专利名称：一种气液界面速度测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种气液界面速度的测量装置，尤其是涉及一种用于RM不稳定 性试验气液界面速度的测量装置。
背景技术：
RM不稳定性有着重要的实际应用和理论背景，涉及惯性约束热核聚变、恒星演化、 燃烧现象、湍流研究等诸多领域。气液界面速度是研究流体界面RM不稳定性的机理的重要 参数之一。现有的测量气液界面速度方法通常为高速摄影法，该方法需对采集到的影像逐 祯回放、对比和分析才能获得气液界面速度，测量方法复杂。摄影机拍摄频率和存储空间的 限制等因素易造成影像缺失，并且，由于摄影机性能差异、实验系统透明侧板的折射效应， 以及透明侧板对影像的折射和镜头位置差异也易使分析结果产生一定误差，拍摄到的气液 界面位置照片往往不精确。例如透明侧板折射率为1. 5，摄像机镜头距侧壁130厘米，将 有2%左右的拍摄误差发生。

实用新型内容针对上述背景技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种测量精度得到 提高的气液界面速度测量装置。 为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是该气液界面速度测量装置主 要包括示波器、两个以上气液界面监测器和两个以上信号放大器，所述每个气液界面监测 器包括一个激光发射器和一个置于该激光发射器光路上的光电信号转换器，各激光发射器 的光路相互平行，所述光电信号转换器分别与各自对应的信号放大器的输入端电连接，所 述信号放大器的输出端与示波器电连接。 进一步地，本实用新型所述信号放大器包括第一电阻、第二电阻和信号放大元件， 所述第一电阻和信号放大元件并联，所述第二电阻的一端与所述信号放大元件的输入端连 接，所述第二电阻的另一端与光电信号转换器的输出端连接，所述信号放大元件的输出端 与示波器电连接。 进一步地，本实用新型所述信号放大器还包括电源，所述电源与所述信号放大元 件的接电源引脚电连接。 与现有技术相比，本实用新型的优点是在气液流动实验系统外，沿气液界面运 动方向，利用激光发射器形成横穿气液流动实验系统气液运动通道的两路以上平行激光光 路，利用激光在液体中透过率低于气体的特性，当气液界面发生移动时，原先通过透明侧板 和气体的激光强度将因液体阻断而被削弱，这种激光强度的削弱变化将被设置于气液流动 实验系统另一侧的光电信号转换器侦知，从而产生对应气液界面运动状况的电脉冲信号， 由此电脉冲信号可以实时获取气液界面运动信息，得到气液界面瞬时速度值。本实用新型 结构合理，测量便捷，测量精度高，可消除现有技术中高速摄影法的拍摄误差。
图1是本实用新型测量装置的工作原理示意图； 图2是本实用新型测量装置中信号放大器的电路原理图； 图中1、气液流动实验系统，11、第一透明侧板，12、第二透明侧板，13、液体，14、气 体，2、气液界面监测器，21、激光发射器，22、光电信号转换器，3、信号放大器，31、第二电阻， 32、第一电阻，33、信号放大元件，34、电源，4、示波器。
具体实施方式图1所示为本实用新型气液界面速度测量装置的工作原理示意图。其中，本实用 新型气液界面速度测量装置主要包括气液界面监测器2、信号放大器3和示波器4。 气液界面监测器2至少有两个，所需使用的气液界面监测器的具体数量可根据测 量空间和对气液界面速度变化考察的范围而定，气液界面监测器2的数量越多则对界面速 度变化的考察范围越大。每个气液界面监测器2包括一个激光发射器21和一个置于该激光 发射器21光路上的光电信号转换器22。各激光发射器21的光路相互平行，光电信号转换 器22分别与各自对应的信号放大器3的输入端电连接。光电信号转换器22是指将光信号 转换为电信号的电子元件，例如可以使用光电二极管。各气液界面监测器2相互之间的布 置应遵循彼此间光路平行的原则，可通过调整各激光发射器21的中心轴线保持相互平行、 各激光发射器21与对应的光电信号转换器22的中心轴线在同一直线上、且各光电信号转 换器22的中心轴线相互平行而实现。此外，各激光发射器21的中心轴线的间距可依据所 需界面速度值的精度确定，间距越小，所测速度越接近瞬时值。 每个气液界面监测器2对应地连接有一个信号放大器3，即由气液界面监测器2中 的光电信号转换器22与对应的信号放大器3的输入端电连，各信号放大器3的输出端则与 示波器4电连接。 图2为本实用新型气液界面速度测量装置中信号放大器3的电路原理图。该信号 放大器3由第一电阻32、第二电阻31、信号放大元件33和电源34组成。其中，第一电阻32 和信号放大元件33并联，第二电阻31的一端与信号放大元件33的输入端连接，第二电阻 31的另一端与光电信号转换器22的输出端连接，信号放大元件33的输出端与示波器4电 连接。信号放大元件33可以是电压放大器或互阻放大器，例如可以使用半导体三极管。电 源34与信号放大元件33的接电源引脚电连接。电源34可为信号放大器3提供电力。若 信号放大器3的电路中不使用电源34，则可由外接电路为信号放大器3提供电源，例如与示 波器4电连接，由示波器电路提供电源。 鉴于激光较小的发散度，以及光电信号转换器22的灵敏性，本实用新型气液界面 速度测量装置可以实现气液界面速度的实时分析，能更快速和准确地获得所需气液界面速 度值。 本实用新型气液界面速度测量装置2的工作原理是气液界面经过激光发射器21 发出的光线，会先后遮断各束平行激光光路，使入射到位于对应激光光路上的光电信号转 换器22的激光强度发生变化，光电信号转换器22将侦知此激光强度的改变，产生对应的电 脉冲信号。该电脉冲信号经信号放大器3增强后，以电压信号的形式被输入到示波器4中。 鉴于光路通断对应气液界面的位移为d，而示波器4内两次电压信号的时间间隔对应气液界面通过上述位移的耗时At，由此，气液界面的运动速度v可利用式v = d/At得出。 工作时，将本实用新型气液界面速度测量装置2布置于气液流动实验系统1的第 一透明侧板11和第二透明侧板12的外侧；其中激光发射器21布置于第一透明侧板11的 外侧，光电信号转换器22布置于第二透明侧板12的外侧。激光发射器21用于提供激光源， 激光发射器21发出的激光信号依次经过气液流动实验系统1的第一透明侧板11、气体14、 第二透明侧板12后由光电信号转换器22接收。气液界面位置改变后，原通过气体14的激 光信号将因气液运动而被气液界面位置的液体13阻挡，使激光光路发生阻断，位于激光光 路上的光电信号转换器22因接收到激光信号强度减弱而即时产生对应此激光光信号变化 的电脉冲信号，该电脉冲信号经信号放大器3放大后，以电压信号的形式在示波器4内获得 显示和存储。光路先后通断对应气液界面走过的位移d，该位移等于相邻的两个激光发射器 21的中心轴线间距，而光路通断先后对应的电压信号的时间间隔等于气液界面通过上述位 移的耗时A t，利用公式v = d/ A t，即可计算得出气液界面的运动速度v。
权利要求一种气液界面速度测量装置，其特征在于它包括示波器(4)、两个以上气液界面监测器(2)和两个以上信号放大器(3)，所述每个气液界面监测器(2)包括一个激光发射器(21)和一个置于该激光发射器(21)光路上的光电信号转换器(22)，各激光发射器(21)的光路相互平行，所述光电信号转换器(22)分别与各自对应的信号放大器(3)的输入端电连接，所述信号放大器(3)的输出端与示波器(4)电连接。
2 根据权利要求1所述的一种气液界面速度测量装置，其特征在于所述信号放大器 (3)包括第一电阻(32)、第二电阻(31)和信号放大元件(33)，所述第一电阻(32)和信号放 大元件(33)并联，所述第二电阻(31)的一端与所述信号放大元件(33)的输入端连接，所 述第二电阻(31)的另一端与光电信号转换器(22)的输出端连接，所述信号放大元件(33) 的输出端与示波器(4)电连接。
3. 根据权利要求2所述的一种气液界面速度测量装置，其特征在于所述信号放大器 (3)还包括电源(34)，所述电源(34)与所述信号放大元件(33)的接电源引脚电连接。
专利摘要本实用新型公开了一种测量精度得到提高的气液界面速度测量装置，它包括示波器、两个以上气液界面监测器和两个以上信号放大器，每个气液界面监测器包括一个激光发射器和一个置于该激光发射器光路上的光电信号转换器，各激光发射器的光路相互平行，光电信号转换器分别与各自对应的信号放大器的输入端电连接，信号放大器的输出端与示波器电连接。本实用新型结构合理，测量便捷，测量精度高，可消除现有技术中高速摄影法的拍摄误差。
文档编号G01N21/59GK201488946SQ20092019192
公开日2010年5月26日 申请日期2009年8月13日 优先权日2009年8月13日
发明者张嘎, 施红辉, 王超, 章利特, 董若凌, 贾会霞 申请人:浙江理工大学