一种固态示踪粒子发生装置及方法

本发明属于物理测量，具体涉及了一种固态示踪粒子发生装置及方法。

背景技术：

1、粒子图像测速（piv）需要在待测流场中引入具有良好随动性的示踪粒子，通过片状激光光束和相机成像获得粒子位移信息。对于气相流场、燃烧流场和低速射流等实验，示踪粒子的粒径、浓度、空间均匀性和释放稳定性会直接影响互相关计算质量、有效矢量率和测量重复性。

2、现有固态示踪粒子发生装置多依赖较大的载气流量或机械扰动实现起粉和输送，易导致粒子团聚体进入测量区域，影响粒子浓度分布均匀性和输出稳定性；在载气受限的场景下，还容易出现起粉不充分、释放不连续及对实验流场干扰较大的问题。

3、然而，在空间站、落塔、抛物线飞行、返回式卫星实验平台或地面微重力模拟实验柜中，示踪粒子缺少重力作用下的稳定沉降和床层恢复过程，易受静电、壁面附着及团聚影响。同时，载气流量和机械扰动受到限制，过大的载气流量可能改变待测流场，整体机械振动产生的反力也可能经安装界面传递至piv光路或实验区域。即现有固态示踪粒子发生装置难以满足微重力条件下的实验。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的上述问题，即现有固态示踪粒子发生装置难以满足微重力条件下的实验的问题，本发明提供了一种固态示踪粒子发生装置及方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案在于：

3、一种固态示踪粒子发生装置，包括壳体、筛分隔板、振动膜片和压电换能器；

4、所述壳体设置有粒子腔，所述振动膜片作为所述粒子腔的底壁，所述筛分隔板设置于所述振动膜片上方并将所述粒子腔分为容纳腔和载气腔；所述筛分隔板上开设有用于连通所述容纳腔和所述载气腔的筛孔；

5、所述容纳腔设置于所述载气腔下方，用于容纳固态示踪粒子；

6、所述压电换能器设置于所述振动膜片下方，用于驱动所述振动膜片产生机械振动以使所述容纳腔内的固态示踪粒子进入所述载气腔；

7、所述壳体还设置有与所述载气腔连通的载气入口和粒子出口，携带载气从所述载气入口进入所述载气腔并携带固态示踪粒子从所述粒子出口排出。

8、进一步的，所述壳体还设置有与所述容纳腔连通的迁移入口，跨筛载气由所述迁移入口进入所述容纳腔后经过所述筛孔进入所述载气腔。

9、进一步的，固态示踪粒子发生装置还包括迁移单元，所述迁移单元包括供气主管、分支管道；

10、所述供气主管与所述载气入口连通，用于向所述载气腔供给所述携带载气；

11、所述分支管道一端与所述供气主管连通，另一端与所述迁移入口连通，用于向所述容纳腔供给所述跨筛载气。

12、进一步的，所述迁移单元还包括缓冲件和均流件，所述分支管道、所述缓冲件和所述均流件依次连通；

13、所述缓冲件具有缓冲腔，所述缓冲腔的流通截面积大于所述分支管道的流通截面积；

14、所述均流件设置有多个限流孔，所述限流孔用于连通所述缓冲腔和所述容纳腔。

15、进一步的，所述压电换能器包括多个压电单元，所述压电单元设置于所述振动膜片背离所述筛分隔板的一侧。

16、进一步的，固态示踪粒子发生装置还包括驱动控制器，所述驱动控制器用于向多个所述压电单元施加驱动信号；

17、所述驱动控制器能够通过整体同步驱动、交替驱动、扫频驱动或脉冲驱动中的至少一种方式驱动多个所述压电单元。

18、进一步的，固态示踪粒子发生装置还包括接地导电件，所述接地导电件设置于所述粒子出口处，用于释放固态示踪粒子在运输过程中积累的电荷。

19、本发明的另一方面，提出了一种固态示踪粒子发生方法，采用上述的固态示踪粒子发生装置，包括如下步骤：

20、将固态示踪粒子装填于所述容纳腔内，所述压电换能器驱动所述振动膜片产生机械振动以使所述容纳腔内的固态示踪粒子松动和解聚；

21、满足筛分条件的粒子通过所述筛孔进入所述载气腔，超过筛孔允许尺寸的团聚体被所述筛分隔板截留于所述容纳腔内并继续接受振动作用；

22、进入所述载气腔的粒子在载气携带下从所述粒子出口输出。

23、进一步的，所述压电换能器包括多个压电单元，通过整体同步驱动、交替驱动、扫频驱动或脉冲驱动中的至少一种方式驱动多个所述压电单元。

24、进一步的，向所述容纳腔通入载气，使载气携带满足筛分条件的粒子由所述容纳腔进入所述载气腔。

25、综合上述技术方案，本发明所能实现的技术效果在于：

26、本发明提供的固态示踪粒子发生装置包括壳体、筛分隔板、振动膜片和压电换能器；壳体设置有粒子腔，振动膜片作为粒子腔的底壁，筛分隔板设置于振动膜片上方并将粒子腔分为容纳腔和载气腔；筛分隔板上开设有用于连通容纳腔和载气腔的筛孔；容纳腔设置于载气腔下方，用于容纳固态示踪粒子；压电换能器设置于振动膜片下方，用于驱动振动膜片产生机械振动以使容纳腔内的固态示踪粒子进入载气腔；壳体还设置有与载气腔连通的载气入口和粒子出口，携带载气从载气入口进入载气腔并携带固态示踪粒子从粒子出口排出。

27、本发明提供的固态示踪粒子发生装置通过将振动膜片作为粒子腔的底壁，并在振动膜片上方设置筛分隔板以形成用于容纳固态示踪粒子的容纳腔和用于载气携带输出的载气腔，使固态示踪粒子能够在压电换能器驱动振动膜片产生的机械振动作用下松动并进入载气腔；筛分隔板上的筛孔能够允许满足筛分条件的粒子通过并限制较大团聚体进入载气腔，载气入口和粒子出口与载气腔连通，使进入载气腔的固态示踪粒子能够随载气排出。

28、具体的，容纳腔的有限空间使得粒子的活动范围受到严格的几何限制，从而确保绝大部分粒子始终处于振动膜片的有效作用范围内，能够被持续、有效地激振，避免了粒子在较大空间内四处漂散而脱离振动源的情况，因而能够以较小的振动实现起粉和输送，降低了对机械振动和载气流量的需求；同时筛分隔板使进入载气腔的粒子尺寸受到限制，能够保证以较低的载气流量对粒子进行稳定的输出，提高了固态示踪粒子输出过程的可控性和稳定性。因此，本发明提供的固态示踪粒子发生装置能够可靠的应用于微重力环境。

1.一种固态示踪粒子发生装置，其特征在于，包括壳体（100）、筛分隔板（200）、振动膜片（300）和压电换能器（400）；

2.根据权利要求1所述的固态示踪粒子发生装置，其特征在于，所述壳体（100）还设置有与所述容纳腔（110）连通的迁移入口，跨筛载气由所述迁移入口进入所述容纳腔（110）后经过所述筛孔（210）进入所述载气腔（120）。

3.根据权利要求2所述的固态示踪粒子发生装置，其特征在于，还包括迁移单元，所述迁移单元包括供气主管（510）、分支管道（520）；

4.根据权利要求3所述的固态示踪粒子发生装置，其特征在于，所述迁移单元还包括缓冲件（530）和均流件（540），所述分支管道（520）、所述缓冲件（530）和所述均流件（540）依次连通；

5.根据权利要求4所述的固态示踪粒子发生装置，其特征在于，所述压电换能器（400）包括多个压电单元（410），所述压电单元（410）设置于所述振动膜片（300）背离所述筛分隔板（200）的一侧。

6.根据权利要求5所述的固态示踪粒子发生装置，其特征在于，还包括驱动控制器（600），所述驱动控制器（600）用于向多个所述压电单元（410）施加驱动信号；

7.根据权利要求1所述的固态示踪粒子发生装置，其特征在于，还包括接地导电件（700），所述接地导电件（700）设置于所述粒子出口处，用于释放固态示踪粒子在运输过程中积累的电荷。

8.一种固态示踪粒子发生方法，采用如权利要求1-7任一项所述的固态示踪粒子发生装置，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的固态示踪粒子发生方法，其特征在于，所述压电换能器（400）包括多个压电单元（410），通过整体同步驱动、交替驱动、扫频驱动或脉冲驱动中的至少一种方式驱动多个所述压电单元（410）。

10.根据权利要求8所述的固态示踪粒子发生方法，其特征在于，向所述容纳腔（110）通入载气，使载气携带满足筛分条件的粒子由所述容纳腔（110）进入所述载气腔（120）。