CN217132130U - 柔性界面捕捉*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种柔性界面捕捉***，用于在非透明流场中识别柔性件变形场，尤其适用与金属流体工况下，包括腔体、柔性件、信号发射接收装置和信号处理器；所述柔性件固定于所述腔体内部，所述信号发射接收装置设置于所述腔体一侧，所述信号发射接收装置与所述信号处理器通过导线电连接；所述信号发射接收装置向所述腔体内部的所述柔性件发射信号，所述信号先后经所述腔体内壁和所述柔性件反射再被所述信号发射接收装置接收，所述信号发射接收装置将所述信号传送至所述信号处理器，所述信号处理器对所述信号分析处理获得柔性形变界面。所述柔性界面捕捉***，设计简单，稳定性高，易于控制和计算。

Description

柔性界面捕捉***

技术领域

本实用新型涉及在金属流体等非透明流体工质中，对流体中柔性形变的监测，特别是流固耦合问题中的一种柔性体界面捕捉***。

背景技术

在金属流体等非透明流体工况中，使用现有技术来实现温度场和流场的测量，但识别流固耦合问题中的柔性件变形场，即固体场的测量是一技术难点。在非透明流场中针对流固耦合问题，实现柔性体变形场测量的背景技术如下：UDV测速原理：当柔性件足够薄时(厚度＜0.5mm)，UDV通过发出高频脉冲超声波，超声波遇到柔性件会发生较强的反射，通过测量声速、接收前后两反射波的时间差，以及流体介质的声速，可计算出柔性件相对于探头的距离，通过高频采集得到其不同时间的空间相对位置，以此来计算柔性件运动速度、振幅和振频。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的难点，本实用新型的目的在于提供一种柔性界面捕捉***，用于实现非透明流场中流固耦合问题的固体变形场监测。为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种柔性界面捕捉***，包括：腔体、柔性件、信号发射接收装置和信号处理器；所述柔性件固定于所述腔体内部，所述信号发射接收装置设置于所述腔体一侧，所述信号发射接收装置与所述信号处理器通过导线电连接；

所述信号发射接收装置向所述腔体内部的所述柔性件发射信号，所述信号先后经所述腔体内壁和所述柔性件反射再被所述信号发射接收装置接收，所述信号发射接收装置将所述信号传送至所述信号处理器，所述信号处理器对所述信号分析处理获得柔性形变界面。

优选地，还包括腔内流体，所述腔内流体工质为非透明流体。

优选地，所述腔体由固体材料构成。

更进一步优选地，所述固体材料的声波可透性强。

优选地，所述信号发射接收装置为超声多普勒探头。

优选地，所述信号发射接收装置数量有两个或两个以上。

优选地，多个所述信号发射接收装置排列在所述腔体一侧，所述信号发射接收装置排列方向与所述腔体外侧面平行。

优选地，多个所述信号发射接收装置排列方式为等间距或不等间距。

更近一步优选地，多个所述信号发射接收装置排列方式为等间距。

优选地，所述信号发射接收装置数量有两个或两个以上。

优选地，所述柔性件为薄片或薄板，

更进一步优选地，所述柔性件为长条形薄片或薄板。

优选地，所述柔性件厚度小于0.5毫米。

如上所述，本实用新型的实现柔性界面捕捉***，至少具有以下有益效果：

1.在置有所述非透明流体的所述腔体一侧，通过所述信号发射接收装置对着所述柔性件发射信号，所述信号在所述腔体内部和所述柔性件表面发生反射，反射的信号由所述信号发射接收装置所接收并传送至所述处理器，通过所述处理器获得在非透明情况下所述腔内所述柔性件的形变界面；

2.通过采用声波可透性强的固体材料作为腔体材料，使得所述信号发射接收装置所发射的信号能更容易到达所述柔性件表面，由于在穿透所述腔体时被吸收的能量小，所以在所述柔性件表面被反射的信号能量强以便于信号采集和分析从而得到更加准确的数据；

3.采用超声多普勒探头可同时进行信号的发生、发射与接收，使得实验整个***设计更加简洁，易操作；

4.由于信号发射接收装置可设置多个，所以所述***可针对不同长度的柔性件的形变界面进行监控，且多个信号发射接收装置等间距排列使得对柔性件的形变界面的测量数据更为精准；

5.所述柔性件的厚度小于0.5毫米，不同材料柔性件的信号反射强度不同，反射信号的强度越高，越有利于对于柔性件的形变界面的监测。

附图说明

图1显示为本实用新型实现柔性界面捕捉***的结构示意图。

图2显示为本实用新型拟合柔性件相对空间位置的分析示意图。

元件标号说明：腔体1、信号发射接收装置2、柔性件3。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1至图2，须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

以下各个实施例仅是为了举例说明。各个实施例之间，可以进行组合，其不仅仅限于以下单个实施例展现的内容。

请参阅图1，本实用新型提供一种柔性界面捕捉***，包括：腔体1、腔内流体、柔性件 3、信号发生接收装置2和信号处理器，所述腔内流体置于所述腔体1内，所述腔体可以选择为声波穿透能力强的固体材料构成，所述柔性件3的一端固定于所述腔体1内部，所述柔性件3在所述腔内流体的扰动作用下发生形变，所述信号发射接收装置2置于所述腔体1外一侧，所述信号发射装置数量为两个或两个以上，多个所述信号发射接收装置2等间距地平行于所述腔体1外测布置，所述信号发射接收装置2朝着所述腔体1内所述柔性件3发射信号，所述信号经过所述腔体1内壁与所述柔性件3反射再次被所述信号发射接收装置2接收，所述信号发射接收装置2将所述信号传送到所述信号处理器，所述信号处理器经过分析处理得到所述柔性件3的形变界面。

请参阅图1，本实用新型提供一种柔性界面捕捉***，所述腔体1可以选择为固体材料构成，所述固体材料可以具体选择为由亚克力材料或者304不锈钢材料构成，所述亚力克材料或者304不锈钢材料都是在生活中容易获取的材料，选材降低制造实验***的难度；所述腔内流体可以选择为非可透视流体，所述非透明流体可以选择为金属流体，利用所述金属流体可实现在非透明场下对场内柔性件3产生形变的效果；所述柔性件3可以选择为厚度小于 0.5毫米的柔性可变形薄片，所述柔性件3的厚度可以具体选择为0.05毫米的FEP薄膜材料，柔性可变形柔性件3在所述腔内流体中容易产生形变，同时反射的信号强，因此更加有利于对于所述柔性件3的形变界面捕捉；所述信号发射接收装置2可以选择为超声多普勒探头，所述超声多普勒探头可同时进行信号的发生、发射与接收，使得实验整个***设计更加简洁，易操作；所述信号发射接收装置数量可以选择为两个或两个以上，所述信号发射接收装置可针对不同长度的柔性件的形变界面进行监控，多个所述信号发射接收装置排列方式可以选择为等间距或不等间距，所述排列方式可以具体选择为等间距，多个信号发射接收装置等间距排列使得对柔性件的形变界面的测量数据更为精准。

本实施例中，请参阅图1至图2，所述超声多普勒探头发射第一超声信号和第二超声信号；靠近所述多普勒探头一侧的所述腔体1内壁反射所述第一超声信号，所述柔性件3发射所述第二超声信号；所述超声多普勒探头接收反射的第一超声信号和反射的所述第二超声信号，所述超声多普勒探头将所述第一超声信号和所述第二超声信号的信息传送至所述信号处理器；

所述信息为：所述第一超声信号从所述超声多普勒探头发射到被所述腔体1反射至再次被所述超声多普勒探头接收之间的时间间隔t₁；所述第二超声信号从所述超声多普勒探头发射到被所述柔性件3反射至再次被所述超声多普勒探头接收之间的时间间隔t₂；

所述信号处理器利用所述时间间隔t₁与所述时间间隔t2获取所述第一超声信号到达所述腔体1内壁与所述柔性件3的时差T，所述时差T满足如下公式：

所述信号处理器利用流体声速C、所述时差T和所述柔性件3到所述腔体1内部的距离S之间的数量关系可所述距离S的值，所述距离S满足如下公式：S＝C·T；

所述信号处理器再利用不同位置处的同一时刻的所述距离S₁和所述不同位置处的下一时刻所述距离S₂获得所述距离S₁和S₂获得所述不同位置处的柔性件3相对空间位置H，所述柔性相对空间位置H满足如下公式：

H＝y(x,t)＝S₁-S₂

其中,y(x,t)表示在t时刻x位置处的柔性件相对空间位置；

利用各个所述信号发射接收装置2的所述柔性3件相对空间位置y(x,t)，所述柔性件相对空间位置y(x,t)为离散的空间位置点，再通过已知所述柔性件3的几何参数、弹性模量、振动频率等固有属性采用多项式插值从而拟合出的连续曲线即为柔性变形体的空间位置平面图。

所述信号处理器利用所述柔性相对空间位置H获得所述柔性件3的运动振幅A，所述振幅A满足如下公式：

A＝H(t)_max-H(t)_min

其中，H(t)_max和H(t)_min分别为同一时刻所述柔性件相对空间位置H的最大值和最小值；对所述柔性相对空间位置H进行傅里叶变换获得所述柔性件3运动频率f；

所述信号处理器利用同一位置的所述柔性相对空间位置H获得所述柔性件3的运动速度 v，所述运动速度v满足如下公式：

其中，

和

分别为同一位置不同时刻的所述柔性件相对空间位置H。

综上所述，本实用新型通过在置有所述非透明流体的所述腔体一侧通过所述信号发射接收装置朝着所述柔性件发射信号，所述信号在所述腔体内部和所述柔性件表面发生反射，反射的信号由所述信号发射接收装置所接收并传送至所述处理器，通过所述处理器获得在非透明情况下所述腔内所述柔性件的形变界面，同时获得了所述柔性件的运动的振幅A，振动频率f和运动速度v等相关物理参数；本实用新型通过采用声波可透性强的固体材料作为腔体材料，使得所述信号发射接收装置所发射的信号能更容易到达所述柔性件表面，由于在穿透所述腔体时被吸收的能量小，所以在所述柔性件表面被反射的信号能量强，以便于信号采集和分析从而得到更加准确的数据；同时本实用新型采用超声多普勒探头可同时进行信号的发生、发射与接收，使得实验整个***设计更加简洁，易操作；又由于信号发射接收装置可设置多个，所以所述***可针对不同长度的柔性件的形变界面进行监控；并且所述柔性件3的厚度小于0.5毫米，反射信号的强度越高，越有利于对于柔性件的形变界面的监测。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种柔性界面捕捉***，其特征在于，包括：腔体、柔性件、信号发射接收装置和信号处理器；所述柔性件固定于所述腔体内部，所述信号发射接收装置设置于所述腔体一侧，所述信号发射接收装置与所述信号处理器通过导线电连接；

所述信号发射接收装置向所述腔体内部的所述柔性件发射信号，所述信号先后经所述腔体内壁和所述柔性件反射再被所述信号发射接收装置接收，所述信号发射接收装置将所述信号传送至所述信号处理器，所述信号处理器对所述信号分析处理获得柔性形变界面。

2.根据权利要求1所述的柔性界面捕捉***，其特征在于，还包括腔内流体，所述腔内流体工质为非透明流体。

3.根据权利要求1所述的柔性界面捕捉***，其特征在于，所述腔体由固体材料构成。

4.根据权利要求1所述的柔性界面捕捉***，其特征在于，所述信号发射接收装置为超声多普勒探头。

5.根据权利要求4所述的柔性界面捕捉***，其特征在于，所述信号发射接收装置数量有两个或两个以上。

6.根据权利要求5所述的柔性界面捕捉***，其特征在于，多个所述信号发射接收装置排列在所述腔体一侧，所述信号发射接收装置的排列方向与所述腔体外侧面平行。

7.根据权利要求6所述的柔性界面捕捉***，其特征在于，多个所述信号发射接收装置排列方式为等间距或不等间距。

8.根据权利要求4所述的柔性界面捕捉***，其特征在于，所述信号发射接收装置数量有两个或两个以上。

9.根据权利要求1所述的柔性界面捕捉***，其特征在于，所述柔性件为薄片或薄板。

10.根据权利要求1-9任一所述的柔性界面捕捉***，其特征在于，所述柔性件的厚度小于0.5毫米。

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