基于超声测量的液膜厚度检测的系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于超声测量的液膜厚度检测的系统及方法，包括圆射流喷嘴、有机玻璃板、超声发射装置以及超声采集装置，所述圆射流喷嘴连接有可控水源；所述圆射流喷嘴与所述有机玻璃板相对设置，所述圆射流喷嘴能够喷射液体至所述有机玻璃板上，所述液体在所述有机玻璃板上铺展形成稳定液膜；所述超声发射装置和所述超声采集装置分别设置在所述有机玻璃板的两侧，所述超声发射装置用于发射超声波穿透所述液膜，所述超声采集装置用接收所述超声波。本发明专利技术能够在不受光线场地、背景温度等因素的制约下，实现非接触实时测量液膜厚度，不干扰液膜形态，可以实时在线测量，便于检测，抗干扰能力强，测量精度高。测量精度高。测量精度高。

【技术实现步骤摘要】
基于超声测量的液膜厚度检测的系统及方法


[0001]本专利技术涉及空间液体火箭发动机冷却液膜厚度测量
，具体地，涉及一种基于超声测量的液膜厚度检测的系统及方法。

技术介绍

[0002]空间液体火箭发动机一般采用液膜辐射冷却身部，冷却液膜不仅能通过蒸发及相变大量吸热，而且能够有效的隔离高温燃气对壁面的直接辐射，满足空间发动机冷却设计的需求。通过液膜厚度的合理设计保证发动机燃烧室温度、发动机性能在合理的范围内，合理的燃烧室温度是发动机长时间可靠工作的必要保障。因此，精确测量液膜厚度，实时监控液膜的形成、流动过程，对于更好的揭示发动机液膜形成过程的变化本质，获取高性能、高可靠性的空间液体火箭发动机具有重要意义，
[0003]目前，液膜厚度的测量方法分为接触式测量与非接触式测量，其中利用电导探针的接触式测量是一种很高精度的液膜厚度实时测量方法，但除针形接触探针外，电导探针测量得的液膜厚度都是探针周围液膜的平均值，而且它只适用导电液膜的测量，对于非导电液体则只能寻求另外的测量方法，此外电导探针对试验条件的变化比较敏感，对流场也产生一定的干扰；而非接触式方法因为不接触液膜，所以不会影响测量结果，但是目前的非接触式方法主要是基于光学测量和红外热像进行的，其中基于光学测量的检测方法受光线、场地等因素的制约较多，而红外热像法受背景温度影响较大。
[0004]因此，专利技术人认为需要提供一种能够在不受光线场地、背景温度等因素的制约下，实现非接触实时测量液膜厚度的基于超声测量的液膜厚度检测系统及方法。
专利技术内容
[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于超声测量的液膜厚度检测的系统及方法。
[0006]根据本专利技术提供的一种基于超声测量的液膜厚度检测的系统及方法,包括：圆射流喷嘴、有机玻璃板、超声发射装置以及超声采集装置，所述圆射流喷嘴连接有可控水源；所述圆射流喷嘴与所述有机玻璃板相对设置，所述圆射流喷嘴能够喷射液体至所述有机玻璃板上，所述液体在所述有机玻璃板上铺展形成稳定液膜；所述超声发射装置和所述超声采集装置分别设置在所述有机玻璃板的两侧，所述超声发射装置用于发射超声波穿透所述液膜，所述超声采集装置用接收所述超声波。
[0007]优选地，所述有机玻璃板倾斜设置，所述圆射流喷嘴设置在所述有机玻璃板的斜上方，所述超声发射装置设置在所述圆射流喷嘴的下方。
[0008]优选地，所述圆射流喷嘴喷射出来的自由圆液体射流的速度在10～25m/s之间。
[0009]优选地，所述圆射流喷嘴喷射出来的液体以10
°
～90
°
之间的撞击角度撞击到所述有机玻璃板上。
[0010]优选地，所述超声发射装置和所述超声采集装置均与PC端连接，通过采集所述超
声波从所述超声发射装置发射到被所述超声采集装置的时间长度，计算所述液膜的厚度。
[0011]优选地，还包括稳定水源供应装置和流量控制装置，所述稳定水源供应装置与所述流量控制装置连通，所述圆射流喷嘴与所述流量控制装置连通。
[0012]优选地，所述稳定水源供应装置包括储罐，所述储罐连接有水源、气源以及压力表。
[0013]优选地，所述圆射流喷嘴与所述流量控制装置之间设置有压力表。
[0014]优选地，还包括作为安装基础的废液收集装置，所述废液收集装置底部设置有排水口。
[0015]根据本专利技术提供的一种基于超声测量的液膜厚度检测方法，采用上述的基于超声测量的液膜厚度检测的系统，包括如下步骤：
[0016]步骤S1，将所述基于超声测量的液膜厚度检测的系统装配完成；
[0017]步骤S2，装配完成后，预先对系统所在环境空气中的超声波传播速度进行测量，通过记录所述超声发射装置到所述超声采集装置的距离为L，超声波发出到接收的时间为t，计算超声波在环境空气中的传播速度，出记作标定速度V
a
，
[0018]步骤S3，利用所述超声发射装置与所述超声采集装置对超声波在有机玻璃板中的传播速度进行测量，所述有机玻璃板的厚度为L
S
，记录超声波发出到接收的时间为t
s
，超声波在所述有机玻璃板中的传播速度记做V
S
，
[0019]步骤S4，利用所述超声发射装置与所述超声采集装置对超声波在纯净水中的传播速度进行测量，准备一个与所述有机玻璃板材质一致的尺寸100mm
╳
100mm
╳
100mm、厚度5mm方形有机玻璃容器，通过采集到的超声波穿过盛放纯净水的所述方形有机玻璃容器所需时间t1，计算超声波在纯净水中的传播速度V
L
，
[0020]步骤S5，利用所述基于超声测量的液膜厚度检测的系统，测量超声波从所述超声发射装置穿透空气、液膜、所述有机玻璃板到所述超声采集装置所需的时间，记做t；
[0021]步骤S6，利用标定过的V
S
、V
L
、Va，所述超声发射装置到所述超声采集装置的距离L、所述有机玻璃板的厚度L
S
和总传递时间t，可以计算得到液膜厚度
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0023]1、本专利技术通过圆射流喷嘴喷射形成一股圆柱射流，圆柱射流撞击在有机玻璃板上形成稳定液膜，通过采集超声波从超声发射装置发射到被超声采集装置接收的时间长度，计算液膜厚度；能够在不受光线场地、背景温度等因素的制约下，实现非接触实时测量液膜厚度，不干扰液膜形态，可以实时在线测量，便于检测，抗干扰能力强，测量精度高。
[0024]2、本专利技术通过稳定水源供应装置提供稳定的纯净水，通过流量控制装置控制水流量，从而实现圆射流喷嘴能够喷出不同流速、角度的射流，为后续的计算打好基础。
[0025]3、本专利技术通过设置超声发射装置和超声采集装置利用超声波在不同密度物体中传播速度不同测量液膜厚度，具备在不干扰液膜形态的情况下，测量液膜厚度，操作方便。
附图说明
[0026]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0027]图1为本专利技术主要体现基于超声测量的液膜厚度检测的系统的结构示意图；
[0028]图2为本专利技术主要体现为基于超声测量的液膜厚度检测的系统提供稳定水源的结构示意图；
[0029]图3为本专利技术主要体现基于超声测量的液膜厚度检测方法的流程图。
[0030]图中所示：
[0031]稳定水源供应装置1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
流量控制装置2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
圆射流喷嘴3
[0032]有机玻璃板4
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超声发射装置5
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
超声采集装置6
[0033]废液收集装置7
具体实施方式
[0034]下面结合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超声测量的液膜厚度检测的系统，其特征在于，包括：圆射流喷嘴(3)、有机玻璃板(4)、超声发射装置(5)以及超声采集装置(6)，所述圆射流喷嘴(3)连接有可控水源；所述圆射流喷嘴(3)与所述有机玻璃板(4)相对设置，所述圆射流喷嘴(3)能够喷射液体至所述有机玻璃板(4)上，所述液体在所述有机玻璃板(4)上铺展形成稳定液膜；所述超声发射装置(5)和所述超声采集装置(6)分别设置在所述有机玻璃板(4)的两侧，所述超声发射装置(5)用于发射超声波穿透所述液膜，所述超声采集装置(6)用接收所述超声波。2.如权利要求1所述的基于超声测量的液膜厚度检测的系统，其特征在于，所述有机玻璃板(4)倾斜设置，所述圆射流喷嘴(3)设置在所述有机玻璃板(4)的斜上方，所述超声发射装置(5)设置在所述圆射流喷嘴(3)的下方。3.如权利要求1所述的基于超声测量的液膜厚度检测的系统，其特征在于，所述圆射流喷嘴(3)喷射出来的自由圆液体射流的速度在10～25m/s之间。4.如权利要求1所述的基于超声测量的液膜厚度检测的系统，其特征在于，所述圆射流喷嘴(3)喷射出来的液体以10
°
～90
°
之间的撞击角度撞击到所述有机玻璃板(4)上。5.如权利要求1所述的基于超声测量的液膜厚度检测的系统，其特征在于，所述超声发射装置(5)和所述超声采集装置(6)均与PC端连接，通过采集所述超声波从所述超声发射装置(5)发射到被所述超声采集装置(6)的时间长度，计算所述液膜的厚度。6.如权利要求1所述的基于超声测量的液膜厚度检测的系统，其特征在于，还包括稳定水源供应装置(1)和流量控制装置(2)，所述稳定水源供应装置(1)与所述流量控制装置(2)连通，所述圆射流喷嘴(3)与所述流量控制装置(2)连通。7.如权利要求6所述的基于超声测量的液膜厚度检测的系统，其特征在于，所述稳定水源供应装置(1)包括储罐，所述储罐连接有水源、气源以及压力表。8.如权利要求6所述的基于超声测量的液膜厚度检测的系统，其特征在于，所述圆射流喷嘴(3)与所述流量控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凌峰，姚锋，赵婷，陈泓宇，关亮，刘昌国，
申请(专利权)人：上海空间推进研究所，
类型：发明
国别省市：