申请/专利权人：武汉雷施尔光电信息工程有限公司

申请日：2021-09-22

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN113959943B

主分类号：G01N21/01

分类号：G01N21/01;G01N21/84

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2022.02.15#实质审查的生效;2022.01.21#公开

摘要：本发明提供了一种平面型光纤探针传感器的空泡份额测量系统及方法。所述测量系统包括光源、耦合器、环形器、光电转换模块、采集模块、平面型光纤探针传感器和处理模块；光源产生的光束经过耦合器分成多束，每束光束通过环形器分成两路，光电转换模块将平面型光纤探针传感器反射回来的光信号转换成电信号，并将电压信号传送到处理模块，处理模块将每个通道的电压信号进行归零化，并计算阈值UΔX，通过阈值UΔX判断，得到新电压信号U′，并计算出准确的气泡参量，通过气泡参量得到气泡经过的长度，求出空泡份额。本发明采用探针端面为平面的光纤探针传感器作为测量工具，并利用阈值设置和干涉预判计算的方法能较精准的测量空泡份额。

主权项：1.一种平面型光纤探针传感器的空泡份额的测量方法，其特征在于具体包括以下步骤：1光源产生的光束经过耦合器分成多束光，每束光束与一个环形器连接，并通过环形器分成两路，一路与光电转换模块相连，一路与平面型光纤探针传感器连接；2通过光电转换模块将平面型光纤探针传感器反射回来的光信号转换成电信号，然后通过采集模块采集多束光的电信号并上传给处理模块；3通过处理模块将采集模块发送的由多束光电压信号拼接而成的电压信号U总拆分成多个通道的电压信号，其中步骤2中的多束光与多个通道的电压信号一一对应；4每个通道电压信号是由多个离散点组成，将步骤3中的每个通道的电压信号中所有离散点i对应的电压信号值Ui-1进行归零化，使每个通道的每个电压信号值U都维持在0附近抖动；5找出每个通道某一段无气泡经过时该通道所有离散点对应的电压信号值U中的最大值Umax和最小值Umin，并按照以下公式计算出每个通道的电压信号判断阈值UΔX：UΔX＝0.3*Umax-Umin；6将步骤4中每个通道中归零化处理后的所有电压信号值U通过步骤5中计算的阈值UΔX判断，得到新电压信号U′；每个离散点i的电压信号值Ui-1判断过程如下：当Ui-1≥Umax+UΔX，则判断Ui′-1＝1，当Ui-1＜Umax+UΔX，则判断U′i-1＝0，其中，i从0开始计数，第1个点对应的电压信号值为U0；7根据步骤6中得到的新电压信号U′确定每个气泡刚经过光纤探针时的起始点即气泡起始点和光纤探针处于该气泡中这段时间内电压信号离散点的点数即气泡点数，并通过光纤探针探测出某一时间段的气泡个数；具体过程为：首先以某个电压信号离散点i对应的新电压信号值U′i-1＝1时，将此电压信号值下标索引值i-1记为气泡起始点，然后按照顺序往后逐个判断U′i-1，U′i，U′i+1，....，U′i+n-2＝1，直到新电压信号值U′不为1时停止判断，此时对应的离散点数记为a，则有a-1＝i+n-2，计算出气泡点数n＝a-i+1；8通过设置的点距N，将步骤7中计算出的参量进行合并，得出精准的参量，所述点距N＝100，当某个气泡结束点与下一个气泡起始点距离L小于点距N，则将当前第i个气泡起始点保持不变，删除第i+1个气泡的相关参量，使两个气泡合并为一个新的气泡，将气泡个数num＝num-1，合并后第i个气泡新的气泡点数：n’＝Isi+1-Isi+ni+1，其中：Isi为第i个气泡的气泡起始点，Isi+1为第i+1个气泡的气泡起始点，ni+1为第i+1个气泡通过的气泡点数；当某个气泡结束点与下一个气泡起始点距离L≥N时，保持不变；依次得出较每个气泡准确的相关参量；9根据步骤8中计算得出的新的气泡起始点和气泡点数，将步骤6处理后的新电压信号U′变为方波信号并显示；具体是根据步骤8中计算的新的气泡起始点和气泡点数确定每个新气泡在电压信号中对应的数据段，并将该段数据都变为1；10根据步骤8中计算出的每个气泡的新的气泡点数n’以及对应气泡经过时采集模块采样的频率f，按照以下公式计算出每个气泡经过的时间t＝n’f，则每个气泡匀速经过的长度l＝vt＝vn’f，其中v为气泡上升速度；通过测出单位时间内每个气泡对应点数，可求出TN时间段内所有气泡总共经过的长度非气泡经过的总长度L1＝vT-L，其，其中T为单位时间，等于1s，再将L与L1求比值得出气泡与液体之间的比例，从而得出空泡份额；上述公式中所有的字母指代的参数相同，其中n为TN时间段内气泡点数累加的次数。

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