CN109323845A - 基于高速成像技术的雾滴发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及农业植保技术领域，具体涉及一种基于高速成像技术的雾滴发生装置，包括雾滴发生机构和电控系统，通过电控系统改变并记录雾滴的运动状态；雾滴发生机构包括植保喷头、雾滴采样槽和旋转实验台，雾滴采样槽可在植保喷头、旋转实验台之间升降；雾滴采样槽上开有若干个滤雾通孔，部分雾滴穿过滤雾通孔下落至试验样品上表面；电控系统包括电控箱及数据处理终端设备，电控箱内置高速成像单元和水压控制单元，所述高速成像单元的输入端与摄像机连接，高速成像单元的输出端与数据处理终端设备电连接，所述水压控制单元与隔膜泵电连接，利用本发明能够灵活改变雾滴大小与撞击速度，实现尽可能少的液滴撞击固体表面，能更清晰地记录拍摄运动过程。
Description
技术领域
本发明涉及农业植保技术领域，具体涉及一种基于高速成像技术的雾滴发生装置。
背景技术
随着社会经济的发展，雾滴在固体表面撞击现象和很多领域密切相关，如生物医学、机械工程、农药喷洒、涂料喷涂、油墨打印、微流控芯片，发动机喷油嘴等。因此，雾滴在固体表面的撞击流动产生的自由表面流动问题，是流体力学研究的热点问题之一，对雾滴碰撞问题进行研究具有重要的理论和现实意义。
目前，已有的雾滴发生装置，结构较为复杂，且雾滴直径的精度控制不精确，雾滴在固体表面上撞击速度和流动状态不易控制和记录，同时由于雾滴数量过多，同时间内撞击固体表面的雾滴相互叠加，拍摄影像模糊，影响对雾滴在固体表面运动的真实过程的记录，并且现有的雾滴发生装置体积大、价格昂贵，实现成本高。因此，本发明相对与现有技术更有利于对雾滴进行深入研究。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷和问题，本发明提供一种基于高速成像技术的雾滴发生装置。
本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种基于高速成像技术的雾滴发生装置，包括雾滴发生机构和电控系统，通过电控系统改变并记录雾滴的运动状态；
所述雾滴发生机构设置于实验桌上，雾滴发生机构包括植保喷头、雾滴采样槽和旋转实验台，所述植保喷头位于雾滴采样槽的正上方，旋转试验台设置于雾滴采样槽的正下方，雾滴采样槽可在植保喷头、旋转实验台之间升降；所述植保喷头通过上水管路与水箱连通，用于喷出雾滴，所述雾滴采样槽上开有若干个滤雾通孔，所述旋转实验台上放置有试验样品，部分雾滴穿过滤雾通孔下落至试验样品上表面；所述旋转实验台的周围还设置有摄像机、测速器和温湿度仪；所述上水管路上安装有压力表和隔膜泵；
所述电控系统包括电控箱及数据处理终端设备，所述电控箱内置高速成像单元和水压控制单元，所述高速成像单元的输入端与摄像机连接，高速成像单元的输出端与数据处理终端设备电连接，数据处理终端设备记录并显示拍摄视频，所述水压控制单元与隔膜泵电连接，电控箱上安装有水压调节旋钮实现水压调节。
进一步的，所述实验桌上设置有喷头固定支架，所述喷头固定支架包括底座、固定立杆和移动横架，固定立杆竖直安装于底座上，移动横杆的一端通过弹性夹安装于固定立杆上，植保喷头固定于移动横杆另一端，上下调节移动横杆改变植保喷头距离实验桌的高度。
进一步的，所述雾滴采样槽的下端固定安装有伸缩式支撑杆，所述伸缩式支撑杆包括相互套装的第一杆段和第二杆段，第一杆段的侧壁上设置有定位孔，第二杆段的外壁上设置有与定位孔配合的定位凸点，通过拉动第一杆段或第二杆段实现伸缩式支撑杆的升降。
进一步的，所述雾滴采样槽包括滤雾底板和附雾侧壁，滤雾底板水平设置，附雾侧壁沿滤雾底板边缘竖直设置，所述滤雾通孔开设于滤雾底板上。
进一步的，所述附雾侧壁的内侧以及滤雾底板上除滤雾通孔之外的位置均设置有渗吸层。
进一步的，所述旋转实验台周围对称设置有两个光源。
进一步的，所述实验桌四周设置有三脚架，所述光源、摄像机分别安装于各自的三脚架上。
进一步的，所述上水管路为软管，实验桌上设置有固定台，隔膜泵设置于固定台上。
进一步的，所述旋转试验台包括底座和旋转台，所述底座上端面为下凹的半弧形柱面，半弧形柱面内安装有轴承，所述旋转台通过轴承安装于底座上，旋转台侧面设置有旋转手柄。
本发明的有益效果：本发明的基于高速成像技术的雾滴发生装置，其主要用途是根据不同压力改变雾滴大小与撞击速度，实现尽可能少的液滴撞击固体表面，能更清晰地记录拍摄运动过程，研究雾滴在固体表面运动、铺展状态。调压电源控制不同压力下，农用植保喷头的雾滴粒径大小、运动速度、雾滴数量均不相同，使用测速器及时的计算出雾滴撞击过程的平均速度，采用双光源配合高速摄像机以5000帧/s的速度拍摄，记录拍摄滴落到旋转实验台上的雾滴过程，保证了较少的雾滴滴落实验台，更加有利于研究雾滴的运动及铺展特性；采用旋转实验台上方放置实验样品，可调控实验样品倾斜角度，对雾滴撞击在不同倾斜角度的运动行为研究；使用雾滴采样槽使更少量的雾滴撞击到样本表面，更加清晰地记录拍摄雾滴撞击的全过程，为单雾滴在样本表面的运动行为研究做铺垫；可调控高度的试验台架和雾滴采样槽，可调节植保喷头与实验台之间、植保喷头与雾滴采样槽之间的距离，创造更有利的实验环境，更加精确的表明液滴运动的过程；温湿度仪能够及时的体现实验环境的温湿度。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的主视图；
图3为本发明的侧视图；
图4为本发明的俯视图；
图5为植保喷头的结构示意图；
图6为电控箱的结构示意图；
图7为伸缩式支撑杆的结构示意图；
图8为旋转台水平状态的结构示意图；
图9为旋转台倾斜状态的结构示意图；
图10为本发明的整体逻辑框图；
图中：1-光源，2-测速器，3-喷头固定支架，301-底座，302-固定立杆，303-移动横架，4-上水管道，5-压力表，6-隔膜泵，7-水箱，8-摄像机，9-三脚架，10-温湿度仪，11-数据处理终端设备，12-电控箱，1201-指示灯，1202-通电开关，1203-水压调节旋钮，13-实验桌，14-雾滴采样槽，1401-滤雾底板1402-附雾侧壁，15-植保喷头，1501-喷嘴，1502-进水口，1503-流量控制阀，16-旋转实验台，1601-底座, 1602-旋转台,1603-旋转手柄，17-伸缩式支撑杆，1701-第一杆段，1702-第二杆段，1703-定位孔，1704-定位凸点，18-滤雾通孔，19-固定台。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：一种基于高速成像技术的雾滴发生装置，如图1-10所示，在实验桌上设置有雾滴发生机构和电控系统，通过电控系统改变并记录雾滴的运动状态；
雾滴发生机构包括植保喷头15、雾滴采样槽14和旋转实验台16，其中，植保喷头的进水口1502通过上水管道4与水箱7连通，上水管路上安装有压力表5和隔膜泵6，上水管道为软管，便于植保喷头15移动，实验桌13上设置有固定台19，隔膜泵6设置于固定台19上，植保喷头15上设置有流量控制阀1503，通过流量控制阀可调节植保喷头15的流量；植保喷头位于雾滴采样槽14的正上方，旋转试验台16设置于雾滴采样槽14的正下方，雾滴采样槽14上开有若干个滤雾通孔18，旋转实验台16上放置有试验样品，植保喷头的喷嘴1501喷出雾滴，部分雾滴穿过滤雾通孔18下落至试验样品上表面，还原雾滴下降过程以及在试验样品上表面上碰撞、延展的真实运动过程。
在本实施例中，雾滴采样槽15的下端固定安装有伸缩式支撑杆17，伸缩式支撑杆包括相互套装的第一杆段1701和第二杆段1702，第一杆段的侧壁上设置有定位孔17013，第二杆段的外壁上设置有与定位孔配合的定位凸点1704，定位凸点卡在定位孔中，以固定第一杆段和第二杆段，通过拉动第一杆段或第二杆段，改变整个伸缩式支撑杆17的高度，实现伸缩式支撑杆的升降，进而使雾滴采样槽14可在植保喷头15、旋转实验台16之间升降，调节雾滴采样槽距离试验样品的高度，模拟不同数量的雾滴通过雾滴采样槽的滤雾通孔下落至试验样品上的雾滴运动环境，其中，集雾滴采样槽14距离实验桌13的高度，最高达到300mm；同时，在实验桌上还安装有喷头固定支架3，喷头固定支架包括底座301、固定立杆302和移动横架203，固定立杆竖直安装于底座上，移动横杆的一端通过弹性夹安装于固定立杆上，另一端安装有植保喷头15，通过手动上下调节移动横杆303在固定立杆302上的位置，来改变植保喷头15距离实验桌13的高度，模拟不同高度的雾滴下落之试验样品上的雾滴运动状态，其中，植保喷头15距离实验桌的最高距离为500 mm，；同时，雾滴采样槽14包括滤雾底板1401和附雾侧壁1402，滤雾底板水平设置，附雾侧壁沿滤雾底板边缘竖直设置，滤雾通孔均匀开设于滤雾底板上，并且在附雾侧壁1402的内侧以及滤雾底板1401上除滤雾通孔18之外的位置均设置有渗吸层，渗吸层为硅胶吸附材质或者纺织物或者海绵等，能够将喷洒至附雾侧壁的内侧以及滤雾底板上除滤雾通孔之外位置上的多余雾滴快速吸附，防止越来越多的小雾滴汇集呈大水滴，避免形成一股水流向下汇流甚至于流至试验样品上，从而杜绝不利因素的掺入，来保证最佳的实验环境；旋转试验台包括下端的底座1601和上端的旋转台1602，底座上端面为下凹的半弧形柱面，半弧形柱面内安装有轴承，在底座1601上沿轴承标记半圈倾斜角度值，旋转台1602通过轴承安装于底座上，旋转台侧面设置有旋转手柄1603，手持旋转手柄1603可缓慢转动旋转台1602，改变旋转台1602的倾斜角度，由于试验样品以及雾滴的重力较小，所以旋转台1602依靠摩擦保持倾斜状态，此时根据旋转台1602上的指示记号对准所指向底座1601上的倾斜角度值进行度数；在旋转实验台16的周围还设置有光源1、摄像机8、测速器2和温湿度仪10，光源、摄像机分别安装于各自的三脚架9上，测速器和温湿度仪放置于实验桌上，为了更加清楚地成像，两台光源1相对放置，摄像机为高速摄像机，采用对称设置的AIT4000型双光源配合高速摄像机以5000帧/s的速度拍摄，高速摄像机改变倾斜角度以达到最佳成像效果，记录拍摄滴落到旋转实验台上的雾滴过程，拍摄雾滴下落以及在试验样品上碰撞、延展的影像视频；使用测速器及时的计算出雾滴撞击过程的平均速度；温湿度仪记录实验现场的温湿度，真实准确地模拟雾滴运动的环境，探究不同温湿度状态对雾滴运动的影响。
电控系统包括电控箱12及数据处理终端设备11，电控箱12内置高速成像单元和水压控制单元，高速成像单元的输入端与摄像机8连接，高速成像单元的输出端与数据处理终端设备11电连接，数据处理终端设备为高速摄像机可适配的电脑，摄像机中的画面通过高速成像单元的Troublepix软件，在电脑中显示出来，根据视频成像调节成像清晰度，明暗度，以达到最佳成像效果并记录拍摄视频，再使用Image-pro软件处理雾滴运动的运动速度，加速度；水压控制单元与隔膜泵电连接，电控箱12上安装有水压调节旋钮1203，实现水压调节，启动电控箱通电开关1202，指示灯1201亮，转动水压调节旋钮，压力表5显示不同水压，根据调节压力出现不同雾滴大小，其中，农用植保喷头15作业过程中压力范围在0.25-0.4 MPa，使用调压电源调节喷雾压力进而改变雾滴粒径大小，具体雾滴大小根据高速摄像机成像比例求得粒径大小数值，结合改变植保喷头15与实验桌13之间的、雾滴采样槽14与实验桌13之间的高度，来呈现不同粒径大小、不同数量雾滴的雾滴穿过雾滴采样槽的滤雾通孔18，同时，转动旋转实验台16的位置，改变试验样品上表面的倾斜角度，利用Troublepix软件记录液滴穿过滤雾通孔到试验样品上表面的雾滴运动全过程。
Claims (9)
1.一种基于高速成像技术的雾滴发生装置，其特征在于：包括雾滴发生机构和电控系统，通过电控系统改变并记录雾滴的运动状态；
所述雾滴发生机构设置于实验桌上，雾滴发生机构包括植保喷头、雾滴采样槽和旋转实验台，所述植保喷头位于雾滴采样槽的正上方，旋转试验台设置于雾滴采样槽的正下方，雾滴采样槽可在植保喷头、旋转实验台之间升降；所述植保喷头通过上水管路与水箱连通，用于喷出雾滴，所述雾滴采样槽上开有若干个滤雾通孔，所述旋转实验台上放置有试验样品，部分雾滴穿过滤雾通孔下落至试验样品上表面；所述旋转实验台的周围还设置有摄像机、测速器和温湿度仪；所述上水管路上安装有压力表和隔膜泵；
所述电控系统包括电控箱及数据处理终端设备，所述电控箱内置高速成像单元和水压控制单元，所述高速成像单元的输入端与摄像机连接，高速成像单元的输出端与数据处理终端设备电连接，数据处理终端设备记录并显示拍摄视频，所述水压控制单元与隔膜泵电连接，电控箱上安装有水压调节旋钮实现水压调节。
2.根据权利要求1所述的基于高速成像技术的雾滴发生装置，其特征在于：所述实验桌上设置有喷头固定支架，所述喷头固定支架包括底座、固定立杆和移动横架，固定立杆竖直安装于底座上，移动横杆的一端通过弹性夹安装于固定立杆上，植保喷头固定于移动横杆另一端，上下调节移动横杆改变植保喷头距离实验桌的高度。
3.根据权利要求1所述的基于高速成像技术的雾滴发生装置，其特征在于：所述雾滴采样槽的下端固定安装有伸缩式支撑杆，所述伸缩式支撑杆包括相互套装的第一杆段和第二杆段，第一杆段的侧壁上设置有定位孔，第二杆段的外壁上设置有与定位孔配合的定位凸点，通过拉动第一杆段或第二杆段实现伸缩式支撑杆的升降。
4.根据权利要求1所述的基于高速成像技术的雾滴发生装置，其特征在于：所述雾滴采样槽包括滤雾底板和附雾侧壁，滤雾底板水平设置，附雾侧壁沿滤雾底板边缘竖直设置，所述滤雾通孔开设于滤雾底板上。
5.根据权利要求4所述的基于高速成像技术的雾滴发生装置，其特征在于：所述附雾侧壁的内侧以及滤雾底板上除滤雾通孔之外的位置均设置有渗吸层。
6.根据权利要求1所述的基于高速成像技术的雾滴发生装置，其特征在于：所述旋转实验台周围对称设置有两个光源。
7.根据权利要求6所述的基于高速成像技术的雾滴发生装置，其特征在于：所述实验桌四周设置有三脚架，所述光源、摄像机分别安装于各自的三脚架上。
8.根据权利要求1所述的基于高速成像技术的雾滴发生装置，其特征在于：所述上水管路为软管，实验桌上设置有固定台，隔膜泵设置于固定台上。
9.根据权利要求1所述的基于高速成像技术的雾滴发生装置，其特征在于：所述旋转试验台包括底座和旋转台，所述底座上端面为下凹的半弧形柱面，半弧形柱面内安装有轴承，所述旋转台通过轴承安装于底座上，旋转台侧面设置有旋转手柄。
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