微重力環(huán)境下的水路循環(huán)系統(tǒng)氣泡收集與測量裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于空間微重力環(huán)境下水路中的氣泡收集及測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微重力環(huán)境下的水路循環(huán)系統(tǒng)氣泡收集與測量裝置。包括箱體及設(shè)置于該箱內(nèi)的微泵、水閥、電機組件、水池部分、控制系統(tǒng)及成像系統(tǒng)，其中水池部分包括相互連通的氣泡收集器和可伸縮水池，氣泡收集器的通過管路與微泵連接，水閥部分設(shè)置于微泵的吸水口處、并且與電機組件部分連接，成像系統(tǒng)設(shè)置于氣泡收集器的外側(cè)，控制系統(tǒng)與微泵、電機組件及成像系統(tǒng)電連接。本發(fā)明不受重力因素的影響，利用直角陷阱裝置將氣泡聚集在一起，具有緊湊性、輕便性、低功耗、安全性等特點。
【專利說明】
微重力環(huán)境下的水路循環(huán)系統(tǒng)氣泡收集與測量裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于空間微重力環(huán)境下水路中的氣泡收集及測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微重力環(huán)境下的水路循環(huán)系統(tǒng)氣泡收集與測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]位于距離地球表面約400km的空間軌道上，其微重力水平為10-2-10-3g，航天器的各增壓艙內(nèi)安裝了較多用于各種實驗的空間科學應(yīng)用載荷?？臻g科學應(yīng)用載荷中有大量的水路循環(huán)系統(tǒng)，利用水閥進行快捷方便的連通與斷開;水閥是水路循環(huán)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。若空氣在水閥連通與斷開過程中的進入量過大，則會導致科學實驗載荷水路系統(tǒng)中聚集大量的氣泡，嚴重影響相關(guān)空間科學實驗的開展。因此，空氣包含量是表征水閥氣密性能的重要技術(shù)指標。
[0003]現(xiàn)有在地面上進行氣泡收集的試驗裝置中，所采用的氣泡收集方法并不適用于空間中的特殊工況和有限的操作空間，無法實現(xiàn)氣泡的匯聚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于空間微重力環(huán)境下的水路循環(huán)系統(tǒng)氣泡收集與測量裝置。該裝置是為測試微重力環(huán)境下水閥內(nèi)部的空氣包含量而設(shè)計的測試系統(tǒng)，通過本氣泡收集裝置，可以測試出微重力工況下，水閥多次往復運動期間的空氣包含量。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]—種微重力環(huán)境下的水路循環(huán)系統(tǒng)氣泡收集與測量裝置，包括箱體及設(shè)置于該箱體密閉空間內(nèi)的微栗、水閥、電機組件、水池部分、控制系統(tǒng)及成像系統(tǒng)，其中水池部分包括相互連通的氣泡收集器和可伸縮水池，其中氣泡收集器上設(shè)有進水口和出水口，所述進水口和出水口通過管路與微栗連接，形成循環(huán)回路，所述水閥部分設(shè)置于微栗的吸水口處、并且與電機組件部分連接，通過所述電機組件部分的驅(qū)動實現(xiàn)所述水閥的連通與斷開，所述成像系統(tǒng)設(shè)置于所述氣泡收集器的外側(cè)，用于拍攝氣泡收集器內(nèi)出氣泡的輪廓，所述控制系統(tǒng)與微栗、電機組件及成像系統(tǒng)電連接。
[0007]所述水閥包括公閥、母套筒、壓板及導軌，其中公閥可轉(zhuǎn)動地安裝在箱體的底板上、并與所述電機組件傳動連接，所述母套筒與公閥螺紋連接、并且通過滑塊與設(shè)置于底板上的導軌滑動連接，所述公閥的旋轉(zhuǎn)運動使母套筒沿導軌做直線運動，從而實現(xiàn)所述水閥的連通與斷開。
[0008]所述公閥包括支撐件、大齒輪、大齒輪保護罩及驅(qū)動套筒，其中支撐件固定在底板上，所述驅(qū)動套筒可轉(zhuǎn)動地安裝在支撐件上、并且其上套設(shè)有與所述電機組件連接的大齒輪，所述大齒輪的外側(cè)設(shè)有大齒輪保護罩，所述驅(qū)動套筒與所述母套筒螺紋連接。
[0009]所述母套筒安裝在接頭固定件上，所述接頭固定件通過滑塊與導軌連接，所述接頭固定件的運動行程通過安裝在底板上的限位開關(guān)9控制，所述接頭固定件的一側(cè)設(shè)有壓塊，所述壓塊同時與滑塊接觸，所述導軌的端部一側(cè)設(shè)有安裝在底板上的楔塊，所述壓塊和楔塊用于調(diào)整所述水閥的軸心。
[0010]所述電機組件包括電機、電機輔助安裝支架、電機安裝座、電機輸出端安裝支架及小齒輪，其中電機通過電機輔助安裝支架和電機安裝座安裝在箱體的底板上，所述電機的輸出端設(shè)有小齒輪、并通過電機輸出端安裝支架支撐。
[0011 ]所述氣泡收集器上的進水口和出水口處均設(shè)有直角接頭。
[0012]所述氣泡收集器采用有機玻璃，所述可伸縮水池采用波紋橡膠管，所述波紋橡膠管的兩端通過水池壓緊塊安裝在水池支座上，所述波紋橡膠管一端與氣泡收集器聯(lián)通，另一端通過水池密封蓋密封。
[0013]所述成像系統(tǒng)包括兩個相機，兩個相機分別設(shè)置于所述氣泡收集器的底部及側(cè)面，用于對氣泡收集器中的水流成像并測量氣泡輪廓。
[0014]所述控制系統(tǒng)設(shè)置于箱體內(nèi)獨立的控制室內(nèi)，包括控制器和控制板安裝架，所述控制器通過控制板安裝架安裝在控制室內(nèi)。
[0015]所述箱體上設(shè)有用于與控制室內(nèi)控制器連接的電插口。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是:由于空間科學有效載荷所處的微重力環(huán)境，水路中的氣泡不會像在地面上那樣由低向高處運動，因此地面上使用的氣泡聚集方法和裝置不再適用。本發(fā)明提供了一種適用于空間微重力環(huán)境下的水路循環(huán)系統(tǒng)氣泡收集與測量裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，它不再受重力因素的影響，而是利用直角陷阱裝置將氣泡聚集在一起，并且機械系統(tǒng)與控制器分裝于兩個相互密閉的空間內(nèi)，箱體內(nèi)部與外部保持密閉，提高了該裝置的水密性，具有緊湊性、輕便性、低功耗、安全性等特點，滿足空間微重力環(huán)境下有效載荷的實際工作要求。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的的整體結(jié)構(gòu)裝配圖；
[0018]圖2為本發(fā)明中水閥的結(jié)構(gòu)示意圖(圖1中I的放大圖)；
[0019]圖3為本發(fā)明中電機組件的結(jié)構(gòu)示意圖(圖1中II的放大圖)；
[0020]圖4為本發(fā)明中水池部分的結(jié)構(gòu)示意圖(圖1中III的放大圖);
[0021 ]圖5為本發(fā)明中箱體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖6為本發(fā)明的系統(tǒng)工作原理示意圖。
[0023]圖中:I為底板，2為微栗，3為公閥，3-1為支撐件，3_2為大齒輪，3_3為大齒輪保護罩，3-4為驅(qū)動套筒，4為相機，5為母套筒，5-1為接頭固定件，5-2為基座，6為氣泡收集器，7為直角接頭，8為可伸縮水池，8-1為水池支座，8-2為水池密封蓋，8-3為水池壓緊塊，9為限位開關(guān)，10為電機，11為控制器，12為電插口，12-1為電機輔助安裝支架，12-2為電機安裝座，12-3為電機輸出端安裝支架，14為壓板，15為導軌滑塊，15-1為楔塊，16為小齒輪，17為軸承，18為外殼，19為控制板安裝架，①為水閥，②為電機，③為微栗，④為相機(及氣泡陷阱裝置)，⑤橡膠水池，⑥透明管路。
【具體實施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明提供的一種微重力環(huán)境下的水路循環(huán)系統(tǒng)氣泡收集與測量裝置，包括箱體及設(shè)置于該箱體密閉空間內(nèi)的微栗2、水閥、電機組件、水池部分、控制系統(tǒng)及成像系統(tǒng)，其中水池部分包括相互連通的氣泡收集器6和可伸縮水池8，其中氣泡收集器6上設(shè)有進水口和出水口，所述進水口和出水口通過管路與微栗2連接，形成循環(huán)回路，所述水閥部分設(shè)置于微栗2的吸水口處、并且與電機組件部分連接，通過所述電機組件部分的驅(qū)動實現(xiàn)所述水閥的連通與斷開，所述成像系統(tǒng)設(shè)置于所述氣泡收集器6的外側(cè)，用于拍攝氣泡收集器6內(nèi)出氣泡的輪廓，所述控制系統(tǒng)與微栗2、電機組件及成像系統(tǒng)電連接。
[0026]如圖2所示，所述水閥包括公閥3、母套筒5、壓板14及導軌15，其中公閥3可轉(zhuǎn)動地安裝在箱體的底板I上、并與所述電機組件傳動連接，所述母套筒5與公閥3螺紋連接、并且通過滑塊與設(shè)置于底板I上的導軌15滑動連接，所述公閥3的旋轉(zhuǎn)運動使母套筒5沿導軌15做直線運動，從而實現(xiàn)所述水閥的連通與斷開。
[0027]所述公閥3包括支撐件3-1、大齒輪3-2、大齒輪保護罩3-3及驅(qū)動套筒3-4，其中支撐件3-1固定在底板I上，所述驅(qū)動套筒3-4可轉(zhuǎn)動地安裝在支撐件3-1上、并且其上套設(shè)有與所述電機組件連接的大齒輪3-2，所述大齒輪3-2的外側(cè)設(shè)有大齒輪保護罩3-3，所述驅(qū)動套筒3-4與所述母套筒5螺紋連接。
[0028]所述母套筒5安裝在接頭固定件5-1上，所述接頭固定件5-1通過滑塊與導軌15連接，所述接頭固定件5-1的運動行程通過安裝在底板I上的限位開關(guān)9控制，所述接頭固定件5-1的一側(cè)設(shè)有壓塊14，所述壓塊14同時與滑塊接觸，所述導軌15的端部一側(cè)設(shè)有安裝在底板I上的楔塊15-1，所述壓塊14和楔塊15-1用于調(diào)整所述水閥的軸心。
[0029]如圖3所示，所述電機組件包括電機12、電機輔助安裝支架12-1、電機安裝座12-2、電機輸出端安裝支架12-3及小齒輪16，其中電機12通過電機輔助安裝支架12-1和電機安裝座12-2安裝在箱體的底板I上，并通過電機輔助安裝支架12-1上的調(diào)整螺釘保持電機的軸線與水閥的軸線平行，保證大、小齒輪間的嚙合關(guān)系。所述小齒輪16安裝于電機12的輸出端，軸承17安裝于小齒輪16內(nèi)并通過電機輸出端安裝支架12-3固定，電機輔助安裝支架12-1和電機輸出端安裝支架12-3均固定在電機安裝座12-2上，所述小齒輪16與大齒輪3-2嚙合。位于氣泡收集器6的側(cè)向垂直放置的相機4安裝在電機輸出端安裝支架12-3上。
[0030]所述氣泡收集器6上的進水口和出水口處均設(shè)有直角接頭7(M10*lmm)。直角接頭7分別固定在氣泡收集器6的上表面和側(cè)面，管路中的水流從側(cè)向直角接頭7進入而從上表面的直角接頭7流出，若水流中有氣泡，則當水閥實現(xiàn)多次的連通與斷開運動后，水中的氣泡通過微栗2的作用匯聚在氣泡收集器6中，通過其側(cè)面和下面的相機4拍出氣泡兩個垂直方向上的輪廓，計算出氣泡的體積。
[0031]如圖4所示，所述氣泡收集器6采用有機玻璃，所述可伸縮水池8采用波紋橡膠管，所述波紋橡膠管的兩端通過水池壓緊塊8-3安裝在水池支座8-1上，所述波紋橡膠管一端與氣泡收集器6聯(lián)通，另一端通過水池密封蓋8-2密封，通過螺釘壓緊，保證水池中的水不泄
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[0032]氣泡收集器6固定在水池支座8-1上并通過O圈保證密封性。
[0033]利用橡膠波紋管的伸縮性補償水閥連通與斷開造成的體積變化，管路中的氣泡通過栗的作用經(jīng)過由有機玻璃形成的直角氣泡陷阱時，聚集于此。經(jīng)過水閥的多次往復運動，管路中的氣泡都將匯聚在有機玻璃內(nèi)，通過兩個垂直方向放置的相機測出氣泡的輪廓面積，計算出氣泡體積。
[0034]所述成像系統(tǒng)包括兩個相機4，兩個相機4分別設(shè)置于所述氣泡收集器6的底部及側(cè)面，用于對氣泡收集器6中的水流成像并測量氣泡輪廓。
[0035]如圖5所示，所述控制系統(tǒng)設(shè)置于箱體內(nèi)獨立的控制室內(nèi)，包括控制器11和控制板安裝架19，所述控制器11通過控制板安裝架19安裝在控制室內(nèi)。所述箱體上設(shè)有用于與控制室內(nèi)控制器11連接的電插口 12。
[0036]在箱體內(nèi)部設(shè)置了兩個相互密閉的空間，使機械傳動系統(tǒng)和電控系統(tǒng)實現(xiàn)物理隔離，外殼18各側(cè)面設(shè)計成減重槽結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)輕質(zhì)化，在底板I和上蓋與外殼18之間安裝密封墊，保證了箱體的機械室內(nèi)部與箱體外及控制室的密封性，控制器11安裝在箱體腔內(nèi)的控制室中，通過控制板安裝架19提供支撐，在電插口 12處設(shè)置通訊接口及電氣接口。
[0037]本發(fā)明的工作原理是:
[0038]所述箱體內(nèi)設(shè)有兩個獨立的密閉空間，分別設(shè)置機械裝置和控制系統(tǒng)部分，底板I和上蓋分別與外殼18連接的交界面通過密封墊與箱體外密封，控制系統(tǒng)腔內(nèi)的導線通過導線孔與各機械裝置連接后，通過密封膠將通孔密封，實現(xiàn)機械室與控制室的密封?？刂破?1給電機10上電后，帶動其輸出端的小齒輪16運動，并與大齒輪3-2嚙合，帶動公閥3上的驅(qū)動套筒3-4，水閥通過公閥3和母閥5的相對運動實現(xiàn)連通與斷開。當水閥連通后，位于水閥一端的微栗2開始工作并帶動水路循環(huán)運動，若水路中有氣泡，則當氣泡經(jīng)過水池部分處的氣泡收集器6時，產(chǎn)生聚集。當完成多次的往復運動后，通過有氣泡收集器6底部和側(cè)向兩個垂直方向的相機4拍攝出氣泡的輪廓，如圖6所示。
[0039]母套筒5沿著導軌15直線運動時，水閥實現(xiàn)連通與斷開狀態(tài)，并通過限位開關(guān)9控制水閥的運動行程，安裝在接頭固定件5-1上的壓板14和安裝在底板I上的楔塊15-1用來調(diào)整水閥的軸心，使齒輪副的嚙合良好，水閥內(nèi)部采用O圈進行密封，防止內(nèi)部水流泄漏。
[0040]本發(fā)明提供的一種適用于空間微重力環(huán)境下的水路循環(huán)系統(tǒng)氣泡收集與測量裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，它不再受重力因素的影響，而是利用直角陷阱裝置將氣泡聚集在一起，并且機械系統(tǒng)與控制器分裝于兩個相互密閉的空間內(nèi)，箱體內(nèi)部與外部保持密閉，提高了該裝置的水密性，具有緊湊性、輕便性、低功耗、安全性等特點，滿足空間微重力環(huán)境下有效載荷的實際工作要求。
[0041]以上所述僅為本發(fā)明的實施方式，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進、擴展等，均包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種微重力環(huán)境下的水路循環(huán)系統(tǒng)氣泡收集與測量裝置，其特征在于:包括箱體及設(shè)置于該箱體密閉空間內(nèi)的微栗(2)、水閥、電機組件、水池部分、控制系統(tǒng)及成像系統(tǒng)，其中水池部分包括相互連通的氣泡收集器(6)和可伸縮水池(8)，其中氣泡收集器(6)上設(shè)有進水口和出水口，所述進水口和出水口通過管路與微栗(2)連接，形成循環(huán)回路，所述水閥部分設(shè)置于微栗(2)的吸水口處、并且與電機組件部分連接，通過所述電機組件部分的驅(qū)動實現(xiàn)所述水閥的連通與斷開，所述成像系統(tǒng)設(shè)置于所述氣泡收集器(6)的外側(cè)，用于拍攝氣泡收集器(6)內(nèi)出氣泡的輪廓，所述控制系統(tǒng)與微栗(2)、電機組件及成像系統(tǒng)電連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述微重力環(huán)境下的水路循環(huán)系統(tǒng)氣泡收集與測量裝置，其特征在于:所述水閥包括公閥(3)、母套筒(5)、壓板(14)及導軌(15)，其中公閥(3)可轉(zhuǎn)動地安裝在箱體的底板(I)上、并與所述電機組件傳動連接，所述母套筒(5)與公閥(3)螺紋連接、并且通過滑塊與設(shè)置于底板(I)上的導軌(15)滑動連接，所述公閥(3)的旋轉(zhuǎn)運動使母套筒(5)沿導軌(15)做直線運動，從而實現(xiàn)所述水閥的連通與斷開。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述微重力環(huán)境下的水路循環(huán)系統(tǒng)氣泡收集與測量裝置，其特征在于:所述公閥(3)包括支撐件(3-1)、大齒輪(3-2)、大齒輪保護罩(3-3)及驅(qū)動套筒(3-4)，其中支撐件(3-1)固定在底板(I)上，所述驅(qū)動套筒(3-4)可轉(zhuǎn)動地安裝在支撐件(3-1)上、并且其上套設(shè)有與所述電機組件連接的大齒輪(3-2)，所述大齒輪(3-2)的外側(cè)設(shè)有大齒輪保護罩(3-3)，所述驅(qū)動套筒(3-4)與所述母套筒(5)螺紋連接。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述微重力環(huán)境下的水路循環(huán)系統(tǒng)氣泡收集與測量裝置，其特征在于:所述母套筒(5)安裝在接頭固定件(5-1)上，所述接頭固定件(5-1)通過滑塊與導軌(15)連接，所述接頭固定件(5-1)的運動行程通過安裝在底板(I)上的限位開關(guān)9控制，所述接頭固定件(5-1)的一側(cè)設(shè)有壓塊(14)，所述壓塊(14)同時與滑塊接觸，所述導軌(15)的端部一側(cè)設(shè)有安裝在底板(I)上的楔塊(15-1)，所述壓塊(14)和楔塊(15-1)用于調(diào)整所述水閥的軸心。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述微重力環(huán)境下的水路循環(huán)系統(tǒng)氣泡收集與測量裝置，其特征在于:所述電機組件包括電機(12)、電機輔助安裝支架(12-1)、電機安裝座(12-2)、電機輸出端安裝支架(12-3)及小齒輪(16)，其中電機(12)通過電機輔助安裝支架(12-1)和電機安裝座(12-2)安裝在箱體的底板(I)上，所述電機(12)的輸出端設(shè)有小齒輪(16)、并通過電機輸出端安裝支架(12-3)支撐。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述微重力環(huán)境下的水路循環(huán)系統(tǒng)氣泡收集與測量裝置，其特征在于:所述氣泡收集器(6)上的進水口和出水口處均設(shè)有直角接頭(7)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述微重力環(huán)境下的水路循環(huán)系統(tǒng)氣泡收集與測量裝置，其特征在于:所述氣泡收集器(6)采用有機玻璃，所述可伸縮水池(8)采用波紋橡膠管，所述波紋橡膠管的兩端通過水池壓緊塊(8-3)安裝在水池支座(8-1)上，所述波紋橡膠管一端與氣泡收集器(6)聯(lián)通，另一端通過水池密封蓋(8-2)密封。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述微重力環(huán)境下的水路循環(huán)系統(tǒng)氣泡收集與測量裝置，其特征在于:所述成像系統(tǒng)包括兩個相機(4)，兩個相機(4)分別設(shè)置于所述氣泡收集器(6)的底部及側(cè)面，用于對氣泡收集器(6)中的水流成像并測量氣泡輪廓。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述微重力環(huán)境下的水路循環(huán)系統(tǒng)氣泡收集與測量裝置，其特征在于:所述控制系統(tǒng)設(shè)置于箱體內(nèi)獨立的控制室內(nèi)，包括控制器(11)和控制板安裝架(19)，所述控制器(11)通過控制板安裝架(19)安裝在控制室內(nèi)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述微重力環(huán)境下的水路循環(huán)系統(tǒng)氣泡收集與測量裝置，其特征在于:所述箱體上設(shè)有用于與控制室內(nèi)控制器(11)連接的電插口(12)。
【文檔編號】G01M3/08GK106017814SQ201610543908
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月11日
【發(fā)明人】路達, 李正, 宛敏紅, 周維佳, 劉金國, 遲浩東
【申請人】中國科學院沈陽自動化研究所