一種空化場(chǎng)三維定位設(shè)備，空化場(chǎng)測(cè)量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種空化場(chǎng)三維定位設(shè)備，空化場(chǎng)測(cè)量裝置及方法，其中，三維定位設(shè)備包括：支架、第一滑桿、第二滑桿、第三滑桿、第四滑桿、第五滑桿、第一步進(jìn)電機(jī)、第二步進(jìn)電機(jī)、第一細(xì)桿、第二細(xì)桿和轉(zhuǎn)盤；空化場(chǎng)測(cè)量裝置包括：三維定位設(shè)備、數(shù)據(jù)測(cè)量采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊，利用三維定位設(shè)備移動(dòng)滑桿和轉(zhuǎn)盤可以測(cè)量空化泡條帶的起始位置信息、長(zhǎng)度信息、運(yùn)動(dòng)方向信息；采集信息完成后，繪制出表示空化泡受力大小的等長(zhǎng)度線和表示空化泡受力方向的矢量線，兩線交織構(gòu)成描述空化場(chǎng)的完整信息。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)空化場(chǎng)空間的全面測(cè)量，以及空化泡受力大小和空化泡受力方向的定量測(cè)量。
【專利說(shuō)明】
一種空化場(chǎng)三維定位設(shè)備，空化場(chǎng)測(cè)量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及功率超聲領(lǐng)域，尤其涉及一種空化場(chǎng)三維定位設(shè)備，空化場(chǎng)測(cè)量裝置 及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 功率超聲是應(yīng)用超聲波的能量效應(yīng)使物體或物性發(fā)生某些狀態(tài)變化，在超聲清 洗、超聲化學(xué)、超聲處理等領(lǐng)域等有廣泛的應(yīng)用。功率超聲的這些應(yīng)用多數(shù)利用了空化效 應(yīng)。空化效應(yīng)是指液體內(nèi)局部壓力降低時(shí)，液體內(nèi)部或液固交界面上蒸氣或氣體的空穴(空 化泡）的形成、發(fā)展和潰滅的過(guò)程。但是目前還沒(méi)有特別有效的空化場(chǎng)測(cè)量方法。目前常用 的兩種方法是鋁箱空蝕法和水聽(tīng)器法，其中鋁箱空蝕法可以獲得空化強(qiáng)度分布的大致信 息，但是測(cè)量極為粗糙，影響因素很多，只能作為直觀定性評(píng)價(jià)。而水聽(tīng)器法是通過(guò)測(cè)量聲 壓來(lái)間接獲得空化場(chǎng)強(qiáng)度的分布信息，但往往聲壓分布和空化泡分布并不完全一致，所以 這種方法因?yàn)檫@種局限也沒(méi)有被廣泛使用。而且最重要的上述方法都沒(méi)有空化泡運(yùn)動(dòng)的方 向信息，僅僅粗略獲得了空化泡的強(qiáng)度信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明目的在于解決上述空化場(chǎng)測(cè)量方法存在的技術(shù)問(wèn)題，提出了一種空化場(chǎng)三 維定位設(shè)備，空化場(chǎng)測(cè)量裝置及方法，通過(guò)直接獲取空化場(chǎng)的強(qiáng)度信息和空化場(chǎng)的矢量信 息，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)空化場(chǎng)空間的全面測(cè)量，可用于各種功率超聲設(shè)備在各種工況下的空化 場(chǎng)檢測(cè)。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，一方面，本發(fā)明提供一種空化場(chǎng)三維定位設(shè)備，該設(shè)備包括： 支架、第一滑桿、第二滑桿、第三滑桿、第四滑桿、第五滑桿、第一步進(jìn)電機(jī)、第二步進(jìn)電機(jī)、 第一細(xì)桿、第二細(xì)桿和轉(zhuǎn)盤。
[0005] 其中，第一滑桿具有刻度線，其設(shè)置在支架一側(cè)的上端，第一步進(jìn)電機(jī)與第二滑桿 的一端連接，并設(shè)置在第一滑桿上;第二滑桿具有刻度線，其另一端設(shè)置在支架另一側(cè)的上 端;第二步進(jìn)電機(jī)與第三滑桿的一端連接，并設(shè)置在第二滑桿上;第三滑桿具有刻度線，其 另一端與第一細(xì)桿的一端連接，第一細(xì)桿的另一端設(shè)置有微孔，該微孔放置在空化場(chǎng)中；第 四滑桿具有刻度線，其一端與轉(zhuǎn)盤連接，轉(zhuǎn)盤套設(shè)在第三滑桿上;第五滑桿具有刻度線，其 一端與第四滑桿連接，其另一端與第二細(xì)桿連接，第二細(xì)桿設(shè)置有微孔，該微孔放置在空化 場(chǎng)中。
[0006] 另一方面，本發(fā)明提供了空化場(chǎng)測(cè)量裝置，該裝置包括:數(shù)據(jù)測(cè)量采集模塊、數(shù)據(jù) 處理模塊和三維定位設(shè)備。
[0007] 其中，三維定位設(shè)備，用于通過(guò)移動(dòng)滑桿和轉(zhuǎn)盤測(cè)量空化泡條帶的起始位置信息、 長(zhǎng)度信息和運(yùn)動(dòng)方向信息中的一種或多種；
[0008] 數(shù)據(jù)測(cè)量采集模塊，用于測(cè)量和采集空化泡條帶的起始位置信息、長(zhǎng)度信息和運(yùn) 動(dòng)方向信息中的一種或多種；
[0009] 數(shù)據(jù)處理模塊，用于繪制出表示空化泡受力大小的等長(zhǎng)度線和表示空化泡受力方 向的矢量線，兩線交織構(gòu)成描述空化場(chǎng)的完整信息。
[0010] 其次，本發(fā)明提供了空化場(chǎng)測(cè)量方法，該方法步驟包括：
[0011]通過(guò)移動(dòng)滑桿和轉(zhuǎn)盤測(cè)量空化泡條帶的起始位置信息、長(zhǎng)度信息和運(yùn)動(dòng)方向信息 中的一種或多種;測(cè)量和采集空化泡條帶的起始位置信息、長(zhǎng)度信息和運(yùn)動(dòng)方向信息中的 一種或多種;繪制出表示空化泡受力大小的等長(zhǎng)度線和表示空化泡受力方向的矢量線，兩 線交織構(gòu)成描述空化場(chǎng)的完整信息。
[0012] 本發(fā)明對(duì)空化泡的直接測(cè)量，直接獲取空化場(chǎng)的強(qiáng)度信息和空化場(chǎng)的矢量信息， 實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)空化場(chǎng)空間的全面測(cè)量，可用于各種功率超聲設(shè)備在各種工況下的空化場(chǎng)檢 測(cè) 。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種空化場(chǎng)三維定位設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2A為圖1所示第一細(xì)桿8和第二細(xì)桿9的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2B為圖1所示第一細(xì)桿8和第二細(xì)桿9的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2C為圖1所示第一細(xì)桿8和第二細(xì)桿9的又一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的空化場(chǎng)測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0018] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的空化泡條帶示意圖；
[0019] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的空化場(chǎng)測(cè)量結(jié)果示例。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0021] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種空化場(chǎng)三維定位設(shè)備示意圖。如圖1所示，該設(shè)備 包括:支架、第一滑桿1、第二滑桿2、第三滑桿3、第四滑桿4、第五滑桿5、第一步進(jìn)電機(jī)6、第 二步進(jìn)電機(jī)7、第一細(xì)桿8、第二細(xì)桿9和轉(zhuǎn)盤10。
[0022]第一滑桿1具有刻度線，其設(shè)置在支架一側(cè)的上端，第一步進(jìn)電機(jī)6與第二滑桿2的 一端連接，并設(shè)置在第一滑桿1上；
[0023]第二滑桿2具有刻度線，其另一端設(shè)置在支架另一側(cè)的上端;第二步進(jìn)電機(jī)7與第 三滑桿3的一端連接，并設(shè)置在第二滑桿2上；
[0024]第三滑桿3具有刻度線，其另一端與第一細(xì)桿8的一端連接，第一細(xì)桿8的另一端設(shè) 置有微孔11，該微孔11放置在空化場(chǎng)中；
[0025] 第四滑桿4具有刻度線，其一端與轉(zhuǎn)盤10連接，轉(zhuǎn)盤10套設(shè)在第三滑桿3上；
[0026] 第五滑桿5具有刻度線，其一端與第四滑桿4連接，其另一端與第二細(xì)桿9連接，第 二細(xì)桿9設(shè)置有微孔11，該微孔11放置在空化場(chǎng)中。
[0027] 本發(fā)明實(shí)施例提供的一種空化場(chǎng)三維定位設(shè)備，對(duì)空化泡的直接測(cè)量，獲取空化 場(chǎng)的強(qiáng)度信息和空化場(chǎng)的矢量信息，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)空化場(chǎng)空間的全面測(cè)量，可用于各種功 率超聲設(shè)備在各種工況下的空化場(chǎng)檢測(cè)。
[0028] 圖2A-圖2C分別為本發(fā)明實(shí)施例提供的第一細(xì)桿8和第二細(xì)桿9(以下簡(jiǎn)稱為細(xì)桿） 的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 如圖2A所示，細(xì)桿的一端設(shè)置為圓形球面，圓形球面上嵌有微孔11。
[0030] 如圖2B所示，細(xì)桿的一端設(shè)置為圓錐形，在圓錐形尖端嵌有微孔11。
[0031] 如圖2C所示，細(xì)桿的一端在空化泡條帶運(yùn)動(dòng)方向的一側(cè)嵌有微孔11。
[0032] 其中，微孔11的直徑為微米級(jí)到毫米級(jí)，細(xì)桿的表面十分光滑。工作時(shí)，將細(xì)桿一 端放置在空化場(chǎng)中，微孔11則會(huì)釋放出空化泡。
[0033] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的空化場(chǎng)測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)圖。如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例提 供的空化場(chǎng)測(cè)量裝置500包括:數(shù)據(jù)測(cè)量采集模塊502、數(shù)據(jù)處理模塊503和三維定位設(shè)備 501 〇
[0034]其中，三維定位設(shè)備501，用于通過(guò)移動(dòng)滑桿和轉(zhuǎn)盤測(cè)量空化泡條帶的起始位置信 息、長(zhǎng)度信息和運(yùn)動(dòng)方向信息中的一種或多種；
[0035]數(shù)據(jù)測(cè)量采集模塊502,用于測(cè)量和采集空化泡條帶的起始位置信息、長(zhǎng)度信息和 運(yùn)動(dòng)方向信息中的一種或多種；
[0036]數(shù)據(jù)處理模塊503,用于繪制出表示空化泡受力大小的等長(zhǎng)度線和表示空化泡受 力方向的矢量線，兩線交織構(gòu)成描述空化場(chǎng)的完整信息。
[0037] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的空化泡條帶示意圖。
[0038] 步進(jìn)電機(jī)6驅(qū)動(dòng)滑桿2沿著滑桿1前后移動(dòng)，可以在滑桿1的刻度線上讀取沿此方向 的位置信息。步進(jìn)電機(jī)7驅(qū)動(dòng)滑桿3沿著滑桿3左右移動(dòng)，可以在滑桿2的刻度線上讀取沿此 方向的位置信息。細(xì)桿8可以沿著滑桿3上下移動(dòng)，可以在滑桿3的刻度線上讀取沿此方向的 位置信息，即可獲得細(xì)桿9末端的三維位置信息。
[0039] 滑桿4可以沿著轉(zhuǎn)盤10周向旋轉(zhuǎn)，通過(guò)轉(zhuǎn)盤10的刻度可以讀取滑桿4的角度位置信 息，滑桿5可以沿著滑桿4徑向移動(dòng)，可以通過(guò)滑桿4上的刻度讀取滑桿5的徑向位置信息，細(xì) 桿9可以沿著滑桿5上線移動(dòng)，可以通過(guò)滑桿5上的刻度讀取細(xì)桿9末端的上下位置信息，即 可獲得細(xì)桿9的三維位置信息。
[0040] 工作時(shí)第一細(xì)桿8另一端和/或第二細(xì)桿9的另一端（末端有小孔)放置在空化場(chǎng) 中，因?yàn)樾】讜?huì)釋放出空化泡，空化泡受超聲場(chǎng)的作用發(fā)生宏觀移動(dòng)，許多這樣的空化泡形 成空化泡條帶，因?yàn)槁晥?chǎng)減弱，條帶逐漸消失，這樣條帶的長(zhǎng)度和移動(dòng)方向反應(yīng)了細(xì)桿8末 端所在位置的空化場(chǎng)信息。移動(dòng)三維定位設(shè)備，在細(xì)桿8末端產(chǎn)生空化泡條帶，并將細(xì)桿9的 末端移動(dòng)到條帶終點(diǎn)位置，即獲得兩點(diǎn)之間的長(zhǎng)度(L)和方向矢量（^x,y,z))，如圖4所 不。
[0041] 其中。矢量線上任意一點(diǎn)的切線方向是該點(diǎn)空泡帶的運(yùn)動(dòng)方向。
[0042] 按上述方法可以測(cè)量空間中各點(diǎn)的長(zhǎng)度(L)和方向矢量（p )。
[0043] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的空化場(chǎng)測(cè)量結(jié)果示例。
[0044] 本發(fā)明實(shí)施例提供的空化場(chǎng)測(cè)量裝置及方法，通過(guò)對(duì)空化泡的直接測(cè)量，直接獲 取空化場(chǎng)的強(qiáng)度信息和空化場(chǎng)的矢量信息，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)空化場(chǎng)空間的全面測(cè)量，可用于 各種功率超聲設(shè)備在各種工況下的空化場(chǎng)檢測(cè)。
[0045] 以上【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō) 明，所應(yīng)理解的是，以上僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范 圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種三維定位設(shè)備，其特征在于，包括:支架、第一滑桿（1)、第二滑桿(2)、第三滑桿 (3)、第四滑桿(4)、第五滑桿(5)、第一步進(jìn)電機(jī)(6)、第二步進(jìn)電機(jī)(7)、第一細(xì)桿(8)、第二 細(xì)桿(9)和轉(zhuǎn)盤(10)其中， 所述第一滑桿（1)具有刻度線，其設(shè)置在所述支架一側(cè)的上端，所述第一步進(jìn)電機(jī)(6) 與所述第二滑桿(2)的一端連接，并設(shè)置在所述第一滑桿(1)上； 所述第二滑桿(2)具有刻度線，其另一端設(shè)置在所述支架另一側(cè)的上端;所述第二步進(jìn) 電機(jī)(7)與所述第三滑桿(3)的一端連接，并設(shè)置在所述第二滑桿(2)上； 所述第三滑桿(3)具有刻度線，其另一端與所述第一細(xì)桿(8)的一端連接，所述第一細(xì) 桿(8)的另一端設(shè)置有微孔(11 )，該微孔(11)放置在空化場(chǎng)中； 所述第四滑桿(4)具有刻度線，其一端與所述轉(zhuǎn)盤（10)連接，所述轉(zhuǎn)盤(10)套設(shè)在所述 第三滑桿(3)上； 所述第五滑桿(4)具有刻度線，其一端與所述第四滑桿(4)連接，其另一端與所述第二 細(xì)桿(9) 一端連接，所述第二細(xì)桿(9)另一端設(shè)置有微孔(11)，該微孔(11)放置在空化場(chǎng)中。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置。其特征在于，所述第一細(xì)桿(8)的另一端和/或所述第二 細(xì)桿(9)的另一端設(shè)置為圓形球面，所述圓形球面上嵌有微孔(11)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置。其特征在于，所述第一細(xì)桿(8)另一端和/或所述第二細(xì) 桿(9)的另一端設(shè)置為圓錐形，在所述圓錐形尖端嵌有微孔(11)。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置。其特征在于，所述第一細(xì)桿(8)另一端和/或所述第二細(xì) 桿(9)的另一端在空化泡條帶運(yùn)動(dòng)方向的一側(cè)嵌有微孔(11)。5. -種空化場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于，包括數(shù)據(jù)測(cè)量采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊，以及如 權(quán)利要求1所述的三維定位設(shè)備;其中， 所述三維定位設(shè)備，用于通過(guò)移動(dòng)滑桿和轉(zhuǎn)盤測(cè)量空化泡條帶的起始位置信息、長(zhǎng)度 信息和運(yùn)動(dòng)方向信息中的一種或多種； 所述數(shù)據(jù)測(cè)量采集模塊，用于測(cè)量和采集空化泡條帶的起始位置信息、長(zhǎng)度信息和運(yùn) 動(dòng)方向信息中的一種或多種； 所述數(shù)據(jù)處理模塊，用于繪制出表示空化泡受力大小的等長(zhǎng)度線和表示空化泡受力方 向的矢量線，兩線交織構(gòu)成描述空化場(chǎng)的完整信息。6. -種空化場(chǎng)測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟： 通過(guò)移動(dòng)滑桿和轉(zhuǎn)盤測(cè)量空化泡條帶的起始位置信息、長(zhǎng)度信息和運(yùn)動(dòng)方向信息中的 一種或多種； 測(cè)量和采集空化泡條帶的起始位置信息、長(zhǎng)度信息和運(yùn)動(dòng)方向信息中的一種或多種； 繪制出表示空化泡受力大小的等長(zhǎng)度線和表示空化泡受力方向的矢量線，兩線交織構(gòu) 成描述空化場(chǎng)的完整信息。
【文檔編號(hào)】G01M10/00GK105973568SQ201610497510
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月29日
【發(fā)明人】白立新, 林偉軍, 鄧京軍, 李超, 徐德龍, 白寶君
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所