一种喷头雾化三维液滴粒径谱动态测试系统及其使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明专利设及农业测量仪器技术领域，尤其设及喷头雾化=维液滴粒径谱动态 测试系统及其使用方法。
【背景技术】
[0002] 喷头雾化后的液滴粒径是影响农药有效沉积和无效飘移最主要的因素，测量液滴 粒径的方式有介入式和非介入式，介入式测量时采用水敏纸等进行采样分析，非介入式大 多采用先进自动装置来测量液滴粒径，使用计算机和高速照明源如激光在几秒内对上万液 滴进行分析，但是喷头到激光光束的测试距离对液滴粒径测量结果有着重要影响。喷头与 激光粒度仪的距离对于液滴粒径分布的影响主要是由于液滴粒径测量仪器的时空采样性。 对于激光粒度仪的空间系统而言，液滴通过激光束的速度会影响测量结果。当所有液滴经 喷头雾化刚离开喷头时，它在运动初始阶段的速度几乎相同，不同尺寸的液滴都具有较大 的动能。然而在继续运动过程中，不断卷吸并混合外界气流，使得射流断面不断扩大，液滴 的运动速度不断降低。小液滴的动能由于空气阻力作用迅速衰减，其运动速度的衰减率比 大液滴快，大液滴迅速穿过用于测量的激光束，但小液滴要花更长的时间来穿过激光束，即 大液滴已经沉积了，而小液滴仍悬浮在空气中，而激光粒度仪测试的是一段时间内的雾谱， 如果采用静态定点的测量方式，激光粒度仪系统仅对一个较小的区域进行采样，测试了较 多的小液滴，导致测量出的液滴粒径变小，降低了结果的准确性和可靠性。由于在雾化区测 量截面中，大液滴分布在截面边缘，小液滴分布在截面中央，所W采用动态测量后，能有效 测试整个分布截面，提高数据的准确性和可靠性。动态测量时，可W通过移动激光粒度仪来 实现，也可W由喷头的运动来实现，由于激光粒度仪的移动可能会导致激光光束的发射和 接收不对中或振动而产生偏差，因此由喷头的运动来对整个喷雾区域进行采样、实现动态 测量整个雾化分布截面是可行的方式。
[0003] 喷头安装在不同的搭载机构上，喷施不同的作物对象时，喷头的安装角度是需要 调整的，W保证覆盖的区域和范围，避免出现重复喷施或漏喷的现象，如当扇形喷头进行多 个喷头组合喷施时，因其冲击力较强，极易出现重复喷施的现象，因此，同方向旋转一定角 度，W避免个喷头之间的相互干扰，从而确保喷雾效果，所W喷头安装角度的可调性对于研 究雾化特性也很重要。
[0004] 测试雾滴粒径的激光粒度仪多采用600nm左右的激光光源，属于可见光范围，其 透射率高，进入操作人员眼睛时可W透过人眼屈光介质，聚积光于视网膜上，当长时间注视 激光时，激光聚于感光细胞时产生过热而引起的蛋白质凝固变性是不可逆的损伤，一旦损 伤W后就会造成眼睛的永久失明。利用激光粒度仪测试雾滴粒径，如果长时间观测而没有 设计必要的防护装置，就会引起视网膜损害。
[0005] 发明名称为"一种风送喷雾测试装置（专利号；201110359980. 0)"的专利提供一 种风送喷雾测试装置，可W精确调整风速大小、喷雾压力、喷头位置，能够测试不同条件下 喷雾雾化特性，但是没有配合激光粒度仪测试液滴粒径的功能。
[0006] 发明名称为"一种激光测试喷嘴粒度装置（专利号；201210331556.幻"所述的专 利内容为喷嘴由机械台架的机械手带动进行平行移动和垂直移动，但是在测试过程中并没 有保持喷头的全程动态移动。
[0007] 发明名称为"一种喷雾二维分布自动测试装置和方法（专利号： 201210472829. 2)"所述的专利提供对不同类型喷头的喷雾二维分布情况进行测试，通过超 声波传感器测试喷雾的均匀性，但是没有设及液滴粒径尺寸的测试。
[0008] 发明名称为"一种喷嘴特性的测试装置（专利号；201410034846. 7)"所述的专利 利用油膜法采集液滴，然后使用显微镜对液滴进行粒径测量，该种方法耗时且误差大，没有 实现液滴的实时测量。
[0009] W上四个专利均没有实现喷头在测试过程中的全动态化，没有实现喷头在动态测 试过程中的上下反向移动，且没有对于激光发射装置的防护设计，影响了测试数据的精度 准确性和试验的安全防护性。
[0010] 发表在《农业机械学报》的文章《扇形喷头雾滴粒径分布风洞试验》所描述系统 将喷头安装在一个能进行=维空间移动的坐标架上，通过计算机输入指令实现=维坐标架 运动并控制激光粒度仪进行测试，但是该系统没有移动过程中的行程限位开关设计，移动 高度和喷头角度无法进行自动标定和调节，没有设计喷雾介质循环利用装置。在测试过程 中，该系统会出现喷头沿坐标架移动过程中冲出轨道的情况，损坏试验仪器，危及操作人员 人身安全，同时，移动高度和喷头角度的标定要依靠人工采用皮尺和量角器等工具测量，费 力、费时、精度低，喷雾介质由喷头喷出后散落到地面等环境中，造成了测试环境的污染和 喷雾介质的浪费。
【发明内容】
[0011] 1、要解决的问题
[0012] 针对上述现有技术中测试数据的准确性和可靠性等技术问题，本发明提供一种喷 头雾化=维液滴粒径谱动态测试系统及其使用方法，可准确、快捷实现喷头在=维空间的 匀速移动，喷头距离地面即垂直方向的高度和喷头距离激光光束即水平方向的长度都可调 节，激光光束穿过液滴区，确保完整地测量整个喷雾羽流，从而使激光粒度仪能有效测试整 个雾化区分布截面，观测到喷施液滴的一个动态雾化过程和=维液滴粒径谱分布。
[001引 2、技术方案
[0014] 本发明专利是通过W下技术方案实现的：
[0015] 一种喷头雾化=维液滴粒径谱动态测试系统，包括框式试验台架，激光粒度仪，激 光粒度仪台架，还包括第一引导移动装置、第一电动螺旋升降机、行程开关、第一丝杆、横 梁、托板、第二电动螺旋升降机、第二引导移动装置、喷头、底座、角度刻度仪和第二丝杆；所 述框式试验台架两侧壁各安装一个引导移动装置，所述的引导移动装置为第一引导移动装 置，所述两侧壁之一安装第一电动螺旋升降机和两个行程开关，第一丝杆联接固定于第一 电动螺旋升降机上，横梁一端焊接托板，托板安装第二电动螺旋升降机，横梁安装第二电动 螺旋升降机的一侧设置第二引导移动装置，第二丝杆联接固定于第二电动螺旋升降机上； 喷头固定于开有螺纹孔并沿第二引导移动装置移动的底座上，底座上设置有角度刻度仪， 底座安装在水平位置的第二丝杆上。
[0016] 优选的，所述激光粒度仪包括发射端和接收端，所述的发射端和接收端均安装在 激光粒度仪台架；激光粒度仪台架上通过螺栓和螺母联接固定有激光粒度仪托板。
[0017] 优选的，系统还包括激光束挡板机构，所述激光束挡板机构包括采用两块推拉式 安装于激光束挡板机构台架上的挡板，设置于激光粒度仪的发射端和接收端。
[0018] 优选的，系统还包括回水收集系统、过滤装置和导管；所述的回水收集系统为广口 型集水器将喷施的液滴收集到集水槽中，并通过累将收集的喷雾介质经过滤装置沿导管导 流到水箱中。
[0019] 优选的，系统中框式试验台架、激光粒度仪台架和激光束挡板机构底部均安装脚 轮。
[0020] 优选的，第一引导移动装置为圆柱型导轨、光轴或底托；所述的第二引导移动装置 为圆柱型导轨、光轴或底托。
[0021] 优选的，所述的喷头设置有紧固螺钉；通过调节紧固螺钉的松紧度来调节喷头的 夹角。
[0022] 优选的，所述框式试验台架上安装第一电动螺旋升降机和两个行程开关的侧壁的 外侧设置有一刻度尺，实现喷头高度的快速定位。
[0023] 优选的，所述框式试验台架为口框式试验台架。
[0024] 喷头雾化=维液滴粒径谱动态测试系统的使用方法，其步骤包括：
[0025] 接通电源，在第一电动螺旋升降机和第二电动螺旋升降机的驱动下，横梁和底座 可分别沿着第一引导移动装置和第二引导移动装置移动，实现喷头在竖直方向和水平方向 移动，并通过脚轮调节框式试验台架的位置，来实现喷头的空间运动，同时通过调节紧固螺 钉的松紧度来调节喷头的夹角，实现喷头在0-90°范围内任意角度的旋转调节，并通过角 度刻度仪读取喷头所处的角度；
[0026] 当横梁移动至行程开关位置处，横梁碰触到行程开关，使第一电动螺旋升降机反 转，带动横梁向反方向移动，实现喷头反方向移动；
[0027] 通过框式试验台架外侧壁处的刻度尺实现喷头高度的快速定位；
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