本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)植物保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種霧滴發(fā)生裝置及方法。

背景技術(shù)：

化學(xué)防治是農(nóng)作物病蟲害防治的主要手段，但農(nóng)藥的大規(guī)模使用，不僅對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生藥害，而且對(duì)環(huán)境也造成了嚴(yán)重危害。因此，高效減施是農(nóng)業(yè)植物保護(hù)技術(shù)的發(fā)展方向，其中農(nóng)藥霧滴的飄移沉積過程是高效減施的研究重點(diǎn)，而霧滴粒徑的隨機(jī)性對(duì)試驗(yàn)研究的可重復(fù)性有很大影響，難以總結(jié)科學(xué)規(guī)律。

植保噴霧的霧滴粒徑大多在300μm以下，航空噴霧甚至在100μm以下，傳統(tǒng)噴霧裝置一次噴霧量大，霧滴數(shù)量多，粒徑隨機(jī)分布，用于科學(xué)研究時(shí)，只能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)研究，難以開展針對(duì)霧滴的運(yùn)動(dòng)特性以及飄移沉積的物理過程研究。

現(xiàn)有的植保技術(shù)研究領(lǐng)域的霧滴生成技術(shù)，大多采用注射方法。該方法存在的問題：水從固體表面分離，主要受表面張力、重力和周圍空氣流動(dòng)曳力的影響，表面張力受固體的材質(zhì)、粗糙度、溫度的影響較大，一般分離時(shí)粒徑較大，難以滿足試驗(yàn)要求，并且粒徑也有一定的隨機(jī)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種霧滴發(fā)生裝置及方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種霧滴發(fā)生裝置，其特征在于，包括：發(fā)射端、反射端、成像裝置、發(fā)光背板和超聲信號(hào)發(fā)生器；所述發(fā)射端與超聲信號(hào)發(fā)生器相連，垂直向下發(fā)射超聲波；所述反射端與發(fā)射端垂直相對(duì)設(shè)置，用于反射從發(fā)射端發(fā)射的超聲波，發(fā)射端和反射端之間的空間形成霧滴懸浮區(qū)；所述成像裝置設(shè)置在霧滴懸浮區(qū)的水平側(cè)，對(duì)霧滴進(jìn)行實(shí)時(shí)成像；所述發(fā)光背板與成像裝置水平相對(duì)設(shè)置，用于提供成像照明；所述霧滴懸浮區(qū)的一側(cè)還設(shè)有輔助蒸發(fā)系統(tǒng)，用于加速霧滴的蒸發(fā)。

為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體措施還包括：

所述成像裝置包括顯微鏡組和CCD傳感器。

所述輔助蒸發(fā)系統(tǒng)包括吹風(fēng)裝置和加熱裝置。

所述反射端包括碗形開孔上蓋、第一閉合片、第二閉合片、轉(zhuǎn)盤、同步帶、底座和電機(jī)；所述上蓋具有圓弧形上表面，中心設(shè)有上蓋通孔，上蓋下部設(shè)有位于同一水平面的第一閉合片和第二閉合片；所述第一閉合片和第二閉合片為大小結(jié)構(gòu)相同的兩塊半圓形片，底部均安裝在轉(zhuǎn)盤上；所述轉(zhuǎn)盤呈圓形，中心設(shè)有轉(zhuǎn)盤通孔，轉(zhuǎn)盤的圓周外側(cè)套設(shè)有同步帶；所述同步帶安裝在底座上，底座中心設(shè)有底座通孔，同步帶與電機(jī)相連；其中，所述第一閉合片和第二閉合片在閉合時(shí)拼接成圓，覆蓋轉(zhuǎn)盤通孔，在打開時(shí)第一閉合片和第二閉合片相互分離，露出轉(zhuǎn)盤通孔，所述上蓋通孔、轉(zhuǎn)盤通孔和底座通孔同軸設(shè)置。

所述第一閉合片和第二閉合片上表面分別固定有結(jié)構(gòu)相同的第一轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱和第二轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱，第一轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱和第二轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱均與上蓋鉸接；所述第一閉合片和第二閉合片下表面分別固定有結(jié)構(gòu)相同的第一滑動(dòng)圓柱和第二滑動(dòng)圓柱，所述轉(zhuǎn)盤上表面設(shè)有與第一滑動(dòng)圓柱的滑動(dòng)軌跡相適配的第一滑槽和與第二滑動(dòng)圓柱的滑動(dòng)軌跡相適配的第二滑槽；所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)同步帶傳動(dòng)，同步帶帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，使得第一滑動(dòng)圓柱和第二滑動(dòng)圓柱分別在第一滑槽和第二滑槽中滑動(dòng)，從而帶動(dòng)第一轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱和第二轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)第一閉合片和第二閉合片的打開和閉合。

此外，還提出了一種采用上述霧滴發(fā)生裝置的霧滴發(fā)生方法：

開啟超聲信號(hào)發(fā)生器，調(diào)節(jié)發(fā)射端和反射端之間的距離，在霧滴懸浮區(qū)形成駐波聲場(chǎng)；

利用注射器朝霧滴懸浮區(qū)推注霧滴，待霧滴穩(wěn)定懸浮在霧滴懸浮區(qū)中，打開輔助蒸發(fā)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)霧滴的蒸發(fā)速率；

通過成像裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)霧滴的粒徑大小，當(dāng)霧滴粒徑達(dá)到指定大小時(shí)，開啟電機(jī)，打開第一閉合片和第二閉合片，關(guān)閉輔助蒸發(fā)系統(tǒng)和發(fā)射端,釋放霧滴，霧滴依次經(jīng)過上蓋通孔、轉(zhuǎn)盤通孔和底座通孔后進(jìn)行收集。

進(jìn)一步地，通過控制風(fēng)速和溫度來調(diào)節(jié)霧滴的蒸發(fā)速率，蒸發(fā)速率其中ω是風(fēng)速，f(ω)是風(fēng)速函數(shù)，為馬格努斯飽和水氣壓公式，e₀是0℃時(shí)的飽和水汽壓，e₀＝6.11hpa，t為溫度，a＝7.5，b＝237.3，RH為相對(duì)濕度，p為當(dāng)前氣壓。

本發(fā)明的有益效果是：采用無容器蒸發(fā)方法，把注射器推注的較大霧滴進(jìn)行超聲波懸浮，通過圖像處理方法監(jiān)測(cè)粒徑并且采用加速蒸發(fā)方法縮小粒徑，能有效獲取指定粒徑的霧滴。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的局部立體圖。

圖3是本發(fā)明的局部俯視圖。

圖4是本發(fā)明反射端的示意圖。

圖5是本發(fā)明第一閉合片和第二閉合片閉合狀態(tài)的示意圖。

圖6是本發(fā)明第一閉合片和第二閉合片打開狀態(tài)的示意圖。

圖7是本發(fā)明的工作流程圖。

附圖標(biāo)記如下：發(fā)射端1、反射端2、上蓋21、上蓋通孔21-1、第一閉合片22、第一轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱22-1、第一滑動(dòng)圓柱22-2、第二閉合片23、第二轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱23-1、第二滑動(dòng)圓柱23-2、轉(zhuǎn)盤24、第一滑槽24-1、第二滑槽24-2、轉(zhuǎn)盤通孔24-3、同步帶25、底座26、底座通孔26-1、成像裝置3、發(fā)光背板4、超聲信號(hào)發(fā)生器5、輔助蒸發(fā)系統(tǒng)6、吹風(fēng)裝置61、加熱裝置62、霧滴懸浮區(qū)7。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如圖1-3所示，霧滴發(fā)生裝置包括發(fā)射端1、反射端2、成像裝置3、發(fā)光背板4、超聲信號(hào)發(fā)生器5、輔助蒸發(fā)系統(tǒng)6和驅(qū)動(dòng)電源。

發(fā)射端1(超聲壓電換能器)與超聲信號(hào)發(fā)生器5相連，垂直向下發(fā)射超聲波，反射端2設(shè)置在發(fā)射端1的垂直相對(duì)位，用于反射從發(fā)射端1發(fā)射出的超聲波，發(fā)射端1和反射端2之間的空間形成霧滴懸浮區(qū)7。此處利用了超聲波懸浮技術(shù)，即聲懸浮技術(shù)，根據(jù)原理不同可分為駐波懸浮技術(shù)(Standing Wave Levitation)和近場(chǎng)懸浮技術(shù)(Near Field Levitation)，本發(fā)明具體采用的是駐波懸浮技術(shù)。駐波懸浮是利用在超聲換能器輻射面和反射面中間形成的高強(qiáng)駐波聲場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)小顆粒物體的懸浮。駐波懸浮系統(tǒng)中除了驅(qū)動(dòng)電源、超聲信號(hào)發(fā)生器5、發(fā)射端1之外，還需在末端加入一個(gè)反射端2，使得超聲波能夠反射回去。當(dāng)反射端2與發(fā)射端1之間的距離為1/2波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，發(fā)射端1所發(fā)射出的超聲波，與反射端2反射回去的超聲波會(huì)相互疊加形成駐波。在駐波的波節(jié)處，兩側(cè)聲壓方向相反，聲壓作用在超聲駐波聲場(chǎng)中的物體，便可實(shí)現(xiàn)懸浮物體在波節(jié)處的懸浮。理論上懸浮物體可以穩(wěn)定的懸浮在波節(jié)處，但在實(shí)際的懸浮過程中，考慮到懸浮物體的重力作用以及懸浮物體外形的影響，實(shí)際懸浮位置會(huì)略微下降。相比其他懸浮技術(shù)，駐波懸浮中駐波聲場(chǎng)形成后，懸浮位置相對(duì)固定，具有較高的水平穩(wěn)定性和懸浮位置精度。

霧滴懸浮區(qū)7的水平側(cè)設(shè)置有成像裝置3，成像裝置3包括顯微鏡組和CCD傳感器，用于對(duì)霧滴進(jìn)行實(shí)時(shí)成像，并通過圖像處理方法監(jiān)測(cè)霧滴的粒徑大小。與成像裝置3水平相對(duì)的另一側(cè)設(shè)有發(fā)光背板4，用于提供成像照明。

霧滴懸浮區(qū)7的一側(cè)還設(shè)有輔助蒸發(fā)系統(tǒng)6，輔助蒸發(fā)系統(tǒng)6包括吹風(fēng)裝置61和加熱裝置62，用于加速霧滴的蒸發(fā)。在蒸發(fā)的過程中:

馬格努斯飽和水汽壓公式：

$e_{sw}=e_0\·{10}^{\frac{at}{b+t}}$

該公式為經(jīng)驗(yàn)公式，式中e_sw為水面溫度下的飽和水汽壓，單位為hpa；e₀為0℃時(shí)的飽和水汽壓，e₀＝6.11hpa，t為溫度，單位為℃；對(duì)于水面來說，一般a＝7.5，b＝237.3。

道爾頓蒸發(fā)定律：

$W=f\left(\mathrm{\ω}\right)\frac{e_{sw}-e}{p}$

式中W為水面蒸發(fā)速率；ω是風(fēng)速，f(ω)為風(fēng)速函數(shù)，風(fēng)速函數(shù)可采用現(xiàn)有技術(shù)中常用的形式，如f(ω)＝A+Bω等，風(fēng)速函數(shù)需標(biāo)定得出；e_sw-e為空氣飽和差，e_sw為水面溫度下的飽和水汽壓，e為水面空氣當(dāng)前的實(shí)際水汽壓；p為當(dāng)前氣壓。

此外：

e＝e_sw·RH

式中RH為相對(duì)濕度。

綜合以上三個(gè)公式，可以得出蒸發(fā)速率為：

$W=f\left(\mathrm{\ω}\right)\frac{e_0\·{10}^{\frac{at}{b+t}}\·(1-RH)}{p}$

因此，蒸發(fā)速率與風(fēng)速、溫度成正比，與相對(duì)濕度和氣壓成反比。

如圖4所示，反射端1包括碗形開孔上蓋21、第一閉合片22、第二閉合片23、轉(zhuǎn)盤24、同步帶25、底座26和電機(jī)27。上蓋21具有圓弧形上表面，呈內(nèi)凹狀，中心設(shè)有上蓋通孔21-1，使得霧滴落入上蓋21時(shí)能夠流入上蓋通孔21-1，上蓋21下部設(shè)有位于同一水平面的第一閉合片22和第二閉合片23。第一閉合片22和第二閉合片23為大小結(jié)構(gòu)相同的兩塊半圓形片，底部均安裝在轉(zhuǎn)盤24上。轉(zhuǎn)盤24呈圓形，中心設(shè)有轉(zhuǎn)盤通孔24-3，轉(zhuǎn)盤24的圓周外側(cè)套設(shè)有同步帶25。同步帶25安裝在底座26上，底座26中心設(shè)有底座通孔26-1，同步帶25與電機(jī)27相連。其中，第一閉合片22和第二閉合片23在閉合時(shí)拼接成圓，覆蓋轉(zhuǎn)盤通孔24-3，在打開時(shí)第一閉合片22和第二閉合片23相互分離，露出轉(zhuǎn)盤通孔24-3，上蓋通孔21-1、轉(zhuǎn)盤通孔24-3和底座通孔26-1同軸設(shè)置，使得霧滴在收集過程中依次通過上蓋通孔21-1、轉(zhuǎn)盤通孔24-3和底座通孔26-1，不會(huì)受到阻擋。

閉合片的具體結(jié)構(gòu)參照?qǐng)D5-6，第一閉合片22和第二閉合片23上表面分別固定有結(jié)構(gòu)相同的第一轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱22-1和第二轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱23-1，第一閉合片22和第二閉合片23在閉合時(shí)拼接形成一個(gè)完整的圓，而第一轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱22-1和第二轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱23-1分別安裝在拼接線(即直徑)的兩端，第一轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱22-1和第二轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱23-1的另一端均與上蓋21鉸接，能夠轉(zhuǎn)動(dòng)但不可移動(dòng)，使得第一閉合片22和第二閉合片23能夠分別圍繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱22-1和第二轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱23-1在同一平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。

第一閉合片22和第二閉合片23的下表面分別固定有結(jié)構(gòu)相同的第一滑動(dòng)圓柱22-2和第二滑動(dòng)圓柱23-2，第一滑動(dòng)圓柱22-2和第二滑動(dòng)圓柱23-2分別安裝在第一閉合片22和第二閉合片23的圓弧附近，轉(zhuǎn)盤24上表面設(shè)有分別與第一滑動(dòng)圓柱22-2和第二滑動(dòng)圓柱23-2相適配的第一滑槽24-1和第二滑槽24-2，使得第一滑動(dòng)圓柱22-2能夠在第一滑槽24-1中滑動(dòng)，第二滑動(dòng)圓柱23-2能夠在第二滑槽24-2中滑動(dòng)。

在工作時(shí)，電機(jī)27驅(qū)動(dòng)同步帶25傳動(dòng)，同步帶25帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤24的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤24的轉(zhuǎn)動(dòng)使得第一滑動(dòng)圓柱22-2和第二滑動(dòng)圓柱23-2分別在第一滑槽24-1和第二滑槽24-2中產(chǎn)生滑動(dòng)，從而帶動(dòng)第一轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱22-1和第二轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱23-1的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)第一閉合片22和第二閉合片23的打開和閉合。圖5-6中轉(zhuǎn)盤24在一定角度范圍內(nèi)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)第一閉合片22和第二閉合片23旋轉(zhuǎn)打開；相應(yīng)地，轉(zhuǎn)盤24順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以帶動(dòng)第一閉合片22和第二閉合片23旋轉(zhuǎn)閉合。

如圖7所示，在霧滴發(fā)生過程中，首先開啟超聲信號(hào)發(fā)生器5，調(diào)節(jié)發(fā)射端1和反射端2之間的距離，在霧滴懸浮區(qū)7形成駐波聲場(chǎng)。

然后利用注射器朝霧滴懸浮區(qū)7推注霧滴，待霧滴穩(wěn)定懸浮在霧滴懸浮區(qū)7中，打開輔助蒸發(fā)系統(tǒng)6，調(diào)節(jié)霧滴的蒸發(fā)速率。吹風(fēng)裝置61具體可采用經(jīng)標(biāo)定風(fēng)速的微型風(fēng)扇，控制風(fēng)速，緩慢使空氣流動(dòng)，同時(shí)利用加熱裝置62控制溫度，溫度傳感器、濕度傳感器和氣壓傳感器采集當(dāng)前的溫度、濕度和氣壓。綜合以上實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，根據(jù)公式評(píng)估當(dāng)前霧滴蒸發(fā)速率，預(yù)測(cè)霧滴達(dá)到指定粒徑的時(shí)間，并適時(shí)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)加熱裝置溫度、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，從而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)蒸發(fā)速率。當(dāng)霧滴粒徑接近指定大小時(shí)，自動(dòng)降低蒸發(fā)速率，防止蒸發(fā)失控而導(dǎo)致霧滴粒徑過小。

霧滴粒徑由顯微鏡組和CCD傳感器通過圖像處理方法全程監(jiān)測(cè)，當(dāng)霧滴粒徑達(dá)到指定大小時(shí)，立即關(guān)閉輔助蒸發(fā)系統(tǒng)6，開啟電機(jī)27，打開反射端2內(nèi)的第一閉合片22和第二閉合片23，同時(shí)關(guān)閉發(fā)射端1，釋放霧滴，使霧滴依次經(jīng)過上蓋通孔21-1、轉(zhuǎn)盤通孔24-3和底座通孔26-1掉落進(jìn)其他試驗(yàn)裝置內(nèi)，開展后續(xù)的植保試驗(yàn)。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。