[其他]激光液滴直径测量仪

说明书

该实用新型属于冶金、石油、化工等部门检测技术领域的测量仪器类。

对于液滴直径的测量，通常是采用照相的方法，即照相放大后，逐一测量液滴直径再加以统计而求得。显然使用此种方法测量液滴的直径既费时费工又难以获得瞬时的测量值。D.J.Brown（Chem    Eug    Res19856（3）125）采用激光，光斑直径0.9厘米，光敏接收探头有30个，用以测量颗粒粒度分布，颗粒浓度，但系统复杂。颗粒直径最大值为564微米。V.G.Tvice（AICHEJ    1956    2（2）205）等提到用普通平行光，根据Beer    Lombert公式，可以测量液－液分布之介面积，但由于采用白光，精确度受到较大的影响。

该新型激光液滴直径测量仪克服了上述所存在的问题，并可以测量瞬时的液滴直径，或测滞存率，或研究颜色示踪的停留时间分布以及用于光功率和照度的测量等，使用该仪器方法准确简便，测量精确可靠。

该新型的整机设计由三部分组成（图1）。1、激光发射系统；2、接收系统；3、电器系统。

对于激光发射系统（图2），是选用了单色性好，方向性强的氦氖激光为光源，其波长为633毫微米。2－1为氦氖激光管，其输出光功率大于1.5毫瓦，模式为TEMoo模，功率稳定性优于±1.5％。激光束通过一个由凹透镜2－2和凸透镜2－3组成的光学系统。凹透镜直径φ为5－10毫米，焦距f′＝－（3－6）毫米，凸透镜直径φ为10－20毫米，焦距f′＝80－140毫米。考虑到激光有很好的相干性的特点，透镜选用单片镜，以尽量减少反射面，抑制反射面对激光束反射引起光束相干而影响输出激光束的均匀性。该光学系统将高斯光束扩束、准直、使光束变换成直径φ为16毫米左右的平行光。使光斑从射出到接收的尺寸基本不变，保证光束通过被测介质后接收面积的准确度。

接收系统（图3）选用ZCR型硅光电池3－1。它对波长为633毫微米的光束有较高的光灵敏度。在3－1的前面放置一个大于激光发射光斑尺寸的透镜3－2，其直径φ为20－25毫米，焦距f′为20－25毫米，接收的有效口径约为φ20毫米。硅光电池与透镜的距离l是处于离焦状态使用，即l应大于f′。这样可以克服硅光电池表面灵敏度的不均匀性，又能防止由于硅光电池局部光强过大而饱和，还保证了信号光的有效接收，从而提高测量精度。在透镜前放置黑色导光管3－3，以减少杂散光的干扰，提高接收灵敏度。

电器系统（图4）由激光电源（图4a）和放大电路（图4b）构成。激光电源由变压电路4－1，全波倍压整流电路4－2和自触发电路4－3组成，从输出端4－4给出一个直流高压，使激光管自动高压点燃和维持正常放电工作。放大电路由一块运算放大器设计成电流－电压变换器4－4。其特点是输入阻抗为虚地，即为零。这样硅光电池的负载就为零，满足了硅光电池的光电流与入射光强的线性关系，获得光电线性转换，提高了测量的精度。该变换器的输出电压信号，直接驱动数字表4－7显示所测得信号的相对值。变换器的放大倍率采用电流反馈分五挡变换。测量时可根据被测的不同介质，选择最佳的放大倍率，获得最优的测量灵敏度和精度。另一运算放大器设计成电压放大器4－8，将信号电压进一步放大，并设计成可调电压反馈，由输出端4－9给出电压0－10V可调的模拟电压输出。可根据需要任选电压，即可接电压表，进行读数，也可与微机联接，便于测量信号的处理和获得瞬时的测量值。

激光电源和放大部分合装一个壳内，使主机小巧，使用方便。激光发射系统的激光源也可放在主机内（图5）。激光管5－3输出光束用光导纤维5－2导至准直光学系统5－1。进一步减少激光发射头的重量，以利于使用方便。

上述设计方案，使用了平行光束，平行光接收探头以及大面积的光斑，这不仅提高了测量精度，而且可以测量液滴群、气泡群和固体颗粒等分散相在连续相中的平均直径。或测较大直径如φ5毫米左右，免抑常用照相统计测量的困难。

实施例见附图及其说明

说明书附图说明：

图1        整机示意图

1激光发射系统

2接收系统

3电器系统（主机）

4被测介质

图2        激光发射系统结构图

2－1氦氖激光管

2－2凹透镜

2－3凸透镜

图3        接收系统结构图

3－1硅光电池

3－2凸透镜

3－3黑色导光管

图4        （a）激光电源原理图