本發(fā)明涉及蒸發(fā)界面溫度場(chǎng)測(cè)試，具體是一種基于光纖陣列的高密度氣液相變溫度場(chǎng)測(cè)量傳感器。

背景技術(shù)：

1、發(fā)生在氣液界面上的蒸發(fā)、沸騰與凝結(jié)過(guò)程廣泛存在于自然界及石油、化工、能源、機(jī)械、材料、環(huán)境等各個(gè)工程領(lǐng)域。在許多極端條件下，如微電子陣列中的薄液膜蒸發(fā)，脈沖加熱的快速蒸發(fā)，在真空環(huán)境中做噴霧冷卻等，氣液界面上的相變成為過(guò)程的主控影響因素。理解和掌握各種條件下相變的特性和機(jī)理，對(duì)于優(yōu)化相關(guān)工藝過(guò)程、提高生產(chǎn)效益具有重要意義。

2、雖然很多學(xué)者對(duì)蒸發(fā)氣液界面現(xiàn)象進(jìn)行了大量研究，然而，到目前為止，關(guān)于蒸發(fā)相變的機(jī)理并不完全清楚。一方面蒸發(fā)過(guò)程是能量高的分子優(yōu)先從液相穿過(guò)氣液界面進(jìn)入氣相的過(guò)程，是典型的非平衡熱力學(xué)過(guò)程。理論分析過(guò)程中必然存在理想工況的設(shè)定和計(jì)算過(guò)程的簡(jiǎn)化，使得理論模型與實(shí)際蒸發(fā)過(guò)程存在不同程度的偏離。另一方面，實(shí)驗(yàn)研究很難保證蒸發(fā)條件的一致性和溫度傳感器的測(cè)量精度。由于蒸發(fā)相變這一非平衡熱力學(xué)過(guò)程總是伴隨著質(zhì)量的傳遞及界面溫度的不連續(xù)變化，想要掌握蒸發(fā)相變機(jī)理，必須獲取整個(gè)蒸發(fā)界面相變溫度場(chǎng)的數(shù)據(jù)。目前已報(bào)導(dǎo)的蒸發(fā)相變實(shí)驗(yàn)研究主要采用兩種測(cè)試手段，一種是在測(cè)試耙上布置多個(gè)熱電偶測(cè)點(diǎn)，形成多點(diǎn)測(cè)試傳感器。熱電偶是由兩根偶絲連接成一個(gè)測(cè)量結(jié)點(diǎn)，且需要進(jìn)行絕緣處理，導(dǎo)線屏蔽線數(shù)量多，線路復(fù)雜，因此測(cè)點(diǎn)數(shù)量受到限制，測(cè)量的溫場(chǎng)數(shù)據(jù)空間密度低。另一種方法是采用單點(diǎn)細(xì)絲熱電偶結(jié)合高精度位移臺(tái)的測(cè)量方式，將細(xì)絲熱電偶固定在高精度位移臺(tái)上，通過(guò)控制位移臺(tái)移動(dòng)熱電偶從而獲取整個(gè)相變溫度場(chǎng)，這種方法測(cè)量的溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)空間分辨率主要取決于高精度位移臺(tái)的位移分辨率，且由不同時(shí)刻不同位置的溫度數(shù)據(jù)組成，無(wú)法獲取溫度場(chǎng)的瞬時(shí)變化。此外，在工業(yè)生產(chǎn)中蒸發(fā)界面相變機(jī)理主要在低壓密閉罐中，這種測(cè)溫方式只能在實(shí)驗(yàn)室中研究相變機(jī)理，無(wú)法用于工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于光纖陣列的高密度氣液相變溫度場(chǎng)測(cè)量傳感器，包括v型槽、薄膜法珀、傳輸光纖、夾持架、尾柄。

2、所述傳輸光纖穿過(guò)尾柄，排布在v型槽中。

3、所述傳輸光纖為陣列結(jié)構(gòu)，陣列中所有光纖延伸出v型槽的長(zhǎng)度遞增。

4、所述薄膜法珀位于傳輸光纖的端部。

5、所述夾持架用于夾緊v型槽的蓋板與底板。

6、蒸發(fā)界面溫度場(chǎng)測(cè)量傳感器的制作方法如下：

7、1)光纖一端去除涂覆層，研磨并清潔端面，在端面鍍微米量級(jí)硅膜。

8、2)制作光纖帶：將鍍膜的多根光纖排成一排，端面齊平。

9、3)將v型槽底板放置在夾持架對(duì)應(yīng)位置。

10、4)將光纖帶去涂覆端放置v槽底板刻槽處，蓋上v槽蓋板。

11、5)旋緊夾持架螺釘，夾緊v槽底板和蓋板，確認(rèn)光纖位于v型槽的槽內(nèi)。

12、進(jìn)一步，蒸發(fā)界面溫度場(chǎng)測(cè)量傳感器用于測(cè)量密閉腔內(nèi)蒸發(fā)界面溫度變化。

13、進(jìn)一步，蒸發(fā)界面溫度場(chǎng)測(cè)量傳感器工作時(shí)，夾持架探入待測(cè)密閉腔內(nèi)，薄膜法珀正對(duì)蒸發(fā)界面。

14、寬帶光由傳輸光纖傳導(dǎo)，并經(jīng)過(guò)傳輸光纖與薄膜法珀的接觸界面，此時(shí)，一部分光發(fā)生反射，一部光發(fā)生透射并在薄膜法珀與空氣界面反射回來(lái)，兩束光干涉使得光譜攜帶表征溫度變化的薄膜法珀光學(xué)厚度信息。

15、進(jìn)一步，薄膜法珀通過(guò)鍍膜方式制作得到。

16、進(jìn)一步，所述薄膜法珀的材料包括硅。

17、進(jìn)一步，所述v型槽的材料包括石英、高硼硅，槽的間距范圍為127μm～250μm。

18、進(jìn)一步，所述夾持架和尾柄的材料包括不銹鋼。

19、進(jìn)一步，所述v型槽用于支撐光纖，對(duì)光纖進(jìn)行卡位，保證光纖豎直。

20、進(jìn)一步，所述尾柄通過(guò)一端外螺旋旋進(jìn)夾持架，進(jìn)而放置傳輸光纖。

21、進(jìn)一步，所述v型槽與夾持架之間的傾斜角度可調(diào)。

22、本發(fā)明的技術(shù)效果是毋庸置疑的，本發(fā)明應(yīng)用于蒸發(fā)界面溫度場(chǎng)測(cè)量。

23、本發(fā)明的有益效果如下：

24、1)薄膜法珀作為感溫元件，薄膜法珀在傳感器端頭，更快感溫；

25、2)采用在光纖端面鍍膜的方式形成法珀，感溫元尺寸可以做到納米量級(jí)(為了便于解調(diào)，一般鍍到微米量級(jí))，測(cè)溫定位精度更好，測(cè)溫精度更高。

26、3)借助v型槽將多根鍍膜法珀組成分布式溫度測(cè)量傳感器，空間分辨率高，更容易獲取溫度場(chǎng)細(xì)節(jié)信息。

27、4)感溫傳輸都在光纖中完成，光作為傳輸信號(hào)，不用對(duì)傳感器進(jìn)行絕緣處理，信號(hào)傳輸線路簡(jiǎn)單。

28、5)鍍膜材料選用硅材料，熱光系數(shù)更高。

29、綜上所述，針對(duì)熱電偶測(cè)試技術(shù)存在的空間密度低，無(wú)法同時(shí)獲取高密度空間溫度場(chǎng)信息的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于光纖陣列的氣液相變溫度場(chǎng)的高密度測(cè)量裝置。該裝置采用鍍膜法珀作為感溫元，感溫元尺寸僅微米量級(jí)。借助v型槽使光纖密集排布，可以使測(cè)點(diǎn)間的距離縮短至百微米甚至數(shù)十微米，獲取更全面的溫度場(chǎng)信息。

技術(shù)特征：

1.一種基于光纖陣列的高密度氣液相變溫度場(chǎng)測(cè)量傳感器，其特征在于：包括v型槽(1)、薄膜法珀(2)、傳輸光纖(4)、夾持架(3)、尾柄(5)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖陣列的高密度氣液相變溫度場(chǎng)測(cè)量傳感器，其特征在于：蒸發(fā)界面溫度場(chǎng)測(cè)量傳感器用于測(cè)量密閉腔內(nèi)蒸發(fā)界面溫度變化。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖陣列的高密度氣液相變溫度場(chǎng)測(cè)量傳感器，其特征在于：蒸發(fā)界面溫度場(chǎng)測(cè)量傳感器工作時(shí)，夾持架(3)探入待測(cè)密閉腔內(nèi)，薄膜法珀(2)正對(duì)蒸發(fā)界面；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖陣列的高密度氣液相變溫度場(chǎng)測(cè)量傳感器，其特征在于：薄膜法珀(2)通過(guò)鍍膜方式制作得到。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖陣列的高密度氣液相變溫度場(chǎng)測(cè)量傳感器，其特征在于：所述薄膜法珀(2)的材料包括硅。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖陣列的高密度氣液相變溫度場(chǎng)測(cè)量傳感器，其特征在于：所述v型槽(1)的材料包括石英、高硼硅，槽的間距范圍為127μm～250μm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖陣列的高密度氣液相變溫度場(chǎng)測(cè)量傳感器，其特征在于：所述夾持架(3)和尾柄(5)的材料包括不銹鋼。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖陣列的高密度氣液相變溫度場(chǎng)測(cè)量傳感器，其特征在于：所述v型槽(1)用于支撐光纖，對(duì)光纖進(jìn)行卡位，保證光纖豎直。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖陣列的高密度氣液相變溫度場(chǎng)測(cè)量傳感器，其特征在于：所述尾柄(5)通過(guò)一端外螺旋旋進(jìn)夾持架(3)，進(jìn)而放置傳輸光纖(4)。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖陣列的高密度氣液相變溫度場(chǎng)測(cè)量傳感器，其特征在于：所述v型槽(1)與夾持架(3)之間的傾斜角度可調(diào)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)一種基于光纖陣列的高密度氣液相變溫度場(chǎng)測(cè)量傳感器，包括V型槽(1)、薄膜法珀(2)、傳輸光纖(4)、夾持架(3)、尾柄(5)；所述傳輸光纖(4)穿過(guò)尾柄(5)，排布在V型槽(1)中；所述傳輸光纖(4)為陣列結(jié)構(gòu)，陣列中所有光纖延伸出V型槽(1)的長(zhǎng)度遞增；所述薄膜法珀(2)位于傳輸光纖(4)的端部；所述夾持架(3)用于夾緊V型槽(1)的蓋板與底板；本發(fā)明應(yīng)用于蒸發(fā)界面溫度場(chǎng)測(cè)量。

技術(shù)研發(fā)人員：劉顯明,昌小小,章鵬,雷小華,王新域,許亨藝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30