专利名称：一种方形喷洒域变量喷头方形系数的测定方法
技术领域：
本发明属于工程测量方法领域，涉及一种用于农田、园林绿地和花卉苗圃等喷头装置喷洒域形状测定方法，特别涉及一种方形喷洒域变量喷头方形系数的测定方法。
背景技术：
精确灌溉的核心技术是能够开发出根据作物或地块形状需要在不同位置灌溉不同水量的设备，除了在喷灌机上配备有全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)的设备外，主要包括变量施水灌溉喷头、控制器和变流量泵。其中最为关键的设备应属变量施水精确灌溉喷头，变量喷头可以根据作物和地块形状的需要自动调节流量和射程，实现喷洒域和喷洒量可控，避免地出现重喷、漏喷和界外喷洒等现象，以节约水资源。
变量喷头的研究和应用已有多年，相继有许多类型的变量喷头也多有报道和专利申请，如中国专利号为01265799.9、00257672.4、00215392.0、03218591、96212526.1、98232884.2、03114528.0、03218591.x，美国专利号为1637413、2582158、2780488、3952954、3261552、4198001、6079637、4277029，英国专利号为2094181A、2094181A，欧洲专利号为0395230A1等中公开的喷头可以实现喷洒域和喷洒量可控，其实现方式基本都是在原圆形喷洒域喷头结构的基础上采用一定的喷洒域和喷洒量可控的装置，实现变量喷洒。本发明的发明人在农业工程学报、农业机械学报等刊物上发表的文章“仿形喷洒变量施水精确灌溉技术研究进展”(2004年第1期)和“非圆形喷洒域变量施水精确灌溉喷头研究综述”(2004年第5期)中对国内外变量喷头的结构、工作原理和性能特点做了较为详尽的论述。
变量喷头的实际喷洒域形状是影响变量喷头性能的重要因素。以方形喷洒域变量喷头为例，实践中的方形喷洒域喷头喷洒出来的形状并不完全为方形，可能会介于圆形和方形之间。但在上述已公开的专利中，没有涉及对变量喷头喷洒域形状实现精度的度量参数及其测量方法的研究。
发明内容
针对上述变量喷头喷洒域调控性能测定方面存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种方形喷洒域变量喷头方形系数的测定方法。
为了实现上述目的，本发明采取如下的技术方案一种方形喷洒域变量喷头方形系数的测定方法，其特征在于，通过增加射程调节器，方形喷洒域变量喷头的喷洒域的形状从原来的圆形改变为方形。完全改变后的方形为原圆形的内接n方形，n方形顶点方向上的理论射程为原圆形喷头的射程，n方形边线中点方向上的理论射程应为原圆形喷头射程的 倍，是n方形喷洒域变量喷头的理论最短射程，其理论变化量为原圆形喷洒域喷头射程的 倍。在喷头喷洒试验中，通过径向布置雨量筒测出实际n方形喷洒域变量喷头产品的边线中点方向上实测喷头射程的变化量。用实测喷头射程的变化量与其理论变化量的比值来定义方形系数，作为衡量喷洒域从圆形转变为方形的改变程度。因此，圆形喷洒域喷头的方形系数为0％(即完全没有改变)，完全n方形喷洒域变量喷头的方形系数为100％(即完全改变)。一般地，方形喷洒域变量喷头产品的方形系数介于0～100％之间，边线中点方向上实测喷头射程变化量与其理论变化量越接近，从圆形到方形改变的程度越大，方形系数值也越大，表明越接近方形。
本发明的方法测定出的方形喷洒域变量喷头方形系数可以清楚地描述喷洒域的形状从原来的圆形改变为方形的改变程度，突出方形喷洒域与圆形喷洒域的对比效果，提高方形系数在实践应用中的实用性、可操作性和直观性。
图1是正方形喷洒域变量喷头方形系数测定方法示意图。图中的圆为原喷头喷洒域形状，内接正方形ABCD为正方形喷洒域变量喷头理论喷洒域形状。OF为原圆形喷头射程，也是正方形喷洒域变量喷头顶点方向上的喷头射程，OF＝OG。OE为正方形喷洒域变量喷头边线中点方向上的理论射程。变量喷头的射程调节器使喷头的喷洒域的形状从原来的圆形改变为正方形ABCD，实际上是使弧 转变为直线段DGC。
图2和图3分别为本发明实施实例的正方形喷洒域变量喷头三维水量分布图和等值线图，用于证明本发明的可实现性和准确性。
下面结合附图和发明人完成的具体实例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施例方式
参见图1，本发明是一种方形喷洒域变量喷头方形系数的测定方法，该方法的步骤包括步骤1径向布置雨量筒以喷头位置为中心点，方形喷洒域变量喷头边线中点和中心点的连线方向上径向布置雨量筒。n方形喷洒域变量喷头需要布置，n条径向线，图1为正方形喷洒域变量喷头，因此在OG、OH、OI和OJ四个方向布置四条径向线。
步骤2测量喷头最短射程进行喷洒试验，喷洒完毕后读出最短射程方向上径向布置的雨量筒的水深值，依据国家标准确定出变量喷头的射程。n方形喷洒域变量喷头的最短射程分别为ri(i＝1，2，...，n)。对于图1中正方形喷洒域变量喷头，n＝4。
步骤3计算最短射程的平均值对于n方形喷洒域变量喷头，n条径向线上喷头实测最短射程的平均值为r=1nΣi=1nri,]]>其中ri为第i条径向线方向上喷头的实测射程。图1中正方形喷洒域变量喷头实测最短射程的平均值为OG、OH、OI和OJ四个方向上射程的平均值，即r=14(r1+r2+r3+r4).]]>步骤4确定理论最短射程变量喷头的理论最短射程为边线中点至喷头的距离。对于n方形喷洒域变量喷头，其理论最短距离应为r0=Rcos(πn).]]>图1中的正方形喷洒域变量喷头的理论最短距离为r0=OE‾=Rcos(π4)=22R.]]>步骤5确定理论和实测射程变化量变量喷头的射程变化量分为实测变化量和理论变化量。理论射程变化量为原圆形喷洒域喷头射程与理论最短射程的差值，用Δr0表示。实测射程变化量为原圆形喷洒域喷头射程与实测最短射程平均值的差值，用Δr表示。实测射程变化量介于O和理论射程变化量之间，即0≤Δr≤Δr0。对于n方形喷洒域变量喷头，理论射程变化量为Δr0=R-Rcos(πn),]]>实测射程变化量Δr=R-r=R-1nΣi=1nri,]]>其值在 范围内。图1的正方形喷洒域变量喷头的理论射程变化量为Δr0=EG‾=2-22R,]]>实测射程变化量Δr=R-r=R-14(r1+r2+r3+r4),]]>其值在 范围内。
步骤6计算方形系数定义方形系数为实测射程变化量与理论射程变化量的比值，用η表示。对于n方形喷洒域变量喷头，方形系数η=ΔrΔr0×100%,]]>代入最初的喷头最短射程测量值，得η=R-1nΣi=1nriR-Rcos(πn)×100%---(1)]]>由上式可知，当ri(i＝1，2，...n)＝R时，η＝0，表示喷洒域为圆形，即喷洒域完全没有改变；当ri(i=1,2,...n)Rcosπn]]>时，η＝100％，表示喷洒域为正方形，即喷洒域完全改变。一般地，方形喷洒域变量喷头的方形系数介于0～100％之间，从圆形到方形改变的程度越大，方形系数值越大，表明越接近方形。
图1所示的正方形喷洒域变量喷头的方形系数可以用下式计算η=22-2[1-14R(r1+r2+r3+r4)]×100%---(2)]]>图2和图3分别为本发明实施实例的正方形喷洒域变量喷头三维水量分布图和等值线图，以证明本发明方法的可实现性和准确性。其测量对象是本发明的发明人研发的在原雨鸟30PSH喷头结构基础上改装形成的正方形喷洒域变量喷头，该喷头最大射程，即原雨鸟30PSH喷头的射程R＝18米。表1是采用本发明测定方法中所述雨量筒布置方式下下测出的四条径向水量分布数据，雨量筒按每隔90度等间距布设，工作压力为0.3Mpa。
表1 正方形变量喷头最短射程方向上水量分布数据
确定四个方向上喷头最短射程都为13米，代入公式(2)，得该变量喷头的方形系数η＝94.8％。对照本实例实测数据的三维水量分布图和等值线图可知，本发明的测定方法可以准确地测定出方形喷洒域变量喷头的方形系数。
权利要求
1.一种方形喷洒域变量喷头方形系数的测定方法，其特征在于，该方法通过增加射程调节器，使方形喷洒域变量喷头的喷洒域的形状从原来的网形改变为方形，完全改变后的方形为原圆形的内接n方形，n方形顶点方向上的理论射程为原圆形喷头的射程，n方形边线中点方向上的理论射程应为原圆形喷头射程的 倍，是n方形喷洒域变量喷头的理论最短射程，其理论变化量为原圆形喷洒域喷头射程的 倍；在喷头喷洒试验中，通过径向布置雨量筒测出实际n方形喷洒域变量喷头产品的边线中点方向上实测喷头最短射程变化量的平均值，用实测喷头射程变化量的平均值与其理论变化量的比值来定义方形系数，作为衡量喷洒域从圆形转变为方形的改变程度；圆形喷洒域喷头的方形系数为0％，即完全没有改变，完全n方形喷洒域变量喷头的方形系数为100％，即完全改变；方形喷洒域变量喷头产品的方形系数介于0～100％之间，边线中点方向上实测喷头射程变化量与其理论变化量越接近，从圆形到方形改变的程度越大，方形系数值也越大，表明越接近方形。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，方形喷洒域变量喷头方形系数的测定方法按下列步骤进行步骤1径向布置雨量筒以喷头位置为中心点，在方形喷洒域变量喷头边线中点和中心点的连线方向上径向布置雨量筒，n方形喷洒域变量喷头需要布置n条径向线；步骤2测量喷头最短射程进行喷洒试验，喷洒完毕后读出最短射程方向上径向布置的雨量筒的水深值，依据国家标准确定出变量喷头的射程；n方形喷洒域变量喷头的最短射程分别为ri(i＝1，2，…n)；步骤3计算最短射程的平均值对于n方形喷洒域变量喷头，n条径向线上喷头实测最短射程的平均值为r=1nΣi=1nri,]]>其中ri为第i条径向线方向上喷头的实测射程；步骤4确定理论最短射程变量喷头的理论最短射程为边线中点至喷头的距离，对于n方形喷洒域变量喷头，其理论最短距离应为r0=Rcos(πn);]]>步骤5确定理论和实测射程变化量变量喷头的射程变化量分为实测变化量和理论变化量，理论射程变化量为原圆形喷洒域喷头射程与理论最短射程的差值，用Δr0表示；实测射程变化量介于0和理论射程变化量之间，即0≤Δr≤Δr0，对于n方形喷洒域变量喷头，理论射程变化量为Δr0=R-Rcos(πn),]]>实测射程变化量Δr=R-r=R-1nΣi=1nri,]]>其值在 范围内；步骤6计算方形系数定义方形系数为实测射程变化量与理论射程变化量的比值，用η表示，对于n方形喷洒域变量喷头，方形系数η=ΔrΔr0×100%,]]>代入最初的喷头最短射程测量值，得η=R-1nΣi=1nriR-Rcos(πn)×100%---(1)]]>由上式可知，当ri(i＝1，2，…n)＝R时，η＝0，表示喷洒域为圆形，即喷洒域完全没有改变；当ri(i=1,2,...n)=Rcosπn]]>时，η＝100％，表示喷洒域为正方形，即喷洒域完全改变；方形喷洒域变量喷头的方形系数介于0～100％之间，从圆形到方形改变的程度越大，方形系数值越大，表明越接近方形。
全文摘要
本发明公开了一种方形喷洒域变量喷头方形系数的测定方法，通过径向布置雨量筒测出实际n方形喷洒域变量喷头产品的边线中点方向上实测喷头最短射程的变化量的平均值。用实测喷头射程的变化量的平均值与其理论变化量的比值来定义方形系数，作为衡量喷洒域从圆形转变为方形的改变程度。方形喷洒域变量喷头产品的方形系数介于0～100％之间，边线中点方向上实测喷头射程变化量与其理论变化量越接近，从圆形到方形改变的程度越大，方形系数值也越大，表明越接近方形。本发明的测定方法能够清楚地描述喷洒域形状从原来的圆形改变为方形的变化程度，突出了方形喷洒域与圆形喷洒域的对比效果，提高了方形系数测定结果在实践应用中的实用性、可操作性和直观性。
文档编号G01M99/00GK1908616SQ20061010500
公开日2007年2月7日 申请日期2006年8月15日 优先权日2006年8月15日
发明者韩文霆, 吴普特, 冯浩, 陈香维, 牛文全, 赵西宁 申请人:西北农林科技大学