[其他]激光液滴直徑測量儀

無效

• 申請號: 87210361
• 申請日: 1987-07-25
• 公開（公告）號: CN87210361U
• 公開（公告）日: 1988-06-08
• 發明（設計）人: 趙綏堂;周勇躍;范正
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01B11/08
• 分類號: G01B11/08
• 代理公司: 北京大學專利事務所
• 代理人: 陳美章

該實用新型屬于冶金、石油、化工等部門檢測技術領域的測量儀器類。

對于液滴直徑的測量，通常是采用照相的方法，即照相放大后，逐一測量液滴直徑再加以統計而求得。顯然使用此種方法測量液滴的直徑既費時費工又難以獲得瞬時的測量值。D.J.Brown（Chem????Eug????Res19856（3）125）采用激光，光斑直徑0.9厘米，光敏接收探頭有30個，用以測量顆粒粒度分布，顆粒濃度，但系統復雜。顆粒直徑最大值為564微米。V.G.Tvice（AICHEJ????1956????2（2）205）等提到用普通平行光，根據Beer????Lombert公式，可以測量液－液分布之介面積，但由于采用白光，精確度受到較大的影響。

該新型激光液滴直徑測量儀克服了上述所存在的問題，并可以測量瞬時的液滴直徑，或測滯存率，或研究顏色示蹤的停留時間分布以及用于光功率和照度的測量等，使用該儀器方法準確簡便，測量精確可靠。

該新型的整機設計由三部分組成（圖1）。1、激光發射系統；2、接收系統；3、電器系統。

對于激光發射系統（圖2），是選用了單色性好，方向性強的氦氖激光為光源，其波長為633毫微米。2－1為氦氖激光管，其輸出光功率大于1.5毫瓦，模式為TEMoo模，功率穩定性優于±1.5％。激光束通過一個由凹透鏡2－2和凸透鏡2－3組成的光學系統。凹透鏡直徑φ為5－10毫米，焦距f′＝－（3－6）毫米，凸透鏡直徑φ為10－20毫米，焦距f′＝80－140毫米。考慮到激光有很好的相干性的特點，透鏡選用單片鏡，以盡量減少反射面，抑制反射面對激光束反射引起光束相干而影響輸出激光束的均勻性。該光學系統將高斯光束擴束、準直、使光束變換成直徑φ為16毫米左右的平行光。使光斑從射出到接收的尺寸基本不變，保證光束通過被測介質后接收面積的準確度。

接收系統（圖3）選用ZCR型硅光電池3－1。它對波長為633毫微米的光束有較高的光靈敏度。在3－1的前面放置一個大于激光發射光斑尺寸的透鏡3－2，其直徑φ為20－25毫米，焦距f′為20－25毫米，接收的有效口徑約為φ20毫米。硅光電池與透鏡的距離l是處于離焦狀態使用，即l應大于f′。這樣可以克服硅光電池表面靈敏度的不均勻性，又能防止由于硅光電池局部光強過大而飽和，還保證了信號光的有效接收，從而提高測量精度。在透鏡前放置黑色導光管3－3，以減少雜散光的干擾，提高接收靈敏度。

電器系統（圖4）由激光電源（圖4a）和放大電路（圖4b）構成。激光電源由變壓電路4－1，全波倍壓整流電路4－2和自觸發電路4－3組成，從輸出端4－4給出一個直流高壓，使激光管自動高壓點燃和維持正常放電工作。放大電路由一塊運算放大器設計成電流－電壓變換器4－4。其特點是輸入阻抗為虛地，即為零。這樣硅光電池的負載就為零，滿足了硅光電池的光電流與入射光強的線性關系，獲得光電線性轉換，提高了測量的精度。該變換器的輸出電壓信號，直接驅動數字表4－7顯示所測得信號的相對值。變換器的放大倍率采用電流反饋分五擋變換。測量時可根據被測的不同介質，選擇最佳的放大倍率，獲得最優的測量靈敏度和精度。另一運算放大器設計成電壓放大器4－8，將信號電壓進一步放大，并設計成可調電壓反饋，由輸出端4－9給出電壓0－10V可調的模擬電壓輸出。可根據需要任選電壓，即可接電壓表，進行讀數，也可與微機聯接，便于測量信號的處理和獲得瞬時的測量值。

激光電源和放大部分合裝一個殼內，使主機小巧，使用方便。激光發射系統的激光源也可放在主機內（圖5）。激光管5－3輸出光束用光導纖維5－2導至準直光學系統5－1。進一步減少激光發射頭的重量，以利于使用方便。

上述設計方案，使用了平行光束，平行光接收探頭以及大面積的光斑，這不僅提高了測量精度，而且可以測量液滴群、氣泡群和固體顆粒等分散相在連續相中的平均直徑。或測較大直徑如φ5毫米左右，免抑常用照相統計測量的困難。

實施例見附圖及其說明

說明書附圖說明：

圖1????????整機示意圖

1激光發射系統

2接收系統

3電器系統（主機）

4被測介質

圖2????????激光發射系統結構圖

2－1氦氖激光管

2－2凹透鏡

2－3凸透鏡

圖3????????接收系統結構圖

3－1硅光電池

3－2凸透鏡

3－3黑色導光管

圖4????????（a）激光電源原理圖