CN109752291A - 一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置 - Google Patents

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李建玲
申帅
刘金宏
范玮
董荣晓
张晋
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Abstract

本发明公开了一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置。触发装置由光电接收装置、汇聚光路、连接件、液滴、掉落通道、汇聚透镜、透镜安装腔、环形垫片、光路通道、柱形光路、光源、触发线组成；触发装置利用光的反射原理(液滴从平行光路穿过时将发生反射)并通过添加透镜对反射光进行汇聚以实现对微小液滴(液滴直径介于0.1mm～3mm)掉落过程的监控。与传统的触发装置相比，该装置拓宽了触发装置的监控范围、提升了测量结果的准确性(对触发信号的汇聚效果)、降低了实验成本(光电传感器灵敏度需求降低)、同时提升了实验系统的空间利用率(采用同侧布置实验设备)，可以更加快速、经济、准确的监控液滴的掉落过程。

Description

一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置
技术领域
本发明涉及高超声速飞行器燃烧领域，具体为一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置。
背景技术
进入21世纪以来，世界各主要军事强国都将发展高超声速飞行器作为本国国防事业的重中之重，其研制对保卫国家安全及提升综合实力有着重要意义。此外，高超声速飞行器在研制过程中将有可能推动新一轮的技术革命。
随着高超声速飞行器飞行马赫数的提升，研究人员对飞行器推进装置的需求也越来越来高。燃烧室作为推进系统中释放燃油化学能量的场所，为推进装置及飞行器的正常运行提供能量供给，在动力系统的预研过程中发挥着重要作用。目前，由于缺乏燃油在高速热伴流条件下燃烧过程的相关基础研究，燃烧室在设计及研制阶段面临着众多问题。燃油从喷嘴喷出后将快速地雾化、蒸发并发生燃烧。若要设计出性能优异、并能高速条件下正常工作的燃烧室，必须首先开展燃油液滴在高速热伴流条件下雾化过程的研究。
受限于有限的液滴发生装置及相关诊断测试设备，目前关于高速热伴流条件下液滴雾化的研究多集中在毫米量级(直径介于1～3mm)，并基于此建立了液滴变形破碎的相关模型。但是，当燃油直径缩小到亚毫米量级时，液滴表面曲率急剧增大，液滴的小尺寸效应将突出。此时相关经验模型能否继续适用，学术界存在争论。此外，在发动机燃烧内部，液滴直径多集中在亚毫米量级。因此，亟需开展小液滴在高速气流伴随条件下的雾化过程。
关于单个液滴雾化过程的研究目前多在激波管平台上开展。在激波管平台开展小液滴雾化过程研究时，如何精确监控液滴的发生过程将直接影响到实验的精度。目前已有的触发装置多采用直射式光电接收系统(平行光路打在光电接收装置上，液滴从平行光路中穿过时将对原光路产生干扰，从而在光电接收装置上发生电信号，继而控制其它触发装置)对液滴的掉落过程进行检测。当液滴直径减小时(直径小于1mm)，液滴经过光路所产生的扰动信号将减弱，此时当微小液滴掉落时，触发系统将不能及时监控液滴的掉落过程，进而影响到后续实验；若仍需准确监控液滴掉落过程，需采用灵敏度极高的光电传感器，这将极大地提升实验成本。此外，当采用传统的直射式光电接收系统，光电接收装置与光源分布于液滴掉落通道两侧，当测试场所空间有限时，这对触发系统的布置提出了一定的考验。
正是由于目前监控微小液滴掉落过程的触发装置中存在的缺陷及不足(不能准确监控微小液滴的掉落过程、价格昂贵、实验空间利用率低等问题)，所以有必要发展全新的能够监控微小液滴掉落过程的触发装置，以满足更加准确、经济、快速地监控液滴掉落过程的需求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：为克服已有监控微小液滴掉落过程触发装置中存在的缺陷及不足，本发明提出了一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置。
本发明的技术方案是：一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置，其特征在于，包括光电接收装置、连接件和汇聚透镜；所述连接件内部为空腔体，侧壁上开有透镜安装腔和光路通道，且汇聚透镜置于该安装腔内；外部光源形成的柱形光路穿过光路通道，并保证柱形光路中心线与光路通道中心线重合；液滴进入连接件空腔内，从柱形光路穿过时，液滴表面反射的光通过汇聚透镜汇集到光电接收装置内，所产生的触发信号通过触发线与外界设备连接以控制实验的进行。
本发明的进一步技术方案是所述连接件为柱状体，轴向开有通孔作为液滴的掉落通道；侧壁上径向开有通孔作为透镜安装腔，且该通孔轴线与连接件轴线相互垂直；侧壁上径向开有另一通孔作为光路通道，且光路通道轴线与透镜安装腔孔轴线位于同一平面，且夹角为45°。
本发明的进一步技术方案是：还包括环形垫片，所述环形垫片使得汇聚透镜在透镜安装腔中进行紧固密封。
本发明的进一步技术方案是：所述汇聚透镜的焦距大于一倍透镜直径小于两倍透镜直径。
本发明的进一步技术方案是：所述光电接收装置靠近连接件透镜安装腔的侧壁处放置，且光电接收装置距离连接件最近处距离小于汇聚透镜焦距但同时大于半倍焦距。
本发明的进一步技术方案是：所述光电接收装置的接收面与透镜安装腔中心线垂直。
本发明的进一步技术方案是：光源产生的为平行光路，柱形光路直径大于5mm。
本发明的进一步技术方案是：当采用传统直射方式布置光电接收装置时，液滴(直径介于1mm～3mm)从平行光路中穿过时，光电接收装置上能产生触发信号。
发明效果
本发明的技术效果在于：本装置主要利用光的反射原理(平行光打在液滴表面将发生反射)并通过添加透镜对反射光进行汇聚以实现对微小液滴(液滴直径介于0.1mm～3mm)掉落过程的监控。此外，由于将光电接收装置布置到光源侧，极大地减小了实验装置的占用空间，使得触发系统更加小巧。该装置拓宽了传统触发装置的监控范围，提高了测量结果的准确性(对触发信号的汇聚效果)、提升了实验的经济性(降低了对光电传感器灵敏度的需求从而降低了实验成本)，同时减少了实验空间的使用面积(同侧布置实验设备)，可以为开展微小液滴的雾化研究及相关工程应用提供有力支持。
附图说明
图1为一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置示意图
图中：1、光电接收装置；2、汇聚光路；3、连接件；4、液滴；5、掉落通道；6、汇聚透镜；7、透镜安装腔；8、环形垫片；9、光路通道；10、柱形光路；11、光源；12、触发线。
具体实施方式
参见图1，所述一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置，其特征在于由光电接收装置、汇聚光路、连接件、液滴、掉落通道、汇聚透镜、透镜安装腔、环形垫片、光路通道、柱形光路、光源、触发线组成；光路发生系统主要由光源、柱形光路、光路通道组成，主要用以提供实验平行光路；光路接收系统主要由光电接收装置、汇聚光路、汇聚透镜、环形垫片组成，当液滴从柱形光路穿过时，液滴表面反射的光通过汇聚透镜汇集到光电接收装置内，所产生的触发信号通过触发线与外界设备连接以控制实验的进行；
所述一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置，其特征在于连接件通过外螺纹与其它实验装置连接；
所述一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置，其特征在于连接件内部的掉落通道直径大于10mm，连接件壁厚为5mm。
所述一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置，其特征在于液滴直径介于0.1mm和3mm之间。
所述一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置，其特征在于连接件上留有光路通道(直径5mm)及透镜安装腔(直径5mm)。
所述一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置，其特征在于当采用传统直射方式布置光电接收装置时，液滴(直径介于1mm～3mm)从平行光路中穿过时，光电接收装置上能产生触发信号。
所述一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置，其特征在于透镜安装腔中心线与光路通道中心线在同一平面，两者的夹角为45°。
所述一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置，其特征在于汇聚透镜的焦距大于一倍透镜直径小于两倍透镜直径。
所述一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置，其特征在于汇聚透镜通过环形垫片安装在透镜安装腔内部。
所述一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置，其特征在于光源产生的为平行光路，柱形光路直径大于5mm。
所述一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置，其特征在于光电接收装置距离连接件最近处距离小于汇聚透镜焦距但同时大于半倍焦距。
所述一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置，其特征在于光电接收装置的接收面与透镜安装腔中心线垂直。
所述一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置，其特征在于触发信号产生后通过触发线与外界触发装置相连，进而控制其它实验设备。
如图1所示。图中包括光电接收装置1、汇聚光路2、连接件3、液滴4、掉落通道5、汇聚透镜6、透镜安装腔7、环形垫片8、光路通道9、柱形光路10、光源11、触发线12。
实验开展前首先将汇聚透镜6安装在透镜安装腔7内，两者之间通过环形垫片8接触；调整光源11，使得所发生的柱形光路10能穿过光路通道9，并保证柱形光路10中心线与光路通道9中心线重合；移动光电接收装置1的位置使其与连接件3的最近距离小于汇聚透镜6的一倍焦距但同时大于汇聚透镜6的半倍焦距；继续调整光电接收装置1使得光电接收装置1的接收面与汇聚透镜6中心线相互垂直。
通过螺纹使得连接件3与其它实验设备连接，并保持光电接收装置1、光源11为工作状态。当液滴4从掉落通道5掉落时，液滴4对柱形光路10产生干扰进而在光电接收装置1中生成触发信号，通过触发线12与外界触发装置连接以控制后续实验操作。
本发明通过采用汇聚透镜6、光源11光电接收器1等装置，利用了光的反射原理、汇聚透镜6的汇聚效应，拓宽了触发装置的液滴4直径适用范围、提高了测试结果的准确性、降低了实验成本、提升了实验空间的利用率，从而可以更加准确快速地开展液滴4雾化实验。

Claims (8)

1.一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置，其特征在于，包括光电接收装置(1)、连接件(3)和汇聚透镜(6)；所述连接件(3)内部为空腔体，侧壁上开有透镜安装腔和光路通道，且汇聚透镜(6)置于该安装腔内；外部光源形成的柱形光路穿过光路通道，并保证柱形光路中心线与光路通道中心线重合；液滴进入连接件(3)空腔内，从柱形光路穿过时，液滴表面反射的光通过汇聚透镜汇集到光电接收装置内，所产生的触发信号通过触发线与外界设备连接以控制实验的进行。
2.如权利要求1所述的一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置，其特征在于，所述连接件(3)为柱状体，轴向开有通孔作为液滴的掉落通道；侧壁上径向开有通孔作为透镜安装腔(7)，且该通孔轴线与连接件(3)轴线相互垂直；侧壁上径向开有另一通孔作为光路通道(9)，且光路通道(9)轴线与透镜安装腔(7)孔轴线位于同一平面，且夹角为45°。
3.如权利要求1所述的一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置，其特征在于，还包括环形垫片(8)，所述环形垫片(8)使得汇聚透镜(6)在透镜安装腔(7)中进行紧固密封。
4.如权利要求1所述的一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置，其特征在于，所述汇聚透镜(6)的焦距大于一倍透镜直径小于两倍透镜直径。
5.如权利要求1所述的一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置，其特征在于，所述光电接收装置(1)靠近连接件(3)透镜安装腔(7)的侧壁处放置，且光电接收装置(1)距离连接件(3)最近处距离小于汇聚透镜(6)焦距但同时大于半倍焦距。
6.如权利要求5所述的一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置，其特征在于，所述光电接收装置(1)的接收面与透镜安装腔(7)中心线垂直。
7.如权利要求1所述的一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置，其特征在于，光源产生的为平行光路，柱形光路直径大于5mm。
8.如权利要求1所述的一种用于监控微小液滴掉落过程的触发装置，其特征在于，当采用传统直射方式布置光电接收装置时，液滴(直径介于1mm～3mm)从平行光路中穿过时，光电接收装置上能产生触发信号。
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