專利名稱：一種方形噴灑域變量噴頭方形系數(shù)的測(cè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工程測(cè)量方法領(lǐng)域，涉及一種用于農(nóng)田、園林綠地和花卉苗圃等噴頭裝置噴灑域形狀測(cè)定方法，特別涉及一種方形噴灑域變量噴頭方形系數(shù)的測(cè)定方法。
背景技術(shù)：
精確灌溉的核心技術(shù)是能夠開發(fā)出根據(jù)作物或地塊形狀需要在不同位置灌溉不同水量的設(shè)備，除了在噴灌機(jī)上配備有全球定位系統(tǒng)(GPS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)的設(shè)備外，主要包括變量施水灌溉噴頭、控制器和變流量泵。其中最為關(guān)鍵的設(shè)備應(yīng)屬變量施水精確灌溉噴頭，變量噴頭可以根據(jù)作物和地塊形狀的需要自動(dòng)調(diào)節(jié)流量和射程，實(shí)現(xiàn)噴灑域和噴灑量可控，避免地出現(xiàn)重噴、漏噴和界外噴灑等現(xiàn)象，以節(jié)約水資源。
變量噴頭的研究和應(yīng)用已有多年，相繼有許多類型的變量噴頭也多有報(bào)道和專利申請(qǐng)，如中國(guó)專利號(hào)為01265799.9、00257672.4、00215392.0、03218591、96212526.1、98232884.2、03114528.0、03218591.x，美國(guó)專利號(hào)為1637413、2582158、2780488、3952954、3261552、4198001、6079637、4277029，英國(guó)專利號(hào)為2094181A、2094181A，歐洲專利號(hào)為0395230A1等中公開的噴頭可以實(shí)現(xiàn)噴灑域和噴灑量可控，其實(shí)現(xiàn)方式基本都是在原圓形噴灑域噴頭結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上采用一定的噴灑域和噴灑量可控的裝置，實(shí)現(xiàn)變量噴灑。本發(fā)明的發(fā)明人在農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)、農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)等刊物上發(fā)表的文章“仿形噴灑變量施水精確灌溉技術(shù)研究進(jìn)展”(2004年第1期)和“非圓形噴灑域變量施水精確灌溉噴頭研究綜述”(2004年第5期)中對(duì)國(guó)內(nèi)外變量噴頭的結(jié)構(gòu)、工作原理和性能特點(diǎn)做了較為詳盡的論述。
變量噴頭的實(shí)際噴灑域形狀是影響變量噴頭性能的重要因素。以方形噴灑域變量噴頭為例，實(shí)踐中的方形噴灑域噴頭噴灑出來的形狀并不完全為方形，可能會(huì)介于圓形和方形之間。但在上述已公開的專利中，沒有涉及對(duì)變量噴頭噴灑域形狀實(shí)現(xiàn)精度的度量參數(shù)及其測(cè)量方法的研究。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述變量噴頭噴灑域調(diào)控性能測(cè)定方面存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種方形噴灑域變量噴頭方形系數(shù)的測(cè)定方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)方案一種方形噴灑域變量噴頭方形系數(shù)的測(cè)定方法，其特征在于，通過增加射程調(diào)節(jié)器，方形噴灑域變量噴頭的噴灑域的形狀從原來的圓形改變?yōu)榉叫巍Ｍ耆淖兒蟮姆叫螢樵瓐A形的內(nèi)接n方形，n方形頂點(diǎn)方向上的理論射程為原圓形噴頭的射程，n方形邊線中點(diǎn)方向上的理論射程應(yīng)為原圓形噴頭射程的 倍，是n方形噴灑域變量噴頭的理論最短射程，其理論變化量為原圓形噴灑域噴頭射程的 倍。在噴頭噴灑試驗(yàn)中，通過徑向布置雨量筒測(cè)出實(shí)際n方形噴灑域變量噴頭產(chǎn)品的邊線中點(diǎn)方向上實(shí)測(cè)噴頭射程的變化量。用實(shí)測(cè)噴頭射程的變化量與其理論變化量的比值來定義方形系數(shù)，作為衡量噴灑域從圓形轉(zhuǎn)變?yōu)榉叫蔚母淖兂潭?。因此，圓形噴灑域噴頭的方形系數(shù)為0％(即完全沒有改變)，完全n方形噴灑域變量噴頭的方形系數(shù)為100％(即完全改變)。一般地，方形噴灑域變量噴頭產(chǎn)品的方形系數(shù)介于0～100％之間，邊線中點(diǎn)方向上實(shí)測(cè)噴頭射程變化量與其理論變化量越接近，從圓形到方形改變的程度越大，方形系數(shù)值也越大，表明越接近方形。
本發(fā)明的方法測(cè)定出的方形噴灑域變量噴頭方形系數(shù)可以清楚地描述噴灑域的形狀從原來的圓形改變?yōu)榉叫蔚母淖兂潭龋怀龇叫螄姙⒂蚺c圓形噴灑域的對(duì)比效果，提高方形系數(shù)在實(shí)踐應(yīng)用中的實(shí)用性、可操作性和直觀性。


圖1是正方形噴灑域變量噴頭方形系數(shù)測(cè)定方法示意圖。圖中的圓為原噴頭噴灑域形狀，內(nèi)接正方形ABCD為正方形噴灑域變量噴頭理論噴灑域形狀。OF為原圓形噴頭射程，也是正方形噴灑域變量噴頭頂點(diǎn)方向上的噴頭射程，OF＝OG。OE為正方形噴灑域變量噴頭邊線中點(diǎn)方向上的理論射程。變量噴頭的射程調(diào)節(jié)器使噴頭的噴灑域的形狀從原來的圓形改變?yōu)檎叫蜛BCD，實(shí)際上是使弧 轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€段DGC。
圖2和圖3分別為本發(fā)明實(shí)施實(shí)例的正方形噴灑域變量噴頭三維水量分布圖和等值線圖，用于證明本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)性和準(zhǔn)確性。
下面結(jié)合附圖和發(fā)明人完成的具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，本發(fā)明是一種方形噴灑域變量噴頭方形系數(shù)的測(cè)定方法，該方法的步驟包括步驟1徑向布置雨量筒以噴頭位置為中心點(diǎn)，方形噴灑域變量噴頭邊線中點(diǎn)和中心點(diǎn)的連線方向上徑向布置雨量筒。n方形噴灑域變量噴頭需要布置，n條徑向線，圖1為正方形噴灑域變量噴頭，因此在OG、OH、OI和OJ四個(gè)方向布置四條徑向線。
步驟2測(cè)量噴頭最短射程進(jìn)行噴灑試驗(yàn)，噴灑完畢后讀出最短射程方向上徑向布置的雨量筒的水深值，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)確定出變量噴頭的射程。n方形噴灑域變量噴頭的最短射程分別為ri(i＝1，2，...，n)。對(duì)于圖1中正方形噴灑域變量噴頭，n＝4。
步驟3計(jì)算最短射程的平均值對(duì)于n方形噴灑域變量噴頭，n條徑向線上噴頭實(shí)測(cè)最短射程的平均值為r=1nΣi=1nri,]]>其中ri為第i條徑向線方向上噴頭的實(shí)測(cè)射程。圖1中正方形噴灑域變量噴頭實(shí)測(cè)最短射程的平均值為OG、OH、OI和OJ四個(gè)方向上射程的平均值，即r=14(r1+r2+r3+r4).]]>步驟4確定理論最短射程變量噴頭的理論最短射程為邊線中點(diǎn)至噴頭的距離。對(duì)于n方形噴灑域變量噴頭，其理論最短距離應(yīng)為r0=Rcos(πn).]]>圖1中的正方形噴灑域變量噴頭的理論最短距離為r0=OE‾=Rcos(π4)=22R.]]>步驟5確定理論和實(shí)測(cè)射程變化量變量噴頭的射程變化量分為實(shí)測(cè)變化量和理論變化量。理論射程變化量為原圓形噴灑域噴頭射程與理論最短射程的差值，用Δr0表示。實(shí)測(cè)射程變化量為原圓形噴灑域噴頭射程與實(shí)測(cè)最短射程平均值的差值，用Δr表示。實(shí)測(cè)射程變化量介于O和理論射程變化量之間，即0≤Δr≤Δr0。對(duì)于n方形噴灑域變量噴頭，理論射程變化量為Δr0=R-Rcos(πn),]]>實(shí)測(cè)射程變化量Δr=R-r=R-1nΣi=1nri,]]>其值在 范圍內(nèi)。圖1的正方形噴灑域變量噴頭的理論射程變化量為Δr0=EG‾=2-22R,]]>實(shí)測(cè)射程變化量Δr=R-r=R-14(r1+r2+r3+r4),]]>其值在 范圍內(nèi)。
步驟6計(jì)算方形系數(shù)定義方形系數(shù)為實(shí)測(cè)射程變化量與理論射程變化量的比值，用η表示。對(duì)于n方形噴灑域變量噴頭，方形系數(shù)η=ΔrΔr0×100%,]]>代入最初的噴頭最短射程測(cè)量值，得η=R-1nΣi=1nriR-Rcos(πn)×100%---(1)]]>由上式可知，當(dāng)ri(i＝1，2，...n)＝R時(shí)，η＝0，表示噴灑域?yàn)閳A形，即噴灑域完全沒有改變；當(dāng)ri(i=1,2,...n)Rcosπn]]>時(shí)，η＝100％，表示噴灑域?yàn)檎叫?，即噴灑域完全改變。一般地，方形噴灑域變量噴頭的方形系數(shù)介于0～100％之間，從圓形到方形改變的程度越大，方形系數(shù)值越大，表明越接近方形。
圖1所示的正方形噴灑域變量噴頭的方形系數(shù)可以用下式計(jì)算η=22-2[1-14R(r1+r2+r3+r4)]×100%---(2)]]>圖2和圖3分別為本發(fā)明實(shí)施實(shí)例的正方形噴灑域變量噴頭三維水量分布圖和等值線圖，以證明本發(fā)明方法的可實(shí)現(xiàn)性和準(zhǔn)確性。其測(cè)量對(duì)象是本發(fā)明的發(fā)明人研發(fā)的在原雨鳥30PSH噴頭結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上改裝形成的正方形噴灑域變量噴頭，該噴頭最大射程，即原雨鳥30PSH噴頭的射程R＝18米。表1是采用本發(fā)明測(cè)定方法中所述雨量筒布置方式下下測(cè)出的四條徑向水量分布數(shù)據(jù)，雨量筒按每隔90度等間距布設(shè)，工作壓力為0.3Mpa。
表1 正方形變量噴頭最短射程方向上水量分布數(shù)據(jù)

確定四個(gè)方向上噴頭最短射程都為13米，代入公式(2)，得該變量噴頭的方形系數(shù)η＝94.8％。對(duì)照本實(shí)例實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的三維水量分布圖和等值線圖可知，本發(fā)明的測(cè)定方法可以準(zhǔn)確地測(cè)定出方形噴灑域變量噴頭的方形系數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種方形噴灑域變量噴頭方形系數(shù)的測(cè)定方法，其特征在于，該方法通過增加射程調(diào)節(jié)器，使方形噴灑域變量噴頭的噴灑域的形狀從原來的網(wǎng)形改變?yōu)榉叫?，完全改變后的方形為原圓形的內(nèi)接n方形，n方形頂點(diǎn)方向上的理論射程為原圓形噴頭的射程，n方形邊線中點(diǎn)方向上的理論射程應(yīng)為原圓形噴頭射程的 倍，是n方形噴灑域變量噴頭的理論最短射程，其理論變化量為原圓形噴灑域噴頭射程的 倍；在噴頭噴灑試驗(yàn)中，通過徑向布置雨量筒測(cè)出實(shí)際n方形噴灑域變量噴頭產(chǎn)品的邊線中點(diǎn)方向上實(shí)測(cè)噴頭最短射程變化量的平均值，用實(shí)測(cè)噴頭射程變化量的平均值與其理論變化量的比值來定義方形系數(shù)，作為衡量噴灑域從圓形轉(zhuǎn)變?yōu)榉叫蔚母淖兂潭?；圓形噴灑域噴頭的方形系數(shù)為0％，即完全沒有改變，完全n方形噴灑域變量噴頭的方形系數(shù)為100％，即完全改變；方形噴灑域變量噴頭產(chǎn)品的方形系數(shù)介于0～100％之間，邊線中點(diǎn)方向上實(shí)測(cè)噴頭射程變化量與其理論變化量越接近，從圓形到方形改變的程度越大，方形系數(shù)值也越大，表明越接近方形。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，方形噴灑域變量噴頭方形系數(shù)的測(cè)定方法按下列步驟進(jìn)行步驟1徑向布置雨量筒以噴頭位置為中心點(diǎn)，在方形噴灑域變量噴頭邊線中點(diǎn)和中心點(diǎn)的連線方向上徑向布置雨量筒，n方形噴灑域變量噴頭需要布置n條徑向線；步驟2測(cè)量噴頭最短射程進(jìn)行噴灑試驗(yàn)，噴灑完畢后讀出最短射程方向上徑向布置的雨量筒的水深值，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)確定出變量噴頭的射程；n方形噴灑域變量噴頭的最短射程分別為ri(i＝1，2，…n)；步驟3計(jì)算最短射程的平均值對(duì)于n方形噴灑域變量噴頭，n條徑向線上噴頭實(shí)測(cè)最短射程的平均值為r=1nΣi=1nri,]]>其中ri為第i條徑向線方向上噴頭的實(shí)測(cè)射程；步驟4確定理論最短射程變量噴頭的理論最短射程為邊線中點(diǎn)至噴頭的距離，對(duì)于n方形噴灑域變量噴頭，其理論最短距離應(yīng)為r0=Rcos(πn);]]>步驟5確定理論和實(shí)測(cè)射程變化量變量噴頭的射程變化量分為實(shí)測(cè)變化量和理論變化量，理論射程變化量為原圓形噴灑域噴頭射程與理論最短射程的差值，用Δr0表示；實(shí)測(cè)射程變化量介于0和理論射程變化量之間，即0≤Δr≤Δr0，對(duì)于n方形噴灑域變量噴頭，理論射程變化量為Δr0=R-Rcos(πn),]]>實(shí)測(cè)射程變化量Δr=R-r=R-1nΣi=1nri,]]>其值在 范圍內(nèi)；步驟6計(jì)算方形系數(shù)定義方形系數(shù)為實(shí)測(cè)射程變化量與理論射程變化量的比值，用η表示，對(duì)于n方形噴灑域變量噴頭，方形系數(shù)η=ΔrΔr0×100%,]]>代入最初的噴頭最短射程測(cè)量值，得η=R-1nΣi=1nriR-Rcos(πn)×100%---(1)]]>由上式可知，當(dāng)ri(i＝1，2，…n)＝R時(shí)，η＝0，表示噴灑域?yàn)閳A形，即噴灑域完全沒有改變；當(dāng)ri(i=1,2,...n)=Rcosπn]]>時(shí)，η＝100％，表示噴灑域?yàn)檎叫?，即噴灑域完全改變；方形噴灑域變量噴頭的方形系數(shù)介于0～100％之間，從圓形到方形改變的程度越大，方形系數(shù)值越大，表明越接近方形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種方形噴灑域變量噴頭方形系數(shù)的測(cè)定方法，通過徑向布置雨量筒測(cè)出實(shí)際n方形噴灑域變量噴頭產(chǎn)品的邊線中點(diǎn)方向上實(shí)測(cè)噴頭最短射程的變化量的平均值。用實(shí)測(cè)噴頭射程的變化量的平均值與其理論變化量的比值來定義方形系數(shù)，作為衡量噴灑域從圓形轉(zhuǎn)變?yōu)榉叫蔚母淖兂潭?。方形噴灑域變量噴頭產(chǎn)品的方形系數(shù)介于0～100％之間，邊線中點(diǎn)方向上實(shí)測(cè)噴頭射程變化量與其理論變化量越接近，從圓形到方形改變的程度越大，方形系數(shù)值也越大，表明越接近方形。本發(fā)明的測(cè)定方法能夠清楚地描述噴灑域形狀從原來的圓形改變?yōu)榉叫蔚淖兓潭?，突出了方形噴灑域與圓形噴灑域的對(duì)比效果，提高了方形系數(shù)測(cè)定結(jié)果在實(shí)踐應(yīng)用中的實(shí)用性、可操作性和直觀性。
文檔編號(hào)G01M99/00GK1908616SQ20061010500
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2006年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月15日
發(fā)明者韓文霆, 吳普特, 馮浩, 陳香維, 牛文全, 趙西寧 申請(qǐng)人:西北農(nóng)林科技大學(xué)