CN104062090A - 一种模拟自然风环境的试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种模拟自然风环境的试验系统，包括送风装置、多向出风装置、控制单元和供电单元，其可以模拟自然风环境，使来自送风装置的风源形成的气流经多向出风装置轮流从不同的方向送出，将待测物体置于轮流来自不同方向的气流形成的风力下测试其因轮流来自不同方向的风力发生的形变进而获得相应的试验数据，使获得的试验数据更加接近真实状态、数据的参考价值更高。

Description

一种模拟自然风环境的试验系统

技术领域

本发明涉及一种试验系统，特别是一种可以模拟自然风环境的试验系统。

背景技术

现有的对待测物体产生形变进行研究的试验中，大多采用机械结构直接接触待测物体并对待测物体施加作用力使其产生形变，来获得相关参数进行研究。但是有些形变可能由风力引起，对待因风产生的形变进行研究时，若仍然采用机构结构对待测物体施加作用力产生形变，难免使得试验状态与真实状态相差太远，从而使得试验结果不准确。如对农作物抗折、抗弯的一些力学性能实验大部分都是采用万能试验机来测定茎秆的抗拉伸、抗弯等参数，也有针对一些特定作物的力学特性进行测量的测试装置，不管是万能试验机还是现有的其他作物力学特性测试装置，他们大都是采用机械结构与作物茎秆直接接触并对作物茎秆施加力，然后对施加到作物茎秆的力进行测量。也有一些试验是通过风力对待测物体施加作用力，但现有的试验中使用的风力都是单方向的，无法实现多方向轮流提供风力。而实际状态是大部分情况下作物的茎秆受到自然风发生摇曳从而折断，而自然风是不定向地来自不同方向的风，因此现有的测试装置采用机械结构施加作用力的测定方法和单方向提供风力的测定方法均与真实自然风摇曳作物茎秆的真实情形相去甚远，无法真实模拟自然风，从而导致试验数据的参考性降低。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种模拟自然风环境的试验系统，包括送风装置、多向出风装置、控制单元和供电单元，其可以模拟自然风环境，使来自送风装置的风源形成的气流经多向出风装置轮流从不同的方向送出，将待测物体置于轮流来自不同方向的气流形成的风力下测试其因轮流来自不同方向的风力发生的形变进而获得相应的试验数据，使获得的试验数据更加接近真实状态、数据的参考价值更高。

为了实现上述技术效果，具体技术方案为：

一种模拟自然风环境的试验系统，包括：送风装置，用于提供风源；多向出风装置，与所述送风装置相连，用于将所述风源形成气流，并将所述气流轮流从不同的方向送出；控制单元，与所述多向出风装置相连，所述控制单元包括风向转换控制模块，所述风向转换控制模块用于控制所述气流在不同方向上进行切换；供电装置，与所述控制单元相连，用于为所述控制单元提供电能。

作为上述方案的优选，所述控制单元还包括风向转换频率控制模块，所述风向转换频率控制模块用于控制气流的换向频率。

作为上述方案的优选，所述控制单元还包括风向转换次数统计模块，所述风向转换次数统计模块用于对气流转换的次数进行统计。

作为上述方案的优选，所述多向出风装置包括将所述风源形成气流的气流形成管、电磁阀、多个出风方向不同的出风管，所述电磁阀具有多个通道，电磁阀的每个所述通道均包括进气口及出气口，所述气流形成管的一端与所述送风装置相连、另一端与多个所述通道的进气口相连，多个所述通道的出气口分别与多个所述出风管相连接，所述电磁阀与所述控制单元电连接。

作为上述方案的优选，还包括与所述控制单元电连接的输入单元与显示单元，所述输入单元用于调整气流的换向频率，所述显示单元用于对气流的换向频率及气流的总换向次数进行显示。

作为上述方案的优选，所述电磁阀与所述气流形成管之间还设有可调节流阀。

作为上述方案的优选，所述电磁阀为二位五通阀，所述出风管包括具有不同出风方向的第一出风管、第二出风管，所述二位五通阀包括第一进气口、第一出气口、第二出气口，所述第一进气口与所述第一出气口相连形成第一通道，所述第一进气口与所述第二出气口相连形成第二通道，所述第一出风管与所述第一出气口相连，所述第二出气口与所述第二出风管相连，所述第一进气口与所述气流形成管相连。

作为上述方案的优选，所述控制单元为单片机，所述单片机与所述电磁阀之间设有驱动电路，所述输入单元为输入键盘，所述显示单元为数码管，所述输入键盘包括开始键、频率调整键、风向转换次数查看键及复位键，所述频率调整键与所述风向转换频率控制模块相连，所述风向转换次数查看键与所述风向转换次数统计模块相连，所述数码管分别与所述风向转换频率控制模块、风向转换次数统计模块相连。

作为上述方案的优选，所述供电装置包括电源适配器、稳压芯片，所述电源适配器与稳压芯片电连接，所述稳压芯片与所述单片机电连接。

作为上述方案的优选，所述单片机的型号为AT89S52，所述稳压芯片为两个并联的7805芯片，所述驱动电路为低电平触发电路，所述送风装置为空气压缩机。

附图说明

图1是本发明提供的一种模拟自然风环境的试验系统的实施例一的结构框图；

图2是本发明提供的一种模拟自然风环境的试验系统的实施例二的结构框图；

图3是实施例二中单片机的模块架构图；

图4是实施例二中频率调整键、单片机及数码管的连接关系框图；

图5上实施例二中风向转换次数查看键、单片机及数码管的连接关系框图；

图6是实施例二中频率调键的结构框图；

图7是实施例二的电气原理图。

其中，1、低电平触发电路；2、单片机；3、数码管；4、二位五通阀；5、稳压芯片；6、电源适配器；7、可调节流阀；8、空气压缩机

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明提供一种模拟自然风环境的试验系统，包括：

(1)送风装置，用于提供风源；

(2)多向出风装置，与所述送风装置相连，用于将风源形成气流，并将所述的气流轮流从不同的方向送出；

(3)控制单元，与所述多向出风装置相连，所述控制单元包括风向转换控制模块，所述风向转换控制模块用于控制所述气流在不同方向上进行切换；

(4)供电装置，与所述控制单元相连，用于为所述控制单元提供电能。

本发明提供的一种模拟自然风环境的试验系统的工作原理为：通过送风装置向多向出风装置提供风源，多向出风装置将风源形成气流，并将气流初始从一方向上送出，控制单元中的风向转换控制模块控制所述气流在不同的方向上进行切换，然后多向出风装置将气流从切换后的另一方向上送出，在试验过程中，可以通过风向转换控制模块来调整多向出风装置的送风方向，从而形成轮流来自不同方向上的风力，使试验环境模拟得更加接近自然风状态。

进一步地，所述控制单元还包括风向转换频率控制模块，所述风向转换频率控制模块用于控制气流的换向频率。风向转换频率控制模块使得气流的换向可控性更强。

进一步地，所述控制单元还包括风向转换次数统计模块，所述风向转换次数统计模块用于对气流转换的次数进行统计。在风力及风向换向频率相同的条件下，换向次数可以表示待测物体承受风力的时间长短。

如图2－图7所示，本实施例中送风装置为空气压缩机；所述多向出风装置包括将所述风源形成气流的气流形成管、二位五通阀4、第一出风管、第二出风管，所述二位五通阀4包括第一进气P、第一出气口A、第二出气口B，所述第一进气口P与所述第一出气口A相连形成第一通道，所述第一进气口P与所述第二出气口B相连形成第二通道，所述第一出风管与第二出风管的出风方向不同，所述第一出风管与所述第一出气口相连，所述第二出气口与所述第二出风管相连，所述第一进气口P与可调节流阀7相连，所述可调节流阀7通过所述气流形成管与空气压缩机8相连；通过可调节流阀可调节气流形成管中的气流量；所述控制单元为型号是AT89S52的单片机2；所述单片机与二位五通阀之间还设置有低电平触发电路1；所述供电装置包括电源适配器6、稳压芯片5，所述电源适配器与稳压芯片电连接，所述稳压芯片与所述单片机电连接，所述电源适配器将220V的交流电转换成12V的直流电，采用两个7805芯片并联后将12V的直流电降为5V直流电从而供给型号是AT89S52的单片机。

如图3所示，所述单片机包括风向转换控制模块、风向转换频率控制模块、风向转换次数统计模块，如图4－图7所示，为了使数据输入及显示的方便，本发明提供的一种模拟自然风环境的试验系统还包括输入单元与显示单元，所述输入单元与显示单元分别与所述控制单元电连接，本实施例中所述输入单元为输入键盘，所述显示单元为数码管，所述输入键盘与所述数码管分别与所述单片机电连接，所述输入键盘包括开始键、频率调整键、风向转换次数查看键及复位键，所述频率调整键与所述风向转换频率控制模块相连，所述风向转换次数查看键与所述风向转换次数统计模块相连，所述数码管分别与所述风向转换频率控制模块、风向转换次数统计模块相连，所述频率调整键包括风向转换间隔时间加按键和风向转换间隔时间减按键。通过频率调整键可以方便地对风向转换频率进行调整，试验时风向的转换频率及风向转换的总次数均可以通过数码管进行显示，开始键用于启动单片机，复位键用于将数码管当前显示的数据清零，从而方便下一次试验记录，风向转换次数查看键用于需要查看风向转换次数时便数码管显示风向转换总次数，若不启动该按键时数码管显示当前风向转换频率。

图7为本发明提供的一种模拟自然风环境的试验系统的电气原理图，电源适配器6与稳压芯片5电连接，稳压芯片5通过单片机2的供电端vcc相连接为单片机2供电，单片机2的p1.0-p1.7引脚与数码管3相连，输入键盘的开始键、风向转换间隔时间加按键、风向转换间隔时间减按键、风向转换次数查看键及复位键分别与单片机2的P3.7、P3.6、P3.5、P3.4、P3.3引脚相连接，低电平触发电路1与单片机2的p2.0引脚相连，二位五通阀4与低电平触发电路1电连接，二位五通阀包括第一进气口P、第一出气口A、第二出气口B及另外两个外接口S、R，可调节流阀7通过第一进气口P与二位五通阀4相连，空气压缩机8通过气流形成管与可调节流阀7相连。

试验时，将第一出风管和第二出风管置于作物的两侧，通过单片机中的风向转换控制模块使第一出风管与第二出风管轮流出风，从而使作物进行自然风状态下的摇曳模拟。

若想为作物设置更多的送风方向，可以在本实施例的基础上在所述单片机上电连接其他电磁阀及其他出风管，并将其他出风管按需要布置好，从而可以对作物施加更多方向的风力。

如图7所示，若在试验过程中测试系统的噪音过大，则可在二位五通阀的另外两个外接口S、R上各连接一个消音器，这样的话，无论哪个出风管出风时均有消音器进行消音，从而减少噪音。二位五通阀可以选用宁波亚德客公司型号为4v310-10的电磁阀，使用压力范围为0.15-0.8MPa，最高动作频率为4次/秒。

具体应用时，可将本发明提供的一种模拟自然风环境的试验系统用来进行作物抗风能力的试验，用本发明提供的试验系统为作物模拟一个自然风环境，用测风仪测出当前风速的大小，再加上从数据管中读出的风向转换频率及风向转换次数，通过对这些参数进行分析对了解农作物茎秆抗折断能力，获取相关抗折、抗倒伏参数对于强风天气的预警等级的划定、以及评价新培育品种抗折、抗弯能力具有重要意义。

除了在作物抗风能力试验中进行运用以外，还可以将本发明提供的一种模拟自然风环境的试验系统用于其他需要风环境的试验中。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种模拟自然风环境的试验系统，其特征在于，包括：

送风装置，用于提供风源；

多向出风装置，与所述送风装置相连，用于将所述风源形成气流，并将所述气流轮流从不同的方向送出；

控制单元，与所述多向出风装置相连，所述控制单元包括风向转换控制模块，

所述风向转换控制模块用于控制所述气流在不同方向上进行切换；

供电装置，与所述控制单元相连，用于为所述控制单元提供电能。

2.根据权利要求1所述的模拟自然风环境的试验系统，其特征在于，所述控制元还包括风向转换频率控制模块，所述风向转换频率控制模块用于控制气流的换向频率。

3.根据权利要求2所述的模拟自然风环境的试验系统，其特征在于，所述控制单元还包括风向转换次数统计模块，所述风向转换次数统计模块用于对气流转换的次数进行统计。

4.根据权利要求3所述的模拟自然风环境的试验系统，其特征在于，所述多向出风装置包括将所述风源形成气流的气流形成管、电磁阀、多个出风方向不同的出风管，所述电磁阀具有多个通道，电磁阀的每个所述通道均包括进气口及出气口，所述气流形成管的一端与所述送风装置相连、另一端与多个所述通道的进气口相连，多个所述通道的出气口分别与多个所述出风管相连，所述电磁阀与所述控制单元电连接。

5.根据权利要求4所述的模拟自然风环境的试验系统，其特征在于，还包括与所述控制单元电连接的输入单元与显示单元，所述输入单元用于调整气流的换向频率，所述显示单元用于对气流的换向频率及气流的总换向次数进行显示。

6.根据权利要求4或5所述的模拟自然风环境的试验系统，其特征在于，所述电磁阀与所述气流形成管之间还设有可调节流阀。

7.根据权利要求4或5所述的模拟自然风环境的试验系统，其特征在于，所述电磁阀为二位五通阀，所述出风管包括具有不同出风方向的第一出风管、第二出风管，所述二位五通阀包括第一进气口、第一出气口、第二出气口，所述第一进气口与所述第一出气口相连形成第一通道，所述第一进气口与所述第二出气口相连形成第二通道，所述第一出风管与所述第一出气口相连，所述第二出气口与所述第二出风管相连，所述第一进气口与所述气流形成管相连。

8.根据权利要求5所述的模拟自然风环境的试验系统，其特征在于，所述控制单元为单片机，所述单片机与所述电磁阀之间设有驱动电路，所述输入单元为输入键盘，所述显示单元为数码管，所述输入键盘包括开始键、频率调整键、风向转换次数查看键及复位键，所述频率调整键与所述风向转换频率控制模块相连，所述风向转换次数查看键与所述风向转换次数统计模块相连，所述数码管分别与所述风向转换频率控制模块、风向转换次数统计模块相连。

9.根据权利要求8所述的模拟自然风环境的试验系统，其特征在于，所述供电装置包括电源适配器、稳压芯片，所述电源适配器与稳压芯片电连接，所述稳压芯片与所述单片机电连接。

10.根据权利要求9所述的模拟自然风环境的试验系统，其特征在于，所述单片机的型号为AT89S52，所述稳压芯片为两个并联的7805芯片，所述驱动电路为低电平触发电路，所述送风装置为空气压缩机。