[发明专利]一种喷洒水滴动能测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试装置，特别是关于一种喷洒水滴动能测试装置。

背景技术

微喷灌是实现农业节水和水资源可持续发展的重要技术之一。喷洒水滴打击强度是喷灌喷头的一项重要性能参数，也是评价喷灌系统对土壤和作物适应性能的重要指标。一定压力的水从喷头的喷嘴喷出，水束在空气中分裂，最终以单个水滴的形式洒落到土壤表面。当水滴撞击土壤表面时，水滴具有的动能必然对土壤侵蚀和水的入渗过程产生影响。实践表明，喷头喷洒水滴打击动能过大，会冲蚀土壤表面，引起土壤板结、导致径流。土壤表面板结将会降低土壤的入渗性能；同时，土壤表面形成的结皮也会影响作物出芽，过大的水滴打击动能还会对作物叶面产生损伤。

由于目前国内缺乏可满足工程精度的喷洒水滴动能测试装置，因此检测单位一般不对喷头水滴打击强度进行测定，而相关国家或行业标准及规范中是有此项技术参数要求的。测定水滴打击动能主要取决于水滴直径、水滴降落速度和水滴密度等相关因素。传统的测试方法分三步：第一步，试验得到距离喷头不同径向位置处的水滴直径；第二步，应用水滴运动模型，计算求得不同直径的单个水滴与地面接触时的运动速度及水滴动能；第三步，求得距离喷头不同径向位置处的水滴动能。对于水滴直径的测量，从国内外公开发表文献中有高速摄影法、激光全息摄影法、雷达观测法、面粉法、滤纸色斑法等。其中以面粉法应用最为广泛，此方法首先是在一定面积的圆盘上平铺新鲜面粉；再将圆盘置于喷洒水下方，瞬间接收喷洒水滴，面粉吸收水滴后会形成面粉团；其次将接收水滴的面粉圆盘放入烘箱干燥，然后用标准筛分级得到不同大小的干面粉团；最后根据事先测定的水滴直径与干面粉团质量之间的关系，将不同级别的干面粉团质量转换为相应的水滴直径。

上述面粉法测定水滴直径并计算水滴动能的过程繁杂、测试周期长，而且大多测试过程中手工操作容易产生操作误差，求解过程中还需要应用简化或经验公式，这将导致测定结果精度低、重复性差。该方法在田间试验时由于受风向、风速、水滴重叠喷洒的影响，实际测量难度与测量误差更大。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种操作过程简单、测定结果精度高和重复性好的喷洒水滴动能测试装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：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。

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，