[發明專利]一種兩球間靜動態液橋觀測系統及方法

在審

• 申請號: 202110283953.3
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN112986059A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 鞠磊;李家園;李云鵬;楊洲;王鑫
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種兩球間靜動態液橋觀測系統，其特征在于：包括懸臂梁、上球形顆粒、下球形顆粒、激光位移數據采集系統和高速攝像圖像采集系統；所述的懸臂梁一端固定在減震試驗臺上；所述的下球形顆粒固定在懸臂梁的自由端邊緣中心處；所述的上球形顆粒通過三自由度絲杠系統布置在下球形顆粒上方；所述的激光位移數據采集系統包括激光測距傳感器；所述的激光測距傳感器布置在懸臂梁下方，激光光點對準懸臂梁自由邊緣中點處；所述的高速攝像圖像采集系統包括高速攝像機和工業相機；所述的高速攝像機安裝在可調高度的相機支架上，視野范圍對準上球形顆粒和下球形顆粒，用于記錄兩球間液橋形成、拉伸、斷裂的完整過程；所述的工業相機安裝在減震試驗臺上，視野界面準心位于上球形顆粒和下球形顆粒的間隙中點，用于兩球對心；所述的工業相機的視野方向與高速攝像機的視野方向垂直。

2.根據權利要求1所述的一種兩球間靜動態液橋觀測系統，其特征在于：所述的下球形顆粒通過透明硬質膠條固定在懸臂梁的自由端邊緣中心處。

3.根據權利要求1或2所述的一種兩球間靜動態液橋觀測系統，其特征在于：所述的三自由度絲杠系統由三組絲杠裝置組成；所述的絲杠裝置包括底座，在底座頂面左右兩端設有支撐板，在兩塊支撐板之間安裝有絲杠，在絲杠上安裝有絲杠位移滑塊；第一組絲杠裝置布置在底層；第二組絲杠裝置垂直布置在第一組絲杠裝置的上方，第二組絲杠裝置的底座與第一組絲杠裝置的絲杠位移滑塊連接；第一組絲杠裝置與第二組絲杠裝置的絲杠位移滑塊在水平方向上兩個自由度運動；第三組絲杠裝置的絲杠位移滑塊在豎直方向上運動，第三組絲杠裝置的底座與第二組絲杠裝置的絲杠位移滑塊連接。

4.根據權利要求3所述的一種兩球間靜動態液橋觀測系統，其特征在于：所述的上球形顆粒通過伸長板與第三組絲杠裝置的絲杠位移滑塊連接，上球形顆粒固定在伸長板的自由端，伸長板的另一端固定在第三組絲杠裝置的絲杠位移滑塊上。

5.根據權利要求4所述的一種兩球間靜動態液橋觀測系統，其特征在于：還包括三自由度位移控制系統；所述的三自由度位移控制系統包括電動機、手動位移調節轉輪和位移控制箱；所述的電動機設置在第三組絲杠裝置上，用于自動控制上球形顆粒在垂向自由度的位移；所述的位移控制箱與電動機連接；所述的手動位移調節轉輪安裝在第一組絲杠裝置與第二組絲杠裝置上，用于手動調節上球形顆粒在水平方向上兩個自由度的位移。

6.一種兩球間靜動態液橋觀測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：搭建兩球間靜動態液橋觀測系統；

所述的兩球間靜動態液橋觀測系統包括懸臂梁、上球形顆粒、下球形顆粒、激光位移數據采集系統、高速攝像圖像采集系統和三自由度位移控制系統；所述的懸臂梁一端固定在減震試驗臺上；所述的下球形顆粒固定在懸臂梁的自由端邊緣中心處；所述的上球形顆粒通過三自由度絲杠系統布置在下球形顆粒上方；所述的激光位移數據采集系統包括激光測距傳感器；所述的激光測距傳感器布置在懸臂梁下方，激光光點對準懸臂梁自由邊緣中點處；所述的高速攝像圖像采集系統包括高速攝像機和工業相機；所述的高速攝像機安裝在可調高度的相機支架上，視野范圍對準上球形顆粒和下球形顆粒，用于記錄兩球間液橋形成、拉伸、斷裂的完整過程；所述的工業相機安裝在減震試驗臺上，視野界面準心位于上球形顆粒和下球形顆粒的間隙中點，用于兩球對心；所述的工業相機的視野方向與高速攝像機的視野方向垂直；所述的三自由度位移控制系統包括電動機和位移控制箱；所述的上球形顆粒在垂向自由度的位移由電動機自動控制；所述的位移控制箱與電動機連接；所述的上球形顆粒在水平方向上兩個自由度的位移由手動調節；

步驟2：通過三自由度位移控制系統調節上球形顆粒的位置，觀察工業相機和高速攝像機的顯示界面，使上球形顆粒與下球形顆粒對心；

步驟3：將位移控制箱設置為步進模式，設置步進距離，執行步驟4至步驟6進行靜態液橋力的測量；將位移控制箱設置為連續運動模式，輸入拉伸速度，執行步驟4至步驟6進行動態液橋力的測量；

步驟4：通過位移控制箱控制電動機使上球形顆粒接近下球形顆粒，通過移液器在下球形顆粒的球冠最高點處添加液體，繼續下降上球形顆粒直至兩球間距為零，記錄此時激光測距傳感器的度數為初始點；

步驟5：通過位移控制箱控制電動機使上球形顆粒遠離下球形顆粒，拉伸液橋直至斷裂，整個過程中激光測距傳感器記錄懸臂梁撓度，高速攝像機拍攝記錄整個液橋拉伸拉斷過程；

步驟6：通過激光測距傳感器記錄的懸臂梁撓度，間接計算實時液橋力的數值大小；通過高速攝像機拍攝記錄的兩球間液橋形成、拉伸、斷裂的全過程，進行圖像處理得到液橋液橋形貌特性參數。