一种涡旋产生及检测实验装置的制作方法

本实用新型涉及涡旋实验领域，特别是涉及一种涡旋产生及检测实验装置。

背景技术：

在涡旋研究实验中，通常会使用涡旋产生实验装置来产生涡旋，以便对涡旋的特征进行检测研究。但一般的涡旋产生实验装置仅能产生涡旋，无法对涡旋的特征进行直接检测，就需要通过其他检测装置来对涡旋进行检测，使得实验过程不够便捷。

技术实现要素：

为克服相关技术中存在的问题，本实用新型实施例提供了一种涡旋产生及检测实验装置，解决了现有技术的涡旋发生装置无法对涡旋进行特征检测的技术问题，通过设置涡旋测量组件，实现了能够对涡旋的特征进行检测的技术效果。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供一种涡旋产生及检测实验装置，包括支架、容器、涡旋发生组件和涡旋测量组件；所述支架上设置有第一安装板和第二安装板；所述容器和涡旋发生组件安装于所述第一安装板上，所述涡旋发生组件位于所述容器的底部；所述涡旋测量组件包括控制器和机器视觉模块；所述控制器和机器视觉模块安装于所述第二安装板上，且所述机器视觉模块位于所述容器的上方；所述机器视觉模块与所述控制器电气连接，采集涡旋图像并获得涡旋特征信号，通过所述控制器传输至显示屏显示。

在一个可选的实施例中，所述涡旋测量组件还包括放置于所述容器内的示踪粒子；所述机器视觉模块采集示踪粒子跟随涡旋运动时的图像，获得所述示踪粒子的运动特征信号，通过所述控制器传输至显示器显示。

在一个可选的实施例中所述涡旋测量组件还包括丝杆升降机构、安装于所述丝杆升降机构上的一字激光器和刻度尺。

在一个可选的实施例中，所述涡旋测量组件还包括设置于所述一字激光器上的水平仪。

在一个可选的实施例中，所述涡旋测量组件还包括与所述控制器电气连接的压力传感器和压力显示器；所述压力传感器设置于所述容器的外壁上，所述压力传感器的探头伸入至所述容器内部的液面下方，采集涡旋压力信号通过所述控制器传输至所述压力显示器显示。

在一个可选的实施例中，所述涡旋测量组件还包括与所述显示器电气连接的可移动拍摄设备和图像处理设备；所述可移动拍摄设备获取涡旋正视图像传输至显示器显示，并传输至所述图像处理设备；所述图像处理设备接收所述涡旋正视图像，产生涡旋特征信号传输至显示器显示。

在一个可选的实施例中，所述涡旋发生组件还包括电机基座、电机、磁铁和磁力搅拌子；所述电机基座安装于所述第一安装板上，并位于所述容器的下方；所述电机安装于所述电机基座上；所述磁铁位于所述容器的底部外侧，并与所述电机的输出轴连接；所述磁力搅拌子位于所述容器的底部内侧，并与所述电机的输出轴连接。

在一个可选的实施例中，所述涡旋发生组件还包括与所述电机的控制信号输入端相连接的电机调速器。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述涡旋产生及检测实验装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述涡旋产生及检测实验装置的俯视的结构示意图。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本申请实施例提供了一种涡旋产生及检测实验装置，解决了一般的涡旋发生装置无法对涡旋进行特征检测的技术问题，通过设置涡旋测量组件，实现了能够对涡旋特征进行检测的技术效果。

本申请实施例中的技术方案的总体思路如下：

通过涡旋发生组件产生水涡旋，通过控制器、机器视觉模块、可移动拍摄设备、压力传感器、一字激光器等检测组件的配合实现对容器内涡旋的特征检测，使得涡旋研究实验过程更加便捷。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

请参阅图1，其是本实用新型实施例所述涡旋产生及检测实验装置的结构示意图。本实用新型实施例所述涡旋产生及检测实验装置，包括支架10、容器20、涡旋发生组件30、涡旋测量组件40和显示器(图未示)；所述支架10用于承载容器20、涡旋发生组件30和涡旋测量组件40；所述容器20用于装水或者其他能够在外力搅拌下产生涡旋的液体；所述涡旋发生组件30用于搅拌容器20中的水以产生涡旋；所述涡旋测量组件40用于测量涡旋的特征，获取涡旋特征信号并通过显示器显示，以便于实验人员对涡旋的产生以及其特征进行分析研究，无需另外寻求涡旋检测元件，十分方便，提高了涡旋特征检测分析的效率。

所述支架10上下依次设置有第一安装板11和第二安装板12，所述容器20和涡旋发生组件30安装于所述第一安装板11上；所述涡旋测量组件40的部分检测元件安装于所述第二安装板12上。

所述容器20可以为圆桶，其内部装有水，其底部设置有涡旋发生组件30；水在涡旋发生组件30的搅拌力的作用下产生涡旋。

所述涡旋发生组件30位于所述容器20的底部，包括电机基座、电机、磁铁和磁力搅拌子；所述电机基座安装于所述第一安装板11上，并位于所述容器20的下方；所述电机安装于所述电机基座上；所述磁铁安装于所述电机的输出轴上，并位于所述容器20的底部外侧；所述磁力搅拌子与所述电机的输出轴连接，并位于所述容器20底部内侧。具体的，所述电机为12v直流电机；所述磁铁为钕铁硼强力磁铁，放置于电机基座上；所述磁力搅拌子为聚四氟乙烯磁力搅拌子，该搅拌子具有耐腐蚀，润滑性好，与圆桶底部的摩擦因数小等特性；所述磁铁和磁力搅拌子在电机的驱动下旋转产生磁力涡旋。

进一步地，为了观测到不同的涡旋的形态等特征，所述涡旋发生组件30还包括电机调速器31；电机调速器31放置于所述第一安装板上，并与所述电机的输出轴连接，用于调节直流电机转速器以改变脉冲驱动信号的pwm值，从而形成不同的涡旋便于实验观察以及数据的分析。

本涡旋发生组件30产生涡旋的工作原理为：涡旋发生遵循磁的同性相斥、异性相吸定律，直流电机带动外部钕铁硼磁铁基座进行转动，耦合驱动聚四氟乙烯磁力搅拌子进行同步转动，搅拌子搅动容器里液体形成涡旋，通过调节直流电机调速器改变涡旋的大小形状。

请参阅图2，其是本实用新型实施例所述涡旋产生及检测实验装置的俯视的结构示意图。

所述涡旋测量组件40包括控制器41和机器视觉模块42；所述控制器41和机器视觉模块42安装于所述第二安装板12上；所述机器视觉模块42位于所述容器20的上方，并与所述控制器41电气连接；所述机器视觉模块42采集涡旋图像，获得涡旋特征信号通过所述控制器41传输至显示器显示。

为了更直观的进行实验观察，还在第二安装板12上设置有示踪粒子，将示踪粒子系在安装板上，实验中将示踪粒子投入至容器20中，在涡旋产生的同时，示踪粒子跟随涡旋做圆周运动，示踪粒子圆周运动的半径则为涡旋的半径，示踪粒子圆周运动的速度则为涡旋的速度。因此，通过所述机器视觉模块42采集示踪粒子跟随涡旋运动时的图像，获得所述示踪粒子的运动特征信号，通过所述控制器41传输至显示器显示，即可实现对涡旋的特征检测。

所述控制器41可以为stm32系列的单片机，也可以为其他的控制芯片。

所述机器视觉模块42可以为openmv4，用于测量示踪粒子的运动半径以及转速。

进一步地，所述涡旋测量组件40还包括压力传感器43和压力显示器(图未示)；所述压力传感器43设置于所述容器的外壁上，通过导线与所述控制器电气连接，并具有可伸入到容器内部液面下方的传感器探头，以便于采集涡旋压力信号；所述压力显示器安装于所述第二安装板12上，通过导线与所述控制器41电气连接。具体地，在压力传感器43和控制器41之间还设置有前端信号处理电路和a/d转换电路；压力传感器43检测采集示踪粒子受到的涡旋的拉力，并将检测到的拉力转换成电压信号，电压信号经过前端信号处理电路进行准确的线性放大，放大后的模拟电压信号经a/d转换电路转换成数字量传输给控制器，控制器输出压力值信号至所述压力显示器显示出来，以便于直观的看到涡旋作用于示踪粒子的拉力。

所述涡旋测量组件40还包括可移动拍摄设备，用可移动拍摄设备拍摄好涡旋图像，再传入到计算机或者其他图像处理设备上进行坐标化处理，提取涡旋水面线坐标并进行函数拟合，得到涡旋水面线函数方程、曲率变化以及涡旋的特征半径，并通过显示器显示。

所述涡旋测量组件40还包括丝杆升降机构44、安装于所述丝杆升降机构44上的一字激光器45和刻度尺46。具体地，所述丝杆升降机构44安装于容器20外侧，包括两条竖直安装的直线轴承、丝杆光轴和丝杆手轮；所述直线轴承起支撑作用，所述丝杆光轴位于所述两条直线轴承之间，其顶部安装有丝杆手轮，所述一字激光器45通过安装块安装于所述丝杆光轴上，并可在所述丝杆手轮的驱动下上下滑动于所述丝杆光轴上。所述一字激光器45和刻度尺46的设置是为了对涡旋的高度进行测量；所述刻度尺46竖直安装于所述丝杆升降机构44上，用于观测涡旋顶部所在位置，一字激光器45用于向涡旋的底部发射测量信号，以保证能够检测到涡旋底部的高度，将涡旋顶部的读数减去涡旋底部的读数，即可获得涡旋的高度值。

进一步地，为了保证一字激光器45的测量准确度，还在一字激光器45上设置有水平仪，以便检测所述一字激光器是否保持水平，如果发生倾斜，可及时进行调整，从而了保证了涡旋高度测量的准确度。

本实用新型所述的涡旋产生及检测实验装置通过电机驱动磁力搅拌子搅拌产生涡旋，通过电机调速器调整电机的转速以形成不同的涡旋，通过机器视觉模块对涡旋进行拍摄获取涡旋的图像，并对涡旋的图像进行分析处理，得到涡旋的水面线函数方程、曲率变化以及涡旋的特征半径，并将相关的涡旋特征通过显示器显示出来，使得涡旋实验测量更加直观，便捷。另外，还通过压力传感器测量涡旋对示踪粒子产生的拉力，并通过拉力显示器显示出来；还通过一字激光器对涡旋的高度进行测量。

本实用新型所述的涡旋产生及检测实验装置不仅能够产生磁力涡旋，还能够对涡旋进行特征检测，并将涡旋特征信号传输至显示器显示，使实验者直观地查看到涡旋特征数据，给涡旋研究分析实验的开展提供了便利。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。