CN106226027B - 一种烟线流动显示控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种烟线流动显示控制装置，用于拍摄空气流场中的流线照片，属于流动显示技术领域。装置包括电源模块、微处理器、电容充放电模块、相机触发模块、按键模块和显示模块；该装置可以设定电容充电电压对金属线进行放电，可以对放电时刻及相机触发的时刻进行设定，以获取理想的流动显示照片。在烟丝产生方面，使用充至一定电压的电容给金属线放电，由于能量固定，在产生油烟的同时不容易损坏金属线。在流动速度较高时也可发烟，扩展了做烟线流动显示实验的速度范围。在实践中利用本装置在速度为18m/s以下时均可获得理想照片，比之前采用传统电路的实验装置提升较大，最佳拍摄参数确认后，拍摄到理想照片的成功率达到100％。
Description
技术领域
本发明涉及一种烟线流动显示控制装置，用于拍摄空气流场中的流线照片。
背景技术
烟线是一种在风洞中对气体流场的二维流线进行可视化处理的直接注入技术。它的实现方式是在欲观察的流场的上游固定一根细金属线，再在金属线上涂油，使油滴均匀分布在金属线上。通电加热金属线，油滴受热产生油烟并在流场中形成细丝状的烟雾，这些烟雾随着流线分布就达到了将烟丝所在平面内的流线可视化的目的。具体实施方式可以参考该文章Jansen Jr B J.Flow visualization through the use of the smoke-wiretechnique[C]//AIAA,Aerospace Sciences Meeting.1981,1。
通过闪光灯和照相机在合适的时间对这些烟雾形成的烟丝进行照明和拍摄即可得到直观的烟线流动显示照片。
金属线的加热采用电路进行控制，目前金属线的加热一般采用恒压电源在金属线两端通电一段时间的形式。
相机触发电路一般使用NE555时基集成电路配合阻容元件构成延时电路，如上文的文献所述，一般只能触发1个相机。并且延时回路的延时时间是由电路中的阻容回路控制的，延时参数的调整通过改变可变电阻器的阻值确定。由于可变电阻的阻值只能根据可变电阻抽头的位置来决定，不容易直接读数，给延时参数的调试造成了困难。而且这种延时电路的时间特性容易随元件的参数漂移而变化。拍摄到理想效果的照片的成功率较低。
目前这种方法在低速实验中的效果比较理想，最佳速度为2m/s-6m/s。但在速度稍高的实验中效果不理想。主要原因有两个：一是速度高时金属线需要的工作电压较高，通电时间如果控制稍有偏差就容易烧毁；二是流动速度较高时对延时精度要求较高，用于相机触发的基于可变电阻器调整的延时电路不容易调试准确。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：设计一种烟线显示流动控制装置，可以自动控制烟线流动显示照片的拍摄过程，稳定的拍摄到理想效果的图片。
本发明的技术方案：
一种烟线流动显示控制装置，包括电源模块、微处理器、电容充放电模块、相机触发模块、按键模块和显示模块；
电源模块，用于烟线流动显示控制装置供电；
微处理器，用于烟线流动显示控制装置的逻辑及定时时刻控制；
若干个电容充放电模块，数量为n(n≥1)，与微处理器连接，用于接受微处理器的指令；每个电容充放电模块包含1个电容器，电容充放电模块将电容充电至指定电压和通过金属线对电容放电；
若干个相机触发模块，数量为m(m≥1)，与微处理器连接，用于接受微处理器的指令，触发相机进行拍摄；
按键模块，与微处理器连接，设置有参数加减按键、参数选择按键、充电和启动按键，用于设定各个电容的充电电压V1,V2...Vn及T1，T2...Tn各个电容放电时刻，以及t1，t2...tm各个相机触发模块的触发时刻；
显示模块，与微处理器连接，用于显示各个电容的充电电压V1,V2...Vn及T1，T2...Tn各个电容放电时刻，以及t1，t2...tm各个相机触发模块的触发时刻。
使用该装置拍摄烟线流动显示照片的过程如下：
连接好装置的电源、发烟金属丝及照相机，将照相机的对焦调整好，对准需要拍摄流动显示的区域。
接通装置电源，显示模块会显示各个电压及时刻的参数，这时可以使用按键模块上的参数加减、参数选择及确认按键来设定各个参数。
给金属丝涂油，然后按下按键模块上的充电按键，此时各个电容充放电模块在微处理器的控制下给电容充电，达到设定电压，此时第1个电容充电至电压V1，第2个电容充电至电压V2，以此类推，第n个电容充电至电压Vn。
按下启动按键来启动放电和拍摄过程，此时第1个电容在T1时刻对第1根金属线放电发烟，第2个电容在T2时刻对第2个金属线放电发烟，以此类推，第n个电容在Tn时刻对第n个金属线放电发烟；第1个相机触发模块在t1时刻触发第1个相机进行拍摄，第2个相机触发模块在t1时刻触发第2个相机进行拍摄，以此类推，第m个相机触发模块在tm时刻触发第m个相机进行拍摄。
查看相机中的照片，重复试验找出最佳拍摄参数。
本发明的有益效果：
在烟丝产生方面，使用充至一定电压的电容给金属线放电，由于能量固定，在产生油烟的同时不容易损坏金属线。在流动速度较高时也可发烟，扩展了做烟线流动显示实验的速度范围。
在放电和拍摄的控制方面，电容的放电和相机的触发控制均采用微控制器进行精确的延时控制，提高了拍摄到照片的成功率。同时将照相机的数量扩展至多路，单次实验即可获得不同时刻的流动显示图片。
在人机接口方面，使用按键模块和显示模块进行各参数的设置和显示，各参数的设定清晰、明确，比以往的可变电阻调节控制方式有了很大的改善。
在实验扩展性方面，采用了微处理器进行系统的逻辑控制，将用于发烟的金属线数量和用于拍摄的相机的数量均可设定为多个，扩展了做流动显示实验的方式，单次实验可以获得不同时刻的多张流动显示照片。
由于具有以上优势，在实践中利用本装置在速度为18m/s以下时均可获得理想照片，比之前采用传统电路的实验装置提升较大，最佳拍摄参数确认后，拍摄到理想照片的成功率达到100％。
附图说明
图1是一种烟线流动显示控制装置的模块示意图。
图2是放电时序图。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
图1为一种烟线流动显示控制装置的模块示意图，图中，烟线流动显示控制装置包括电源模块，按键模块，显示模块，电容充放电模块和相机触发模块。
工作过程如下：
装置通电以后，先使用按键模块上的参数加减、参数选择及确认按键设置电容充放电模块的电压、充放电模块的放电时刻及照相机的触发时刻。
按下按键模块上的充电按键，此时装置给电容充放电模块充电至设定好的电压。
按下按键模块上的启动按键，此时放电时序启动，电容充放电模块在设置好的对应时刻对金属线进行放电，相机触发模块在设置好的对应时刻触发相机拍摄，具体的时刻说明如图2所示。
Claims (3)
1.一种烟线流动显示控制装置，其特征在于，该烟线流动显示控制装置包括电源模块、微处理器、电容充放电模块、相机触发模块、按键模块和显示模块；
电源模块，用于烟线流动显示控制装置供电；
微处理器，用于烟线流动显示控制装置的逻辑及定时时刻控制；
若干个电容充放电模块，数量为n，n≥1，与微处理器连接，用于接受微处理器的指令；每个电容充放电模块包含1个电容，电容充放电模块将电容充电至指定电压和通过金属线对电容放电；
若干个相机触发模块，数量为m，m≥1，与微处理器连接，用于接受微处理器的指令，触发相机进行拍摄；
按键模块，与微处理器连接，设置有参数加减按键、参数选择按键、充电和启动按键，用于设定各个电容的充电电压V1,V2...Vn及T1，T2...Tn各个电容放电时刻，以及t1，t2...tm各个相机触发模块的触发时刻；
显示模块，与微处理器连接，用于显示各个电容的充电电压V1,V2...Vn及T1，T2...Tn各个电容放电时刻，以及t1，t2...tm各个相机触发模块的触发时刻。
2.根据权利要求1所述的烟线流动显示控制装置，其特征在于，充电过程如下：
电容充电的指令通过按键模块设定并发出后，微处理器控制电容充放电模块对电容进行充电，将电容充放电模块中的电容分别充电至V1,V2...Vn。
3.根据权利要求1所述的烟线流动显示控制装置，其特征在于，放电时序如下：
启动拍摄的指令发出后，第1个电容充放电模块在T1时刻向第一个金属线放电，第2个电容充放电模块在T2时刻向第二个金属线放电，以此类推，第n个电容充放电模块在Tn时刻向第n个金属线放电；
第1个相机触发模块在t1时刻触发第1个相机拍摄，第2个相机触发模块在t2时刻触发第2个相机拍摄，以此类推，第m个相机触发模块在tm时刻触发第m个相机拍摄。
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