(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211136065.X (22)申请日 2022.09.19 (71)申请人 上海交通大 学 地址 200240 上海市闵行区东川路80 0号 (72)发明人 曲文海　熊进标　王瀚宇　谢浩　 刘晓晶　 (74)专利代理 机构 上海旭诚知识产权代理有限 公司 312 20 专利代理师 郑立 (51)Int.Cl. G01N 21/41(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种用于内流场光学测量的折射率补偿方 法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种用于内流场光学测量的 折射率补偿方法及系统， 涉及光学测量领域， 方 法包括： 测量激光束不通过有机玻璃标定盒时的 光斑位置； 将高频激光器发出的激光垂直于有机 玻璃温度标定盒外表面射入盒内， 穿过薄壁圆管 非直径的弦； 使用高速相机拍摄激光光斑位置， 通过同步器将激光器和高速相机同步， 在某个温 度下同步拍摄多张光斑照片； 在服务器上通过图 像处理技术批量处理所拍摄的光斑图像， 获得光 斑中心位置； 与激光束参考位置对比得到激光束 的水平位移； 测量碘化钠水溶液的温度； 建立水 平位移和碘化钠水溶液的温度线性关系式； 根据 线性关系式确定最佳折射率补偿温度。 本方法提 高了最佳折 射率补偿温度的测量精度。 权利要求书1页 说明书7页 附图1页 CN 115524309 A 2022.12.27 CN 115524309 A 1.一种用于内流场光学测量的折 射率补偿方法， 其特 征在于， 包括： 测量激光束不通过有机玻璃标定盒时的光斑位置， 作为激光束沿直线传播的参考位 置； 将高频激光器发出的激光垂直于有机玻璃温度标定盒外表面射入盒内， 穿过薄壁圆管 非直径的弦； 使用高速相机拍摄激光光斑位置， 通过同步器将激光器和高速相机同步， 在某个温度 下同步拍摄多张光斑照片； 在服务器上通过图像处 理技术批量处 理所拍摄的光斑图像， 获得光斑中心位置； 与激光束参 考位置对比得到 激光束的水平位移； 测量碘化钠水溶液的温度； 建立水平位移和碘 化钠水溶液的温度线性关系式； 根据线性关系式确定最佳折 射率补偿温度。 2.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述方法还包括： 调节标定盒内质量分数为W 的碘化钠水溶液温度， 从而调节碘化钠水溶液和有机玻璃的折射率差异， 使通过薄壁圆管 的激光束发生 不同的水平位移， 获得多个温度下激光束的水平位移， 其中0.6 3≤W≤0.64。 3.如权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述方法还包括： 拟合位移与温度的线性关 系式， 求出 水平位移为 零时的温度， 水平位移为 零时的温度为 最佳折射率补偿温度。 4.如权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 高速相机的空间分辨 率为1个像素20微米。 5.如权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述多张光斑照片包括10 00张光斑照片。 6.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述方法还包括： 在20 ‑50℃范围内每隔0.3 ℃设置一个温度测点， 温度测点数量 提高至10 0个点。 7.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述方法还包括： 在527nm波长的激光和20 ‑ 50℃范围内， 测量与有机玻璃的最佳折射率补偿温度， 通过所测量的100个实验数据点的水 平位移和温度数据， 拟合线性 函数得到最佳折 射率补偿温度。 8.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述方法还包括： 光斑中心位置测量误差为1 个像素， 相对于光斑的水平位移范围200像素， 误差为0.5％， 在20 ‑50℃范围内对应的温度 误差为0.15℃， 热电偶温度测量误差为0.1℃， 线性函数拟合误差为0.2 ％， 在20‑50℃范围 内对应的温度误差为0.0 6℃， 最佳折 射率补偿温度的综合 不确定性 为0.19℃。 9.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述方法还包括： 使用像素尺寸为7.4微米的 高速相机， 将光斑中心位置的测量精度提高到0.2％， 在20 ‑50℃范围内对应的温度误差为 0.06℃， 最佳折 射率补偿温度的综合 不确定性 为0.13℃。 10.一种用于内流场光学测量的折射率补偿系统， 其特征在于， 包括服务器、 高频激光 器、 高速相机、 同步器、 内置有机玻璃薄壁圆管的有机玻璃温度标定盒、 电磁搅拌器、 光屏； 有机玻璃标定盒上法兰安装了电加热棒和热电偶， 与电磁搅拌器一起控制和测量标定 盒内的碘化钠水溶液温度， 使碘化钠水溶液和有机玻璃薄壁圆管的温度达到均匀温度状 态。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115524309 A 2一种用于内流场光学测量的折射率补偿方 法及系统 技术领域 [0001]本发明涉及 光学测量领域， 尤其涉及一种用于内流场光学测量的折射率补偿 方法 及系统。 背景技术 [0002]目前， 核反应堆压力容器和燃料组件几何复杂， 内部流场测量困难。 核反应堆压力 容器的作用是包容反应堆冷却剂， 构成冷却剂 压力边界， 通常为核级不锈钢制压力容器， 由 入口管道、 入口管嘴、 半球壳形上封头、 圆环形筒体、 半球壳形下封头、 圆环形吊篮、 堆芯、 出 口管嘴、 出口管道等部件组成。 在上下封头内部存在下支撑板、 支撑柱、 控制棒驱动机构、 仪 表导管等复杂结构， 用于支撑、 控制和检测堆芯及其 运行状态。 [0003]在现有技术中， 没有测试碘化钠水溶溶液与有机玻璃最佳折射率补偿温度的技 术， 而最佳折射率补偿温度是碘化钠水溶溶液与有机玻璃折射率补偿技术的关键。 因为有 机玻璃的折射率对光源波长、 温度敏感， 碘化钠水溶液 的折射率还与碘化钠的质量分数有 关。 [0004]测量最佳折射率补偿温度的方法通常有反射法和折射法两种。 反射法利用固体和 液体的折射率差异， 使用激光器发射激光， 射入浸泡在液体中的固体表面， 使用激光功 率计 测量固体表面的反射光 强度； 调节试验温度， 当反射光 强度降低到零时， 即认 为该温度是最 佳折射率补偿温度。 该方法对反射光测 量仪器灵敏度和误差要求很高， 当反射光强度较小 时， 难以准确 测量。 因此， 该 方法测量 误差较大， 难以准确获得最佳折 射率补偿温度。 发明内容 [0005]有鉴于现有技术的上述缺陷， 本发明所要解决的技术问题是提高最佳折射率补偿 温度的测量精度。 [0006]为实现上述目的， 本发明提供一种用于内流场光学测量的折 射率补偿方法， 包括： [0007]测量激光束不通过有机玻璃标定盒时的光斑位置， 作为激光束沿直线传播的参考 位置； [0008]将高频激光器发出的激光垂直于有机玻璃温度标定盒外表面射入 盒内， 穿过薄壁 圆管非直径的弦； [0009]使用高速相机拍摄激光光斑位置， 通过同步器将激光器和高速相机同步， 在某个 温度下同步拍摄多张光斑照片； [0010]在服务器上通过图像处 理技术批量处 理所拍摄的光斑图像， 获得光斑中心位置； [0011]与激光束参 考位置对比得到 激光束的水平位移； [0012]测量碘化钠水溶液的温度； [0013]建立水平位移和碘 化钠水溶液的温度线性关系式； [0014]根据线性关系式确定最佳折 射率补偿温度。 [0015]进一步地， 所述方法还包括： 调节标定盒内质量分数为W的碘化钠水溶液温度， 从说　明　书 1/7 页 3 CN 115524309 A 3