[發明專利]一種具有可控水平空間變異性的邊坡降雨裝置及其方法

有效

• 申請號: 202110685014.1
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113447637B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 李兆鋒;陳銳;泰培;肖儀清;柳成蔭;胡文彪
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01F1/00
• 代理公司: 深圳市添源知識產權代理事務所(普通合伙) 44451
• 代理人: 于標

1.一種具有可控水平空間變異性的邊坡降雨裝置，其特征在于，包括供水系統、過濾系統、輸水系統、降雨系統、控制雨滴噴頭降雨的電壓控制系統，所述降雨系統包括降雨盤、多個雨滴噴頭，所述供水系統通過輸水系統連通到降雨盤，所述過濾系統設置在供水系統的出水處，所述過濾系統的濾網孔徑小于或等于雨滴噴頭的孔徑，所述降雨盤位于待測邊坡試驗箱的上方，多個所述雨滴噴頭連接在降雨盤上，所述雨滴噴頭上設有壓電形變元件，多個所述雨滴噴頭的壓電形變元件連接電壓控制系統，所述電壓控制系統控制雨滴噴頭噴出水平方向頻率和大小不同的雨滴；

所述雨滴噴頭包括可形變的噴管、水膜，所述噴管的末端設有噴嘴，所述壓電形變元件包裹在噴管的外壁上，所述噴嘴為沿著噴管向出水口逐漸收攏的結構，所述水膜連接在噴嘴的出水口處；

所述電壓控制系統包括電壓益增控制電路板、半正弦電壓發生器和控制終端，所述控制終端連接半正弦電壓發生器, 多個所述雨滴噴頭的壓電形變元件通過電壓益增控制電路板接入半正弦電壓發生器。

2.根據權利要求1所述具有可控水平空間變異性的邊坡降雨裝置，其特征在于，所述降雨系統包括鉸接球，所述降雨盤通過鉸接球連接輸水系統，所述鉸接球為中空且兩端設有開口的結構。

3.根據權利要求1所述具有可控水平空間變異性的邊坡降雨裝置，其特征在于，所述供水系統包括供水箱，所述輸水系統包括水泵、輸水管、第一水閥、第二水閥、流量計，所述輸水管一端連接供水箱、其另一端連接降雨盤，所述水泵連接在輸水管上，所述第一水閥連接在水泵和降雨盤之間的輸水管上，所述第二水閥連接在供水箱和水泵之間的輸水管上，所述流量計連接在第一水閥和降雨盤之間的輸水管上。

4.根據權利要求3所述具有可控水平空間變異性的邊坡降雨裝置，其特征在于，包括調節輸水管高度的升降支架，所述輸水管固定在升降支架上。

5.一種具有可控水平空間變異性的邊坡降雨方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1.在進行邊坡降雨試驗前，先連接好各結構部件，并進行檢測密封性及各結構部件的工作狀態；

S2.控制終端通過半正弦電壓發生器和電壓益增控制電路板，驅動壓電形變元件發生形變將水以雨滴的形式擠出雨滴噴頭；具體包括：

S21.試驗過程中，雨滴噴頭內始終充滿水，控制終端調節半正弦電壓發生器輸出半正弦波，并通過電壓益增控制電路板傳遞給壓電形變元件，施加電壓并達到閾值時，壓電形變元件產生變形，變形的程度與電壓大小成正比，當電壓達到極值時，壓電形變元件變形達到最大，對噴頭內的水產生壓力，將水以雨滴的形式擠出；

S22.雨滴恰好從噴嘴分離時，電壓降為零，壓電形變元件立刻回到未變形的初始自然狀態，雨滴噴頭出口處水膜的表面張力防止水流出，即防止雨滴形成；

S3.控制終端控制半正弦電壓發生器輸出不同的電壓參數，控制調節雨滴噴頭的降雨參數；具體包括：

S31.控制終端調節電壓發生器輸出電壓的大小，壓電形變元件獲得不同的位移分辨率，產生不同的變形，進而控制噴出的雨滴大??；

S32.控制終端調節電壓發生器輸出電壓的頻率，通過控制壓電形變元件來控制降雨頻率；

S33.控制終端調節電壓發生器輸出電壓的時長，通過控制壓電形變元件來控制降雨時長；

S34.控制終端通過電壓發生器控制指定的壓電形變元件參與工作，調節降雨的雨滴噴頭數量，來控制降雨面積。

6.根據權利要求5所述具有可控水平空間變異性的邊坡降雨方法，其特征在于，所述步驟S1具體包括：

在進行邊坡降雨試驗前，先連接好各結構部件，確保第一水閥、第二水閥、流量計、水泵處于關閉狀態，然后依次打開第二水閥、第一水閥、流量計和水泵，檢查整個裝置是否存在漏水現象以及各設備能否正常工作。