一种摄像探头及侵入式在线多相测量仪的制作方法

本实用新型涉及物理测量技术领域，尤其涉及一种摄像探头及侵入式在线多相测量仪。

背景技术：

多相流反应体系广泛存在于石油、化工、环境、能源和冶金等众多工业生产过程，其中以液体作为连续相，固体颗粒、气泡或液滴作为分散相的体系最为常见。多相体系内存在不同相态物质之间的混合、分散、能量传递和化学反应，为了实现良好的相间传质，提高传热和传质效率，加速反应过程，需要同时保证固体颗粒的离底悬浮和气体在反应器内的均匀分散。反应器内分散相局部性质(粒度、分布形态和相含率等)是反应多相体系中分散特性的关键因素，它可以有效地反应多相反应器内部流体的流动和混合情况，对多相流反应器的分析、选型及设计放大具有重要意义。

与传统的光纤探针法、电导探针法、激光类测量方法和断层扫描技术相比，图像法以其准确性、直观性与适用于三相体系测量的特点近年来得到长足发展。图像法是利用可见光成像，可见光在被测物体上经过反射即可得到颗粒信息，记录图像的一般为图像传感器(ccd或cmos)，反应器内流体的流动状态信息可以根据数字图像直接观测得到。

目前侵入式多相测量仪的探头中，照明组件与摄像组件均设置在同一封装管内，导致组装、维修困难，故障时需要对整体探头进行拆解、更换，操作复杂，维修成本高。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的在于提出一种摄像探头，该摄像探头结构简单、拆装容易，能够解决探头里的照明组件与摄像组件设置于同一封装管内导致不易拆解、更换的问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种摄像探头，包括探头杆、摄像组件、封装管、视窗、照明组件和电传导组件，所述探头杆其内中空；所述封装管后端与所述探头杆可拆卸连接；所述视窗密封连接于所述封装管的前端内；所述照明组件设置于所述封装管中并位于所述视窗的靠近所述探头杆的一侧；所述电传导组件，所述电传导组件包括：电刷组件，设置于所述封装管的后端内，并与所述照明组件电连接；导电滑环，设置于所述探头杆内，所述导电滑环与电源电连接，所述封装管与所述探头杆连接时，所述电刷组件与所述导电滑环接触并导通。

优选地，所述视窗包括：玻璃片，设置于所述封装管内；增透膜，设置于所述玻璃片的内侧。

优选地，所述摄像探头还包括：挡圈，所述挡圈固定在所述封装管内，所述玻璃片的端面与所述挡圈抵接；卡块，所述卡块固定在所述封装管内，所述玻璃片的外环面与所述卡块抵接，且所述卡块与所述玻璃片接触的表面为斜面，所述斜面与所述封装管的轴线之间的距离由前至后逐渐增大。

优选地，所述摄像探头还包括第一密封圈，所述第一密封圈设置在所述玻璃片的外环面与所述封装管间。

优选地，所述照明组件包括：印刷电路板，呈环形，设置于所述封装管内，所述印刷电路板与所述电刷组件通过导线连接；多个led，均匀分布于所述印刷电路板的朝向所述视窗的一侧。

优选地，所述封装管和所述探头杆套接，所述封装管和所述探头杆二者中的一个设置有内螺纹，另一个设置有与所述内螺纹配合的外螺纹。

优选地，所述封装管的外壁设置有所述外螺纹，所述封装管的外壁与所述探头杆配合的位置设置有凹槽，所述凹槽内安装有第二密封圈。

优选地，所述电刷组件包括：导电刷环，设置于所述封装管的后端端面上；导电刷，设置于所述导电刷环上，所述导电刷的一端能与所述导电滑环抵接，另一端与所述照明组件电连接。

优选地，所述导电刷为镀金弹簧顶针或弹性金属片。

本实用新型的另一目的在于提出一种侵入式在线多相测量仪，侵入式在线多相测量仪中的摄像探头结构简单、拆装容易，能够解决探头里的照明组件与摄像组件设置于同一封装管内导致不易拆解、更换的问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种侵入式在线多相测量仪，包括上述的摄像探头。

有益效果：本实用新型提供了一种摄像探头及侵入式在线多相测量仪。该摄像探头中，照明组件和摄像组件分别设置在封装管和探头杆内，容易拆装；封装管和探头杆可拆卸连接，故障时可以根据需要仅更换封装管内结构或探头杆内结构，维修成本低且操作容易；通过电刷组件和导电滑环的配合，可以在封装管和探头杆可拆的基础上，实现为照明组件供电。

附图说明

图1是本实用新型提供的摄像探头在爆炸状态的剖视图；

图2是本实用新型实施例提供的照明组件的俯视图；

图3是本实用新型实施例提供的电传导组件中电刷组件的俯视图；

图4是本实用新型实施例提供的电传导组件中导电滑环的俯视图。

1、物镜窗；11、视窗；111、卡块；112、第一密封圈；113、挡圈；

12、封装管；121、第二密封圈；

13、照明组件；131、led；132、印刷电路板；

14、电传导组件；141、电刷组件；1411、导电刷环；1412、导电刷；1413、第二导电接触层；142、导电滑环；1421、第三导电接触层；

151、led正极导线；152、led负极导线；

2、探头杆。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

本实施例提供了一种侵入式在线多相测量仪，包括摄像探头和采样计算机，摄像探头能够进入流体内获取图像信息，并将图像信息输送至采样计算机，采样计算机能够处理并显示该图像信息。

可选地，采样计算机包括信号处理器和显示器，信号处理器用于接收并处理摄像探头输送的图像信息，显示器用于接收信号处理器处理后的信息并显示。

如图1所示，本实施例中的摄像探头包括探头杆2、摄像组件、封装管12、视窗11、照明组件13和电传导组件14。探头杆2为中空结构，摄像组件设置于探头杆2中并与信号处理器通讯连接。封装管12的后端与探头杆2可拆卸连接；视窗11密封连接于封装管12的前端内；照明组件13设置于封装管12中并位于视窗11的靠近探头杆2的一侧；电传导组件14包括电刷组件141和导电滑环142，电刷组件141设置于封装管12的一端内，并与照明组件13电连接；导电滑环142设置于探头杆2内，导电滑环142与电源电连接，封装管12与探头杆2连接时，电刷组件141与导电滑环142接触并导通，以便电源为照明组件13供电。

该摄像探头中，照明组件13和摄像组件分别设置在封装管12和探头杆2内，容易拆装；封装管12和探头杆2可拆卸连接，故障时可以根据需要仅更换封装管12内结构或探头杆2内结构，维修成本低且操作容易；通过电刷组件141和导电滑环142的配合，可以在封装管12和探头杆2可拆的基础上，实现为照明组件13供电。可以理解的是，封装管12伸入待探测物体里的一端为前端，视窗11设置在封装管12的最前端，其后依次设置有照明组件13和电刷组件141。

视窗11用以在保证通光的同时将摄像探头与待探测物体隔离开，照明组件13用以照明待探测物体，方便摄像组件成像清晰，且使采样计算机容易采集图像信息以便后续操作。

本实施例中，封装管12、视窗11和照明组件13组成物镜窗1。其中，视窗11包括玻璃片和增透膜，玻璃片密封设置于封装管12内，以避免待测流体进入封装管12内。增透膜设置于玻璃片的内侧，用来增加透光率，以使玻璃片上成像更清晰。

为固定玻璃片，物镜窗1还包括挡圈113和卡块111。挡圈113固定在封装管12内，玻璃片设置在挡圈113的前侧，且玻璃片的后侧端面与挡圈113抵接；卡块111固定在封装管12内并位于玻璃片的外环面与封装管12的内壁之间，玻璃片的外环面与卡块111抵接，且卡块111的与玻璃片接触的表面为斜面，该斜面与封装管12的轴线之间的距离由前至后逐渐增大，使卡块111能够限制玻璃片相对封装管12向前侧移动，通过卡块111和挡圈113的配合可以实现玻璃片的轴向固定，避免因待探测物体内部负压时玻璃片脱离物镜窗1。

可选地，卡块111可以为环形结构，环形的卡块111套设于玻璃片外侧，增加与玻璃片的接触面积，更好地实现玻璃片的固定。

其中，卡块111与封装管12通过胶接。

为使视窗11和封装管12之间防水机械密封，物镜窗1还包括第一密封圈112，第一密封圈112设置在玻璃片的外环面与封装管12间，且位于卡块111与挡圈113之间，通过第一密封圈112的挤压变形实现视窗11与封装管12的密封。

可选地，玻璃片采用光学石英或蓝宝石材料，以提高视窗11的耐磨性。

可选地，玻璃片的边缘做磨边处理，一方面避免尖锐的边缘损伤第一密封圈112，一方面在填涂透明硅胶时使其易于流入玻璃片与第一密封圈112的间隙，增强结构的密封效果。

根据不同的测试需求，需要使用的物镜窗1的参数不同，通过封装管12与探头杆2的可拆卸连接，可以方便根据需要更换视窗11的大小和厚度、照明组件13的结构以及封装管12的长度。

为了实现物镜窗1和封装管12的可拆卸连接，封装管12和探头杆2套接，封装管12和探头杆2二者中的一个设置有内螺纹，另一个设置有与内螺纹配合的外螺纹。

本实施例中，封装管12的外壁设置有外螺纹，探头杆2的内壁设置有内螺纹，封装管12穿设于探头杆2内并通过螺纹固定。相比封装管12套设于探头杆2外，将封装管12伸入探头杆2内，有利于减小封装管12的直径，当封装管12浸入流体内时，对多相反应器内的流场干扰小。

本实施例中，封装管12的外壁设置有外螺纹，封装管12的外壁的与探头杆2配合的位置靠近电刷组件141的外壁上设置有多个凹槽，凹槽内安装有第二密封圈121，当物镜窗1和封装管12螺纹连接后用以进行防水密封。

本实施例中，照明组件13包括印刷电路板132和多个led131，印刷电路板132设置于封装管12内，并呈环形，以便摄像组件能够透过印刷电路板132的中心孔拍摄采集视窗11外部的物体。多个led131分布于印刷电路板132的朝向视窗11的一侧，印刷电路板132与电刷组件141通过导线连接，以便为led131供电，led131将照亮视窗11周围的环境，以使图像采集更清晰。

本实施例中，led131均匀分布于印刷电路板132的朝向视窗11的一侧。在其他实施例中，根据照明需求led131也能不均匀的分布于印刷电路板132的朝向视窗11的一侧。印刷电路板132材料采用环氧玻璃纤维，这种材料具有较高的机械性能和介电性能。

为了避免印刷电路板132与封装管12内壁接触进而导电，印刷电路板132远离玻璃片的一面上第一导电接触层的直径小于封装管12的对应位置的直径。

由于led131发热量大，在其他实施例中，印刷电路板132还可以采用铝基板，这种材料具有高散热、低热阻、耐压高的优点。

为了保证摄像探头的工作距离，印刷电路板132固定在距离视窗11的端面8-15mm的封装管12内侧。

为了减小物镜窗1的体积，本实施例采用贴片式led。

如图2所示，为了保证视野范围内光照均匀，多个贴片式led焊在印刷电路板132靠近视窗11的一面。

本实施例中，封装管12内壁呈阶梯结构，封装管12从前至后段依次分为第一内径管、第二内径管和第三内径管，其内径依次变小。安装时，先将照明组件13放入封装管12内的第二内径管和第三内径管形成的台阶面上，印刷电路板132与封装管12的内壁缝隙用环氧树脂胶粘接并填充有导热硅油，导热硅油可以挤出缝隙内的空气形成实体导热腔，将热量传递到封装管12外壁，起到良好的散热作用，在保障散热性的前提下避免光线透过缝隙进入第三内径管中，可以进一步集中照明亮度，提高光线的利用率，且因采用非机械结构固定照明组件13，可以充分利用第二内径管的空间，使印刷电路板132的直径增大进而增加led131的数量或尺寸，提高照明亮度，摄像组件就能够拍摄更暗的实验体系，扩大摄像探头的应用范围。再将挡圈113放在封装管12的第一内径管和第二内径管形成的台阶面上，随后依次放上视窗11、第一密封圈112和卡块111，最后在封装管12前端填涂透明硅胶用以防水密封。且印刷电路板132远离视窗11的一面引出led正极导线151和led负极导线152分别与电刷组件141连接，将电刷组件141放入封装管12的后端内，采用环氧树脂胶接或焊接将电刷组件141固定粘接在封装管12内。安装导电滑环142时，将导电滑环142放入探头杆2内，并采用环氧树脂胶将导电滑环142固定粘接在探头杆2内。考虑到探头杆2上设置有内螺纹，导电滑环142安装在探头杆2前端内15-30mm处

如图3和图4所示，电刷组件141包括导电刷环1411和导电刷1412，导电刷环1411设置于封装管12内；导电刷1412设置于导电刷环1411上，导电刷1412的一端能与导电滑环142抵接，另一端与照明组件13电连接。其中，导电刷环1411和导电滑环142均采用环氧玻璃纤维制成的印刷电路板132。本实施例中，导电刷环1411的两面涂有第二导电接触层1413，导电滑环142的两面涂有第三导电接触层1421，用以形成导电通路。

为保证导电刷1412与导电滑环142接触的可靠性，又避免导电刷1412易变形、寿命短的问题，本实施例采用镀金弹簧顶针作为导电刷1412。在其他实施例中，也可采用弹性金属片作为导电刷1412。

为避免由于物镜窗1位置偏差致使导电刷1412与导电滑环142脱离接触，本实施例采用2对以上导电刷1412均匀排列在电刷组件141的第二导电接触层1413上，保证了可靠接触。

本实施例中，导电滑环142与电源通过导线连接，通过线夹、胶带和硅胶将导线紧贴在探头杆2管壁内侧，防止导线年久松懈变形，阻挡探头杆2中心光路的传播。

可选地，led正极导线151和led负极导线152通过线夹或胶带紧贴在封装管12管壁内侧，防止因年久松懈变形，阻挡探头杆2中心光路的传播。

本实施例中，摄像组件可以包括远心镜头，远心镜头直接拍摄待探测物体的方法，可拍摄到无畸变高分辨率的图像。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。