CN114113663A - 一种用于流速测量和流场监测的检测装置 - Google Patents

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丘廉芳
孙靖
王旭琴
张勇
陈威
张春杰
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Abstract

本发明公开了一种用于流速测量和流场监测的检测装置，以多模块阵列形式进行检测，模块包括：绵绸丝带、标记液体容器、毛细管、喉管、动压管道、静压管道、液体容器、压力传感器、基座、处理器和摄像头。本发明可实现在测量流速的同时实时定性监测流场的变化情况，结构简单，试验场地几乎不受限制，试验成本相对低廉，在精度要求不高，仿真难度大，或者前期研试摸索阶段可以作为重要检测工具。特别适用于激光切割、激光烧结、激光焊接等对金属飞溅液和烟尘有严格要求的特种作业场所工作区域的流速测量和流场监测。

Description

一种用于流速测量和流场监测的检测装置
技术领域
本发明涉及流场检测测试领域，具体涉及一种用于流速测量和流场监测的检测装置。
背景技术
近年来随着激光器产品愈发成熟和稳定，激光切割、激光烧结、激光焊接等加工方法被广泛研究应用。然而，激光加工作为一种高能量密度、低热输入量、高柔性的先进制造方法，能在极短的时间内熔化金属，形成微小熔池。但是由于激光束能量密度高，熔融态金属表面张力小，表面粘滞力小，材料蒸发强烈，引起熔池及激光深熔小孔剧烈波动，产生大量金属飞溅液和烟尘。加工区域大量金属飞溅液和烟尘会对激光束质量和人员安全产生一定影响。为了缓解这种影响目前市面上大多数激光加工设备采用吹风方式将飞溅液和烟尘吹离成型区域。吹风口布局和设计参数是否合理将直接影响飞溅液和烟尘吹离成型区域效果。如何定量或者定性的测试吹风口布局和设计参数是否合理，在本发明提出之前国内尚无一种可靠的检测方法。
本发明提出一种可以实现在测量流速的同时实时定性监测流场的变化情况的检测装置，该装置结构简单，操作便利，几乎不受试验场地限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于流速测量和流场监测的检测装置，该装置结构简单，操作便利，几乎不受试验场地限制，定量或者定性的测试吹风口布局和设计参数是否合理。
为了达到上述的目的，本发明提供一种用于流速测量和流场监测的检测装置，该检测装置以多模块阵列形式进行检测，所述模块包括：绵绸丝带1、标记液体容器2、毛细管3、喉管4、动压管道5、静压管道6、液体容器7、压力传感器8、基座9、处理器10和摄像头11；
所述绵绸丝带1安装于毛细管3上，毛细管3插入到标记液体容器2中，绵绸丝带1安装于标记液体容器2正上方；
所述喉管4中部最小截面位置处有一根竖直贯通的动压管道5，动压管道5与液体容器7联通，并与静压管道6联通共同组成U型管；
所述动压管道5底部安装有用于测量管道压力的压力传感器8，压力传感器8安装于基座9上方；
所述处理器10控制压力传感器8和摄像头11动作的执行，并保证压力传感器8和摄像头11检测数据的保持同步，同时处理器10能够接收和处理获取数据，实时显示和记录测量过程中流场的变化情况。
上述一种用于流速测量和流场监测的检测装置，其中，所述绵绸丝带1通过一根毛细管道安装于毛细管3上。
上述一种用于流速测量和流场监测的检测装置，其中，所述绵绸丝带1为中空多层结构，内层为多孔中空管道，中层绵绸丝带，绵绸丝带通过内层多孔道通入管道中，外层包覆防水层，保证绵绸丝带1受流体作用力飘动时吸附表面的液体不飘洒。
上述一种用于流速测量和流场监测的检测装置，其中，所述标记液体容器2用于盛标记液体，标记液体根据实际需要选定。
上述一种用于流速测量和流场监测的检测装置，其中，所述喉管4采用对称喇叭状结构或对称V型结构，中间截面最小，流速最快，形成压差最大，检测误差小。
上述一种用于流速测量和流场监测的检测装置，其中，所述动压管道5是一根细长圆锥杆，细长杆的长度和平均直径比不小于50。
上述一种用于流速测量和流场监测的检测装置，其中，该装置采用模块阵列方式进行检测，各模块摆放位置相互错开；所述处理器10采集各个压力传感器8测量数据，通过算法拟合出测量范围内压力变化情况。
上述一种用于流速测量和流场监测的检测装置，其中，所述各检测模块上方的绵绸丝带1受流体作用随流线飘动可实时定性反应流场变化，并用摄像头11记录绵绸丝带1实时变化图像。
上述一种用于流速测量和流场监测的检测装置，其中，所述检测前，在动压管道5、静压管道6和液体容器7共同组成U型管内盛放标记液体；检测时，当流体流过变截面的喉管4时，由于管道两端流速不同，动压管道5和静压管道6会产生一定压差。
与现有技术相比，本发明的技术有益效果是：
1本发明以多模块阵列形式进行检测带来的效果为：可实现整个工作区域流速的测定和流场的监测，避免了单模块测试人为摆放造成的实验误差，且结构设计精巧，测试数据单一，检测精度和效率高；
2本发明使用带压力传感器的U型流量计来的效果为：可准确的测量压差值，避免环境因素对液体密度影响和人为估读数据带来的误差，检测精度更加准确；
3本发明综合使用带压力传感器的U型流量计和摄像头实时毛细效应标记绵绸丝带，并同步图像和数据信息后带来的效果为：可实时、准确地显示检测区域真实的流场变化情况。
附图说明
本发明的一种用于流速测量和流场监测的检测装置由以下的实施例及附图给出。
图1为本发明的一种用于流速测量和流场监测的检测装置单模块剖视图；
图2为本发明的一种用于流速测量和流场监测的检测装置多模块剖视图。
其中，1-绵绸丝带、2-标记液体容器、3-毛细管、4-喉管、5-动压管道、6-静压管道、7-液体容器、8-压力传感器、9-基座、10-处理器、11-摄像头。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的一种用于流速测量和流场监测的检测装置作进一步的详细描述。
图1是本发明实施例提供的一种用于流速测量和流场监测的检测装置单模块剖视图。如图1所示，该用于流速测量和流场监测的检测装置，包括：绵绸丝带1、标记液体容器2、毛细管3、喉管4、动压管道5、静压管道6、液体容器7、压力传感器8、基座9、处理器10和摄像头11；其中，
绵绸丝带1通过一根毛细管道安装于毛细管3上，安装完成后毛细管3插入到标记液体容器2中，为避免标记液体容器2结构破坏流场影响绵绸丝带1飘动，绵绸丝带1安装于标记液体容器2正上方；喉管4中部最小截面位置处有一根竖直贯通的动压管道5，动压管道5与液体容器7联通，并与静压管道6联通共同组成U型管；动压管道5底部安装有用于测量管道压力的压力传感器8，压力传感器8安装于基座9上方；处理器10控制压力传感器8和摄像头11动作的执行，并保证压力传感器8和摄像头11检测数据的保持同步，同时处理器10能够接收和处理获取数据，实时显示和记录测量过程中流场的变化情况；
具体的，绵绸丝带1为中空多层结构，内层为多孔中空管道，中层绵绸丝带，绵绸丝带通过内层多孔道通入管道中，外层包覆防水层，保证绵绸丝带1受流体作用力飘动时吸附表面的液体不飘洒；标记液体容器2用于盛标记液体，标记液体根据实际需要选定；喉管4为对称喇叭状结构或为对称V型结构，中间截面最小，流速最快，形成压差最大，检测误差小；动压管道5为一根细长圆锥杆，为避免结构对流场产生显著影响，尽量保证细长杆的长径比长度和平均直径比不小于50；
具体的，该装置通常采用模块阵列方式进行检测，检测前，将标记液体盛于标记液体容器2中；保证绵绸丝带1被标记液完全浸润，但无液体渗透外壁面；在动压管道、静压管道和液体容器共同组成U型管内盛放一定液体可添加标记液体；将各模块位置相互错开摆放，避免后面的检测模块受到前面检测模块影响；
具体的，检测时，当流体流过变截面的喉管4时由于管道两端流速不同动压管道5和静压管道6会产生一定压差；按照一定采用频率实时采集各个压力传感器8测量数据；与此同时各检测模块上方的绵绸丝带1受流体作用随流线飘动，打开摄像头记录绵绸丝带1随流场实时变化图像。
具体的，检测完成后，处理器10对采集数字和图像信息进行处理，得出一组实时的流线和流场变化结果，完成流速测量和流场监测。
图2是一种用于流速测量和流场监测的检测装置多模块剖视图。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于流速测量和流场监测的检测装置，其特征在于，该检测装置以多模块阵列形式进行检测，所述模块包括：绵绸丝带1、标记液体容器2、毛细管3、喉管4、动压管道5、静压管道6、液体容器7、压力传感器8、基座9、处理器10和摄像头11；
所述绵绸丝带1安装于毛细管3上，毛细管3插入到标记液体容器2中，绵绸丝带1安装于标记液体容器2正上方；
所述喉管4中部最小截面位置处有一根竖直贯通的动压管道5，动压管道5与液体容器7联通，并与静压管道6联通共同组成U型管；
所述动压管道5底部安装有用于测量管道压力的压力传感器8，压力传感器8安装于基座9上方；
所述处理器10控制压力传感器8和摄像头11动作的执行，并保证压力传感器8和摄像头11检测数据的保持同步，同时处理器10能够接收和处理获取数据，实时显示和记录测量过程中流场的变化情况。
2.如权利要求1所述的一种用于流速测量和流场监测的检测装置，其特征在于，所述绵绸丝带1通过一根毛细管道安装于毛细管3上。
3.如权利要求2所述的一种用于流速测量和流场监测的检测装置，其特征在于，所述绵绸丝带1为中空多层结构，内层为多孔中空管道，中层绵绸丝带，绵绸丝带通过内层多孔道通入管道中，外层包覆防水层，保证绵绸丝带1受流体作用力飘动时吸附表面的液体不飘洒。
4.如权利要求1所述的一种用于流速测量和流场监测的检测装置，其特征在于，所述标记液体容器2用于盛标记液体，标记液体根据实际需要选定。
5.如权利要求1所述的一种用于流速测量和流场监测的检测装置，其特征在于，所述喉管4采用对称喇叭状结构或对称V型结构，中间截面最小，流速最快，形成压差最大，检测误差小。
6.如权利要求1所述的一种用于流速测量和流场监测的检测装置，其特征在于，所述动压管道5是一根细长圆锥杆，细长杆的长度和平均直径比不小于50。
7.如权利要求1所述的一种用于流速测量和流场监测的检测装置，其特征在于，该装置采用模块阵列方式进行检测，各模块摆放位置相互错开；所述处理器10采集各个压力传感器8测量数据，通过算法拟合出测量范围内压力变化情况。
8.如权利要求1所述的一种用于流速测量和流场监测的检测装置，其特征在于，各检测模块上方的绵绸丝带1受流体作用随流线飘动可实时定性反应流场变化，并用摄像头11记录绵绸丝带1实时变化图像。
9.如权利要求1所述的一种用于流速测量和流场监测的检测装置，其特征在于，所述检测前，在动压管道5、静压管道6和液体容器7共同组成U型管内盛放标记液体；检测时，当流体流过变截面的喉管4时，由于管道两端流速不同，动压管道5和静压管道6会产生一定压差。
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