基于荧光示踪技术的微流速测量方法与系统实现

摘要

流速测量是研究流动现象不可或缺的一个环节。尽管目前已经存在毕托管、激光多普勒流速仪、粒子图像测速仪等多种成熟的流速测量仪器，然而对于微流速的测量面临的难题是，一方面毕托管等传统测速仪器因流速动压过小而失效，另一方面粒子图像测速仪等先进测速工具由于结构复杂、运行和维护成本高而难以在野外环境下应用。
　　针对微流速测量的难题，本论文提出了一种基于荧光示踪技术的微流速测量方法，主要研究内容和结果如下：
　　（1）首先本论文具体阐述了这种流速测量方法的具体实现方案和实验步骤，完成了荧光剂、激发光源和光电二极管的选型，并设计了流速测量的辅助流通水槽、激发光源驱动电路和信号调理电路，最终通过单片机模块捕获荧光剂在距离为L的两个检测点之间的迁移时间，由此计算得到测量流速后显示出来。
　　（2）本论文接着详细揭示了荧光剂在水中随流扩散的基本规律，修正了由荧光示踪粒子自身扩散引起的误差，由此推导出本测流方法的基本公式。
　　（3）在微流速的实验条件下基本实现了测速系统的功能，通过比较荧光示踪法和流量法的测量结果，验证了这种基于荧光示踪技术的微流速测量方法的正确性。

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1 绪论

1.1 流速测量现状

1.2 示踪法测量流速

1.3 课题研究的内容和技术路线

1.4 流速测量方法和实验方案的设计

1.5 本章小结

2 荧光剂和激发光源

2.1 荧光剂的选择

2.2 激发光源的选择和应用

2.3 本章小结

3 信号检测硬件电路设计

3.1 光电二极管及其选型

3.2 信号调理电路

3.3 单片机硬件系统的设计

3.4 本章小结

4 流速测量方案的实现和评估

4.1 荧光剂投放实验

4.2 荧光剂扩散时间的获取

4.3 流速测量结果与分析

4.4 本章小结

5 总结和展望

致谢

附录I 流通水槽结构设计图

附录II 实验附图

附录III 攻读硕士学位期间申请的专利

参考文献