一種示蹤粒子投放裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水利測量領(lǐng)域，特別涉及一種示蹤粒子投放裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]大尺度的圖像測速系統(tǒng)(PIV)和粒子跟蹤測速系統(tǒng)(PTV)被廣泛地應(yīng)用于室內(nèi)河工模型試驗(yàn)和野外河流的表面流場測量。表面流場的測量對于研究水力學(xué)及河流動力學(xué)基本理論、精確計(jì)算河流流量和評價(jià)港口橋梁等涉水建筑物安全性等有著重要意義。
[0003]上述系統(tǒng)在水面紋理不清晰或自然漂浮物較少的情況下，需要向水體表面投放示蹤粒子，以便獲得更精確的流場測量效果。常見的水面示蹤粒子為扁平中凸的塑料圓形粒子，尺寸從毫米到厘米不等，跟隨性好。
[0004]目前，示蹤粒子多采用人工投放的方式，該方法投放的示蹤粒子在水面分布不均勻，且耗費(fèi)大量人力，特別不適合需要反復(fù)操作的室內(nèi)模型試驗(yàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為解決應(yīng)用大尺度圖像測速系統(tǒng)進(jìn)行模型試驗(yàn)時(shí)的示蹤粒子投放不均勻的問題，提出了一種示蹤粒子投放裝置，該裝置為采用V型儲物箱和表面有條形凹槽的轉(zhuǎn)軸，在毛刷的梳理下，處于儲物箱內(nèi)的條形凹槽剛好裝載一層示蹤粒子；轉(zhuǎn)軸在電動機(jī)的帶動下旋轉(zhuǎn)，盛有示蹤粒子的條形凹槽旋轉(zhuǎn)一個(gè)條形凹槽的角度后，示蹤粒子自由降落到水面。該裝置可以高效、均勻地投放示蹤粒子。
[0006]本發(fā)明提出的一種示蹤粒子投放裝置，其特征在于，該裝置包括由框架和螺桿組成的承重支架、盛有示蹤粒子下端開口的V型儲物箱、轉(zhuǎn)軸，以及動力系統(tǒng)組成；其中承重支架與V型儲物箱之間通過螺桿相連，用以調(diào)整V型儲物箱的高度，螺桿與V型儲物箱固定焊接；轉(zhuǎn)軸置于儲物箱下端出口處；動力系統(tǒng)驅(qū)動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)示蹤粒子從V型儲物箱下端出口落入流體中。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)效果:
[0008]本發(fā)明可以應(yīng)用于河工模型、圖像測速系統(tǒng)等試驗(yàn)中，高效、均勻地投放示蹤粒子，研究不同尺度水流的表面流場結(jié)構(gòu)。同時(shí)具有以下特點(diǎn):
[0009]1.V型儲物箱可以上下調(diào)整高度，適應(yīng)不同的試驗(yàn)條件；
[0010]2.V型儲物箱底兩側(cè)分別安裝有毛刷和彈性軟管，避免粒子扎堆卡住轉(zhuǎn)軸；
[0011]3.轉(zhuǎn)軸表面沿軸向均勻的分布有條形凹槽，槽深為一個(gè)示蹤粒子的厚度，槽寬略大于一個(gè)示蹤粒子的直徑；
[0012]4.調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速，可以改變投放粒子的疏密程度。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的示蹤粒子投放裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明的承重支架實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；其中(a)為承重支架結(jié)構(gòu)俯視圖，(b)為圖(a)的A-A視圖；
[0015]圖3為本發(fā)明的V型儲物箱橫剖面圖；
[0016]圖4為本發(fā)明的轉(zhuǎn)軸的橫、縱剖面圖，其中(a)為轉(zhuǎn)軸的縱向剖面，(b)為圖(a)轉(zhuǎn)軸的橫向剖面。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明的一種示蹤粒子投放裝置進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0018]本發(fā)明提出的一種示蹤粒子投放裝置實(shí)施例總體結(jié)構(gòu)如圖1，包括由框架和螺桿組成的承重支架1、盛有示蹤粒子下端開口的V型儲物箱2、轉(zhuǎn)軸3，以及動力系統(tǒng)4組成；其中承重支架1與V型儲物箱2之間通過螺桿12相連，用以調(diào)整V型儲物箱的高度，螺桿12與V型儲物箱2固定焊接；轉(zhuǎn)軸3置于儲物箱2下端出口處；動力系統(tǒng)4驅(qū)動轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)示蹤粒子從V型儲物箱2下端出口落入流體中。
[0019]本發(fā)明的采樣裝置各部件的具體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)分別說明如下:
[0020]本裝置的承重支架實(shí)施例結(jié)構(gòu)1由矩形支架11和螺桿12組成，其結(jié)構(gòu)如圖2。矩形支架11由四根不銹鋼角鋼焊接而成，支架11尺寸為200CmX40Cm，支架11四個(gè)角處均連接有一根螺桿12，螺桿12長30cm。螺桿12由上端螺母13_1和下端螺母13_2固定在矩形支架11上，螺桿12下端固定在V型儲物槽2上端。上端螺母13-1的作用是調(diào)整承重支架與V型儲物槽2的相對高度，下端螺母13-2的作用是穩(wěn)定連接，防止晃動。
[0021]本裝置的V型儲物槽實(shí)施例結(jié)構(gòu)2主體由兩塊矩形鋼板21和兩三角形鋼板22組成，其連接方式如圖1，其橫剖面圖如圖3。前后矩形鋼板21與左右三角形鋼板22通過焊接組成上下開口的V型儲物槽；其中前矩形鋼板21-1與后矩形鋼板21-2夾角為60度，矩形鋼板尺寸為200CmX35CmX0.5cm，底端開口間距等于轉(zhuǎn)軸3的半徑。兩矩形鋼板21下端邊緣分別固定有毛刷23和彈性軟管24，其中毛刷23固定在矩形鋼板21-1內(nèi)側(cè)邊，毛刷23底端與轉(zhuǎn)軸3相切，其作用是防止粒子扎堆卡住轉(zhuǎn)軸；彈性軟管固定在另一側(cè)矩形鋼板21-2的下端邊緣，其作用是防止示蹤粒子從鋼板21與轉(zhuǎn)軸3之間的縫隙遺漏。
[0022]本裝置的轉(zhuǎn)軸實(shí)施例結(jié)構(gòu)3由轉(zhuǎn)筒31、主軸32、軸承33和齒輪34組成，其縱向、橫向剖面圖如圖4所示。其中，轉(zhuǎn)筒31套固在主軸32上，其中主軸直徑為5cm，長度為2.05m，轉(zhuǎn)筒直徑為12cm，長度為2m。轉(zhuǎn)筒31表面均勻分布有條形凹槽31_1，凹槽31_1深度為1個(gè)示蹤粒子厚度；軸承33-1、33-2固定在V型儲物槽2兩側(cè)的鋼板22上支撐主軸32 ;齒輪34固定在主軸32罪近動力系統(tǒng)4 一側(cè)的?而頭，用于動力系統(tǒng)4驅(qū)動主軸轉(zhuǎn)動。
[0023]本裝置的動力系統(tǒng)實(shí)施例結(jié)構(gòu)4由電動機(jī)41、齒輪42、鏈條43和操作箱44組成，示意如圖1。電動機(jī)41采用惠斯通公司生產(chǎn)的86BYGHS混合式步進(jìn)電機(jī)，電動機(jī)41的轉(zhuǎn)軸上固定有齒輪42。鏈條43用于電動機(jī)41與轉(zhuǎn)軸的主軸32之間傳動。操作箱44采用惠斯通公司生產(chǎn)的單軸智能控制器，可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)41的正反轉(zhuǎn)和速度可調(diào)，其通過電纜45與電機(jī)41相連。
[0024]本實(shí)施例的具體工作方式如圖1。首先將裝置橫向固定在試驗(yàn)水流入口處，調(diào)整V型儲物箱2至水面以上20cm，向V型儲物槽2中均勻地加入足夠數(shù)量的示蹤粒子。開啟操作箱44，電機(jī)41帶動齒輪42轉(zhuǎn)動，齒輪42通過鏈條43帶動轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)軸3表面的條形凹槽中裝有一層示蹤粒子，隨轉(zhuǎn)軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度后，因重力作用，自由落到水面上。操作過程中，可以根據(jù)試驗(yàn)的需要，通過操作箱44調(diào)整電動機(jī)41的轉(zhuǎn)速，改變粒子分布疏密程度。
[0025]上述實(shí)施例只作為一個(gè)實(shí)際情況制作的裝置，其具體尺寸、用料均不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，各部件的具體尺寸、用料完全可以根據(jù)河工模型、圖像測速系統(tǒng)等試驗(yàn)的具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0026]該發(fā)明具有高效、均勻地投放示蹤粒子的效果，可以應(yīng)用于河工模型、圖像測速系統(tǒng)等試驗(yàn)中，研究不同尺度水流的表面流場結(jié)構(gòu)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種示蹤粒子投放裝置，其特征在于，該裝置包括由框架和螺桿組成的承重支架、盛有示蹤粒子下端開口的V型儲物箱、轉(zhuǎn)軸，以及動力系統(tǒng)組成；其中承重支架與V型儲物箱之間通過螺桿相連，用以調(diào)整V型儲物箱的高度，螺桿與V型儲物箱固定焊接；轉(zhuǎn)軸置于儲物箱下端出口處；動力系統(tǒng)驅(qū)動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)示蹤粒子從V型儲物箱下端出口落入流體中。2.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述V型儲物槽由兩塊矩形鋼板和兩三角形鋼板組成，兩塊矩形鋼板與兩塊三角形鋼板通過焊接組成上下開口的V型儲物槽；其中兩矩形鋼板的夾角為60度，底端開口間距等于轉(zhuǎn)軸的半徑。兩矩形鋼板下端邊緣分別固定有毛刷和彈性軟管，其中毛刷固定在一矩形鋼板內(nèi)側(cè)邊，毛刷底端與轉(zhuǎn)軸相切，彈性軟管固定在另一側(cè)矩形鋼板的下端邊緣。3.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述V型儲物槽由前后矩形鋼板和兩側(cè)的三角形鋼板組成。其中，前后矩形鋼板末端分別固定有毛刷和彈性軟管，毛刷固定在前矩形鋼板內(nèi)側(cè)，底端與轉(zhuǎn)軸相切，其作用是防止粒子扎堆卡住轉(zhuǎn)軸；彈性軟管固定在另一側(cè)矩形鋼板的末端，其作用是防止示蹤粒子從鋼板與轉(zhuǎn)軸之間的縫隙遺漏。4.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)軸由轉(zhuǎn)筒、主軸、軸承和齒輪組成，其中，轉(zhuǎn)筒套固在主軸上，轉(zhuǎn)筒表面均勻分布有條形凹槽，凹槽深度為1個(gè)示蹤粒子厚度；軸承固定在V型儲物槽兩側(cè)的鋼板上支撐主軸；齒輪固定在主軸靠近動力系統(tǒng)一側(cè)的端頭，用于動力系統(tǒng)4驅(qū)動主軸轉(zhuǎn)動。5.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述由電動機(jī)、齒輪、鏈條和操作箱組成，電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸上固定有齒輪，鏈條用于電動機(jī)與轉(zhuǎn)軸的主軸之間傳動；操作箱通過電纜與電機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和速度可調(diào)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種表面流速場測量的示蹤粒子投放裝置，屬于水利測量領(lǐng)域；該裝置包括由框架和螺桿組成的承重支架、盛有示蹤粒子下端開口的V型儲物箱、轉(zhuǎn)軸，以及動力系統(tǒng)組成；其中承重支架與V型儲物箱之間通過螺桿相連，用以調(diào)整V型儲物箱的高度，螺桿與V型儲物箱固定焊接；轉(zhuǎn)軸置于儲物箱下端出口處；動力系統(tǒng)驅(qū)動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)示蹤粒子從V型儲物箱下端出口落入流體中。該裝置可以應(yīng)用于河工模型、圖像測速等試驗(yàn)中，高效、均勻地投放示蹤粒子，以研究不同尺度水流的表面流場結(jié)構(gòu)。
【IPC分類】G01P5/20
【公開號】CN105403729
【申請?zhí)枴緾N201510701456
【發(fā)明人】曹列凱, 任海濤, 白若男, 王興奎
【申請人】清華大學(xué)
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年10月26日