CN208109688U - 光纤探针传感器观测实验装置 - Google Patents
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Abstract
光纤探针传感器观测实验装置，属于水文仪器探测技术领域。所述装置包括光纤探针传感器装置和观测实验配套设备。所述光纤探针传感器装置包括依次连接的激光光源、光纤探针、光电转换器、电源、单片机、上位机；所述观测实验配套设备包括气泵、支架、水箱，所述气泵与水箱管道连接，所述支架上设有可伸缩漏斗，所述光纤探头活动设于可伸缩漏斗内，所述可伸缩漏斗活动设于水箱内部。本实用新型所述装置通过观测实验获取了大量气泡羽流的观测数据，为进一步分析提取气泡羽流特征参数奠定基础，可以对声学法或图像法探测气泡羽流信息得到的数据进行校准，工作平台占地空间小，操作维护简单，可控性强，实验结果准确性较好。
Description
技术领域
本实用新型属于水文仪器探测技术领域，具体涉及一种光纤探针传感器观测实验装置。
背景技术
海-气界面通量是研究海气交互作用等大尺度动力学过程的重要参量，它是海洋生物、海洋化学、物理海洋学研究中的重要内容。在海-气界面通量交换过程中，破碎波卷入的气泡羽流的运动过程又占有十分重要的地位。为了全面观测气泡羽流信息，需设计搭建用于实验室观测的光纤探针传感器观测实验装置，获取气泡羽流的特征参数并进行分析。
研究破碎波卷入气泡羽流的观测技术，主要手段是通过合适的观测方法实现对气泡数目、随机弦长、气泡卷入深度等参数的原位观测。然后通过统计学方法与数理模型分析推导出气泡粒径参数、气泡空隙比率、波浪破碎能量耗散、气泡运行速率等参数，并得出气泡粒径分布模型。目前，气泡羽流的观测技术得到了一定的发展，其中暴露的问题与局限性也不容忽视。例如一些直接的光学测量技术如粒子图像测速技术、激光多普勒测速技术都已广泛的应用在了低含气率的气液两相流的研究中。随着空隙率的增加，这些方法存在着对光的反射与折射无法分辨处理的问题。还有其他的一些诸如X射线与伽马射线的层析成像技术也是可选择的实验方法，但代价过于昂贵。声学法、图像法、探针法是目前气泡羽流原位探测技术发展的热点。
光纤探针法测量瞬变微气泡羽流在近年来得到了广泛应用，这得益于蓝宝石光纤材质的研制运用使得光纤的物理、化学、光学等性能大大提高（分辨率高、耐腐蚀、稳定性好）。探针法还具有信号易处理、可进行大样本实时测量的优点。虽然探针法属于侵入式测量，但其凭借体积微小的优势可置于流场的任何位置且干扰极小。
实用新型内容
解决的技术问题：针对上述现有技术中气泡羽流的观测技术中对光的反射和折射无法分辨处理、造价昂贵、观测的准确性不够和现有光纤探针的材质存在局限性等问题，本实用新型提供一种光纤探针传感器观测实验装置，具备工作平台占地空间小，操作维护简单，可控性强以及实验结果准确性好等优点。
技术方案：光纤探针传感器观测实验装置，所述装置包括光纤探针传感器装置和观测实验配套设备；
所述光纤探针传感器装置包括激光光源、光纤探针、光电转换器、电源、单片机、上位机，所述光纤探针包括信号输入端、信号输出端和光纤探头，所述光纤探头设于所述光纤探针一端，所述信号输入端和信号输出端分别设于所述光纤探针另一端的两侧，所述光纤探针信号输入端与激光光源相连，所述光电转换器包括光电二极管、输出端和电源输入接口，所述光电二极管与光纤探针信号输出端相接，光电转换器电源输入接口与电源相接，所述单片机包括输入端和传输接口，所述单片机输入端与所述光电转换器输出端相接，所述单片机传输接口与上位机相接；
所述观测实验配套设备包括气泵、支架、水箱，所述气泵与水箱管道连接，所述支架上设有可伸缩漏斗，所述光纤探头活动设于可伸缩漏斗内，所述可伸缩漏斗活动设于水箱内部。
作为优选，所述激光光源为带SM-905母头接口的940 nm红外激光光源。
作为优选，所述光纤探针中信号输入端和信号输出端相同且均为SM-905公头接口，所述光纤探头为斜面型35°的单针双路蓝宝石结构。
作为优选，所述光电转换器为OPT-101型。
作为优选，所述光纤探针信号输出端垂直于光电转换器光电二极管，在使用过程中，此操作使得反射的激光能够最大程度的被接收。
作为优选，所述电源为APS3005S-3D型直流稳压电源。
作为优选，所述单片机为C8051f020型单片机最小装置，在使用过程中，该单片机用来记录光电转换器输出的电压信号的变化，并将电压信号通过串口传输至上位机，由上位机绘制电压信号变化的波形图。
作为优选，所述支架包括底座、立柱和升降调节支架，所述立柱设于底座上部，所述升降调节支架活动设于立柱外侧，所述升降调节支架上设有可伸缩漏斗，在使用过程中，将光纤探针的光纤探头穿过可伸缩漏斗直至光纤探针的信号输入端和信号输出端于可伸缩漏斗口卡住，通过升降调节支架调节光纤探针距离实验台的高度。
作为优选，所述气泵为AC0-328型，在使用过程中，该气泵为气泡羽流的发生装置，可连接导管并使用阀门控制产生不同速率的气泡羽流。
有益效果：
（1）本实用新型研制得出了单针光纤探针的最优结构，以新型蓝宝石材质光纤替代传统石英光纤；（2）本实用新型所述装置通过观测实验获取了大量气泡羽流的观测数据，为进一步分析提取气泡羽流特征参数奠定基础；（3）本实用新型所述光纤探针传感器实验装置可对声学法或图像法探测气泡羽流信息得到的数据进行校准；（4）本实用新型所述光纤探针传感器实验装置工作平台占地空间小，操作维护简单，可控性强，实验结果准确性较好。
附图说明
图1为光纤探针传感器观测实验装置结构示意图；
图2为升降调节支架结构示意图；
图3为光纤探针结构示意图；
图中各数字标号代表如下：1为激光光源，2为光纤探针，3为光电转换器，4为电源，5为单片机，6为上位机，7为支架，8为气泵，9为水箱，10为底座，11为立柱，12为升降调节支架，13为光纤探头。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
光纤探针传感器观测实验装置，参照图1，所述装置包括光纤探针传感器装置和观测实验配套设备。所述光纤探针传感器装置包括激光光源1、光纤探针2、光电转换器3、电源4、单片机5、上位机6。所述光纤探针2包括信号输入端、信号输出端和光纤探头13，所述光纤探头13设于所述光纤探针2一端，所述信号输入端和信号输出端分别设于所述光纤探针2另一端的两侧。所述光纤探针2信号输入端与激光光源1相连，所述光电转换器3包括光电二极管、输出端和电源输入接口，所述光电二极管与光纤探针2信号输出端相接，光电转换器3电源输入接口与电源4相接，所述单片机5包括输入端和传输接口，所述单片机5输入端与所述光电转换器3输出端相接，所述单片机5传输接口与上位机6相接。
所述观测实验配套设备包括气泵8、支架7、水箱9，所述气泵8与水箱9管道连接，所述支架7上设有可伸缩漏斗，所述光纤探头13活动设于可伸缩漏斗内，所述可伸缩漏斗活动设于水箱9内部。
光纤探针传感器观测实验装置实际使用时操作步骤如下：
第1步：在水箱9中注入3/4水箱实验用海水，将连接气泵8的导管出气口置入水箱9的底部，通过导管上的阀门控制产生不同速率的气泡羽流。
第2步：放置光纤探针2于可伸缩漏斗直至光纤探针2的信号输入端和信号输出端于可伸缩漏斗口卡住，然后通过调节升降调节支架12调节光纤探针2距离实验台的高度使得光纤探头13恰好没入水箱9中的水中。
第3步：将光纤探针传感器装置各部件连接。
第4步：调节激光光源1的输入功率及电源4的供电电压，同时需避免自然光与人造光对光电转换器3的直射影响，开始测试。
实施例2
光纤探针传感器观测实验装置，参照图1，所述装置包括光纤探针传感器装置和观测实验配套设备。所述光纤探针传感器装置包括激光光源1、光纤探针2、光电转换器3、电源4、单片机5、上位机6。所述激光光源1为带SM-905母头接口的940 nm红外激光光源。所述光纤探针2包括信号输入端、信号输出端和光纤探头13，所述光纤探头13设于所述光纤探针2一端，所述信号输入端和信号输出端分别设于所述光纤探针2另一端的两侧，所述光纤探针2中信号输入端和信号输出端相同且均为SM-905公头接口，所述光纤探头13为斜面型35°的单针双路蓝宝石结构。所述光纤探针2信号输入端与激光光源1相连，所述光电转换器3包括光电二极管、输出端和电源输入接口，所述光电转换器3为OPT-101型。所述光电二极管与光纤探针2信号输出端相接，所述光纤探针2信号输出端垂直于光电转换器3光电二极管，在使用过程中，此操作能够使反射的激光能够最大程度的被接收。所述电源4为APS3005S-3D型直流稳压电源。光电转换器3电源输入接口与电源4相接。所述单片机5为C8051f020型单片机最小装置。所述单片机5包括输入端和传输接口，所述单片机5输入端与所述光电转换器3输出端相接，所述单片机5传输接口与上位机6相接。在使用过程中，单片机5用来记录光电转换器3输出的电压信号的变化，并将电压信号通过串口传输至上位机6，由上位机6绘制电压信号变化的波形图。
所述观测实验配套设备包括气泵8、支架7、水箱9。所述气泵8为AC0-328型。在使用过程中，该气泵8为气泡羽流的发生装置，可连接导管并使用阀门控制产生不同速率的气泡羽流。所述气泵8与水箱9管道连接，所述支架7上设有可伸缩漏斗，所述光纤探头13活动设于可伸缩漏斗内，所述可伸缩漏斗活动设于水箱9内部。
光纤探针传感器观测实验装置实际使用时操作步骤如下：
第1步：在水箱9中注入3/4水箱实验用海水，将连接气泵8的导管出气口置入水箱9的底部，通过导管上的阀门控制产生不同速率的气泡羽流。
第2步：放置光纤探针2于可伸缩漏斗直至光纤探针2的信号输入端和信号输出端于可伸缩漏斗口卡住，然后通过调节升降调节支架12调节光纤探针2距离实验台的高度使得光纤探头13恰好没入水箱9中的水中。
第3步：将光纤探针传感器装置各部件连接。
第4步：调节激光光源1的输入功率及电源4的供电电压，同时需避免自然光与人造光对光电转换器3的直射影响，开始测试。
实施例3
光纤探针传感器观测实验装置，参照图1，所述装置包括光纤探针传感器装置和观测实验配套设备。所述光纤探针传感器装置包括激光光源1、光纤探针2、光电转换器3、电源4、单片机5、上位机6。所述激光光源1为带SM-905母头接口的940 nm红外激光光源。参照图3，所述光纤探针2包括信号输入端、信号输出端和光纤探头13，所述光纤探头13设于所述光纤探针2一端，所述信号输入端和信号输出端分别设于所述光纤探针2另一端的两侧，所述光纤探针2中信号输入端和信号输出端相同且均为SM-905公头接口，所述光纤探头13为斜面型35°的单针双路蓝宝石结构。所述光纤探针2信号输入端与激光光源1相连，所述光电转换器3包括光电二极管、输出端和电源输入接口，所述光电转换器3为OPT-101型。所述光电二极管与光纤探针2信号输出端相接，所述光纤探针2信号输出端垂直于光电转换器3光电二极管，在使用过程中，此操作能够使反射的激光能够最大程度的被接收。所述电源4为APS3005S-3D型直流稳压电源。光电转换器3电源输入接口与电源4相接。所述单片机5为C8051f020型单片机最小装置。所述单片机5包括输入端和传输接口，所述单片机5输入端与所述光电转换器3输出端相接，所述单片机5传输接口与上位机6相接。在使用过程中，单片机5用来记录光电转换器3输出的电压信号的变化，并将电压信号通过串口传输至上位机6，所述上位机6采用串口调试软件，由上位机6绘制电压信号变化的波形图。
所述观测实验配套设备包括气泵8、支架7、水箱9。所述气泵8为AC0-328型。在使用过程中，该气泵8为气泡羽流的发生装置，可连接导管并使用阀门控制产生不同速率的气泡羽流。所述气泵8与水箱9管道连接。参照图1和图2，所述支架7包括底座10、立柱11和升降调节支架12，所述立柱11设于底座10上部，所述升降调节支架12活动设于立柱11外侧，所述升降调节支架12包括立柱孔、松紧旋钮、微调旋钮、圆形孔和可伸缩漏斗，所述立柱孔设于升降调节支架12中部，孔径大小与立柱的直径相同，所述松紧旋钮设于立柱孔一侧，用于调节升降调节支架12在立柱11上的位置，所述微调旋钮设于垂直于松紧旋钮所在平面的立柱孔两侧，所述圆形孔设于升降调节支架12的底部，所述可伸缩漏斗设于圆形孔内部。所述光纤探头13活动设于可伸缩漏斗内，所述可伸缩漏斗活动设于水箱9内部。在使用过程中，将光纤探针的光纤探头穿过可伸缩漏斗直至光纤探针的信号输入端和信号输出端于可伸缩漏斗口卡住，通过升降调节支架调节光纤探针距离实验台的高度。
光纤探针传感器观测实验装置实际使用时操作步骤如下：
第1步：在水箱9中注入3/4水箱实验用海水，将连接气泵8的导管出气口置入水箱9的底部，通过导管上的阀门控制产生不同速率的气泡羽流。
第2步：放置光纤探针2于可伸缩漏斗直至光纤探针2的信号输入端和信号输出端于可伸缩漏斗口卡住，然后通过调节升降调节支架12调节光纤探针2距离实验台的高度使得光纤探头13恰好没入水箱9中的水中。
第3步：将光纤探针传感器装置各部件连接。
第4步：调节激光光源1的输入功率及电源4的供电电压，同时需避免自然光与人造光对光电转换器3的直射影响，开始测试。
Claims (9)
1.光纤探针传感器观测实验装置，其特征在于，所述装置包括光纤探针传感器装置和观测实验配套设备；
所述光纤探针传感器装置包括激光光源（1）、光纤探针（2）、光电转换器（3）、电源（4）、单片机（5）、上位机（6），所述光纤探针（2）包括信号输入端、信号输出端和光纤探头（13），所述光纤探头（13）设于所述光纤探针（2）一端，所述信号输入端和信号输出端分别设于所述光纤探针（2）另一端的两侧，所述光纤探针（2）信号输入端与激光光源（1）相连，所述光电转换器（3）包括光电二极管、输出端和电源输入接口，所述光电二极管与光纤探针（2）信号输出端相接，光电转换器（3）电源输入接口与电源（4）相接，所述单片机（5）包括输入端和传输接口，所述单片机（5）输入端与所述光电转换器（3）输出端相接，所述单片机（5）传输接口与上位机（6）相接；
所述观测实验配套设备包括气泵（8）、支架（7）、水箱（9），所述气泵（8）与水箱（9）管道连接，所述支架（7）上设有可伸缩漏斗，所述光纤探头（13）活动设于可伸缩漏斗内，所述可伸缩漏斗活动设于水箱（9）内部。
2.根据权利要求1所述的光纤探针传感器观测实验装置，其特征在于，所述激光光源（1）为带SM-905母头接口的940 nm红外激光光源。
3.根据权利要求1所述的光纤探针传感器观测实验装置，其特征在于，所述光纤探针（2）中信号输入端和信号输出端相同且均为SM-905公头接口，所述光纤探头（13）为斜面型35°的单针双路蓝宝石结构。
4.根据权利要求1所述的光纤探针传感器观测实验装置，其特征在于，所述光电转换器（3）为OPT-101型。
5.根据权利要求1所述的光纤探针传感器观测实验装置，其特征在于，所述光纤探针（2）信号输出端垂直于光电转换器（3）光电二极管。
6.根据权利要求1所述的光纤探针传感器观测实验装置，其特征在于，所述电源（4）为APS3005S-3D型直流稳压电源。
7.根据权利要求1所述的光纤探针传感器观测实验装置，其特征在于，所述单片机（5）为C8051f020型单片机最小装置。
8.根据权利要求1所述的光纤探针传感器观测实验装置，其特征在于，所述支架（7）包括底座（10）、立柱（11）和升降调节支架（12），所述立柱（11）设于底座（10）上部，所述升降调节支架（12）活动设于立柱（11）外侧，所述升降调节支架（12）上设有可伸缩漏斗。
9.根据权利要求1所述的光纤探针传感器观测实验装置，其特征在于，所述气泵（8）为AC0-328型。
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| CN201820151272.5U CN208109688U (zh) | 2018-01-30 | 2018-01-30 | 光纤探针传感器观测实验装置 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111982754A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-11-24 | 武汉理工大学 | 气泡帘多用途实验台装置及其实验方法 |
| CN114754541A (zh) * | 2022-04-27 | 2022-07-15 | Tcl家用电器（合肥）有限公司 | 保鲜容器、冰箱以及保鲜方法 |
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| CN114754541A (zh) * | 2022-04-27 | 2022-07-15 | Tcl家用电器（合肥）有限公司 | 保鲜容器、冰箱以及保鲜方法 |
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