CN103424176B - 流场状态可控的泡状流流道振动检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流场状态可控的泡状流流道振动检测装置。包括四个结构相同的侧面及顶面弹簧位姿调节组件、两个结构相同的底面弹簧位姿调节组件、两个结构相同的水平振动检测组件、竖直振动检测组件、气泡发生器、流道模块及弹簧组件、管路夹持机构、隔振平台、气液管路和控制器。本发明采用弹簧位姿调节连接件连接，消除了悬臂梁结构，使侧面和顶面弹簧位姿调节组件的刚度提高；流道模块通过万向挂钩弹簧进行柔性固定，可实现对微小冲击引起振动的测量；将流道模块化，能方便地将不同的流道与外围装置耦合，实现对不同流道的振动检测；通过调节激振器的激振频率、振幅和输入到气泡生成腔内的气液混合比例可以控制泡状流的流场状态。

Description

流场状态可控的泡状流流道振动检测装置

技术领域

本发明涉及一种振动检测装置，尤其是涉及一种流场状态可控的泡状流流道振动检测装置。

背景技术

振动是工程机械和实验设备重要的固有特性，是机械运行状态和故障检测的重要参数。振动检测技术广泛应用在科学研究、日常生活、工业检测等领域。例如，机械振动故障检测，桥梁振动检测，发动机振动检测等。随着传感器技术和计算机技术的发展，测量传感器可测量的频率范围和动态范围大大增加，振动测试仪器向小型化、功能化和多样化发展。

流道振动检测是研究在不同参数流场的激振下，不同形态流道的振动特性的必要手段。

目前已有的振动检测装置存在以下不足：

1) 对于高精度(微米级以上)的振动检测需求，目前已有的振动检测装置采取的隔振措施以及具备的抗振性能达不到要求；

2) 目前已有的对测量对象进行刚性固定的振动检测装置无法测量出微小冲击引起的振动；

3) 对于流道振动检测，目前已有的振动检测装置无法实现对于流道模块和振动检测装置的位姿精确调节功能；

4) 对于流道振动检测，目前已有的振动检测装置只针对某一特定流道，无法实现对多种流道的振动检测；

5) 对于泡状流流道，目前已有的振动检测装置无法实现对泡状流流场状态的有效控制。

发明内容

为了解决流道的振动检测问题，本发明的目的在于提供一种流场状态可控的泡状流流道振动检测装置，可实现对泡状流流场状态的控制，并保证对流道模块振动的可靠检测。

本发明采用的技术方案如下：

本发明包括四个结构相同的侧面及顶面弹簧位姿调节组件、两个结构相同的底面弹簧位姿调节组件、两个结构相同的水平振动检测组件、竖直振动检测组件、气泡发生器、流道模块及弹簧组件、管路夹持机构、隔振平台、气液管路和控制器；其中：

1)四个结构相同的侧面及顶面弹簧位姿调节组件：

均包括：侧面及顶面弹簧位姿调节支架立柱、侧面及顶面弹簧位姿调节支架平台、第一侧面及顶面弹簧位姿调节连接件、侧面及顶面弹簧位姿调节精密升降台、侧面弹簧X方向精密调节台、侧面弹簧Y方向精密调节台、第二侧面及顶面弹簧位姿调节连接件、顶面弹簧X方向精密调节台、第三侧面及顶面弹簧位姿调节连接件、第一侧面及顶面弹簧位姿调节圈式螺杆、顶面弹簧Y方向精密调节台、第五侧面及顶面弹簧位姿调节连接件、第二侧面及顶面弹簧位姿调节圈式螺杆、顶面弹簧Z方向精密调节台、第四侧面及顶面弹簧位姿调节连接件；侧面及顶面弹簧位姿调节支架平台的内侧圆柱面能沿侧面及顶面弹簧位姿调节支架立柱的轴向滑动和定位；第一侧面及顶面弹簧位姿调节连接件下表面与侧面及顶面弹簧位姿调节支架平台的直角面固定，第一侧面及顶面弹簧位姿调节连接件上表面与侧面及顶面弹簧位姿调节精密升降台下表面固定；侧面弹簧X方向精密调节台下表面与侧面及顶面弹簧位姿调节精密升降台上表面固定，侧面弹簧X方向精密调节台上表面与侧面弹簧Y方向精密调节台下表面固定且保证两个调节台的移动方向垂直；第二侧面及顶面弹簧位姿调节连接件下表面与侧面弹簧Y方向精密调节台上表面固定，第二侧面及顶面弹簧位姿调节连接件上表面与顶面弹簧X方向精密调节台下表面固定；顶面弹簧Ｙ方向精密调节台Ｋ下表面与顶面弹簧X方向精密调节台上表面通过螺钉固定且保证两个调节台的移动方向垂直，顶面弹簧Ｙ方向精密调节台Ｋ上表面与第四侧面及顶面弹簧位姿调节连接件一直角面固定；顶面弹簧Z方向精密调节台的一个侧面与第四侧面及顶面弹簧位姿调节连接件另一直角面固定，顶面弹簧Z方向精密调节台的另一个侧面与第五侧面及顶面弹簧位姿调节连接件的一直角面固定；第一侧面及顶面弹簧位姿调节圈式螺杆通过第三侧面及顶面弹簧位姿调节连接件固定于第二侧面及顶面弹簧位姿调节连接件的侧面，第二侧面及顶面弹簧位姿调节圈式螺杆通过螺纹固定于第五侧面及顶面弹簧位姿调节连接件的另一直角面前端下面。

2)两个结构相同的底面弹簧位姿调节组件：

均包括：高度调整架底板、高度调整架立柱、高度调整架顶板、转动平台、第一底面弹簧位姿调节立柱架、第一连接杆、第一交叉杆架、第二连接杆、第二底面弹簧位姿调节立柱架、第三连接杆、第四连接杆、底面弹簧位姿调节圈式螺杆、第二交叉杆架；高度调整架底板与高度调整顶板通过四个高度调整立柱刚性连接实现竖直方向的位置粗调；转动平台下表面固定于高度调整顶板上表面，第一底面弹簧位姿调节立柱架固定于转动平台上表面且能实现竖直方向的位置精调；第一交叉杆架垂直槽与第一底面弹簧位姿调节立柱架通过第一连接杆刚性连接，第一交叉杆架水平槽与第二底面弹簧位姿调节立柱架通过第二连接杆刚性连接，且第二底面弹簧位姿调节立柱架能实现水平方向的位置精调；第二交叉杆架水平槽与第二底面弹簧位姿调节立柱支架通过第三连接杆刚性连接，第二交叉杆架垂直槽与底面弹簧位姿调节圈式螺杆通过第四连接杆刚性连接。

3)两个结构相同的水平振动检测组件：

均包括：水平振动检测支架立柱、水平振动检测支架平台、第一水平振动检测连接件、水平振动检测精密升降台、水平振动检测X方向精密调节台、水平振动检测Y方向精密调节台、第二水平振动检测连接件、水平振动检测激光位移传感器；水平振动检测支架平台的内侧圆柱面能沿水平振动检测支架立柱轴向滑动和定位，水平振动检测支架平台的直角面与第一水平振动检测连接件下表面固定；水平振动检测精密升降台下表面与第一水平振动检测连接件上表面固定，水平振动检测精密升降台上表面与水平振动检测X方向精密调节台下表面固定；水平振动检测Y方向精密调节台下表面与水平振动检测X方向精密调节台上表面固定且保证两个调节台的移动方向垂直，水平振动检测Y方向精密调节台上表面与第二水平振动检测连接件下表面固定，第二水平振动检测连接件上表面与水平振动检测激光位移传感器下表面固定。

4)竖直振动检测组件：

包括：竖直振动检测支架立柱、竖直振动检测支架平台、第一竖直振动检测连接件、竖直振动检测X方向精密调节台、第二竖直振动检测连接件、竖直振动检测Z方向精密调节台、第三竖直振动检测连接件、竖直振动检测激光位移传感器；竖直振动检测支架平台 的内侧圆柱面能沿竖直振动检测支架立柱的轴向滑动和定位，竖直振动检测支架平台的直角面与第一竖直振动检测连接件下表面固定；竖直振动检测X方向精密调节台下表面与第一竖直振动检测连接件上表面固定，竖直振动检测X方向精密调节台上表面与第二竖直振动检测连接件一直角面固定；竖直振动检测Z方向精密调节台的一个侧面与第二竖直振动检测连接件另一直角面固定，竖直振动检测Z方向精密调节台的另一个侧面与竖直振动检测激光位移传感器通过第三竖直振动检测连接件刚性连接。

5)气泡发生器：

包括：激振器、激振器连接杆、下部激振杆、空气轴承、中间膜、上部激振杆、激振板、软壁腔、上部气泡生成腔、下部气泡生成腔、气泡发生器连接件、气泡发生器支架平台、气泡发生器支架立柱；气泡发生器支架平台的内侧圆柱面能沿气泡发生器支架立柱的轴向滑动和定位，气泡发生器支架平台 的直角面与气泡发生器连接件下表面固定；下部气泡生成腔下表面与气泡发生器连接件上表面固定，下部气泡生成腔上表面与上部气泡生成腔下表面夹住中间膜后固定；软壁腔的一端固定在上部气泡生成腔开口中；形的激振器连接杆固定在激振器的中心螺孔上，两个下部激振杆的小端对称地固定于形的激振器连接杆的横梁上，两个下部激振杆的小端分别装入对应的空气轴承的轴承孔中，两个空气轴承固定在空气轴承安装孔中；上部激振杆大端面与下部激振杆大端面夹住中间膜后固定，两个上部激振杆小端面均与激振板固定，上部气泡生成腔下部向上依次开有注液孔和一排水平布置的注气孔，激振板从下至上插入在上部气泡生成腔腔体内的注液孔和一排水平布置的注气孔之间。

6)流道模块及弹簧组件：

包括：十个万向挂钩弹簧、十个流道模块圈式螺杆、流道模块；流道模块上表面四角关于上表面中心分别对称地固定有流道模块圈式螺杆；流道模块四个侧棱下部均开有与水平面垂直的平面，且四个平面上分别固定有一个流道模块圈式螺杆；流道模块下表面关于下表面中心对称地固定有两个流道模块圈式螺杆；各流道模块圈式螺杆上均连接了一个万向挂钩弹簧。

7)管路固定机构：

包括：管路固定架、管路固定立柱架、管路固定支架平台、管路固定支架立柱；管路固定支架平台的内侧圆柱面能沿管路固定支架立柱轴向滑动和定位，管路固定支架平台 的直角面与管路固定立柱架下表面固定，管路固定架与管路固定立柱架固定。

四个结构相同的侧面及顶面弹簧位姿调节组件对称安装在隔振平台上；两个结构相同的底面弹簧位姿调节组件对称安装在隔振平台上；流道模块处于隔振平台中心通孔的正上方，它通过十个流道模块圈式螺杆和十个万向挂钩弹簧分别与侧面及顶面弹簧位姿调节组件和底面弹簧位姿调节组件连接并确定空间位置，侧面及顶面弹簧位姿调节组件和底面弹簧位姿调节组件在隔振平台上的具体位置只需保证所连接弹簧的空间位置，其中：四个连接在流道模块侧面的万向挂钩弹簧另一端分别与对应的第一侧面及顶面弹簧位姿调节圈式螺杆连接，且保证这四个万向挂钩弹簧的轴线与对应的流道模块的顶面对角线平行；四个连接在流道模块顶面的万向挂钩弹簧另一端分别与对应的第二侧面及顶面弹簧位姿调节圈式螺杆连接，且保证这四个万向挂钩弹簧的轴线处于竖直位置；两个连接在流道模块底面的万向挂钩弹簧另一端分别与对应的底面弹簧位姿调节圈式螺杆连接，且保证这两个万向挂钩弹簧的轴线处于竖直位置；四个第五侧面及顶面弹簧位姿调节连接件通过四个固定件依次连接固定；

两个结构相同的水平振动检测组件安装在隔振平台上，且其水平位置要保证水平振动检测激光位移传感器激光发生面分别与对应的流道模块侧棱处的平面平行，且对应的流道模块侧棱处的平面为相邻侧棱处所开平面；竖直振动检测组件安装在隔振平台上，且保证竖直振动检测激光位移传感器激光发生面与流道模块底面平行；

气泡发生器的软壁腔的另一端与流道模块的底部开口固定，气泡发生器的激振器置于隔振平台中心大通孔中，激振器与隔振平台不接触，气泡发生器支架立柱安装在隔振平台上；

回收管路一端固定于流道模块，回收管路的伸出部分通过管路固定架夹持固定；管路固定机构安装在隔振平台上；注气管路与注液管路均通过管路和快速气动接头与气泡发生器连接；

控制器分别与两个水平振动检测激光位移传感器和竖直振动检测激光位移传感器连接。

本发明具有的有益效果是：

1)第二侧面及顶面弹簧位姿调节连接件通过四个固定件依次相邻固定，消除了悬臂梁结构，使侧面和顶面弹簧位姿调节组件的刚度提高；位姿调节组件整体刚度大，抗振能力强，并且与隔振平台固定，有效抑制了来自地面的振动，为激光位移传感器提供了良好的测量环境，可实现有效的高精度(微米级以上)振动检测；

2)流道模块通过万向挂钩弹簧进行柔性固定，可实现对微小冲击引起振动的测量；

3)侧面及顶面弹簧位姿调节组件通过调节支架立柱和支架平台之间的相对位置实现对相应弹簧的位姿粗调，通过精密升降台和精密调节台实现对相应弹簧的位姿精调；底面弹簧位姿调节组件通过更换不同长度的高度调整架立柱以及调节交叉干架和连接杆之间的相对位置实现对底面弹簧的位姿粗调，通过底面弹簧位姿调节立柱架实现对相应弹簧的位姿精调；水平振动检测组件通过调节支架立柱和支架平台之间的相对位置实现对激光位移传感器的位姿粗调，通过精密升降台、精密调节台实现对激光位移传感器的位姿精调；竖直振动检测组件通过调节支架立柱和支架平台之间的相对位置实现对激光位移传感器的位姿粗调，通过精密调节台实现对激光位移传感器的位姿精调；组件调节的总体效率和准确性得到提高；

4)将流道模块化，能方便地将不同的流道与外围装置耦合，实现对不同流道的振动检测；

5)通过调节激振器的激振频率、振幅和输入到气泡生成腔内的气液混合比例可以控制泡状流的流场状态。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图。

图2是侧面及顶面弹簧位姿调节组件的立体图。

图3是底面弹簧位姿调节组件立体图。

图4是水平振动检测组件的立体图。

图5是竖直振动检测组件的立体图。

图6是气泡发生器中的激振器及其上部组件的立体图。

图7是气泡发生器中的气泡生成腔支架的立体图。

图8是气泡发生器中的上部气泡生成腔的立体图。

图9是气泡发生器中的下部气泡生成腔的立体图。

图10是流道模块及弹簧组件的立体图。

图11是管路固定机构的立体图。

图12是本发明整体结构的立体图。

图中：1、侧面及顶面弹簧位姿调节组件，1A、侧面及顶面弹簧位姿调节支架立柱，1B、侧面及顶面弹簧位姿调节支架平台，1C、第一侧面及顶面弹簧位姿调节连接件，1D、侧面及顶面弹簧位姿调节精密升降台，1E、侧面弹簧X方向精密调节台，1F、侧面弹簧Y方向精密调节台，1G、第二侧面及顶面弹簧位姿调节连接件，1H、顶面弹簧X方向精密调节台，1I、第三侧面及顶面弹簧位姿调节连接件，1J、第一侧面及顶面弹簧位姿调节圈式螺杆，1K、顶面弹簧Y方向精密调节台，1L、第五侧面及顶面弹簧位姿调节连接件，1M、第二侧面及顶面弹簧位姿调节圈式螺杆，1N、顶面弹簧Z方向精密调节台，1O、第四侧面及顶面弹簧位姿调节连接件，2、底面弹簧位姿调节组件，2A、高度调整架底板，2B、高度调整架立柱，2C、高度调整架顶板，2D、转动平台，2E、第一底面弹簧位姿调节立柱架，2F、第一连接杆，2G、第一交叉杆架，2H、第二连接杆，2I、第二底面弹簧位姿调节立柱架，2J、第三连接杆，2K、第四连接杆，2L、底面弹簧位姿调节圈式螺杆，2M、第二交叉杆架，3、水平振动检测组件，3A、水平振动检测支架立柱，3B、水平振动检测支架平台，3C、第一水平振动检测连接件，3D、水平振动检测精密升降台，3E、水平振动检测X方向精密调节台，3F、水平振动检测Y方向精密调节台，3G、第二水平振动检测连接件，3H、水平振动检测激光位移传感器，4、竖直振动检测组件，4A、竖直振动检测支架立柱，4B、竖直振动检测支架平台，4C、第一竖直振动检测连接件，4D、竖直振动检测X方向精密调节台，4E、第二竖直振动检测连接件，4F、竖直振动检测Z方向精密调节台，4G、第三竖直振动检测连接件，4H、竖直振动检测激光位移传感器，5、气泡发生器，5A、激振器，5B、激振器连接杆，5C、下部激振杆，5D、空气轴承，5E、中间膜，5F、上部激振杆，5G、激振板，5H、软壁腔，5I、上部气泡生成腔，5J、下部气泡生成腔，5K、气泡发生器连接件，5L、气泡发生器支架平台，5M、气泡发生器支架立柱，5I-1、上部气泡生成腔开口，5I-2、注气孔，5I-3、注液口，5J-1、空气轴承安装孔，5J-2、排气孔，6、流道模块及弹簧组件，6A、万向挂钩弹簧，6B、流道模块圈式螺杆，6C、流道模块，7、管路固定机构，7A、管路固定架，7B、管路固定立柱架，7C、管路固定支架平台，7D、管路固定支架立柱，8、隔振平台，9A、注气管路，9B、注液管路，9C、回收管路，10、控制器，11、固定件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明包括四个结构相同的侧面及顶面弹簧位姿调节组件1、两个结构相同的底面弹簧位姿调节组件2、两个结构相同的水平振动检测组件3、竖直振动检测组件4、气泡发生器5、流道模块及弹簧组件6、管路夹持机构7、隔振平台8、气液管路9和控制器10。泡状流流场通过注气管路9A、注液管路9B和回收管路9C来维持，并通过调节气泡发生器5来控制流场状态；侧面及顶面弹簧位姿调节组件1可精确调节侧面及顶面万向挂钩弹簧的位姿，底面弹簧位姿调节组件2可精确调节底部万向挂钩弹簧的位姿；水平振动检测组件3和竖直振动检测组件4配合控制器10可实现对流道模块及弹簧组件6的振动检测；隔振平台8可有效抑制来自地面的振动。

如图2所示，四个结构相同的侧面及顶面弹簧位姿调节组件1：

均包括：侧面及顶面弹簧位姿调节支架立柱1A、侧面及顶面弹簧位姿调节支架平台1B、第一侧面及顶面弹簧位姿调节连接件1C、侧面及顶面弹簧位姿调节精密升降台1D、侧面弹簧X方向精密调节台1E、侧面弹簧Y方向精密调节台1F、第二侧面及顶面弹簧位姿调节连接件1G、顶面弹簧X方向精密调节台1H、第三侧面及顶面弹簧位姿调节连接件1I、第一侧面及顶面弹簧位姿调节圈式螺杆1J、顶面弹簧Y方向精密调节台1K、第五侧面及顶面弹簧位姿调节连接件1L、第二侧面及顶面弹簧位姿调节圈式螺杆1M、顶面弹簧Z方向精密调节台1N、第四侧面及顶面弹簧位姿调节连接件1O；

侧面及顶面弹簧位姿调节支架平台1B的内侧圆柱面能沿侧面及顶面弹簧位姿调节支架立柱1A的轴向滑动和定位；第一侧面及顶面弹簧位姿调节连接件1C下表面与侧面及顶面弹簧位姿调节支架平台1B的直角面固定，第一侧面及顶面弹簧位姿调节连接件1C上表面与侧面及顶面弹簧位姿调节精密升降台1D下表面固定；侧面弹簧X方向精密调节台1E下表面与侧面及顶面弹簧位姿调节精密升降台1D上表面固定，侧面弹簧X方向精密调节台1E上表面与侧面弹簧Y方向精密调节台1F下表面固定且保证两个调节台的移动方向垂直；第二侧面及顶面弹簧位姿调节连接件1G下表面与侧面弹簧Y方向精密调节台1F上表面固定，第二侧面及顶面弹簧位姿调节连接件1G上表面与顶面弹簧X方向精密调节台1H下表面固定；顶面弹簧Ｙ方向精密调节台1Ｋ下表面与顶面弹簧X方向精密调节台1H上表面通过螺钉固定且保证两个调节台的移动方向垂直，顶面弹簧Ｙ方向精密调节台1Ｋ上表面与第四侧面及顶面弹簧位姿调节连接件1O一直角面固定；顶面弹簧Z方向精密调节台1N的一个侧面与第四侧面及顶面弹簧位姿调节连接件1O另一直角面固定，顶面弹簧Z方向精密调节台1N的另一个侧面与第五侧面及顶面弹簧位姿调节连接件1L的一直角面固定；第一侧面及顶面弹簧位姿调节圈式螺杆1J通过第三侧面及顶面弹簧位姿调节连接件1I固定于第二侧面及顶面弹簧位姿调节连接件1G的侧面，第二侧面及顶面弹簧位姿调节圈式螺杆1M通过螺纹固定于第五侧面及顶面弹簧位姿调节连接件1L的另一直角面前端下面。

调节侧面及顶面弹簧位姿调节组件支架平台1B与侧面及顶面弹簧位姿调节组件支架立柱1A的相对位置可以对侧面及顶面弹簧进行粗调；调节侧面及顶面弹簧位姿调节组件精密升降台1D、侧面弹簧X方向精密调节台1E、侧面弹簧Y方向精密调节台1F可以对侧面弹簧进行位姿精调；调节顶面弹簧X方向精密调节台1H、顶面弹簧Ｙ方向精密调节台1Ｋ、顶面弹簧Z方向精密调节台1N可以对顶面弹簧进行位姿精调。

如图3所示，两个结构相同的底面弹簧位姿调节组件2：

均包括：高度调整架底板2A、高度调整架立柱2B、高度调整架顶板2C、转动平台2D、第一底面弹簧位姿调节立柱架2E、第一连接杆2F、第一交叉杆架2G、第二连接杆2H、第二底面弹簧位姿调节立柱架2I、第三连接杆2J、第四连接杆2K、底面弹簧位姿调节圈式螺杆2L、第二交叉杆架2M；高度调整架底板2A与高度调整顶板2C通过四个高度调整立柱2B刚性连接，通过更换不同长度的高度调整立柱2B能实现竖直方向的位置粗调；转动平台2D下表面固定于高度调整顶板2C上表面，第一底面弹簧位姿调节立柱架2E固定于转动平台2D上表面且能实现竖直方向的位置精调；第一交叉杆架2G垂直槽与第一底面弹簧位姿调节立柱架2E通过第一连接杆2F刚性连接，第一交叉杆架2G水平槽与第二底面弹簧位姿调节立柱架2I通过第二连接杆2H刚性连接，且第二底面弹簧位姿调节立柱架2I能实现水平方向的位置精调；第二交叉杆架2M水平槽与第二底面弹簧位姿调节立柱支架2I通过第三连接杆2J刚性连接，第二交叉杆架2M垂直槽与底面弹簧位姿调节圈式螺杆2L通过第四连接杆2K刚性连接。

如图4所示，两个结构相同的水平振动检测组件3：

均包括：水平振动检测支架立柱3A、水平振动检测支架平台3B、第一水平振动检测连接件3C、水平振动检测精密升降台1D、水平振动检测X方向精密调节台3E、水平振动检测Y方向精密调节台3F、第二水平振动检测连接件3G、水平振动检测激光位移传感器3H；水平振动检测支架平台3B的内侧圆柱面能沿水平振动检测支架立柱3A轴向滑动和定位，水平振动检测支架平台3B的直角面与第一水平振动检测连接件3C下表面固定；水平振动检测精密升降台3D下表面与第一水平振动检测连接件3C上表面固定，水平振动检测精密升降台3D上表面与水平振动检测X方向精密调节台3E下表面固定；水平振动检测Y方向精密调节台3F下表面与水平振动检测X方向精密调节台3E上表面固定且保证两个调节台的移动方向垂直，水平振动检测Y方向精密调节台3F上表面与第二水平振动检测连接件3G下表面固定，第二水平振动检测连接件3G上表面与水平振动检测激光位移传感器3H下表面固定。

如图5所示，竖直振动检测组件4：

包括：竖直振动检测支架立柱4A、竖直振动检测支架平台4B、第一竖直振动检测连接件4C、竖直振动检测X方向精密调节台4D、第二竖直振动检测连接件4E、竖直振动检测Z方向精密调节台4F、第三竖直振动检测连接件4G、竖直振动检测激光位移传感器4H；竖直振动检测支架平台4B 的内侧圆柱面能沿竖直振动检测支架立柱4A的轴向滑动和定位，竖直振动检测支架平台4B的直角面与第一竖直振动检测连接件4C下表面固定；竖直振动检测X方向精密调节台4D下表面与第一竖直振动检测连接件4C上表面固定，竖直振动检测X方向精密调节台4D上表面与第二竖直振动检测连接件4E一直角面固定；竖直振动检测Z方向精密调节台4F的一个侧面与第二竖直振动检测连接件4E另一直角面固定，竖直振动检测Z方向精密调节台4F的另一个侧面与竖直振动检测激光位移传感器4H通过第三竖直振动检测连接件4G刚性连接。

如图6～图9所示，气泡发生器5：

包括：激振器5A、激振器连接杆5B、下部激振杆5C、空气轴承5D、中间膜5E、上部激振杆5F、激振板5G、软壁腔5H、上部气泡生成腔5I、下部气泡生成腔5J、气泡发生器连接件5K、气泡发生器支架平台5L、气泡发生器支架立柱5M；

气泡发生器支架平台5L的内侧圆柱面能沿气泡发生器支架立柱5M的轴向滑动和定位，气泡发生器支架平台5L 的直角面与气泡发生器连接件5K下表面固定；下部气泡生成腔5J下表面与气泡发生器连接件5K上表面固定，下部气泡生成腔5J上表面与上部气泡生成腔5I下表面夹住中间膜5E后固定；软壁腔5H的一端固定在上部气泡生成腔开口5I-1中；T形的激振器连接杆5B固定在激振器5A的中心螺孔上，两个下部激振杆5C的小端对称地固定于T形的激振器连接杆5B的横梁上，两个下部激振杆5C的小端分别装入对应的空气轴承5D的轴承孔中，两个空气轴承5D固定在空气轴承安装孔5J-1中；上部激振杆5F大端面与下部激振杆5C大端面夹住中间膜5E后固定，两个上部激振杆5F小端面均与激振板5G固定，上部气泡生成腔5I下部向上依次开有注液孔5I-3和一排水平布置的注气孔5I-2，激振板5G从下至上插入在上部气泡生成腔5I腔体内的注液孔5I-3和一排水平布置的注气孔5I-2之间；排气孔5J-2用于及时排出空气轴承5D处产生的气体。

如图10所示，流道模块及弹簧组件6：

包括：十个万向挂钩弹簧6A、十个流道模块圈式螺杆6B、流道模块6C；流道模块6C上表面四角关于上表面中心分别对称地固定有流道模块圈式螺杆6B；流道模块6C四个侧棱下部均开有与水平面垂直的平面，这四个平面分别垂直于指向自身的顶面对角线，且四个平面上分别固定有一个流道模块圈式螺杆6B；流道模块6C下表面关于下表面中心对称地固定有两个流道模块圈式螺杆6B；各流道模块圈式螺杆上均连接了一个万向挂钩弹簧6A。

如图11所示，管路固定机构7：

包括：管路固定架7A、管路固定立柱架7B、管路固定支架平台7C、管路固定支架立柱7D；管路固定支架平台7C的内侧圆柱面能沿管路固定支架立柱7D轴向滑动和定位，管路固定支架平台7C 的直角面与管路固定立柱架7B下表面固定，管路固定架7A与管路固定立柱架7B固定。

如图12所示，四个结构相同的侧面及顶面弹簧位姿调节组件1对称安装在隔振平台8上，对称轴为流道模块6C的上表面中心；两个结构相同的底面弹簧位姿调节组件2对称安装在隔振平台8上，对称轴为流道模块6C的上表面中心；流道模块6C处于隔振平台8中心通孔的正上方，它通过十个流道模块圈式螺杆6B分别与侧面及顶面弹簧位姿调节组件1和底面弹簧位姿调节组件2连接并确定空间位置，侧面及顶面弹簧位姿调节组件1和底面弹簧位姿调节组件2在隔振平台8上的具体位置只需保证所连接弹簧的空间位置，其中：四个连接在流道模块6C侧面的万向挂钩弹簧6A另一端分别与对应的第一侧面及顶面弹簧位姿调节圈式螺杆1J连接，且保证这四个万向挂钩弹簧6A的轴线与对应的流道模块6C的顶面对角线平行；四个连接在流道模块6C顶面的万向挂钩弹簧6A另一端分别与对应的第二侧面及顶面弹簧位姿调节圈式螺杆1M连接，且保证这四个万向挂钩弹簧6A的轴线处于竖直位置；两个连接在流道模块6C底面的万向挂钩弹簧6A另一端分别与对应的底面弹簧位姿调节圈式螺杆2L连接，且保证这两个万向挂钩弹簧6A的轴线处于竖直位置；四个第五侧面及顶面弹簧位姿调节连接件1L通过四个固定件11依次连接固定。

两个结构相同的水平振动检测组件3安装在隔振平台8上，且其水平位置要保证水平振动检测激光位移传感器3H激光发生面分别与对应的流道模块6C侧棱处的平面平行，且对应的流道模块6C侧棱处的平面为相邻侧棱处所开平面；竖直振动检测组件4安装在隔振平台8上，且保证竖直振动检测激光位移传感器4H激光发生面与流道模块6C底面平行。

气泡发生器5的软壁腔5H的另一端与流道模块6C的底部开口固定，气泡发生器5的激振器5A置于隔振平台8中心大通孔中，激振器5A与隔振平台8不接触，气泡发生器支架立柱5M安装在隔振平台8上。

回收管路9C一端固定于流道模块6C，回收管路9C的伸出部分通过管路固定架7A夹持固定；管路固定机构7安装在隔振平台8上；注气管路9A与注液管路9B均通过管路和快速气动接头与气泡发生器5连接。

控制器10通过线缆分别与两个水平振动检测激光位移传感器3H和竖直振动检测激光位移传感器4H连接；所述控制器10根据需要可在市场选购。

本发明的工作原理如下：

在调节弹簧位姿的过程中，先通过调节侧面及顶面弹簧位姿调节支架立柱1A与侧面及顶面弹簧位姿调节支架平台1B的相对位置来对侧面及顶面的万向挂钩弹簧6A进行位姿粗调，再通过调节侧面弹簧X方向精密调节台1E、侧面弹簧Y方向精密调节台1F对侧面的万向挂钩弹簧6A位姿进行精调，保证相对的侧面弹簧轴线重合且与流道模块6C的上表面对角线平行，之后调节顶面弹簧X方向精密调节台1H、顶面弹簧Y方向精密调节台1K、顶面弹簧Z方向精密调节台1N来对顶部的万向挂钩弹簧6A位姿进行精调，保证顶部的万向挂钩弹簧6A轴线均处于竖直状态，最后通过调节转动平台2D、第一底面弹簧位姿调节立柱架2E、第二底面弹簧位姿调节立柱架2I来对底部的万向挂钩弹簧6A进行精调，保证底部的万向挂钩弹簧6A的轴线均处于竖直状态；在调节水平振动检测激光位移传感器3H位姿的过程中，先通过调节水平振动检测支架立柱3A与水平振动检测支架平台3B的相对位置进行位姿粗调，再通过调节水平振动检测精密升降台1D、水平振动检测X方向精密调节台3E、水平振动检测Y方向精密调节台3F进行位姿精调；在调节竖直振动检测激光位移传感器4H位姿的过程中，先通过调节竖直振动检测支架立柱4A与竖直振动检测支架平台4B的相对位置进行位姿粗调，再通过调节竖直振动检测X方向精密调节台4D、竖直振动检测Z方向精密调节台4F进行位姿精调。

气泡生成腔为透明有机玻璃，能观察到泡状流流场状态，通过调节激振器的激振频率、振幅和输入到气泡生成腔内的气液混合比例能控制泡状流的流场状态；流道模块6C三个方向的振动幅值通过两个水平振动检测激光位移传感器3H和竖直振动检测激光位移传感器4H能精确测量，两个水平振动检测激光位移传感器3H和竖直振动检测激光位移传感器4H的各测量参数均能通过控制器10来调节，测量数据能通过控制器10传输给计算机。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种流场状态可控的泡状流流道振动检测装置，其特征在于：包括四个结构相同的侧面及顶面弹簧位姿调节组件(1)、两个结构相同的底面弹簧位姿调节组件(2)、两个结构相同的水平振动检测组件(3)、竖直振动检测组件(4)、气泡发生器(5)、流道模块及弹簧组件(6)、管路夹持机构(7)、隔振平台(8)、气液管路(9)和控制器(10)；其中：

1) 四个结构相同的侧面及顶面弹簧位姿调节组件(1)：

均包括：侧面及顶面弹簧位姿调节支架立柱(1A)、侧面及顶面弹簧位姿调节支架平台(1B)、第一侧面及顶面弹簧位姿调节连接件(1C)、侧面及顶面弹簧位姿调节精密升降台(1D)、侧面弹簧X方向精密调节台(1E)、侧面弹簧Y方向精密调节台(1F)、第二侧面及顶面弹簧位姿调节连接件(1G)、顶面弹簧X方向精密调节台(1H)、第三侧面及顶面弹簧位姿调节连接件(1I)、第一侧面及顶面弹簧位姿调节圈式螺杆(1J)、顶面弹簧Y方向精密调节台(1K)、第五侧面及顶面弹簧位姿调节连接件(1L)、第二侧面及顶面弹簧位姿调节圈式螺杆(1M)、顶面弹簧Z方向精密调节台(1N)、第四侧面及顶面弹簧位姿调节连接件(1O)；

侧面及顶面弹簧位姿调节支架平台(1B)的内侧圆柱面能沿侧面及顶面弹簧位姿调节支架立柱(1A)的轴向滑动和定位；第一侧面及顶面弹簧位姿调节连接件(1C)下表面与侧面及顶面弹簧位姿调节支架平台(1B)的直角面固定，第一侧面及顶面弹簧位姿调节连接件(1C)上表面与侧面及顶面弹簧位姿调节精密升降台(1D)下表面固定；侧面弹簧X方向精密调节台(1E)下表面与侧面及顶面弹簧位姿调节精密升降台(1D)上表面固定，侧面弹簧X方向精密调节台(1E)上表面与侧面弹簧Y方向精密调节台(1F)下表面固定且保证两个调节台的移动方向垂直；第二侧面及顶面弹簧位姿调节连接件(1G)下表面与侧面弹簧Y方向精密调节台(1F)上表面固定，第二侧面及顶面弹簧位姿调节连接件(1G)上表面与顶面弹簧X方向精密调节台(1H)下表面固定；顶面弹簧Ｙ方向精密调节台(1Ｋ)下表面与顶面弹簧X方向精密调节台(1H)上表面固定且保证两个调节台的移动方向垂直，顶面弹簧Ｙ方向精密调节台(1Ｋ)上表面与第四侧面及顶面弹簧位姿调节连接件(1O)一直角面固定；顶面弹簧Z方向精密调节台(1N)的一个侧面与第四侧面及顶面弹簧位姿调节连接件(1O)另一直角面固定，顶面弹簧Z方向精密调节台(1N)的另一个侧面与第五侧面及顶面弹簧位姿调节连接件(1L)的一直角面固定；第一侧面及顶面弹簧位姿调节圈式螺杆(1J)通过第三侧面及顶面弹簧位姿调节连接件(1I)固定于第二侧面及顶面弹簧位姿调节连接件(1G)的侧面，第二侧面及顶面弹簧位姿调节圈式螺杆(1M)通过螺纹固定于第五侧面及顶面弹簧位姿调节连接件(1L)的另一直角面前端下面；

2) 两个结构相同的底面弹簧位姿调节组件(2)：

均包括：高度调整架底板(2A)、高度调整架立柱(2B)、高度调整架顶板(2C)、转动平台(2D)、第一底面弹簧位姿调节立柱架(2E)、第一连接杆(2F)、第一交叉杆架(2G)、第二连接杆(2H)、第二底面弹簧位姿调节立柱架(2I)、第三连接杆(2J)、第四连接杆(2K)、底面弹簧位姿调节圈式螺杆(2L)、第二交叉杆架(2M)；

高度调整架底板(2A)与高度调整顶板(2C)通过四个高度调整立柱(2B)刚性连接实现竖直方向的位置粗调；转动平台(2D)下表面固定于高度调整顶板(2C)上表面，第一底面弹簧位姿调节立柱架(2E)固定于转动平台(2D)上表面且能实现竖直方向的位置精调；第一交叉杆架(2G)上的垂直槽与第一底面弹簧位姿调节立柱架(2E)通过第一连接杆(2F)刚性连接，第一交叉杆架(2G)上的水平槽与第二底面弹簧位姿调节立柱架(2I)通过第二连接杆(2H)刚性连接，且第二底面弹簧位姿调节立柱架(2I)能实现水平方向的位置精调；第二交叉杆架(2M)上的水平槽与第二底面弹簧位姿调节立柱支架(2I)通过第三连接杆(2J)刚性连接，第二交叉杆架(2M)上的垂直槽与底面弹簧位姿调节圈式螺杆(2L)通过第四连接杆(2K)刚性连接；

3) 两个结构相同的水平振动检测组件(3)：

均包括：水平振动检测支架立柱(3A)、水平振动检测支架平台(3B)、第一水平振动检测连接件(3C)、水平振动检测精密升降台(3D)、水平振动检测X方向精密调节台(3E)、水平振动检测Y方向精密调节台(3F)、第二水平振动检测连接件(3G)、水平振动检测激光位移传感器(3H)；

水平振动检测支架平台(3B)的内侧圆柱面能沿水平振动检测支架立柱(3A)轴向滑动和定位，水平振动检测支架平台(3B)的直角面与第一水平振动检测连接件(3C)下表面固定；水平振动检测精密升降台(3D)下表面与第一水平振动检测连接件(3C)上表面固定，水平振动检测精密升降台(3D)上表面与水平振动检测X方向精密调节台(3E)下表面固定；水平振动检测Y方向精密调节台(3F)下表面与水平振动检测X方向精密调节台(3E)上表面固定且保证两个调节台的移动方向垂直，水平振动检测Y方向精密调节台(3F)上表面与第二水平振动检测连接件(3G)下表面固定，第二水平振动检测连接件(3G)上表面与水平振动检测激光位移传感器(3H)下表面固定；

4) 竖直振动检测组件(4)：

包括：竖直振动检测支架立柱(4A)、竖直振动检测支架平台(4B)、第一竖直振动检测连接件(4C)、竖直振动检测X方向精密调节台(4D)、第二竖直振动检测连接件(4E)、竖直振动检测Z方向精密调节台(4F)、第三竖直振动检测连接件(4G)、竖直振动检测激光位移传感器(4H)；

竖直振动检测支架平台(4B)的内侧圆柱面能沿竖直振动检测支架立柱(4A)的轴向滑动和定位，竖直振动检测支架平台(4B)的直角面与第一竖直振动检测连接件(4C)下表面固定；竖直振动检测X方向精密调节台(4D)下表面与第一竖直振动检测连接件(4C)上表面固定，竖直振动检测X方向精密调节台(4D)上表面与第二竖直振动检测连接件(4E)一直角面固定；竖直振动检测Z方向精密调节台(4F)的一个侧面与第二竖直振动检测连接件(4E)另一直角面固定，竖直振动检测Z方向精密调节台(4F)的另一个侧面与竖直振动检测激光位移传感器(4H)通过第三竖直振动检测连接件(4G)刚性连接；

5) 气泡发生器(5)：

包括：激振器(5A)、激振器连接杆(5B)、下部激振杆(5C)、空气轴承(5D)、中间膜(5E)、上部激振杆(5F)、激振板(5G)、软壁腔(5H)、上部气泡生成腔(5I)、下部气泡生成腔(5J)、气泡发生器连接件(5K)、气泡发生器支架平台(5L)、气泡发生器支架立柱(5M)；

气泡发生器支架平台(5L)的内侧圆柱面能沿气泡发生器支架立柱(5M)的轴向滑动和定位，气泡发生器支架平台(5L)的直角面与气泡发生器连接件(5K)下表面固定；下部气泡生成腔(5J)下表面与气泡发生器连接件(5K)上表面固定，下部气泡生成腔(5J)上表面与上部气泡生成腔(5I)下表面夹住中间膜(5E)后固定；软壁腔(5H)的一端固定在上部气泡生成腔开口(5I-1)中；T形的激振器连接杆(5B)固定在激振器(5A)的中心螺孔上，两个下部激振杆(5C)的小端对称地固定于T形的激振器连接杆(5B)的横梁上，两个下部激振杆(5C)的小端分别装入对应的空气轴承(5D)的轴承孔中，两个空气轴承(5D)固定在空气轴承安装孔(5J-1)中；上部激振杆(5F)大端面与下部激振杆(5C)大端面夹住中间膜(5E)后固定，两个上部激振杆(5F)小端面均与激振板(5G)固定，上部气泡生成腔(5I)下部向上依次开有注液孔(5I-3)和一排水平布置的注气孔(5I-2)，激振板(5G)从下至上插入在上部气泡生成腔(5I)腔体内的注液孔(5I-3)和一排水平布置的注气孔(5I-2)之间； 

6) 流道模块及弹簧组件(6)：

包括：十个万向挂钩弹簧(6A)、十个流道模块圈式螺杆(6B)、流道模块(6C)；流道模块(6C)上表面四角关于上表面中心分别对称地固定有流道模块圈式螺杆(6B)；流道模块(6C)四个侧棱下部均开有与水平面垂直的平面，且四个平面上分别固定有一个流道模块圈式螺杆(6B)；流道模块(6C)下表面关于下表面中心对称地固定有两个流道模块圈式螺杆(6B)；各流道模块圈式螺杆上均连接了一个万向挂钩弹簧(6A)；

7) 管路固定机构(7)：

包括：管路固定架(7A)、管路固定立柱架(7B)、管路固定支架平台(7C)、管路固定支架立柱(7D)；管路固定支架平台(7C)的内侧圆柱面能沿管路固定支架立柱(7D)轴向滑动和定位，管路固定支架平台(7C)的直角面与管路固定立柱架(7B)下表面固定，管路固定架(7A)与管路固定立柱架(7B)固定；

四个结构相同的侧面及顶面弹簧位姿调节组件(1)对称安装在隔振平台(8)上；两个结构相同的底面弹簧位姿调节组件(2)对称安装在隔振平台(8)上；流道模块(6C)处于隔振平台(8)中心通孔的正上方，它通过十个流道模块圈式螺杆(6B)和十个万向挂钩弹簧(6A)分别与侧面及顶面弹簧位姿调节组件(1)和底面弹簧位姿调节组件(2)连接并确定空间位置；侧面及顶面弹簧位姿调节组件(1)和底面弹簧位姿调节组件(2)在隔振平台(8)上的具体位置只需保证所连接弹簧的空间位置，其中：四个连接在流道模块(6C)侧面的万向挂钩弹簧(6A)另一端分别与对应的第一侧面及顶面弹簧位姿调节圈式螺杆(1J)连接，且保证这四个万向挂钩弹簧(6A)的轴线与对应的流道模块(6C)的顶面对角线平行；四个连接在流道模块(6C)顶面的万向挂钩弹簧(6A)另一端分别与对应的第二侧面及顶面弹簧位姿调节圈式螺杆(1M)连接，且保证这四个万向挂钩弹簧(6A)的轴线处于竖直位置；两个连接在流道模块(6C)底面的万向挂钩弹簧(6A)另一端分别与对应的底面弹簧位姿调节圈式螺杆(2L)连接，且保证这两个万向挂钩弹簧(6A)的轴线处于竖直位置；四个第五侧面及顶面弹簧位姿调节连接件(1L)通过四个固定件(11)依次连接固定；

两个结构相同的水平振动检测组件(3)安装在隔振平台(8)上，且其水平位置要保证水平振动检测激光位移传感器(3H)激光发生面分别与对应的流道模块(6C)侧棱处的平面平行，且对应的流道模块(6C)侧棱处的平面为相邻侧棱处所开平面；竖直振动检测组件(4)安装在隔振平台(8)上，且保证竖直振动检测激光位移传感器(4H)激光发生面与流道模块(6C)底面平行；

气泡发生器(5)的软壁腔(5H)的另一端与流道模块(6C)的底部开口固定，气泡发生器(5)的激振器(5A)置于隔振平台(8)中心大通孔中，激振器(5A)与隔振平台(8)不接触，气泡发生器支架立柱(5M)安装在隔振平台(8)上；

回收管路(9C)一端固定于流道模块(6C)，回收管路(9C)的伸出部分通过管路固定架(7A)夹持固定；管路固定机构(7)安装在隔振平台(8)上；注气管路(9A)与注液管路(9B)均通过管路和快速气动接头与气泡发生器(5)连接；

控制器(10)分别与两个水平振动检测激光位移传感器(3H)和竖直振动检测激光位移传感器(4H)连接。