用于大型噴霧場激光粒度儀的光路切換裝置及使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于大型噴霧場激光粒度儀測試的光路切換裝置及使用方法，包括基座立柱、轉動中軸、遮光套筒、光路對中器、緊定螺栓和遮光套筒立柱；其中基座立柱與轉動中軸兩端配合安裝，使轉動中軸可在兩端基座的支撐下自由轉動；光路對中器通過配合孔與轉動中軸配合安裝，使光路對中器在轉動中軸上自由轉動；轉動配合部位均安裝有緊定螺栓，可在轉動部件到適當位置時進行旋緊固定；遮光套筒通過立柱固定在轉動中軸上，隨著轉動中軸一同轉動；本裝置與分體式噴霧激光粒度儀配合使用，可方便地實現(xiàn)背景測試與樣品測試的快速切換，更重要的是可針對大型噴霧場進行局部噴淋區(qū)域的采樣測量，有效解決大型噴霧場液滴顆粒度測量濃度過高的問題。
【專利說明】
用于大型噴霧場激光粒度儀的光路切換裝置及使用方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及噴霧頭霧化性能評價領域，屬于對大流量、大覆蓋噴霧場液滴顆粒度測量相關技術設備，與噴霧激光粒度儀配合使用，具體涉及一種用于大型噴霧場激光粒度儀的光路切換裝置及使用方法。
【背景技術】
[0002]噴霧液滴的直徑大小，即液滴粒度，表征噴霧頭霧化工質的能力，是用于評價噴霧頭霧化效果的關鍵性指標之一。在噴霧頭的設計研發(fā)及技術驗證過程中，需要通過試驗測試的方法對噴霧形成的霧化液滴顆粒度進行實地測量，以驗證噴霧頭的技術特性。使用激光粒度儀進行粒度分布測量是目前常用的測量方法。激光粒度儀根據(jù)光的散射原理工作，平行光束穿過大小不同的顆粒，光束經(jīng)過大顆粒的散射角較小，經(jīng)過小顆粒的散射角較大，散射后的光束經(jīng)過透鏡折射到光電探測器上，不同大小顆粒的散射光投射到光電探測器的不同位置處，進而即可得到不同尺寸顆粒散射圖數(shù)值，再由此確定待測區(qū)域內(nèi)顆粒粒徑范圍及分布情況。對于日常用到小流量壓力噴嘴，噴霧激光粒度儀具有較好的適用性。
[0003]在實際試驗生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)，針對大流量、大覆蓋的以核電廠安全殼噴霧頭及穩(wěn)壓器噴霧頭為代表的大型噴淋場噴霧頭，噴淋覆蓋范圍直徑可達五米及以上，而且液滴濃度較高，使激光粒度儀的使用具有一定的局限性。首先，噴霧激光粒度儀在測試之前需要調整測試背景至適當?shù)闹挡拍苓M行樣品測量，對于大流量噴霧頭測試，自系統(tǒng)開啟至形成穩(wěn)定的噴淋場需要一定的時間，為測試帶來很多不便，每調節(jié)一次工況均需要將整個系統(tǒng)關閉，重新調節(jié)測試背景無誤后，再將系統(tǒng)啟動調節(jié)噴霧頭流量至需要測試的工況。使每個工況的調節(jié)及測試時間長，效率低。同時由于背景測試與樣品測試之間間隔時間較長，無法保證測量時的背景穩(wěn)定不變，即可能會引入測量誤差。另一方面大流量噴霧頭的流量密度比較高，液滴非常密集，使激光衰減程度過高，激光接收端接收到的光信號較微弱，導致測量不準確。所以激光粒度儀不適合直接用于大型噴霧場的液滴粒度測試，要使激光粒度儀能夠適用于大型噴霧場的粒度測量需要添加適當?shù)母郊友b置，使儀器工作在合適的測試條件下。
[0004]目前尚未有以激光粒度儀為測試主體的測試系統(tǒng)能夠滿足高流量、大覆蓋面的大型噴霧場的測試需求。
[0005]例如，中國專利104865171A公開了一種噴頭霧化三維液滴粒徑譜動態(tài)測試系統(tǒng)及其使用方法。系統(tǒng)通過在框式試驗臺架的兩側壁各安裝一個引導移動裝置，以及電動螺旋升降機和行程開關，在側壁外側設計一刻度尺，電動螺旋升降機絲桿部分配置一個兩端安裝圓柱型導軌的橫梁，并設計激光束擋板機構和回水循環(huán)收集系統(tǒng)。該發(fā)明確保激光粒度儀能測量噴頭噴施液滴的完整動態(tài)霧化過程，保證激光粒度儀對液滴粒徑測試結果的可靠性。但是大型噴霧場激光粒度測試中需要解決液滴濃度過高及背景測量與樣品測量快速切換的問題，該項發(fā)明并未涉及這些問題，因此該測試系統(tǒng)不適用大型噴霧場的激光粒度測量。
[0006]又如，中國專利201410034846.7涉及一種噴嘴氣霧特性的測試裝置，包括測試裝置箱體，噴嘴，測試平臺系統(tǒng)，氣路和水路系統(tǒng)，以及激光成像系統(tǒng)。本裝置用來測試不同噴嘴在不同氣壓水壓下，不同噴射高度下的液滴粒徑，液滴速度，不同位置處的水流密度，液滴粒徑分布等氣霧特性。但是該發(fā)明測試區(qū)域采用封閉式結構，不能進行大型噴霧場的噴霧特性測試，也無法解決液滴濃度過高及背景測量與樣品測量快速切換的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術的缺點，解決實際問題，提供了一種用于大型噴霧場激光粒度儀的光路切換裝置及使用方法，本發(fā)明解決了大型噴霧場液滴濃度過高及背景測量與樣品測量快速切換的問題，實現(xiàn)了大型噴霧場液滴粒度的快速連續(xù)可靠測量；裝置結構簡單可靠，易于調節(jié)，切實有效，有效增強了激光粒度儀在大型噴霧場粒度測量中的適用性、易用性和準確性。
[0008]為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0009]—種用于大型噴霧場激光粒度儀的光路切換裝置，包括轉動中軸3，轉動中軸3兩端轉動設置在基座立柱I上，且兩端還分別轉動設置有光路對中器5和對位的光路對中器11，光路對中器5和對位的光路對中器11上端開有通光孔13;轉動中軸3上通過遮光套筒立柱8固定設置有隨轉動中軸3—同轉動的一體式遮光套筒4和分離式遮光套筒7，所述一體式遮光套筒4和分離式遮光套筒7間互成預設角度;還包括激光粒度儀發(fā)射極12和激光粒度儀接收極6。
[0010]所述分離式遮光套筒7中間間隔位置處管外徑設計了末端錐度14，靠近邊緣部分壁厚逐漸增厚使端面傾斜，內(nèi)徑保持不變。
[0011]所述一體式遮光套筒4和分離式遮光套筒7內(nèi)表面均涂以黑色吸光涂層，減少不必要的光線反射。
[0012]所述基座立柱I采用兩層套管結構，高度可調，通過基座緊定螺栓2進行固定;具體高度根據(jù)實際測試需要進行選取，兩端基座立柱高度需調節(jié)一致;基座立柱I下端采用三腳支架結構保證穩(wěn)定，上端留有配合孔與轉動中軸3配合。
[0013]所述轉動中軸3兩端加工有凹槽，用于與基座立柱I及光路對中器5的配合安裝;轉動中軸3與基座立柱I間采用轉動中軸緊定螺栓10緊固，轉動中軸3與光路對中器5間采用光路對中器緊定螺栓9緊固。
[0014]所述遮光套筒立柱8上端為可調套環(huán)，用于固定一體式遮光套筒4和分離式遮光套筒7，遮光套筒立柱8下端與轉動中軸3相連。
[0015]所述基座立柱1、轉動中軸3、光路對中器5及遮光套筒立柱8均由不銹鋼材制成。
[0016]所述一體式遮光套筒4和分離式遮光套筒7間互成120°。
[0017]上述所述的用于大型噴霧場激光粒度儀的光路切換裝置的使用方法，包括如下步驟:
[0018]步驟1:背景測試
[0019]先調節(jié)基座立柱I高度及位置，使光路對中器5和對位的光路對中器11的通光孔13與一體式遮光套筒4同軸，然后旋緊基座緊定螺栓2和光路對中器緊定螺栓9，固定光路對中器5和對位的光路對中器11與轉動中軸3的相對位置;然后，激光粒度儀發(fā)射極12發(fā)射激光，使激光通過對位的光路對中器11的通光孔13進入一體式遮光套筒4然后從光路對中器5的通光孔13射出，并通過激光粒度儀接收極6接收激光，此時激光束處于一體式遮光套筒4的保護之中，不受外界環(huán)境變化的干擾，則在此條件下開啟背景測試，將光路對中器5和對位的光路對中器11旋轉至遠離一體式遮光套筒4通光區(qū)域，開啟噴淋系統(tǒng)至穩(wěn)定工況，在一體式遮光套筒4中進行背景測試，得到穩(wěn)定的本底背景；
[0020]步驟2:樣本測試
[0021]步驟2.1:樣本局部測量模式
[0022]待背景測試結果穩(wěn)定之后，使光路對中器5和對位的光路對中器11的通光孔13與分離式遮光套筒7同軸，然后旋緊光路對中器緊定螺栓9，固定光路對中器5和對位的光路對中器11與轉動中軸3的相對位置;然后，激光粒度儀發(fā)射極12發(fā)射激光，使激光通過對位的光路對中器11的通光孔13進入分離式遮光套筒7然后從光路對中器5的通光孔13射出，并通過激光粒度儀接收極6接收激光，兩段套筒中間間隔部分會有液滴落下，即為樣品測試區(qū)域，進入樣本局部測量模式;測試區(qū)域的大小靠調節(jié)兩個分離式套筒的間隔距離實現(xiàn)；
[0023]步驟2.2:樣本全程測量模式
[0024]將激光粒度儀發(fā)射極12和激光粒度儀接收極6的光路完全暴露在噴霧場中，沒有遮蓋，測試區(qū)域即為激光束穿過的所有液滴，此時為樣本全程測量模式；
[0025]測量過程中，需保證基座立柱I的位置固定不變。當測試完成或需調節(jié)其他工況時將裝置位置再次調至背景測試位置;三個工作位置通過旋轉轉動中軸3實現(xiàn)。
[0026]本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果:
[0027]1.裝置結構簡單，易于操作和使用，測量結果可靠。
[0028]2.基座立柱采用雙層套筒結構，高度可調，適應不同高度截面的測量需求。
[0029]3.使用光路對中器可以方便地保證激光與遮光套筒高度同軸，避免不同軸帶來的桶內(nèi)壁面光反射，保證測量不弓I入新的誤差。
[0030]4.—體式遮光套筒位置與無套筒位置的轉動切換可以實現(xiàn)背景測試與全程測量的快速切換，提高了測量效率。
[0031]5.—體式遮光套筒位置與分離式套筒位置的轉動切換可以實現(xiàn)背景測量與局部測量的快速切換，實現(xiàn)了大型噴霧場的局部粒度測量，解決了大型噴霧場濃度過高的問題。
[0032]6.分離式遮光套筒的設計考慮到了大流量噴淋條件下的液滴飛濺問題及管段末端端面液滴匯聚形成液膜的問題，保證了裝置的適用性。
[0033]7.套筒內(nèi)壁采用黑色吸光涂層，不造成內(nèi)壁面眩光，不引入新的測量誤差。
[0034]總之，本裝置可以有效地用于大型噴霧場的激光粒度測量?？稍诖罅髁俊⒏吒采w條件下使用，可實現(xiàn)背景測試與樣品測試的快速切換及噴霧場局部粒度分布測量，結構可靠，易于使用，設計合理，適合用于大型噴霧場的激光粒度測量。
【附圖說明】
[0035]圖1為本發(fā)明組裝完成后的整體結構示意圖。
[0036]圖2為本發(fā)明中的組成部分“光路對中器”結構示意圖。
[0037]圖3為本發(fā)明中的組成部分“分離式遮光套筒”結構示意圖。
[0038]圖4為本發(fā)明處于局部測量位置時的示意圖。
[0039]圖5為本發(fā)明處于全程測量位置時的示意圖。
【具體實施方式】
[0040]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0041]如圖1和圖2所示，本發(fā)明一種用于大型噴霧場激光粒度儀的光路切換裝置，包括轉動中軸3，轉動中軸3兩端轉動設置在基座立柱I上，且兩端還分別轉動設置有光路對中器5和對位的光路對中器11，光路對中器5和對位的光路對中器11上端開有通光孔13;轉動中軸3上通過遮光套筒立柱8固定設置有隨轉動中軸3—同轉動的一體式遮光套筒4和分離式遮光套筒7，所述一體式遮光套筒4和分離式遮光套筒7間互成預設角度;還包括激光粒度儀發(fā)射極12和激光粒度儀接收極6。
[0042]如圖2所示，給出了光路對中器的具體結構，下部通過配合孔及光路對中器緊定螺栓9與轉動中軸3配合安裝并實現(xiàn)旋轉固定到周向任意位置。上部留有直徑0.5cm的通光孔13，在調節(jié)光路對中時，需調節(jié)激光依次穿過兩端的通光孔。
[0043]如圖3所示，作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述分離式遮光套筒7中間間隔位置處管外徑設計了末端錐度14，靠近邊緣部分壁厚逐漸增厚使端面傾斜，內(nèi)徑保持不變。這樣在水平安裝位置處，液滴滴落在套筒外壁上就不會飛濺到中間的測試區(qū)域，避免了對測量結果的干擾。
[0044]作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述一體式遮光套筒4和分離式遮光套筒7內(nèi)表面均涂以黑色吸光涂層，減少不必要的光線反射。
[0045]作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述基座立柱I采用兩層套管結構，高度可調，通過基座緊定螺栓2進行固定;具體高度根據(jù)實際測試需要進行選取，兩端基座立柱高度需調節(jié)一致;基座立柱I下端采用三腳支架結構保證穩(wěn)定，上端留有配合孔與轉動中軸3配合。
[0046]作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述轉動中軸3兩端加工有凹槽，用于與基座立柱I及光路對中器5的配合安裝;轉動中軸3與基座立柱I間采用轉動中軸緊定螺栓10緊固，轉動中軸3與光路對中器5間采用光路對中器緊定螺栓9。
[0047]作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述遮光套筒立柱8上端為可調套環(huán)，用于固定一體式遮光套筒4和分離式遮光套筒7，遮光套筒立柱8下端與轉動中軸3相連。
[0048]作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述基座立柱1、轉動中軸3、光路對中器5及遮光套筒立柱8均由不銹鋼材制成。所述轉動中軸3宜選用剛性良好的不銹鋼管制作，保證較長長度條件下不發(fā)生彎曲，長度以實際噴霧場覆蓋直徑為參考。
[0049]所述一體式遮光套筒4和分離式遮光套筒7間互成120°。使得裝置各工作位置之間的套筒間隔距離最遠，避免套筒侵入噴霧場造成的液滴飛濺對測量造成影響。
[0050]上述所述的用于大型噴霧場激光粒度儀的光路切換裝置的使用方法，包括如下步驟:
[0051]步驟1:背景測試
[0052]如圖1所示，先調節(jié)基座立柱I高度及位置，使光路對中器5和對位的光路對中器11的通光孔13與一體式遮光套筒4同軸，然后旋緊基座緊定螺栓2和光路對中器緊定螺栓9，固定光路對中器5和對位的光路對中器11與轉動中軸3的相對位置;然后，激光粒度儀發(fā)射極12發(fā)射激光，使激光通過對位的光路對中器11的通光孔13進入一體式遮光套筒4然后從光路對中器5的通光孔13射出，并通過激光粒度儀接收極6接收激光，此時激光束處于一體式遮光套筒4的保護之中，不受外界環(huán)境變化的干擾，則在此條件下開啟背景測試，將光路對中器5和對位的光路對中器11旋轉至遠離一體式遮光套筒4通光區(qū)域，開啟噴淋系統(tǒng)至穩(wěn)定工況，在一體式遮光套筒4中進行背景測試，得到穩(wěn)定的本底背景；
[0053]步驟2:樣本測試
[0054]步驟2.1:樣本局部測量模式
[0055]如圖4所示，待背景測試結果穩(wěn)定之后，使光路對中器5和對位的光路對中器11的通光孔13與分離式遮光套筒7同軸，然后旋緊光路對中器緊定螺栓9，固定光路對中器5和對位的光路對中器11與轉動中軸3的相對位置;然后，激光粒度儀發(fā)射極12發(fā)射激光，使激光通過對位的光路對中器11的通光孔13進入分離式遮光套筒7然后從光路對中器5的通光孔13射出，并通過激光粒度儀接收極6接收激光，兩段套筒中間間隔部分會有液滴落下，即為樣品測試區(qū)域，進入樣本局部測量模式;測試區(qū)域的大小靠調節(jié)兩個分離式套筒的間隔距離實現(xiàn)；
[0056]步驟2.2:樣本全程測量模式
[0057]如圖5所示，將激光粒度儀發(fā)射極12和激光粒度儀接收極6的光路完全暴露在噴霧場中，沒有遮蓋，測試區(qū)域即為激光束穿過的所有液滴，此時為樣本全程測量模式；
[0058]測量過程中，需保證基座立柱I的位置固定不變。當測試完成或需調節(jié)其他工況時將裝置位置再次調至背景測試位置;三個工作位置通過旋轉轉動中軸3實現(xiàn)。
[0059]待背景測試結果穩(wěn)定之后，即可進行局部測試或全程測試。進行局部噴淋測試時需將裝置轉動至圖4所示的位置;針對需要進行全程測試的情況，需將裝置轉動至圖5所示的位置。
[0060]經(jīng)過在某大型噴霧場噴淋特性測試試驗回路中使用，發(fā)現(xiàn)其工作可靠，方法可行，能夠較好地實現(xiàn)預期功能。整個裝置操作簡便，能夠顯著提高測試效率。因此本發(fā)明非常適合大型噴霧場的激光粒度測量。
[0061]以上內(nèi)容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的【具體實施方式】僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明由所提交的權利要求書確定的保護范圍。
【主權項】
1.一種用于大型噴霧場激光粒度儀的光路切換裝置，其特征在于:包括轉動中軸(3)，轉動中軸(3)兩端轉動設置在基座立柱(I)上，且兩端還分別轉動設置有光路對中器(5)和對位的光路對中器(11)，光路對中器(5)和對位的光路對中器(11)上端開有通光孔(13);轉動中軸(3)上通過遮光套筒立柱(8)固定設置有隨轉動中軸(3)—同轉動的一體式遮光套筒(4)和分離式遮光套筒(7)，所述一體式遮光套筒(4)和分離式遮光套筒(7)間互成預設角度;還包括激光粒度儀發(fā)射極(12)和激光粒度儀接收極(6)。2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于大型噴霧場激光粒度儀的光路切換裝置，其特征在于:所述分離式遮光套筒(7)中間間隔位置處管外徑設計了末端錐度(14)，靠近邊緣部分壁厚逐漸增厚，使端面傾斜，內(nèi)徑保持不變。3.根據(jù)權利要求1所述的一種用于大型噴霧場激光粒度儀的光路切換裝置，其特征在于:所述一體式遮光套筒(4)和分離式遮光套筒(7)內(nèi)表面均涂以黑色吸光涂層，減少不必要的光線反射。4.根據(jù)權利要求1所述的一種用于大型噴霧場激光粒度儀的光路切換裝置，其特征在于:所述基座立柱(I)采用兩層套管結構，高度可調，通過基座緊定螺栓(2)進行固定;基座立柱(I)下端采用三腳支架結構保證穩(wěn)定，上端留有配合孔與轉動中軸(3)配合。5.根據(jù)權利要求1所述的一種用于大型噴霧場激光粒度儀的光路切換裝置，其特征在于:所述轉動中軸(3)兩端加工有凹槽，用于與基座立柱(I)及光路對中器(5)的配合安裝；轉動中軸(3)與基座立柱(I)間采用轉動中軸緊定螺栓(10)緊固，轉動中軸(3)與光路對中器(5)間采用光路對中器緊定螺栓(9)緊固。6.根據(jù)權利要求1所述的一種用于大型噴霧場激光粒度儀的光路切換裝置，其特征在于:所述遮光套筒立柱(8)上端為可調套環(huán)，用于固定一體式遮光套筒(4)和分離式遮光套筒(7)，遮光套筒立柱(8)下端與轉動中軸(3)相連。7.根據(jù)權利要求1所述的一種用于大型噴霧場激光粒度儀的光路切換裝置，其特征在于:所述基座立柱(I)、轉動中軸(3)、光路對中器(5)及遮光套筒立柱(8)均由不銹鋼材制成。8.根據(jù)權利要求1所述的一種用于大型噴霧場激光粒度儀的光路切換裝置，其特征在于:所述一體式遮光套筒(4)和分離式遮光套筒(7)間互成120°。9.權利要求1至8任一項所述的用于大型噴霧場激光粒度儀的光路切換裝置的使用方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟1:背景測試 先調節(jié)基座立柱(I)高度及位置，使光路對中器(5)和對位的光路對中器(11)的通光孔(13)與一體式遮光套筒(4)同軸，然后旋緊基座緊定螺栓(2)和光路對中器緊定螺栓(9)，固定光路對中器(5)和對位的光路對中器(I I)與轉動中軸(3)的相對位置;然后，激光粒度儀發(fā)射極(12)發(fā)射激光，使激光通過對位的光路對中器(11)的通光孔(13)進入一體式遮光套筒(4)然后從光路對中器(5)的通光孔(13)射出，并通過激光粒度儀接收極(6)接收激光，此時激光束處于一體式遮光套筒(4)的保護之中，不受外界環(huán)境變化的干擾，則在此條件下開啟背景測試，將光路對中器(5)和對位的光路對中器(11)旋轉至遠離一體式遮光套筒(4)通光區(qū)域，開啟噴淋系統(tǒng)至穩(wěn)定工況，在一體式遮光套筒(4)中進行背景測試，得到穩(wěn)定的本底背景； 步驟2:樣本測試 步驟2.1:樣本局部測量模式 待背景測試結果穩(wěn)定之后，使光路對中器(5)和對位的光路對中器(11)的通光孔(13)與分離式遮光套筒(7)同軸，然后旋緊光路對中器緊定螺栓(9)，固定光路對中器(5)和對位的光路對中器(I I)與轉動中軸(3)的相對位置;然后，激光粒度儀發(fā)射極(12)發(fā)射激光，使激光通過對位的光路對中器(11)的通光孔(13)進入分離式遮光套筒(7)然后從光路對中器(5)的通光孔(13)射出，并通過激光粒度儀接收極(6)接收激光，兩段套筒中間間隔部分會有液滴落下，即為樣品測試區(qū)域，進入樣本局部測量模式;測試區(qū)域的大小靠調節(jié)兩個分離式套筒的間隔距離實現(xiàn)； 步驟2.2:樣本全程測量模式 將激光粒度儀發(fā)射極(12)和激光粒度儀接收極(6)的光路完全暴露在噴霧場中，沒有遮蓋，測試區(qū)域即為激光束穿過的所有液滴，此時為樣本全程測量模式； 測量過程中，需保證基座立柱(I)的位置固定不變。當測試完成或需調節(jié)其他工況時將裝置位置再次調至背景測試位置;三個工作位置通過旋轉轉動中軸(3)實現(xiàn)。
【文檔編號】G01N15/02GK105865989SQ201610177369
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月24日
【發(fā)明人】張大林, 邊嘉偉, 孫汝雷, 巫英偉, 田文喜, 蘇光輝, 秋穗正
【申請人】西安交通大學