[发明专利]一种喷洒水滴动能测试装置

权利要求书

1.一种喷洒水滴动能测试装置，其特征在于：它包括传感器受水模块、信号调理模块、数据采集模块、计算机和设置在所述计算机内的数据分析模块；

所述传感器受水模块包括一基板，所述基板上设置有由若干压电膜组成的阵列传感器；所述所述传感器受水模块设置在喷洒水下方，所述传感器感应喷洒水滴后，将感应到的电荷量Q经所述传感器的正向电极输出端输出；所述传感器的反向电极输出端接地；

所述信号调理模块包括一阻抗变换单元和一放大单元，所述阻抗变换单元用于将所述传感器感应到的电荷量Q转换成电压量U₀输出；所述放大单元用于将所述阻抗变换单元输出的电压量U₀放大后输出电压量U_out；

所述数据采集模块实时获取所述放大单元输出的电压信号U_out，进行A/D转换后输入到所述计算机；

所述数据分析模块包括一开启单元、一采样单元、一计算单元、一显示单元、一存储单元和一标定单元；所述开启单元控制所述数据分析模块的启动和停止；所述采样单元调整所述数据采集模块的采集频率和时间；所述计算单元用于计算不同半径R、不同高度h的单滴水，滴落到所述传感器上产生的动态冲击力F和动能E_k；所述显示单元用于显示单滴水在与所述传感器接触的过程中，所述数据采集模块采集到的实时电压值U_out；所述存储单元用于存储所述数据采集模块采集到的电压信号U_out；所述标定单元用于对不同半径R、不同高度h的单滴水的输出电压值U_out进行标定，将理论上产生的电压值U和实际测量到的电压值U_out进行对比，得到标定结果的修正值。

2.如权利要求1所述的一种喷洒水滴动能测试装置，所述计算单元计算不同半径R、不同高度h的单滴水，滴落到所述传感器上产生的动态冲击力F和动能E_k，通过以下方法计算：

1）假设所述传感器上产生的动态冲击力为F，则所述阻抗变换单元的输出电压值U₀为，

U0=-FdijCf;---(1)]]>

式中，d_ij为所述传感器的压电常数，C_f为所述阻抗变换单元中的反馈电容；

2）假设所述放大单元的放大系数为K，则所述数据采集模块采集到的电压信号U_out为，

U_out＝-KU₀；（2）

3）联立式（1）和式（2）得出，

Uout=KdijCfF;---(3)]]>

F=CfKdijUout;---(4)]]>

由公式（4）得出，单个水滴在所述传感器上产生的动态冲击力F；

4）根据动能定理和动量定理，

EK=mgh=12mV2;---(5)]]>

mV＝Ft；（6）

式中，m为单个水滴的质量；h为水滴自由下落高度；V为水滴接触压电膜传感器12时瞬间的速度；t为水滴作用在所述传感器上的时间；

5）联立式（5）和式（6），推导出动能E_K与水滴冲击力F之间的关系式为，

EK=12mV2=(Ft)22m;---(7)]]>

6）联立式（3）、式（7），得出单滴水所具有的动能为E_K与所述放大单元的输出电压U_out的函数关系如下，

EK=mgh=(CftKdij)212mUout2;---(8)]]>

7）假设单滴水的体积为V_v和水的密度为ρ，则水滴的质量m为，

m＝ρV_v；（9）

8）假设水滴的体积V_v为球体，则体积V_v与水滴的半径R有，

Vv=43πR3;---(10)]]>

9）联立式（9）和式（10）得出，

m=43ρπR3;---(11)]]>

10）联立公式（8）和（11）得出，单滴水所具有的动能为E_K与半径R之间的关系，

EK=mgh=(CftKdij)238ρπR3Uout2;---(12)]]>

11）由公式（8）推导出，

Uout=2ghdijKCftm;---(13)]]>

12）联立式（13）和式（11）得出，单滴水作用在所述传感器上的输出电压U_out与单滴水的半径R之间的关系，

Uout=2gh4ρπdijK3CftR3.---(14)]]>