CN104266691B - 循环液体流量测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种循环液体流量测量装置，包括：激光测量装置、负载冷却装置；负载冷却装置，包括：进液管、进液缓冲器、进液反射浮垫、负载、出液缓冲器、出液反射浮垫及出液管；进液管与进液缓冲器连接；进液缓冲器通过负载进液口与负载连接；负载通过负载出液口与出液缓冲器连接；出液缓冲器与出液管连接；进液反射浮垫设置在进液缓冲器中；出液反射浮垫设置在出液缓冲器中；激光测量装置，用于通过进液反射浮垫和出液反射浮垫，确定流经负载液体的流量。本发明，通过激光测量装置、进液反射浮垫及出液反射浮垫可以精确测量出进液缓冲器与出液缓冲器中液体的高度差，从而确定流经负载的液体流量，提高了测量精度。

Description

循环液体流量测量装置

技术领域

本发明涉及测量技术，尤其涉及一种循环液体流量测量装置。

背景技术

循环液体散热技术是一种重要的冷却手段，被广泛应用在需要消除热效应的高功率激光器、激光测试设备、光刻机、发动机等仪器设备等领域。循环液体散热的基本工作原理为，低温液体流经负载将负载中的热量带走，从而对负载进行冷却。

负载的温度不仅仅与进液管中的液体温度有关，还与负载中液体的流量有关，负载中液体流量越大，被液体带走的热量越多，负载的温度越低，反之亦然。为了精确控制负载的温度，就需要精确测量流经负载的液体流量。在现有技术中，通常采用流量计测量流经负载的液体流量。

然而，由于流量计器械自身因素的影响，其测量精度有限，无法准确测量流经负载的液体流量。

发明内容

本发明提供一种循环液体流量测量装置，以克服现有技术中测量精度不高的技术问题。

本发明提供一种循环液体流量测量装置，包括：激光测量装置、负载冷却装置；

所述负载冷却装置，包括：进液管、进液缓冲器、进液反射浮垫、负载、出液缓冲器、出液反射浮垫以及出液管；其中，

所述进液管与所述进液缓冲器连接；

所述进液缓冲器通过负载进液口与所述负载连接；

所述负载通过负载出液口与所述出液缓冲器连接；

所述出液缓冲器与所述出液管连接；

所述进液反射浮垫设置在所述进液缓冲器中；

所述出液反射浮垫设置在所述出液缓冲器中；

所述激光测量装置，用于通过所述进液反射浮垫和所述出液反射浮垫，确定流经所述负载液体的流量。

进一步地，所述激光测量装置，具体包括：激光器、第一分束镜、第二分束镜、光束反射单元、第四分束镜、光探测器以及控制器；其中，

所述第一分束镜、所述第二分束镜、所述光束反射单元以及所述第四分束镜成矩形设置；

所述第一分束镜的入射点到所述光束反射单元的入射点的距离等于所述第二分束镜的入射点到第四入射点的距离，其中，所述第四入射点为所述第四分束镜的入射点；

所述第一分束镜的入射点到所述第二分束镜的入射点的距离等于所述光束反射单元的入射点到所述第四入射点的距离；

所述第一分束镜，用于反射所述激光器射出的第一光束以使经由所述第一分束镜反射后的第一光束垂直照射在所述进液反射浮垫上，透射所述第一光束以使透射后的第一光束到达所述第二分束镜，以及透射经由所述进液反射浮垫反射的进液参考光；

所述第二分束镜，用于反射经由所述第一分束镜透射的第一光束以使经由所述第二分束镜反射的第一光束垂直照射在所述出液反射浮垫上，以及透射经由所述出液反射浮垫反射的出液参考光；

所述光束反射单元，用于反射经由所述第一分束镜透射的进液参考光，以使经由所述光束反射单元反射的进液参考光到达所述第四分束镜；

所述第四分束镜，用于经由所述第四入射点透射所述进液参考光，经由所述第四入射点反射所述出液参考光；

所述光探测器，用于接收由所述进液参考光以及所述出液参考光在所述第四入射点形成的干涉光，并且用于接收所述干涉光的干涉条纹；

所述控制器与所述光探测器连接，用于根据所述干涉条纹以及预设的管路参数确定流经所述负载的液体流量。

本发明的技术效果是：通过激光测量装置、进液反射浮垫及出液反射浮垫可以精确测量出进液缓冲器与出液缓冲器中液体的高度差，从而确定流经负载的液体流量，提高了测量精度。

附图说明

图1为本发明循环液体流量测量装置实施例一的结构示意图；

图2为本发明循环液体流量测量装置实施例二的结构示意图；

图3为本发明循环液体流量测量装置实施例三的结构示意图；

图4为本发明循环液体流量测量装置实施例四的结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明循环液体流量测量装置实施例一的结构示意图。如图1所示，本实施例的装置可以包括：激光测量装置1、负载冷却装置2；

所述负载冷却装置1，包括：进液管201、进液缓冲器202、进液反射浮垫203、负载204、出液缓冲器205、出液反射浮垫206以及出液管207；其中，

所述进液管201与所述进液缓冲器202连接；

所述进液缓冲器202通过负载进液口与所述负载204连接；

所述负载204通过负载出液口与所述出液缓冲器205连接；

所述出液缓冲器205与所述出液管207连接；

所述进液反射浮垫203设置在所述进液缓冲器202中；

所述出液反射浮垫206设置在所述出液缓冲器205中；

所述激光测量装置1，用于通过所述进液反射浮垫203和所述出液反射浮垫206，确定流经所述负载液体的流量。

具体地，负载204为需要被冷却的器件，例如，发电机、激光器等高功率器件。液体通过进液管201流入进液缓冲器202，流经负载204，再依次流经出液缓冲器205、出液管207流出。液体的温度低于处于工作状态的负载204的温度。在液体流过负载204时，可与负载204进行热交换，从而带走负载204的热量为负载204降温。

在进液缓冲器202以及出液缓冲器205中分别设置进液反射浮垫203、出液反射浮垫206。在进液反射浮垫203与出液反射浮垫206背向液体的表面涂覆有适于激光器波长的反射膜。当有光束照射在反射膜时，反射膜可反射光束。

根据流体力学原理，在对负载204进行冷却时，流经负载204的液体的流量，可在进液缓冲器202与出液缓冲器206中形成液面差，液体的流量越大液面差越大，液体的流量越小液面差越小。通过测量液面差的大小可以确定当前液体流量的大小。

本实施例通过激光测量装置1可以精确测量出进液缓冲器202与出液缓冲器205中形成液面差。例如，利用激光器分别向进液反射浮垫203、出液反射浮垫206垂直入射光束，并利用光反射装置使进液反射光与出液反射光发生干涉，分析干涉光的干涉条纹可以精确测量出进液缓冲器202与出液缓冲器205中形成的液面差，从而计算出流经负载204的液体的流量。

本实施例，通过利用激光测量装置1、进液反射浮垫203以及出液反射浮垫206，精确测量出进液缓冲器202与出液缓冲器205中形成的液面差高度，从而计算出流经负载204的液体的流量。通常激光测量装置的测量精度为纳米量级。因此，解决了现有技术中由于流量计器械自身因素的影响，其测量精度有限，无法准确测量流经负载的液体流量的技术问题。

下面采用几个具体实施例对实施例一的技术方案进行详细解释。

图2为本发明循环液体流量测量装置实施例二的结构示意图。如图2所示，在上述实施例的基础上，进一步地，所述激光测量装置1，具体包括：激光器101、第一分束镜102、第二分束镜103、光束反射单元104、第四分束镜105、光探测器106以及控制器107；其中，

所述第一分束镜102、所述第二分束镜103、所述光束反射单元104以及所述第四分束镜105成矩形设置；

所述第一分束镜102的入射点到所述光束反射单元104的入射点的距离等于所述第二分束镜103的入射点到第四入射点的距离，其中，所述第四入射点为所述第四分束镜105的入射点；

所述第一分束镜102的入射点到所述第二分束镜103的入射点的距离等于所述光束反射单元104的入射点到所述第四入射点的距离；

所述第一分束镜102，用于反射所述激光器101射出的第一光束以使经由所述第一分束镜102反射后的第一光束垂直照射在所述进液反射浮垫203上，透射所述第一光束以使透射后的第一光束到达所述第二分束镜103，以及透射经由所述进液反射浮垫203反射的进液参考光；

所述第二分束镜103，用于反射经由所述第一分束镜102透射的第一光束以使经由所述第二分束镜103反射的第一光束垂直照射在所述出液反射浮垫206上，以及透射经由所述出液反射浮垫206反射的出液参考光；

所述光束反射单元104，用于反射经由所述第一分束镜102透射的进液参考光，以使经由所述光束反射单元反射104的进液参考光到达所述第四分束镜105；

所述第四分束镜105，用于经由所述第四入射点透射所述进液参考光，经由所述第四入射点反射所述出液参考光；

所述光探测器106，用于接收由所述进液参考光以及所述出液参考光在所述第四入射点形成的干涉光，并且用于接收所述干涉光的干涉条纹；

所述控制器107与所述光探测器106电连接，用于分析所述干涉条纹，并根据分析结果以及预设的管路参数确定流经所述负载204的液体流量。

具体地，激光器101射出的第一光束在第一分束镜102处发生反射，反射后的光束垂直入射进液反射浮垫203，并经进液反射浮垫203反射形成进液参考光。第一光束还可在第一分束镜102处发生透射后到达第二分束镜103，经由第二分束镜103的反射垂直入射出液反射浮垫206，并经进液反射浮垫206反射形成出液参考光。

进液参考光通过光束反射单元104的反射到达第四分束镜105的第四入射点。出液参考光透射过第二分束镜103后也到达第四分束镜105的第四入射点。进液参考光在第四入射点透射，出液参考光在第四入射点反射，透射后的进液参考光与反射后出液参考光发生干涉，形成干涉光。

光探测器106接收干涉光的干涉条纹。

控制器107与光探测器106电连接，光探测器106将干涉条纹转换为电信号后发送给控制器107。工作人员可预先将负载冷却装置2的管路参数录入控制器107中，控制器107根据预存的管路参数以及对干涉条纹的分析结果，计算出当前流经负载204的液体的流量。

更为具体地，光束反射单元104可以是分束镜、可以是背面镀有光吸收膜的分束镜、还可以是全反光镜。

图3为本发明循环液体流量测量装置实施例三的结构示意图。如图3所示，在上述实施例的基础上，进一步地，所述负载冷却装置2，还包括：进液调节阀208以及出液调节阀209；

所述进液调节阀208设置在所述进液管上，用于调节流入进液管的液体流量；

所述出液调节阀209设置在所述出液管上，用于调节流出出液管的液体流量；

所述进液调节阀208以及所述出液调节阀209分别与所述控制器107连接，以使所述控制器107根据预设的液体流量以及所述负载的当前液体流量控制所述进液调节阀208以及所述出液调节阀209。

具体地，进液调节阀208以及出液调节阀209为可以调节液体流量大小的阀门。例如，关小进液调节阀208以及出液调节阀209，可将流量调小；开大进液调节阀208以及出液调节阀209，可将流量调大。

工作人员可预先向控制器107中录入理想的流量大小，即预设的液体流量。当前流经负载204的液体流量小于预设的液体流量时，控制器107控制进液调节阀208以及出液调节阀209，使两者开大。当前流经负载204的液体流量大于预设的液体流量时，控制器107控制进液调节阀208以及出液调节阀209，使两者关小。从而将当前的液体流量达到预设的液体流量。

通过控制器107控制进液调节阀208以及出液调节阀209，使得本实施例的装置还能够实现对液体流量的自动调节。

图4为本发明循环液体流量测量装置实施例四的结构示意图。如图4所示，在上述实施例的基础上，进一步地，所述激光测量装置1，还包括：第一光隔离器108、第二光隔离器109、第一光学陷阱110、第二光学陷阱112、第三光学陷阱111、光程补偿器113。

所述第一光隔离器108，设置在所述激光器与所述第一分束镜102之间的光路上，用于阻止回波激光射入所述激光器中。

具体地，光隔离器是一种仅允许光束单向通过的光学器件。例如，进液反射光还可在第一分束镜102处发生反射，形成回波激光，反射后的进液反射光将射入激光器101中，引起激光器101的出光特性不稳定，严重时会使激光器101猝灭。因此，在激光器101与第一分束镜102之间的光路上设置第一光隔离器108，可有效阻止反射后的回波激光射入激光器101中。

所述第二光隔离器109，设置在所述第一分束镜102以及所述第二分束镜103之间的光路上，用于阻止回波激光到达所述第一分束镜102。

类似地，出液反射光可在第二分束镜103、出液反射镜及光路上其他光学元件表面处发生反射，形成回波激光，回射至第一分束镜102干扰进液反射光。在第一分束镜102与第二分束镜103之间的光路上设置第二光隔离器109可有效降低回波激光对进液反射光的干扰，进一步地提高了测量的精度。

所述第一光学陷阱110，设置在由所述第一分束镜102以及所述第二分束镜103形成的光路延长线上，用于吸收经由所述第二分束镜103透射的光。

具体地，光学陷阱是一种用于吸收光束的光学器件。激光测量装置1在实际操作中通常设置有外壳，由于外壳材质特性，可吸收激光，减少反射、散射光束对测量精度产生影响。在第一分束镜102与第二分束镜103所形成的光路延长线上设置第一光学陷阱110，可用于吸收经由第二分束镜103透射的光束，进一步地提高了测量的精度。

所述第二光学陷阱112，设置在由所述第二分束镜103以及所述第四分束镜105形成的光路延长线上，用于吸收经由所述第四分束镜透射的光。

类似地，在第二分束镜103与第四分束镜105所形成的光路延长线上设置第二光学陷阱112，可用于吸收经由第四分束镜105透射的光束，进一步地提高了测量的精度。

所述第三光学陷阱111，设置在由所述第一分束镜102以及所述光束反射单元104形成的光路延长线上，用于吸收经由所述光束反射单元透射的光。

类似地，当光束反射单元104为可透射光束的光学器件时，优选地在第一分束镜102与光束反射单元104的光路延长线上设置第三光学陷阱111，可用于吸收经由光束反射单元104透射的光束，进一步地提高了测量的精度。

所述光程补偿器113，设置在所述光束反射单元104以及所述第四分束镜105之间的光路上，用于增加所述进液参考光的光程。

具体地，光程补偿器113设置在光束反射单元104与第四分束镜105之间的光路上，可用于增加进液参考光的光程，从而调整进液参考光与出液参考光光程差。使得由进液参考光与出液参考光形成干涉光的干涉条纹宽度增大，进而使得测量精度更高。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种循环液体流量测量装置，其特征在于，包括：

激光测量装置、负载冷却装置；

所述负载冷却装置，包括：进液管、进液缓冲器、进液反射浮垫、负载、出液缓冲器、出液反射浮垫以及出液管；其中，

所述进液管与所述进液缓冲器连接；

所述进液缓冲器通过负载进液口与所述负载连接；

所述负载通过负载出液口与所述出液缓冲器连接；

所述出液缓冲器与所述出液管连接；

所述进液反射浮垫设置在所述进液缓冲器中；

所述出液反射浮垫设置在所述出液缓冲器中；

所述激光测量装置，用于通过所述进液反射浮垫和所述出液反射浮垫，确定流经所述负载液体的流量。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光测量装置，具体包括：激光器、第一分束镜、第二分束镜、光束反射单元、第四分束镜、光探测器以及控制器；其中，

所述第一分束镜、所述第二分束镜、所述光束反射单元以及所述第四分束镜成矩形设置；

所述第一分束镜的入射点到所述光束反射单元的入射点的距离等于所述第二分束镜的入射点到第四入射点的距离，其中，所述第四入射点为所述第四分束镜的入射点；

所述第一分束镜的入射点到所述第二分束镜的入射点的距离等于所述光束反射单元的入射点到所述第四入射点的距离；

所述第一分束镜，用于反射所述激光器射出的第一光束以使经由所述第一分束镜反射后的第一光束垂直照射在所述进液反射浮垫上，透射所述第一光束以使透射后的第一光束到达所述第二分束镜，以及透射经由所述进液反射浮垫反射的进液参考光；

所述第二分束镜，用于反射经由所述第一分束镜透射的第一光束以使经由所述第二分束镜反射的第一光束垂直照射在所述出液反射浮垫上，以及透射经由所述出液反射浮垫反射的出液参考光；

所述光束反射单元，用于反射经由所述第一分束镜透射的进液参考光，以使经由所述光束反射单元反射的进液参考光到达所述第四分束镜；

所述第四分束镜，用于经由所述第四入射点透射所述进液参考光，经由所述第四入射点反射所述出液参考光；

所述光探测器，用于接收由所述进液参考光以及所述出液参考光在所述第四入射点形成的干涉光，并且用于接收所述干涉光的干涉条纹；

所述控制器与所述光探测器连接，用于根据所述干涉条纹以及预设的管路参数确定流经所述负载的液体流量。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述光束反射单元，包括：

分束镜，或者，全反光镜。

4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述负载冷却装置，还包括：进液调节阀以及出液调节阀；

所述进液调节阀设置在所述进液管上，用于调节流入进液管的液体流量；

所述出液调节阀设置在所述出液管上，用于调节流出出液管的液体流量；

所述进液调节阀以及所述出液调节阀分别与所述控制器连接，以使所述控制器根据预设的液体流量以及所述负载的当前液体流量控制所述进液调节阀以及所述出液调节阀。

5.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述激光测量装置，还包括：第一光隔离器；

所述第一光隔离器，设置在所述激光器与所述第一分束镜之间的光路上，用于阻止回波激光射入所述激光器中。

6.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述激光测量装置，还包括：第二光隔离器；

所述第二光隔离器，设置在所述第一分束镜以及所述第二分束镜之间的光路上，用于阻止回波激光到达所述第一分束镜。

7.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述激光测量装置，还包括：第一光学陷阱；

所述第一光学陷阱，设置在由所述第一分束镜以及所述第二分束镜形成的光路延长线上，用于吸收经由所述第二分束镜透射的光。

8.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述激光测量装置，还包括：第二光学陷阱；

所述第二光学陷阱，设置在由所述第二分束镜以及所述第四分束镜形成的光路延长线上，用于吸收经由所述第四分束镜透射的光。

9.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述激光测量装置，还包括：第三光学陷阱；

所述第三光学陷阱，设置在由所述第一分束镜以及所述光束反射单元形成的光路延长线上，用于吸收经由所述光束反射单元透射的光。

10.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述激光测量装置，还包括：光程补偿器；

所述光程补偿器，设置在所述光束反射单元以及所述第四分束镜之间的光路上，用于增加所述进液参考光的光程。