[发明专利]压力补偿灌水器膜片变形量可视化测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于节水灌溉工程技术领域，涉及一种压力补偿灌水器膜片变形量可视化的测量装置及方法。

背景技术

随着节水灌溉技术的发展，灌水器设计与研究也有了长足的发展，目前常见的压力补偿灌水器中，多采用补偿腔的方式，即在灌水器的补偿腔中放置一个弹性膜片，利用补偿腔中膜片的变形来控制灌水器出水口的水流量，因此，膜片的变形量直接影响压力补偿灌水器的水力性能，由于膜片位于补偿腔内，不易测量其变形量，因此很难发现膜片实际变形的规律，这成为压力补偿灌水器结构和水力性能优化设计的瓶颈问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种压力补偿灌水器膜片变形量的可视化测量装置及方法。

为了达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

本发明根据压力补偿灌水器的实际形状及尺寸，按照比例制作带有膜片部分的实验件，通过调整直流旋阀改变管路中压力的大小，以模拟压力补偿灌水器在实际工作中的压力情况；在光源系统的配合下，采用高速摄像机，将不同压力值下膜片的变形量拍摄下来，存储到计算机中，并利用计算机对其进行分析处理，根据实验件在不同压力值下的变形量反映出实际工作中压力补偿灌水器中的膜片在不同压力值下的变形量，从而可以发现膜片在实际工作中的变形规律，为压力补偿灌水器的结构和水利性能的优化设计提供了依据。

进一步，本发明蓄水容器内设置有搅拌风叶，使本发明还可以同时用于进行流体分析实验，在实验时，向实验水中加入示踪离子，并使用搅拌风叶使其均匀分布在实验水中。

附图说明

图1是本发明弹性膜片变形量测量装置整体结构示意图；

其中：1为蓄水容器；2为搅拌风叶；3为单向自吸泵；4为回流旋阀；5为温度计；6为直流旋阀；7为压力表；8为LED强光灯；9为氙灯；10为LED弱光灯；11为实验件；12为玻璃杯；13为电子秤；14为图像打印机；15为高速摄像机；16为计算机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明包括蓄水容器1和根据压力补偿灌水器实际尺寸，按照1∶18的比例进行加工制造的有机玻璃透明实验件11，实验件11包括下端面固定有圆形底盖的方头形腔，以及位于方头形腔内的弹性膜片。所述蓄水容器1的出水口到实验件11入水口之间的管道上依次设置有单向自吸泵3、直流旋阀6以及压力表7，实验件(11)的出口经管路与设置在电子秤13上的玻璃杯12相连，蓄水容器1内设置有用于使蓄水容器1内加入的示踪离子均匀分布在实验水中的搅拌风叶2。所述蓄水容器1与直流旋阀6设置有带有回流旋阀4和温度计5的回流管路；所述实验件11的正后方设置有氙灯9以及沿实验件11入口方向在氙灯9两侧45°角对称布置的LED强光灯(8)和LED弱光灯(10)。前方设置有高速摄像机15；所述高速摄像机15还连接有用于分析处理图像的计算机16，计算机16还连接有用于输出不同压力值下膜片变形量图像的图像打印机14。最终水流将会流入一侧电子秤(13)上的玻璃杯(12)内用于测量压力和流量之间的关系。

本发明的测量方法，包括以下步骤：

1)首先在CAD软件中，按照压力补偿灌水器的实际尺寸进行三维建模造型，按照1∶18的比例加工制造出有机玻璃的透明实验件11；

2)向蓄水容器中加入100L的实验用水；若要进行流场分析实验，则需要在实验用水中加入示踪离子，并打开搅拌风叶2，使示踪离子均匀分布在实验水中；

3)在回流旋阀4和直流旋阀6打开的条件下，开启单向自吸泵3；

4)通过温度计5记录实验用水的温度，调节直流旋阀6和回流旋阀4的流水量，使实验水在流过实验件11时产生的压力逐渐递增并保持在0～220kPa；

5)打开氙灯9、LED强光灯8和LED弱光灯10，其中LED强光灯8和LED弱光灯10分别从实验件的两侧后方45°打光，氙灯9从实验件的正后方打光；采用高速摄像机15拍摄不同压力值下的膜片的变形图像，并将图像信息保存到计算机16中；

6)利用计算机软件对不同压力值下的图像进行分析处理，采用计算机软件提供的标定方法，根据公式α/β＝δ/h，计算出不同压力下，所拍摄的照片中弹性膜片的变形量，即得到压力补偿灌水器在不同压力值的膜片变形量。；其中，h为实验件的腔内补偿高度，对应的是δpixels，弹性膜片的变形标定高度pixels为α，弹性膜片的实际变形量为β。

7)最后通过图形打印机14将不用压力值下摆设的照片输出。