專利名稱：一種智能穩(wěn)流裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流體穩(wěn)流裝置和方法，特別是涉及一種由電流變液控制的自適應(yīng)穩(wěn)流裝置和方法。
背景技術(shù)：
目前現(xiàn)有的穩(wěn)流方法多采用機(jī)械式結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是成本低，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制精度不高、不能實(shí)時(shí)測(cè)量流速。激光散斑測(cè)速法是指在流體中均勻撒布微小顆粒，即示蹤粒子，當(dāng)顆粒濃度較大時(shí)，有激光照射就可以產(chǎn)生激光散斑。借助相關(guān)的激光散斑分析軟件， 可以測(cè)量示蹤粒子在已知很短時(shí)間間隔內(nèi)的位移量從而間接測(cè)量流場(chǎng)中瞬態(tài)的速度分布， 是一種非侵入式流體流速的測(cè)量方法。但是激光散斑測(cè)速法只能用于測(cè)量流體的速度，卻不能實(shí)現(xiàn)控制流速的目的。電流變液是由微小介電顆粒均勻分散在絕緣油中形成的一種懸浮液，在外加電場(chǎng)作用下可以實(shí)現(xiàn)固液間快速、連續(xù)、可逆的轉(zhuǎn)變，因而是一種控制流體流速的理想技術(shù)，如利用電流變效應(yīng)可以做成各種電流變閥。同樣雖然電流變技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)控制流速的目的，而無法測(cè)量流速。如果將上述兩種技術(shù)有效結(jié)合就有望實(shí)現(xiàn)對(duì)流體流速和流量的精確測(cè)量和控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種流體穩(wěn)流的裝置和方法，通過激光散斑測(cè)速法測(cè)量流體的速度，與設(shè)定的速度相比較，并結(jié)合計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制施加在流體上的電場(chǎng)強(qiáng)度，使流體產(chǎn)生電流變效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)流體流速的控制，達(dá)到穩(wěn)流的目的。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的用于測(cè)量流體中示蹤粒子運(yùn)動(dòng)速度的激光散斑測(cè)試系統(tǒng)，包括激光器、偏振片、透鏡，經(jīng)過透鏡的光束照射在透明管道中的流體，高速CXD攝像頭位于透明管道另一側(cè)的光路上，接受面正對(duì)入射光方向，高速CXD攝像頭通過數(shù)據(jù)采集卡將獲得的散斑信息保存到計(jì)算機(jī)中，由計(jì)算機(jī)中的互相關(guān)計(jì)算軟件對(duì)散斑信息進(jìn)行處理可得到示蹤粒子的運(yùn)動(dòng)速度，即為流體流速。計(jì)算機(jī)再通過輸出端與一個(gè) D/A轉(zhuǎn)換器相連接，D/A轉(zhuǎn)換器接入可控高壓電源，可控高壓電源引出的兩根導(dǎo)線連接到鑲在管道內(nèi)部的兩個(gè)電極板上，兩個(gè)電極板安裝在透明管道相對(duì)的兩個(gè)表面上。由相應(yīng)的控制程序，將測(cè)出的流速與設(shè)定的流速相比較，當(dāng)大于設(shè)定流速值時(shí)，控制程序計(jì)算出高壓電源需要在管道的電極板上施加的電壓值，使管道內(nèi)的流體產(chǎn)生電流變效應(yīng)，從而使流體流速降低，達(dá)到穩(wěn)流的目的。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有這樣的有益效果，即可以充分利用示蹤粒子， 使其既可以用于激光散斑測(cè)速，又可以用于產(chǎn)生電流變效應(yīng)，只需結(jié)合相應(yīng)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)即可達(dá)到穩(wěn)流的效果，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。


附圖是根據(jù)本發(fā)明所說的一種智能穩(wěn)流裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，以淀粉顆粒分散于甲基硅油中構(gòu)成的流體為例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。參見附圖，根據(jù)本發(fā)明用于流體中淀粉顆粒運(yùn)動(dòng)速度的激光散斑測(cè)速系統(tǒng)，它主要包括激光器1、偏振片2、透鏡3、透明管道4、粒子均勻分布的流體5、(XD攝像頭6和計(jì)算機(jī)7組成。當(dāng)激光束由激光器1發(fā)出，穿過均勻分散有淀粉粒子的流體5時(shí)，就會(huì)形成激光散斑圖像，由CCD攝像頭6接收并存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)7中，經(jīng)過圖像互相關(guān)計(jì)算軟件處理可得到流場(chǎng)的瞬態(tài)速度；由相應(yīng)的計(jì)算機(jī)控制程序，將此速度值與計(jì)算機(jī)中設(shè)定的速度值相比較， 當(dāng)管道中流體速度大于設(shè)定值時(shí)，計(jì)算出需要施加在透明管道4上的外加電壓值，計(jì)算機(jī)將程序計(jì)算出的電壓數(shù)字信號(hào)傳遞給D/A轉(zhuǎn)換器8轉(zhuǎn)換成電壓模擬信號(hào)，該模擬信號(hào)再輸入可控高壓電源9，經(jīng)導(dǎo)線10施加在管道的兩個(gè)電極板11上，電極板材料為導(dǎo)電橡膠，兩個(gè)電極板11安裝在透明管道4相對(duì)的兩個(gè)表面上，使流體產(chǎn)生電流變效應(yīng)，流體中淀粉顆粒會(huì)沿電場(chǎng)方向排列成鏈狀或柱狀結(jié)構(gòu)12，流體表現(xiàn)出類固體的特征，從而使流速降低至設(shè)定值；當(dāng)管道中流速出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，激光散斑測(cè)速系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)并通過控制程序重新調(diào)節(jié)所需施加的電壓值，使流體流速始終保持在設(shè)定流速。這樣通過控制流體的固化程度，實(shí)現(xiàn)了控制流體的流速，從而達(dá)到穩(wěn)流的目的。
權(quán)利要求
1.一種智能穩(wěn)流裝置，其特征在于包括激光器(1)，在該激光器(1)的光束前進(jìn)方向上依次設(shè)有偏振片O)、透鏡(3)、透明管道0)、透明管道(4)中粒子均勻分布的流體(5)、 CCD攝像頭(6)，所述的CCD攝像頭(6)的輸出端與計(jì)算機(jī)(7)的輸入端相連，計(jì)算機(jī)(7) 的輸出端依次與D/A轉(zhuǎn)換器(8)、可控高壓電源(9)、導(dǎo)線(10)、兩個(gè)電極板(11)相連，所述的兩個(gè)電極板(11)安裝在透明管道(4)相對(duì)的兩個(gè)表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能穩(wěn)流裝置，其特征是流體(5)中的分散粒子既可用于激光散斑測(cè)速，又可以在外加電場(chǎng)作用下產(chǎn)生電流變效應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能穩(wěn)流裝置，其特征是流體( 為絕緣油。
4.一種智能穩(wěn)流方法，其特征是通過激光散斑測(cè)速系統(tǒng)測(cè)出粒子均勻分布流體(5) 的瞬態(tài)速度，通過控制程序?qū)⒋怂俣扰c設(shè)定速度進(jìn)行比較，當(dāng)管道中流體速度大于設(shè)定值時(shí)，計(jì)算出需要施加的外加電壓值，輸出的電壓數(shù)字信號(hào)傳遞給D/A轉(zhuǎn)換器(8)轉(zhuǎn)換成電壓模擬信號(hào)，再輸入可控高壓電源(9)，其輸出電壓經(jīng)導(dǎo)線(10)施加在管道的兩個(gè)電極板 (11)上，控制兩個(gè)電極板(11)間的流體(5)產(chǎn)生電流變效應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能穩(wěn)流方法，其特征是流體(5)中的分散粒子既可用于激光散斑測(cè)速，又可以在外加電場(chǎng)作用下產(chǎn)生電流變效應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能穩(wěn)流方法，其特征是流體( 為絕緣油。
全文摘要
一種由電流變液控制的智能穩(wěn)流裝置和方法，其主要特征是基于激光散斑測(cè)速技術(shù)和電流變技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)流體流速的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，達(dá)到穩(wěn)流的目的。當(dāng)激光束穿過含有示蹤粒子的流體時(shí)，由激光散斑測(cè)速法獲得流體的瞬態(tài)速度。通過控制程序?qū)⒋怂俣扰c設(shè)定速度值相比較，進(jìn)而確定施加在流體上的電場(chǎng)強(qiáng)度值，使分散有示蹤粒子的流體產(chǎn)生電流變效應(yīng)，這樣通過改變流體的固化程度，調(diào)節(jié)管道中流體的流速與設(shè)定值保持一致，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流。本發(fā)明不但能實(shí)現(xiàn)對(duì)流體流速的實(shí)時(shí)測(cè)量，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)流體流速和流量的自動(dòng)控制，同時(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)G05D13/30GK102253674SQ20111010334
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者余南輝, 范吉軍 申請(qǐng)人:武漢工業(yè)學(xué)院