短、右端的长，这样就可以识别杠杆41的转动方向：往不同方向偏振时，对上述不同的共振波长造成改变，具体该腔体30的形状根据实际需要进行选择，在此不做具体限定，当该腔体30是非对称的时候，两条共振路径不相同。

图2为本发明一实施例提供的另一种磁场耦合的湍流探测器的结构示意图，如图2所示，可选地，该腔体30靠近转动部40的一侧设置为内凹形状。

在该腔体30为非对称结构的时候，杠杆41转动到大角度时，腔体30与杠杆41头部的距离大，耦合会减弱就弱，对磁流体折射率的改变就减小，请参照图2，当杠杆41转到大角度，该杠杆41头部与腔体30的距离不变，与腔体30的耦合还是很强的，从而使得对湍流的测量更加准确。

可选地，该腔体30为对称结构。

该腔体30还可以为对称结构，对称结构可以是规则形状，也可以是不规则形状，根据实际情况进行选择，在此不做限定。

图3为本发明一实施例提供的另一种磁场耦合的湍流探测器的结构示意图，如图3所示，可选地，该湍流探测器还包括增强磁场层43，增强磁场层43设置在转动部40靠近腔体30的一端，用于增强磁场。

可选地，该增强磁场层43的材料为铁磁材料。

可以将该铁磁材料作为增强磁场层43的材料，涂覆在该杠杆41设置有线圈42的一端，用于将该湍流探测器产生的磁场进行增强，并且还增强了腔体30与杠杆41之间的耦合，使得对湍流的测量结果更加准确，该增强磁场层43的涂覆厚度根据实际情况而定，在此不做具体限定。

可选地，该腔体30的材料为二氧化硅。

由于二氧化硅具有较高的透光性，且成本较低，则可以使用二氧化硅作为腔体30的材料，使得该腔体30透明。

可选地，该光纤20为单模光纤和多模光纤中任意一种。

该光纤20可以为单模光纤，还可以为多模光纤，在此不做具体限定。

本申请通过将光纤20、腔体30、转动部40和磁流体均设置在底盘10的一侧，光纤20与腔体30垂直设置，腔体30内部填充有磁流体，转动部40垂直于腔体30设置，转动部40远离腔体30的一端铰接在底盘10上，该杠杆41在湍流的作用下发生转动，使得该线圈42产生的磁场发生改变，进而使得该腔体30中的磁流体与线圈42的耦合情况发生改变，使得光纤20返回的光的波长发生改变，通过对光纤20返回的光的波长进行测量，就可以得到该磁流体与线圈42的耦合情况，进而得到该磁场的变化情况，通过该磁场的变化情况就可以得到该杠杆41的转动情况，即可以得到测量区域湍流的流速，另外，由于本实施例全光纤的方式，本征绝缘，传感器在水下无功耗，使得该湍流探测器不用单独提供电源，湍流探测器还是本征绝缘，避免各种水密封装对传感器性能的影响。

本申请实施例还提供了一种磁场耦合的湍流探测系统，磁场耦合的湍流探测系统包括：电源和上述任意一项的湍流探测器，电源与湍流探测器的线圈42电连接。

可选地，该电源为电流可调电源。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。