一种扫描式喷嘴雾化场雾滴粒径和浓度空间分布分析仪，用于测量仪器技术领域。本发明专利技术包括：可编程控制导轨架、两个微调支座、颗粒粒径和浓度光学传感器、Ａ／Ｄ转换器、计算机。其中颗粒粒径和浓度光学传感器为分离结构，由发射端和接收端构成，它们分别被安装在微调支座上，微调支座固定在可编程控制导轨架上，发射端和接收端采集到的光电信号通过导线连接到Ａ／Ｄ转换器的输入端，Ａ／Ｄ转换器输出的数字信号通过导线传输到计算机。本发明专利技术主要应用于各种喷嘴的喷雾场研究，对喷嘴的工作介质没有特殊要求，甚至可以用来测量气固两相喷射流内固相颗粒的粒径和浓度的空间分布，采样区域大，浓度测量误差小，测量过程易于自动化，实验测量周期短。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及雾滴粒径和浓度空间分布的分析仪，特别是一种扫描式喷嘴雾化场雾滴粒径和浓度空间分布分析仪。用于测量仪器
技术介绍
喷嘴在化工、能源、环保等诸多工业领域有着广泛应用，喷雾的雾滴颗粒和浓度及其在空间分布情况对喷嘴使用性能有很大影响。同时喷雾物理过程十分复杂，现阶段单纯依靠理论方法尚难以准确求解雾滴场中颗粒和浓度及其在空间分布，实验测量仍是这类研究和应用工作中主要手段之一。喷雾过程是一个动态的气液两相流过程，雾滴粒径小且在空间和时间上存在都非常有限，因此测量工作难度很大。近三十年来科研人员对喷雾测量技术进行了大量研究工作，取得了一些成果。其中光学方法具有非接触测量的特点，特别适用于诸如雾滴这样的气液带粒两相流的测量，在现有喷雾测量技术占有主导地位。 最具代表性的是激光相位多普勒(简称PDA或PDPA)技术，研究人员经常利用它来对喷雾情况进行研究，Frank Puschmann等人在期刊《Experimental Thermaland Fluid Science》(期刊中文名称《实验传热和流体科学》)的2004年28卷上发表了“Transient measurement of heat transfer in metal quenching withatomized sprays”一文，该文介绍了用PDA对喷雾后雾滴在热金属表面蒸发情况进行测量的情况，以此来研究雾滴传热。PDA技术利用多对聚焦激光束从不同方向入射到雾滴表面，利用从雾滴表面散射光波的相位差求取粒径。这种仪器在使用时不足之处主要体现在测量区小，具有很高空间分辨率的同时也牺牲了测量数据的代表性，测量数据用于计算浓度时误差较大；对于非球形颗粒测量结果难以给出合理的粒径解释，对非球形颗粒测量的误差较大；PDA是种点测量技术，完成一个喷雾场的测量周期较长。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足和缺陷，提供一种扫描式喷嘴雾化场雾滴粒径和浓度空间分布分析仪，即利用颗粒和浓度光学传感器和可编程控制导轨架构成的扫描式喷嘴雾化场雾滴粒径和浓度空间分布分析仪，使其具有采样区域大，测量结果在空间域内具有较高的代表性，浓度测量误差小，可得到空间各点雾滴粒径和浓度，测量过程易于自动化，实验测量周期短。 本专利技术通过以下技术方案实现，本专利技术包括可编程控制导轨架、两个微调支座、颗粒粒径和浓度光学传感器、A/D转换器、计算机。其中颗粒粒径和浓度光学传感器为分离结构，由发射端和接收端构成，它们分别被安装在微调支座上，微调支座固定在可编程控制导轨架上，发射端和接收端采集到的光电信号通过导线连接到A/D转换器的输入端，A/D转换器输出的数字信号通过导线传输到计算机。 本专利技术工作时，喷雾雾滴自颗粒粒径和浓度光学传感器的发射端和接收端之间的空间流过，利用颗粒粒径和浓度光学传感器和可编程控制导轨架完成喷雾场中一系列直线上雾滴平均粒径和浓度的测量，测量不同直线时位置的变动由可编程控制导轨架扫描完成，而在对一条直线上雾滴粒径和浓度进行测量时，可编程控制导轨架静止，每个位置测量结果及空间位置坐标由计算机记录。完成对这个喷雾场的扫描后，由计算机根据记录的一系列雾滴粒径和浓度测量数据及空间位置坐标结合层析算法计算喷雾场雾滴粒径和浓度在三维空间的分布。 本专利技术中可编程控制导轨架是颗粒粒径和浓度光学传感器以及微调支座的支撑和固定支架，它在沿着水平和垂直方向对喷雾场的扫描的同时，也确定每一测量直线的空间位置坐标。可编程控制导轨架上固定有U型悬臂梁，悬臂梁的前端安装微调支座，U型悬臂梁之间是测量时喷雾流动区域。 微调支座连接着可编程控制导轨架和颗粒粒径和浓度光学传感器，微调支座上带有上下、左右方向、水平转动的调节装置，用于调整颗粒粒径和浓度光学传感器发射端和接收端的相对位置，使穿越喷雾场的光束能被正确地接收。 测量时颗粒粒径和浓度光学传感器的发射端和接收端同轴布置，发射端和接收端之间的同轴位置要求通过微调支座的调节功能实现。发射端包括参考光引导光纤、空间滤波器、限束器、光电转换器、放大电路、半导体激光器和封装体。接收端包括凸透镜、光阑、观察镜、光电接收器件、信号放大电路和封装体。发射端封装体和接收端封装体前部和后部均有小孔，它们构成了保护空气的通道。保护空气用来隔离污染物，同时前面的小孔也是测量用光束的通道，颗粒粒径和浓度光学传感器采集和处理的模拟信号经由导线输入到A/D转换器。 激光器是整个系统测量信号的能量源，为了减小颗粒粒径和浓度光学传感器尺寸，发射端采用半导体激光器；发射端内的参考光传导光纤采集的光能信号经由光纤传输到光电转换器，由光信号转换为电信号；电信号输入到放大电路放大以适合于传输，该电信号用来修正测量过程中由于种种因素导致的入射光强度的脉动；空间滤波器用来剔除激光中高阶模杂散光，提高测量用入射光束的质量；利用限束器得到测量所需直径光束，提高测量精度；封装体在起到保护内部器件作用的同时，还作为同微调支座的连接件。凸透镜用来对透射光进行傅立叶变换；光阑用来剔除雾滴散射光，保证透射光的接收；光电转换器将接收到的透射光信号转换为电信号，方便信号的处理；放大电路将光电转换器转换的电信号进行放大，使其适合于从导线传输；通过观察镜操作人员可以观察到透射光束经过凸透镜后在光阑上的聚焦情况，方便分析仪光路的调整工作；保护空气用于防止雾滴和其它灰尘颗粒通过小孔进入发射端或接收端内部。 A/D转换器将颗粒粒径和浓度光学传感器测量得到的电信号由模拟量转换为数字量，使其能够在较远距离上传输和适合于计算机处理；在颗粒粒径和浓度光学传感器的发射端和接收端内部分别得到了表示参考光强度和透射光强度的电信号，上述电信号分别输入到A/D转换器内部转换为数字信号，这些数字信号经由导线输入到计算机。 计算机通过指令控制可编程控制导轨架在水平和垂直方向上的移动，接收从颗粒粒径和浓度光学传感器发射端和接收端输入的参考光信号和透射光信号并根据相应理论计算雾滴粒径和浓度，并负责记录各个测量位置的坐标值及雾滴粒径和浓度，然后根据层析理论和扫描过程测量记录的位置坐标、雾滴粒径、浓度数据，计算三维空间雾滴的粒径和浓度分布，结果存储在计算机内，并按一定方式进行输出，供有关人员进行分析。 本专利技术将颗粒粒径和浓度光学传感器、可编程控制导轨架、计算机有机结合，使系统具有对喷雾场扫描的能力，同时通过颗粒粒径和浓度光学传感器测量每一条直线上雾滴粒径和浓度，然后结合计算机的记录和运算能力，求解出喷雾场粒径和浓度在三维空间的分布。同现有喷雾测量技术相比具有如下优势采样区域大，分析仪以平行光束为探头，由其照亮的喷雾区域为测量区，较PDA测量区的体积增大许多倍，测量结果在空间域内具有较高的代表性，同时通过对多直线上对雾滴采样测量并结合层析算法，可以计算得到空间各点的雾滴粒径和浓度；用雾滴的投影面积换算其粒径，减小了非球形雾滴对测量结果的影响；本专利技术可以用来测量、分析喷嘴附近液体分裂雾化过程，为研究喷雾复杂区域内粒径变化情况提供了测量手段；测量过程以扫描形式进行，数据采集、分析易于实现自动化；对整个喷嘴雾化场的实验测量周期短。 附图说明 图1本专利技术总体结构示意图图2本专利技术微调支座结构示意图图本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种扫描式喷嘴雾化场雾滴粒径和浓度空间分布分析仪，包括：可编程控制导轨架（１）、颗粒粒径和浓度光学传感器（２）、微调支座（３）、Ａ／Ｄ转换器（６）、计算机（７），其特征在于，颗粒粒径和浓度光学传感器（２）为分离结构，由发射端（４）和接收端（５）构成，它们分别被设置在微调支座（３）上，微调支座（３）固定在可编程控制导轨架（１）上，发射端（４）和接收端（５）测量的信号通过导线连接到Ａ／Ｄ转换器（６）的输入端，Ａ／Ｄ转换器（６）的输出端连接到计算机（７）。
【技术特征摘要】
1.一种扫描式喷嘴雾化场雾滴粒径和浓度空间分布分析仪，包括可编程控制导轨架(1)、颗粒粒径和浓度光学传感器(2)、两个微调支座(3)、A/D转换器(6)、计算机(7)，其特征在于，颗粒粒径和浓度光学传感器(2)为分离结构，由发射端(4)和接收端(5)构成，它们分别被设置在两个微调支座(3)上，两个微调支座(3)分别被固定在可编程控制导轨架(1)上，发射端(4)和接收端(5)测量的信号通过导线连接到A/D转换器(6)的输入端，A/D转换器(6)的输出端连接到计算机(7)，可编程控制导轨架(1)带有U型悬臂梁(8)，U型悬臂梁(2)前端分别安装微调支座(3)，发射端(4)和接收端(5)之间构成了喷雾流动的区域。2.根据权利要求1所述的扫描式喷嘴雾化场雾滴粒径和浓度空间分布分析仪，其特征是微调支座(3)上带有上下、左右方向平移、水平转动的调节装置。3.根据权利要求1或者2所述的扫描式喷嘴雾化场雾滴粒径和浓度空间分布分析仪，其特征是微调支座(3)具体包括紧固件(9)、垂直方向微调装置(10)、连接底座(11)、水平转动件(12)、水平转动微调螺栓对(13)、左右方向微调螺栓对(14)、水平移动件(15)、支撑件(16)，微调支座(3)通过连接底座(11)连接在可编程控制导轨架(1)上，垂直方向上设有垂直方向微调装置(10)，左右水平方向上设有左右方向微调螺栓对(14)，水平转动微调螺栓对(13)与连接底座(11)用螺纹连接，水平转动件(12)与连接底座(11)用间隙配合相连接，水平移动件(15)利用燕尾槽同水平转动件(12)相连接，紧固件(9)由支撑件(16)顶部加工的带有缺口的通孔和螺栓构成，通...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴伟亮，陈汉平，马会民，徐芬，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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