一种示踪粒子投放装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水利测量领域，特别涉及一种示踪粒子投放装置。
【背景技术】
[0002]大尺度的图像测速系统(PIV)和粒子跟踪测速系统(PTV)被广泛地应用于室内河工模型试验和野外河流的表面流场测量。表面流场的测量对于研究水力学及河流动力学基本理论、精确计算河流流量和评价港口桥梁等涉水建筑物安全性等有着重要意义。
[0003]上述系统在水面纹理不清晰或自然漂浮物较少的情况下，需要向水体表面投放示踪粒子，以便获得更精确的流场测量效果。常见的水面示踪粒子为扁平中凸的塑料圆形粒子，尺寸从毫米到厘米不等，跟随性好。
[0004]目前，示踪粒子多采用人工投放的方式，该方法投放的示踪粒子在水面分布不均匀，且耗费大量人力，特别不适合需要反复操作的室内模型试验。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为解决应用大尺度图像测速系统进行模型试验时的示踪粒子投放不均匀的问题，提出了一种示踪粒子投放装置，该装置为采用V型储物箱和表面有条形凹槽的转轴，在毛刷的梳理下，处于储物箱内的条形凹槽刚好装载一层示踪粒子；转轴在电动机的带动下旋转，盛有示踪粒子的条形凹槽旋转一个条形凹槽的角度后，示踪粒子自由降落到水面。该装置可以高效、均匀地投放示踪粒子。
[0006]本发明提出的一种示踪粒子投放装置，其特征在于，该装置包括由框架和螺杆组成的承重支架、盛有示踪粒子下端开口的V型储物箱、转轴，以及动力系统组成；其中承重支架与V型储物箱之间通过螺杆相连，用以调整V型储物箱的高度，螺杆与V型储物箱固定焊接；转轴置于储物箱下端出口处；动力系统驱动转轴转动，实现示踪粒子从V型储物箱下端出口落入流体中。
[0007]本发明的技术效果:
[0008]本发明可以应用于河工模型、图像测速系统等试验中，高效、均匀地投放示踪粒子，研究不同尺度水流的表面流场结构。同时具有以下特点:
[0009]1.V型储物箱可以上下调整高度，适应不同的试验条件；
[0010]2.V型储物箱底两侧分别安装有毛刷和弹性软管，避免粒子扎堆卡住转轴；
[0011]3.转轴表面沿轴向均匀的分布有条形凹槽，槽深为一个示踪粒子的厚度，槽宽略大于一个示踪粒子的直径；
[0012]4.调整电动机转速，可以改变投放粒子的疏密程度。
【附图说明】
[0013]图1为本发明的示踪粒子投放装置整体结构示意图；
[0014]图2为本发明的承重支架实施例结构示意图；其中(a)为承重支架结构俯视图，(b)为图(a)的A-A视图；
[0015]图3为本发明的V型储物箱横剖面图；
[0016]图4为本发明的转轴的横、纵剖面图，其中(a)为转轴的纵向剖面，(b)为图(a)转轴的横向剖面。
【具体实施方式】
[0017]以下将结合附图及实施例对本发明的一种示踪粒子投放装置进行详细说明。
[0018]本发明提出的一种示踪粒子投放装置实施例总体结构如图1，包括由框架和螺杆组成的承重支架1、盛有示踪粒子下端开口的V型储物箱2、转轴3，以及动力系统4组成；其中承重支架1与V型储物箱2之间通过螺杆12相连，用以调整V型储物箱的高度，螺杆12与V型储物箱2固定焊接；转轴3置于储物箱2下端出口处；动力系统4驱动转轴3转动，实现示踪粒子从V型储物箱2下端出口落入流体中。
[0019]本发明的采样装置各部件的具体实现结构分别说明如下:
[0020]本装置的承重支架实施例结构1由矩形支架11和螺杆12组成，其结构如图2。矩形支架11由四根不锈钢角钢焊接而成，支架11尺寸为200CmX40Cm，支架11四个角处均连接有一根螺杆12，螺杆12长30cm。螺杆12由上端螺母13_1和下端螺母13_2固定在矩形支架11上，螺杆12下端固定在V型储物槽2上端。上端螺母13-1的作用是调整承重支架与V型储物槽2的相对高度，下端螺母13-2的作用是稳定连接，防止晃动。
[0021]本装置的V型储物槽实施例结构2主体由两块矩形钢板21和两三角形钢板22组成，其连接方式如图1，其横剖面图如图3。前后矩形钢板21与左右三角形钢板22通过焊接组成上下开口的V型储物槽；其中前矩形钢板21-1与后矩形钢板21-2夹角为60度，矩形钢板尺寸为200CmX35CmX0.5cm，底端开口间距等于转轴3的半径。两矩形钢板21下端边缘分别固定有毛刷23和弹性软管24，其中毛刷23固定在矩形钢板21-1内侧边，毛刷23底端与转轴3相切，其作用是防止粒子扎堆卡住转轴；弹性软管固定在另一侧矩形钢板21-2的下端边缘，其作用是防止示踪粒子从钢板21与转轴3之间的缝隙遗漏。
[0022]本装置的转轴实施例结构3由转筒31、主轴32、轴承33和齿轮34组成，其纵向、横向剖面图如图4所示。其中，转筒31套固在主轴32上，其中主轴直径为5cm，长度为2.05m，转筒直径为12cm，长度为2m。转筒31表面均匀分布有条形凹槽31_1，凹槽31_1深度为1个示踪粒子厚度；轴承33-1、33-2固定在V型储物槽2两侧的钢板22上支撑主轴32 ;齿轮34固定在主轴32罪近动力系统4 一侧的?而头，用于动力系统4驱动主轴转动。
[0023]本装置的动力系统实施例结构4由电动机41、齿轮42、链条43和操作箱44组成，示意如图1。电动机41采用惠斯通公司生产的86BYGHS混合式步进电机，电动机41的转轴上固定有齿轮42。链条43用于电动机41与转轴的主轴32之间传动。操作箱44采用惠斯通公司生产的单轴智能控制器，可以实现步进电机41的正反转和速度可调，其通过电缆45与电机41相连。
[0024]本实施例的具体工作方式如图1。首先将装置横向固定在试验水流入口处，调整V型储物箱2至水面以上20cm，向V型储物槽2中均匀地加入足够数量的示踪粒子。开启操作箱44，电机41带动齿轮42转动，齿轮42通过链条43带动转轴3转动。转轴3表面的条形凹槽中装有一层示踪粒子，随转轴顺时针旋转90度后，因重力作用，自由落到水面上。操作过程中，可以根据试验的需要，通过操作箱44调整电动机41的转速，改变粒子分布疏密程度。
[0025]上述实施例只作为一个实际情况制作的装置，其具体尺寸、用料均不限制本发明的保护范围，各部件的具体尺寸、用料完全可以根据河工模型、图像测速系统等试验的具体情况进行设计。
[0026]该发明具有高效、均匀地投放示踪粒子的效果，可以应用于河工模型、图像测速系统等试验中，研究不同尺度水流的表面流场结构。
【主权项】
1.一种示踪粒子投放装置，其特征在于，该装置包括由框架和螺杆组成的承重支架、盛有示踪粒子下端开口的V型储物箱、转轴，以及动力系统组成；其中承重支架与V型储物箱之间通过螺杆相连，用以调整V型储物箱的高度，螺杆与V型储物箱固定焊接；转轴置于储物箱下端出口处；动力系统驱动转轴转动，实现示踪粒子从V型储物箱下端出口落入流体中。2.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述V型储物槽由两块矩形钢板和两三角形钢板组成，两块矩形钢板与两块三角形钢板通过焊接组成上下开口的V型储物槽；其中两矩形钢板的夹角为60度，底端开口间距等于转轴的半径。两矩形钢板下端边缘分别固定有毛刷和弹性软管，其中毛刷固定在一矩形钢板内侧边，毛刷底端与转轴相切，弹性软管固定在另一侧矩形钢板的下端边缘。3.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述V型储物槽由前后矩形钢板和两侧的三角形钢板组成。其中，前后矩形钢板末端分别固定有毛刷和弹性软管，毛刷固定在前矩形钢板内侧，底端与转轴相切，其作用是防止粒子扎堆卡住转轴；弹性软管固定在另一侧矩形钢板的末端，其作用是防止示踪粒子从钢板与转轴之间的缝隙遗漏。4.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述转轴由转筒、主轴、轴承和齿轮组成，其中，转筒套固在主轴上，转筒表面均匀分布有条形凹槽，凹槽深度为1个示踪粒子厚度；轴承固定在V型储物槽两侧的钢板上支撑主轴；齿轮固定在主轴靠近动力系统一侧的端头，用于动力系统4驱动主轴转动。5.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述由电动机、齿轮、链条和操作箱组成，电动机的转轴上固定有齿轮，链条用于电动机与转轴的主轴之间传动；操作箱通过电缆与电机相连，实现步进电机的正反转和速度可调。
【专利摘要】本发明涉及一种表面流速场测量的示踪粒子投放装置，属于水利测量领域；该装置包括由框架和螺杆组成的承重支架、盛有示踪粒子下端开口的V型储物箱、转轴，以及动力系统组成；其中承重支架与V型储物箱之间通过螺杆相连，用以调整V型储物箱的高度，螺杆与V型储物箱固定焊接；转轴置于储物箱下端出口处；动力系统驱动转轴转动，实现示踪粒子从V型储物箱下端出口落入流体中。该装置可以应用于河工模型、图像测速等试验中，高效、均匀地投放示踪粒子，以研究不同尺度水流的表面流场结构。
【IPC分类】G01P5/20
【公开号】CN105403729
【申请号】CN201510701456
【发明人】曹列凯, 任海涛, 白若男, 王兴奎
【申请人】清华大学
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年10月26日