测量风洞内雾滴漂移空间分布情况的装置和方法与流程

本发明涉及农业精准测量技术领域，尤其是涉及一种测量风洞内雾滴漂移空间分布情况的装置和方法。

背景技术：

随着现代精准农业技术的发展，植保及施药技术已广泛应用于农业领域。然而，雾滴飘移问题目前仍是植保及施药领域面临的主要问题。由农用喷头喷出的雾滴受环境风场影响，极易产生飘移，从而带来严重的水土资源污染、非目标作物药害、人畜健康威胁等问题。而航空施药产生的雾滴飘移问题尤其严重，1975年，美国环保署估计有10％～60％的化学物质飘移到距离目标300m以上，造成严重的空气，水和土壤污染。为了控制影响雾滴飘移的相关变量，同时提高可重复性，人们发展了风洞实验来研究雾滴飘移问题。风洞实验是田间实验的有效支撑和补充，其相对田间试验来说，具有边界条件可控，重复性高，实验手段多样等优势。

目前风洞实验对喷头产生的雾滴飘移问题的研究手段还十分有限，最经典的方法即利用纤维丝法收集雾滴空间分布情况，如图1所示。但是纤维丝法所采用的荧光剂容易导致风洞洞体被污染，且该方法仅能分析雾滴飘移量的多少，难以统计不同粒径雾滴在空间中的分布情况和飘移距离。然而通过雾滴粒度仪测量仪器成本较高。

虽然水敏纸主要用于在大田及果园等地测量雾滴沉积和冠层穿透性等问题，以测得雾滴的粒径分布情况。虽然在测量雾滴沉积方面具有一定的优势，但是由于很容易过饱和，所以一般很少用于风洞实验。

技术实现要素：

针对以上缺陷，本发明提供一种测量风洞内雾滴漂移空间分布情况的装置和方法，不会污染风洞、降低测量成本，避免水敏纸易饱和的缺陷。

第一方面，本发明提供的测量风洞内雾滴漂移空间分布情况的装置，包括适于放置在风洞内的雾滴收集架，所述雾滴收集架包括安装支架和安装至所述安装支架上的多个横梁，每一个横梁包括转动组件和安装在所述转动组件上的水敏纸，所述转动组件的转动能够使所述水敏纸暴露于外界或使所述水敏纸与外界隔离。

可选的，所述转动组件包括双层套管，所述双层套管的内层管的外壁上开设有用于安装所述水敏纸的安装缺口，所述双层套管的外层管包括暴露部分和隔离部分，所述暴露部分用于暴露所述水敏纸，所述隔离部分用于使所述水敏纸与外界隔离。

可选的，所述安装缺口包括沿所述内层管的径向设置的两部分，第一部分相对于第二部分靠近所述内层管的圆心，所述第一部分的圆心角大于所述第二部分的圆心角。

可选的，所述外层管的隔离部分的内壁上设置有隔水海绵垫。

可选的，所述转动组件包括枢接的两金属板，所述水敏纸夹设在所述两金属板之间。

可选的，所述两金属板的边沿上设置有隔水海绵垫，和或，所述两金属板均为L型金属板。

可选的，还包括步进电机，所述步进电机用于控制所述转动组件的转动。

可选的，还包括设置在所述安装支架上的齿条式联动结构，所述齿条式联动结构与所述步进电机和所述转动组件连接。

第二方面，本发明提供的基于上述装置测量风洞内雾滴漂移空间分布情况的方法包括：

在风洞的试验段内布置用于喷射雾滴的喷头；

在距离所述喷头下风的预设位置布置所述安装支架，并在所述安装支架上设置多个所述外层管；

在所述内层管的安装缺口内安装水敏纸；

将所述内层管安装在所述外层管内，旋转所述内层管使所述水敏纸与外界隔离，并开启风洞和所述喷头；

在喷头所喷雾滴达到均匀稳定的状态后，旋转所述内层管使所述水敏纸暴露于外界，以使所述水敏纸收集雾滴；

在所述水敏纸饱和之前，旋转所述内层管使所述水敏纸与外界隔离，并关闭所述风洞和所述喷头；

抽出内层管，并取下所述水敏纸，对所述水敏纸进行扫描并根据扫描结果分析雾滴漂移空间分布情况。

第三方面，本发明提供的基于上述装置测量风洞内雾滴漂移空间分布情况的方法包括：

在风洞的试验段内布置用于喷射雾滴的喷头；

在距离所述喷头下风的预设位置布置所述安装支架，并在所述安装支架上设置多个主要由枢接的两金属板组成的转动组件；

在两金属板之间设置水敏纸，将两金属板盖合，并开启风洞和所述喷头；

在喷头所喷雾滴达到均匀稳定的状态后，旋转其中一个金属板使所述水敏纸暴露于外界，以使所述水敏纸收集雾滴；

在所述水敏纸饱和之前，将两金属板盖合使所述水敏纸与外界隔离，并关闭所述风洞和所述喷头；

旋转其中一个金属板，并取下所述水敏纸，对所述水敏纸进行扫描并根据扫描结果分析雾滴漂移空间分布情况。

本发明提供的测量风洞内雾滴漂移空间分布情况的装置和方法，采用水敏纸收集雾滴，保持了水敏纸在雾滴沉积方面的优势，例如可以采用清水，不会污染风洞，还可以统计雾滴粒径分布等。而且不需要雾滴粒度仪测量仪器，降低测量成本。同时，由于通过转动组件的转动，能够控制水敏纸暴露于外界，以收集雾滴，也能在水敏纸饱和之前，控制水敏纸与外界隔离，从而避免了水敏纸易饱和的缺陷，使得水敏纸不仅能够应用于大田及果园等地测量雾滴沉积和冠层穿透性等场景，也能够应用在风洞中。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1示出了本发明一实施例中雾滴收集架的结构示意图；

图2示出了本发明一实施例中转动组件与水敏纸的安装示意图；

图3示出了本发明一实施例中内层管的横截面示意图；

图4示出了本发明一实施例中水敏纸安装在内层管上的示意图；

图5示出了本发明一实施例中内层管、外层管和水敏纸的横截面示意图；

图6示出了本发明一实施例中转动组件和水敏纸的安装示意图；

图7示出了本发明一实施例中齿条式联动结构的结构示意图；

图8示出了本发明一实施例中齿条式联动结构与安装支架的安装示意图；

附图标记说明：

1-安装支架；2-横梁；21-外层管；22-内层管；3-水敏纸；221-第一部分；222-第二部分；4-隔水海绵垫；23、24-金属板。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

第一方面，本发明提供一种测量风洞内雾滴漂移空间分布情况的装置，如图1所示，该装置包括适于放置在风洞内的雾滴收集架，所述雾滴收集架包括安装支架1和安装至所述安装支架1上的多个横梁2，每一个横梁2包括转动组件和安装在所述转动组件上的水敏纸，所述转动组件的转动能够使所述水敏纸暴露于外界或使所述水敏纸与外界隔离。

在本发明提供的测量风洞内雾滴漂移空间分布情况的装置中，采用水敏纸收集雾滴，保持了水敏纸在雾滴沉积方面的优势，例如可以采用清水，不会污染风洞，还可以统计雾滴粒径分布情况等。而且不需要雾滴粒度仪测量仪器，降低测量成本。同时，由于通过转动组件的转动，能够控制水敏纸暴露于外界，以收集雾滴，也能在水敏纸饱和之前，控制水敏纸与外界隔离，从而避免了水敏纸易饱和的缺陷，使得水敏纸不仅能够应用于大田及果园等地测量雾滴沉积和冠层穿透性等场景，也能够应用在风洞中。同时，通过本装置，还可以避免风场本身对水敏纸的干扰，提高测量准确度。

在具体实施时，安装支架1的尺寸可以根据风洞试验段的具体尺寸和喷头的安装位置调整，例如风洞试验段的横截面约为2m*2m，喷头的安装高度为0.8m，则可以采用的安装支架1尺寸为0.8m高*1.8m宽。还有，安装支架1和/或横梁2的材质可以采用铝合金，也可以采用45号钢，还可以采用其他材质。而且，横梁2的数量和间距可以根据试验精度的需求而调整，一般间距不小于10cm。

在具体实施时，转动组件有多种结构形式实现，例如套管式转动组件、盖片式转动组件，在实际应用时可以根据需要自行选择，对此本发明不做限定。

其中，参考图2～5，转动组件的一种可选的结构为：所述转动组件包括双层套管，所述双层套管的内层管22的外壁上开设有用于安装所述水敏纸3的安装缺口，所述双层套管的外层管21包括暴露部分和隔离部分，所述暴露部分用于暴露所述水敏纸3，所述隔离部分用于使所述水敏纸3与外界隔离。

这一结构的转动组件，通过内层管22和外层管21之间的转动，既可以使安装于内层管22的安装缺口位置处的水敏纸3暴露于外界，也可以使安装于内层管22的安装缺口位置处的水敏纸3与外界隔离，使水敏纸3收集雾滴或者阻止水敏纸3收集雾滴。上述结构的转动组件，不仅结构简单、易实现，而且操作方便。

在上述结构的转动组件中，内层管22和外层管21的厚度和尺寸可以根据需要设置，例如外管直径在10mm～30mm之间。

在上述结构的转动组件中，安装缺口的形状可以根据需要设置，只要能够将水敏纸3固定安装好即可，其中一种可选的安装缺口为：安装缺口包括沿所述内层管22的径向设置的两部分，第一部分221相对于第二部分222靠近所述内层管22的圆心，所述第一部分221的圆心角大于所述第二部分222的圆心角。

该结构的安装缺口，由于所述第一部分221的圆心角大于所述第二部分222的圆心角，因此第一部分221的弧长大于第二部分222的弧长，因此可以将水敏纸3卡设在第一部分221内。水敏纸3的大小与第一部分221的弧长相匹配，一般可以使水敏纸3安装在第一部分221内时的圆弧角度为90°～120°即可。

在上述结构的转动组件中，可以在外层管21的隔离部分的内壁上设置有隔水海绵垫4，能够有效阻挡空气中的细雾滴污染水敏纸3。

以上介绍了一种套管式转动组件，下面介绍一种盖片式转动组件：参考图6，所述转动组件包括枢接的两金属板23、24，所述水敏纸3夹设在所述两金属板23、24之间。

由于两金属板为枢接，因此可以通过转动其中一个金属板的方式打开或闭合两金属板，而水敏纸3夹设在两金属板之间，因此可以通过转动其中一个金属板的方式使水敏纸3暴露于外界或者使水敏纸3与外界隔离。

在该盖片式转动组件中，还可以在金属板的边沿上设置隔水海绵垫4，以有效阻挡空气中的细雾滴污染水敏纸3。金属板的形状可以根据需要自行选择，例如L型金属板，这样隔水海绵垫4可以设置在金属板的下短边沿以及侧边沿上。另外，金属板的尺寸可以根据需要设置，例如金属板的下短边沿长5mm，侧边沿长10～20mm。其中可以通过铰链连接实现两金属板的枢接。

不论采用何种结构的转动组件，转动组件的转动可以采用手动的方式控制，也可以采用不仅步进电机的方式控制，在采用步进电机的控制过程中，可以直接采用步进电机单个控制，也可以采用图7示出的齿条式联动结构联动控制，如图8所示，联动控制方式中齿条式联动结构设置在安装支架1上，与所述步进电机和所述转动组件连接。

本发明还提供一种测量风洞内雾滴漂移空间分布情况的方法，该方法基于上述测量风洞内雾滴漂移空间分布情况的装置进行。

在具体实施时，该方法可以基于包括套管式转动组件的装置进行，也可以基于包括盖片式转动组件的装置进行。其中，基于上述套管式转动组件的装置测量风洞内雾滴漂移空间分布情况的方法包括：

在风洞的试验段内布置用于喷射雾滴的喷头；

在距离所述喷头下风的预设位置布置所述安装支架1，并在所述安装支架1上设置多个所述外层管21；

在所述内层管22的安装缺口内安装水敏纸3；

将所述内层管22安装在所述外层管21内，旋转所述内层管22使所述水敏纸3与外界隔离，并开启风洞和所述喷头；

在喷头所喷雾滴达到均匀稳定的状态后，旋转所述内层管22使所述水敏纸3暴露于外界，以使所述水敏纸3收集雾滴；

在所述水敏纸3饱和之前，旋转所述内层管22使所述水敏纸3与外界隔离，并关闭所述风洞和所述喷头；

抽出内层管22，并取下所述水敏纸3，对所述水敏纸3进行扫描并根据扫描结果分析雾滴漂移空间分布情况。

其中，基于上述盖片式转动组件的装置测量风洞内雾滴漂移空间分布情况的方法包括：

在风洞的试验段内布置用于喷射雾滴的喷头；

在距离所述喷头下风的预设位置布置所述安装支架1，并在所述安装支架1上设置多个主要由枢接的两金属板组成的转动组件；

在两金属板之间设置水敏纸3，将两金属板盖合，并开启风洞和所述喷头；

在喷头所喷雾滴达到均匀稳定的状态后，旋转其中一个金属板使所述水敏纸3暴露于外界，以使所述水敏纸3收集雾滴；

在所述水敏纸3饱和之前，将两金属板盖合使所述水敏纸3与外界隔离，并关闭所述风洞和所述喷头；

旋转其中一个金属板，并取下所述水敏纸3，对所述水敏纸3进行扫描并根据扫描结果分析雾滴漂移空间分布情况。

上述方法能够在不干扰风洞流场的情况下，获取不同空间位置的雾滴沉积量以及不同粒径雾滴的空间分布情况，从而更细致的分析雾滴漂移沉积特性。

可理解的是，这里提供的测量风洞内雾滴漂移空间分布情况的方法具有测量风洞内雾滴漂移空间分布情况的装置相同的有益效果，这里不再赘述。同样的，有关内容的解释说明、可选实施方法等内容也可参考上述相应部分，这里不再赘述。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。