[发明专利]一种基于光载微波干涉的液膜厚度测量系统

说明书

本发明提供一种基于光载微波干涉的液膜厚度测量系统，其特征在于：包括宽带载波光源(1)、频率可调谐微波源(2)、电光调制器(3)、光放大器(4)、第一1×2多模光纤耦合器(5)、自聚焦透镜(6)、凸透镜(7)、光耦合透镜(8)、多模传输光纤(9)、第二1×2多模光纤耦合器(10)、高速光电探测器(11)、锁相放大器(12)、矢量微波探测器(13)和计算机(14)。本发明能够实现对液膜厚度的高精度测量。

技术领域

本发明属于多相流检测领域，具体是一种基于光载微波干涉的液膜厚度测量系统。

背景技术

多相流作为具有两种或两种以上不同相态并具有明确分界面的多相流体，广泛存在于工业生产和生活中，如石油化工、能源动力等工业过程，天然气、石油、低沸点液体的传输过程，传热传质设备的分离和反应过程，生物系统中的血液循环、新陈代谢过程，以及航空航天领域里的卫星、空间站和运输航天器中，其中液膜是其常见流动形态的重要组成部分，因此实现对液膜厚度的精确测量对多相流流动结构及其传热传质机理的研究具有极其重要的意义。根据测量原理不同,目前液膜厚度测量方法主要包括电导探针法、超声法、射线法、以及光学法等。其中电导法通过传感器电极或者探针直接与管道内被测流体接触来测量气液两相流的电导率变化；超声法是利用超声波在多相流中的穿越时间以及散射信号强度来测量，检测方式多以透射和反射为主；射线法利用射线吸收和射线散射原理来进行检测；光学法主要涉及光纤探针、高速摄影法、激光诱导荧光以及激光共焦位移技术等。

上述方法普遍存在侵入性，放射性，易受电磁干扰，测量精度较低，测量范围小，使用条件受限等问题，同时，由于测量原理及测量方法的局限性，难以实现液膜厚度参数的高精度溯源与测量，迫切需要发明一种新的液膜厚度高精度溯源与测量系统，以解决现有液膜测量技术在及测量方面的难题。

光纤干涉作为一种具有较高精度的测量方法，有望解决液膜厚度的精确测量。但传统的光纤全光干涉仪也存在一些问题，如为获得高质量的干涉信号，一般只能使用单模光纤，因多模光纤模式色散大，多模干涉引起的噪声会导致较低的条纹可见度。并且传统的光纤全光干涉仪在光域中进行测量时，需要严格控制干涉光束的偏振态，以避免偏振衰落问题，因此通常需要使用价格较贵且制作工艺复杂的保偏光纤。而且传统全光干涉仪的反射器的表面光滑度需要远小于光波长，故其需要以非常高的制造精度。

发明内容

本发明为克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于光载微波干涉的液膜厚度测量系统，该技术能够实现对液膜厚度的高精度测量。本发明是采用如下技术方案实现的：

一种基于光载微波干涉的液膜厚度测量系统，其特征在于：包括宽带载波光源1、频率可调谐微波源2、电光调制器3、光放大器4、第一1×2多模光纤耦合器5、自聚焦透镜6、凸透镜7、光耦合透镜8、多模传输光纤9、第二1×2多模光纤耦合器10、高速光电探测器11、锁相放大器12、矢量微波探测器13、计算机14；其中，

宽带载波光源1的出射端与电光调制器3的输入端连接；频率可调谐微波源2的信号输出端与电光调制器3的信号输入端连接；电光调制器3输出端与光放大器4的输入端连接；光放大器4输出端通过多模光纤跳线与第一1×2多模光纤耦合器5的入射端连接；第一1×2多模光纤耦合器5的第一出射端通过多模光纤与自聚焦透镜6连接；在自聚焦透镜6和光耦合透镜8间放置有凸透镜7；光耦合透镜8与第二1×2多模光纤耦合器10的第一入射端连接；第一1×2多模光纤耦合器5的第二出射端通过多模传输光纤9与第二1×2多模光纤耦合器10的第二入射端连接；第二1×2多模光纤耦合器10的出射端与高速光电探测器11连接；高速光电探测器11的出射端通过高频电缆与锁相放大器12的信号输入端连接；锁相放大器12的参考信号输入端与频率可调谐微波源2的参考信号输出端连接；锁相放大器12的信号输出端通过高频电缆与矢量微波探测器13的信号输入端连接，矢量微波探测器13的信号输出端与计算机14的信号输入端连接；

被测液膜置于凸透镜7和光耦合透镜8之间。