[发明专利]一种基于激光多普勒的气泡尾流探测方法

权利要求书

1.一种基于激光多普勒的气泡尾流探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、构建气泡尾流探测系统，所述气泡尾流探测系统包括尾流气泡模拟装置、声波发生装置、激光发射装置、气泡尾流探测装置和信号采集分析装置；

步骤2、利用所述尾流气泡模拟装置形成气泡尾流模拟区，在所述气泡尾流模拟区内由所述声波发生装置产生预设频率的声源信号，根据所述预设频率的声源信号确定气泡在所述气泡尾流模拟区内的运动速度；

步骤3、利用所述激光发射装置向水中发射连续单色光，将所述连续单色光分为两束平行相干光并聚焦射入所述气泡尾流模拟区，依据激光多普勒效应及气泡在气泡尾流模拟区内的运动速度得到差动多普勒频率；

步骤4、所述气泡尾流探测装置接收气泡尾流模拟区内所述差动多普勒频率对应气泡散射后的散射光，并将所述散射光转换为电信号；

步骤5、所述信号采集分析装置接收所述气泡尾流探测装置输出的电信号，并对所述气泡尾流探测装置输出的电信号进行频谱分析。

2.根据权利要求1所述的基于激光多普勒的气泡尾流探测方法，其特征在于，所述尾流气泡模拟装置包括水槽、微孔陶瓷管阵列、气压泵和气压表，其中，

所述水槽盛接水，所述微孔陶瓷管阵列放置于所述水槽内的水中；

所述气压泵控制所述微孔陶瓷管阵列产生所述气泡尾流模拟区所需的气泡；

所述气压表显示所述气压泵输出气压情况。

3.根据权利要求2所述的基于激光多普勒的气泡尾流探测方法，其特征在于，所述声波发生装置包括信号发生器、定阻功放机、水下扬声器，其中，

所述信号发生器产生预设频率的电信号；

所述定阻功放机将所述信号发生器输出的电信号进行放大得到放大后的电信号并输出驱动信号；

所述水下扬声器放置于所述水槽内的水中，接收所述驱动信号并将所述定阻功放机输出的放大后的电信号转化为声信号作为所述预设频率的声源信号。

4.根据权利要求1所述的基于激光多普勒的气泡尾流探测方法，其特征在于，所述激光发射装置包括激光器、分光棱镜及第一聚焦透镜，其中，

所述激光器发射连续单色光；

所述分光棱镜将所述连续单色光分为两束平行相干光；

所述第一聚焦透镜将所述两束平行相干光聚焦射入到所述气泡尾流模拟区。

5.根据权利要求1所述的基于激光多普勒的气泡尾流探测方法，其特征在于，所述气泡尾流探测装置包括第二聚焦透镜、小孔光阑、光探测器，其中，

所述第二聚焦透镜接收气泡尾流模拟区内所述差动多普勒频率对应气泡散射后的散射光，并将气泡尾流模拟区内所述差动多普勒频率对应气泡散射后的散射光聚焦收集；

所述小孔光阑滤除所述第二聚焦透镜聚焦收集的散射光中的杂散光并以预设阈角传输滤除杂散光后的散射光；

所述光探测器将所述小孔光阑滤除杂散光后的散射光成像于光探测器表面并转换为电信号。

6.根据权利要求5所述的基于激光多普勒的气泡尾流探测方法，其特征在于，所述信号采集分析装置包括频谱分析仪，所述频谱分析仪接收所述光探测器输出的电信号，并对所述光探测器输出的电信号进行频谱分析。

7.根据权利要求1所述的基于激光多普勒的气泡尾流探测方法，其特征在于，根据所述预设频率的声源信号确定气泡在所述气泡尾流模拟区内的运动速度包括：

响应于所述声源信号的预设频率等于所述气泡尾流模拟区内气泡的谐振频率，确定气泡在所述气泡尾流模拟区内的运动速度。

8.根据权利要求7所述的基于激光多普勒的气泡尾流探测方法，其特征在于，所述气泡尾流模拟区内气泡的谐振频率为：

其中，r为气泡半径，ρ为周围介质的密度，P₀为作用于气泡的压力，γ为气体的等压比热和等容比热的比值。