一种过冷表面上水滴结冰的诱导及检测系统的制作方法

1.本技术涉及一种诱导过冷表面上水滴结冰的实验系统；本技术进一步的公开构建的实验研究平台，在密闭环境内能够根据实验设置需求自动提供最优诱导配置方案，且同时可开展实时识别水滴是否发生结冰相变以及检测水滴结冰全过程中多物理参数变化规律的实验研究。


背景技术：

2.在冬季时节或高纬度地区，高空中的雨滴会处在过冷状态下(具体为低于0℃的液态水)，其外观与一般雨滴相同，当与温度低于0℃的物体碰撞时会立即冻结为冰，是一种自然形成的灾害性现象。严重时结冰会压断树木，压倒输电塔、建筑物等，破坏飞行器、风力发电机叶片气动外形等，妨碍公路、铁路交通，危害人类正常生活、生产，威胁民用飞行器安全飞行，因而有效提升受过冷水滴威胁的装备的防冰和除冰效果，对于装备的经济性和安全性有着十分重要的意义，研究过冷水滴结冰的全过程是有效提升防冰和除冰效果的必要前提，开展关于过冷水滴结冰全过程中结冰机理的参数化研究是解决过冷水滴结冰问题的关键步骤，在水滴结冰全过程的四个阶段(过冷阶段、再辉阶段、结冰阶段、冻结阶段)中，针对特定阶段开展实验测试是结冰机理研究的重要内容。而水滴在零度以下的过冷阶段处于亚稳态，极易因产生结冰核或外界干扰而被诱发结冰，导致发生相变进入再辉阶段，为了排除非必要因素给参数化研究带来影响，水滴结冰实验测试常需在密闭、稳定的环境内进行。但是，由于在密闭、稳定环境内，进入再辉阶段的时刻无法精准预测，并且再辉阶段后的结冰阶段发展很快，人工操控装置难以及时准确捕捉实验测试的过程和结果，信息记录不完整，且效率低下，误差不可预知，因此给针对特定阶段的参数化研究带来技术困难。特别是在密闭、稳定环境内开展过冷水滴结冰机理研究时，需要使用一种能够根据输入的实验设置需求自动提供高效诱导过冷水滴迅速发生结冰相变的最优配置方案的科研系统，并且围绕此系统创设一种可以实时识别水滴是否发生结冰相变及检测水滴结冰全过程中多物理参数变化规律的研究平台，目前市场上乃至现有技术都缺乏上述研究平台。


技术实现要素：

3.本技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的需要，提供一种诱导过冷表面上水滴结冰的实验系统，此作为科研系统可使水滴在不同过冷度、浸润性、粗糙度等不同特性表面上的不同体积的水滴受控在预期时段内高效结冰相变，针对特定阶段开展实验测试从而为研究结冰机理创造条件。
4.本技术进一步构建的实验研究平台，在密闭、稳定环境内，利用视觉检测技术开展实时识别水滴是否发生结冰相变及检测水滴结冰全过程中多物理参数变化规律。该研究平台利用高效诱导水滴结冰的科研系统，可使平台内不同过冷度、浸润性、粗糙度等不同特性表面上的不同体积的水滴受控在预期时段内高效结冰相变，运用机器学习方法自主学习、分析、获得“诱导配置—相变发生”间的规律，依托规律进行建模，帮助科研人员方便根据输
入的不同实验设置需求，自动调用模型输出科研系统的最优配置和方案并将其应用于研究平台，以解决目前没有在密闭、稳定环境内能够根据不同实验设置需求高效诱导和识别判断过冷水滴发生结冰相变进而开展结冰全过程中多物理参数变化规律实时检测的研究平台的问题。
5.本发明需要保护的技术方案描述为：
6.一种过冷表面上水滴结冰的诱导及检测系统，其特征在于，包括：水滴生成与制冷系统、诱导水滴结冰系统、视觉采集系统、管理与检测系统；所述水滴生成与制冷系统用于生成过冷水滴；所述管理与检测系统用于管理和控制与之连接的诱导水滴结冰系统、视觉采集系统的工作。
7.所述的过冷表面上水滴结冰的诱导及检测系统，其特征在于，所述诱导水滴结冰系统用于诱导过冷水滴结冰，包括三个子单元中至少一个单元，所述三个子单元为鼓风单元、微粒发生单元和振动激励单元；上述三个单元在水滴生成与制冷系统的配合，以及在控制系统的协调和管理下，可各自独立或同时运行，单独或者任意组合发挥三个子单元用于诱导过冷水滴结冰，创设出多种结冰诱导因子。
8.所述的过冷表面上水滴结冰的诱导及检测系统，其特征在于，其中：所述鼓风单元包括：整流装置(1)、阀门(2)、风机(3)和风洞壳体(4)；整流装置(1)、阀门(2)、风机(3)由从风洞壳体(4)的出口至入口间隔固定安装在风洞壳体(4)内部；所述风机(3)用于鼓风，所述整流装置(1)对气流进行整流；所述风机(3)运转且阀门(2)开启后，气流从风洞壳体(4)入口被吸入，经过整流装置(1)整流，流场品质得到提高进而由风洞壳体(4)出口流出。
9.所述的过冷表面上水滴结冰的诱导及检测系统，其特征在于，其中：所述微粒发生单元包括：冰核形成剂(5)、热电偶(6)、加热线圈(7)、直线轴承电机(8)和直线轴承丝杠(9)；所述直线轴承丝杠(9)为一体中空结构，头部加热段缠绕加热线圈(7)；所述冰核形成剂(5)固定放置于直线轴承丝杠(9)末端处；所述热电偶(6)经直线轴承丝杠(9)中空腔尾部进入，穿过头部加热段直接接触测量末端温度；所述直线轴承电机(8)用于驱动直线轴承丝杠(9)往复直线运动，进而带动冰核形成剂(5)、热电偶(6)、加热线圈(7)往复直线运动。
10.所述的过冷表面上水滴结冰的诱导及检测系统，其特征在于，其中：所述振动激励单元包括激励器(12)，所述激励器(12)直接与制冷台(16)接触，为制冷台(16)提供不同振幅和频率的振源。
11.所述的过冷表面上水滴结冰的诱导及检测系统，其特征在于，其中：所述诱导水滴结冰系统工作：所述鼓风单元制造不同流速的高品质气流，连续不断鼓向过冷水滴，诱发结冰；微粒发生单元将常温下为固态的冰核形成剂(5)加热分解成极细微的微粒，且将其运送至鼓风单元的进风口内，从而向鼓风单元内流动的气流中添加微粒作为过冷水滴的结冰核，诱发结冰；振动激励单元向制冷台(16)提供不同振幅和频率的振源，带动实验板(17)间接激励过冷水滴，诱发结冰。
12.所述的过冷表面上水滴结冰的诱导及检测系统，其特征在于，所述诱导水滴结冰系统的三个单元运行动作受控于管理与检测系统，所述运行动作包括：鼓风单元中阀门(2)的开关、风机(3)的转速、加热线圈(7)的加热功率、直线轴承电机(8)的前伸或后退、热电偶(6)温度值的读取、激励器(12)振幅、频率的控制；当水滴已稳定在过冷状态需要开启所述诱导水滴结冰装置时，所述三个子单元可分别单独运行使用，可三者先后联动运行使用，也
可三者一起同时联动运行使用，可任意两两组合先后联动运行使用，也可任意两两组合一起同时联动运行使用。
13.所述的过冷表面上水滴结冰的诱导及检测系统，其特征在于，所述视觉采集系统用于采集结冰全过程图像数据，包括：相机(13)和光源(15)；所述相机(13)水平预置于与实验板(17)上过冷水滴等高处，光源(15)预置于过冷水滴侧面，角度和高度因测试研究情况而定。
14.所述的过冷表面上水滴结冰的诱导及检测系统，其特征在于，所述管理与检测系统包括：计算机(10)、信号控制器(11)；所述计算机(10)与信号控制器(11)连接，通过信号控制器(11)控制以下设备：阀门(2)、风机(3)、热电偶(6)、加热线圈(7)、直线轴承电机(8)、激励器(12)、相机(13)和光源(15)；所述计算机(10)通过数据线与相机(13)连接，接收图像数据；
15.所述计算机(10)上运行有应用软件，该应用软件包括：输入模块、管理控制模块、采集检测分析模块、存储模块、显示输出模块。
16.所述的过冷表面上水滴结冰的诱导及检测系统，其特征在于，所述输入模块，即对诱导水滴结冰系统运行模式进行诱导配置，对运行参数进行初始设置，以及对视觉采集系统相机(13)的拍摄模式、曝光值、拍摄频率参数进行设置。
17.所述的过冷表面上水滴结冰的诱导及检测系统，其特征在于，所述管理控制模块，包括控制风机(3)的启停、转速和阀门(2)的开闭程序：步骤31，风机(3)接收到启动信号后，风机开始运行，此时风机(3)运行但阀门(2)关闭，鼓风单元整体处于待命状态，无气流被鼓入密封壳体(19)内，进入步骤32；步骤32，当阀门(2)接收到启动信号后快速打开，气流遂经整流装置(1)流入密封壳体(19)内；整流装置(1)将乱流整流成高品质层流，鼓向过冷水滴，提升实验整体准确度；进入步骤33；步骤33，当风机(3)接收到调速信号后，风机改变转速，流入密封壳体(19)内的气流速度得到增大或降低；进入步骤34；步骤34，当阀门(2)接收到关闭信号后快速关闭，流向密封壳体(19)的气流被迅速截停，无气流被鼓入密封壳体(19)内；进入步骤35；步骤35，当风机(3)接收到停止信号后，风机停止运行。
18.所述的过冷表面上水滴结冰的诱导及检测系统，其特征在于，所述管理控制模块，包括控制直线轴承电机(8)的前伸或后退程序：步骤41，当直线轴承电机(8)接收到启动信号后，电机开始运行，驱动直线轴承丝杠(9)沿风洞壳体(4)方向直线运动，连带热电偶(6)、加热线圈(7)一起，将冰核形成剂(5)运送至风洞壳体(4)的进风口内；步骤42，根据热电偶(6)实时监测到的温度控制加热线圈(7)的加热功率，进而使冰核形成剂(5)达到设定的分解温度，进入步骤43；步骤43，当直线轴承8接收到回退信号后，电机开始反向运行，驱动直线轴承丝杠(9)沿反方向直线运动，连带热电偶(6)、加热线圈(7)一起，将冰核形成剂(5)运送出风洞壳体(4)，直至回退至零点位置。
19.所述的过冷表面上水滴结冰的诱导及检测系统，其特征在于，所述管理控制模块，包括控制激励器(12)的启停、振幅、频率程序：步骤51，激励器(12)接收到启动信号后开始向外提供激励源，与其相连接的制冷台(16)受到激励，带动实验板(17)一起振动，间接激励实验板(17)上的过冷水滴；步骤52，激励器(12)接收到调整信号后，改变自身激励动作的振幅、频率，过冷水滴受到的激励振幅、频率得到增大或减小。
20.所述的过冷表面上水滴结冰的诱导及检测系统，其特征在于，所述采集检测分析
模块用于控制采集结冰全过程图像数据，并对获得图像数据进行处理，包括：1)通过信号控制器(11)控制相机(13)、光源(15)，对实验板(17)上的过冷水滴进行拍摄，实时采集其结冰全过程图像；2)运用视觉检测技术对水滴是否发生结冰相变进行识别，并将输入模块中的“诱导配置”对应于检测到的“相变发生”后多物理参数的变化数据，进行拟合并初步分析总结结冰全过程变化规律，进行建模，供科研人员利用。
21.所述的过冷表面上水滴结冰的诱导及检测系统，其特征在于，在不同表面特性的实验板(17)上不同体积过冷水滴结冰的实验测试完成后，以采集到的大量过冷水滴结冰的图像为数据样本，运用机器学习方法自主学习、分析、获得“诱导配置—相变发生”间的规律，依托规律进行建模，并存储于计算机(10)存储模块上；在应用时，平台以输入模块的实验设置参数为输入自动调用存储的模型向三个单元输出最优配置和方案以高效诱发过冷水滴结冰，帮助科研人员方便开展结冰实验研究。
22.有益效果
23.本技术为领域内填补空白。
24.本技术首次提供了一种高效诱导过冷水滴结冰系统。
25.以及首次公开科研平台；创造一个可以帮助科研人员方便在密闭、稳定环境内能够根据实验设置需求自动提供高效诱导不同表面特性表面上的不同体积水滴在预期时段内迅速高效发生结冰相变的最优配置方案的平台，且同时还能开展实时识别水滴是否发生结冰相变及检测水滴结冰全过程中多物理参数变化规律的实验研究。
26.以及首次应用研究平台进行科研方法。
附图说明
27.图1为平台整体示意图。
28.图2为平台原理逻辑框图。
29.图3为鼓风单元控制流程。
30.图4为微粒发生单元控制流程。
31.图5为振动激励单元控制流程。
32.图6为管理与检测系统流程示意图。
33.标记说明：
34.1.整流装置；2.阀门；3.风机；4.风洞壳体；5.冰核形成剂；
35.6.热电偶；7.加热线圈；8.直线轴承电机；9.直线轴承丝杠；
36.10.计算机；11.信号控制器；12.激励器；13.相机；
37.14.循环水浴；15.光源；16.制冷台；17.实验板；
38.18.水滴发生器；19.密封壳体。
具体实施方式
39.下面结合附图和实施例，对本技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本技术,但不用来限制本技术的范围。
40.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可
以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
41.实施例1
42.如图1所示：
43.本实施例1公开一种诱导水滴结冰系统，为一种高效新型的诱导过冷水滴结冰系统，可服务于科研平台的搭建，由三个子单元搭配组合而成，具体包括：鼓风单元、微粒发生单元、振动激励单元；
44.所述鼓风单元由整流装置1、阀门2、风机3、风洞壳体4组成，其中整流装置1、阀门2、风机3由从风洞壳体4的出口至入口以一定间距依次固定安装在风洞壳体4内部，风机3运转且阀门2开启后，气流从风洞壳体4入口被吸入，经过整流装置1整流，流场品质得到提高进而由风洞壳体4出口流出；
45.所述微粒发生单元由冰核形成剂5、热电偶6、加热线圈7、直线轴承电机8、直线轴承丝杠9组成，冰核形成剂5固定放置于直线轴承丝杠9末端处，加热线圈7缠绕在直线轴承丝杠9头部加热段，直线轴承丝杠9为一体中空结构，热电偶6经直线轴承丝杠9中空腔尾部进入，穿过头部加热段直接接触测量末端放置冰核形成剂5处温度，直线轴承电机8运转驱动直线轴承丝杠9进而带动冰核形成剂5、热电偶6、加热线圈7做往复直线前伸或后退运动；
46.所述振动激励单元由激励器12组成，激励器12直接与制冷台16接触，激励器12包括但不限于机械式、电动式、声波式等形式；
47.上述三个单元在水滴生成与制冷系统的配合，以及在控制系统的协调和管理下，可各自独立或同时运行，单独或者任意组合发挥三个子单元用于诱导过冷水滴结冰，创设出多种结冰诱导因子，为后续研究平台的搭建提供硬件基础。
48.在控制系统的协调和管理下，本实施例1诱导水滴结冰系统可各自独立或同时运行：
49.控制所述鼓风单元中阀门2的开关，风机3的转速；和/或
50.控制所述微粒发生单元中加热线圈7的加热功率，直线轴承电机8的前伸或后退，读取热电偶6的温度值；和/或
51.控制所述振动激励单元中激励器12的振幅、频率。
52.本实施例1诱导水滴结冰系统可进一步参与构建实施例2研究平台。
53.实施例2
54.如图1、图2所示，一种过冷表面上水滴结冰的诱导及检测平台，包括：水滴生成与制冷系统、诱导水滴结冰系统、视觉采集系统、管理与检测系统。
55.所述水滴生成与制冷系统用于生成过冷水滴(领域内常规设备和技术)，包括：循环水浴14、制冷台16、实验板17、水滴发生器18和密封壳体19，其中：所述制冷台16置于系统中心位置；实验板17安装于制冷台16上；所述水滴发生器18位于实验板17上方，用于在实验板17上产生单个或多个水滴，同时控制、调节水滴的温度并使其维持在不同过冷温度(具体的，为0℃以下)而不结冰；所述循环水浴14与制冷台16通过两根输水管相连接，并形成闭合回路；通过调节循环水浴14的设定温度来向制冷台16循环提供特定温度的冷却液，进而调节制冷台16至不同温度；所述制冷台16、实验板17、水滴发生器18安装于密封壳体19内部，
所述密封壳体19为水滴创造出密闭、稳定的环境。
56.所述诱导水滴结冰系统用于诱导过冷水滴结冰(领域内原创设备)，包括三个子单元：鼓风单元、微粒发生单元和振动激励单元，其中：所述鼓风单元包括：整流装置1、阀门2、风机3和风洞壳体4；整流装置1、阀门2、风机3由从风洞壳体4的出口至入口间隔固定安装在风洞壳体4内部；所述风机3用于鼓风，所述整流装置1对气流进行整流；所述风机3运转且阀门2开启后，气流从风洞壳体4入口被吸入，经过整流装置1整流，流场品质得到提高进而由风洞壳体4出口流出；所述微粒发生单元包括：冰核形成剂5、热电偶6、加热线圈7、直线轴承电机8和直线轴承丝杠9；所述直线轴承丝杠9为一体中空结构，头部加热段缠绕加热线圈7；所述冰核形成剂5固定放置于直线轴承丝杠9末端处；所述热电偶6经直线轴承丝杠9中空腔尾部进入，穿过头部加热段直接接触测量末端温度；所述直线轴承电机8用于驱动直线轴承丝杠9往复直线运动，进而带动冰核形成剂5、热电偶6、加热线圈7往复直线运动；所述振动激励单元包括激励器12，所述激励器12直接与制冷台16接触，为制冷台16提供不同振幅和频率的振源；激励器12包括但不限于机械式、电动式、声波式等形式。上述诱导水滴结冰系统工作原理：所述鼓风单元制造不同流速的高品质气流，连续不断鼓向过冷水滴，诱发结冰；微粒发生单元将常温下为固态的冰核形成剂5加热分解成极细微(具体为直径在纳米量级)的微粒，且能将其运送至鼓风单元的进风口内，从而可向鼓风单元内流动的气流中添加微粒作为过冷水滴的结冰核，诱发结冰；振动激励单元向制冷台16提供不同振幅和频率的振源，带动实验板17间接激励过冷水滴，诱发结冰；冰核形成剂5可以通过采购获得：举例而非限定如碘化银、溴化银。
57.所述诱导水滴结冰系统的三个单元运行动作受控于管理与检测系统，所述运行动作包括：鼓风单元中阀门2的开关、风机3的转速、加热线圈7的加热功率、直线轴承电机8的前伸或后退、热电偶6温度值的读取、激励器12振幅、频率的控制；当水滴已稳定在过冷状态需要开启所述诱导水滴结冰装置时，所述三个子单元可分别单独运行使用，可三者先后联动运行使用，也可三者一起同时联动运行使用，可任意两两组合先后联动运行使用，也可任意两两组合一起同时联动运行使用，便可利用该装置来自主、高效的诱导过冷水滴结冰，这正是体现了本发明平台的重要科研用途。
58.所述视觉采集系统用于采集结冰全过程图像数据，包括：相机13和光源15；所述相机13水平预置于与实验板17上过冷水滴等高处，光源15预置于过冷水滴侧面，角度和高度因测试研究情况而定。
59.概括的，所述管理与检测系统用于管理和控制与之连接的诱导水滴结冰系统、视觉采集系统的工作；如图6所示。
60.具体的，所述管理与检测系统包括：计算机10、信号控制器11；所述计算机10与信号控制器11连接，通过信号控制器11控制以下设备：阀门2、风机3、热电偶6、加热线圈7、直线轴承电机8、激励器12、相机13和光源15；所述计算机10通过数据线与相机13连接，接收图像数据；
61.所述计算机10上运行有应用软件，该应用软件包括：输入模块、管理控制模块、采集检测分析模块、存储模块、显示输出模块；
62.所述输入模块，即对诱导水滴结冰系统运行模式进行诱导配置，对运行参数进行初始设置，以及对视觉采集系统相机13的拍摄模式、曝光值、拍摄频率等参数进行设置。
63.所述管理控制模块，包括完成：
64.1)管理控制诱导水滴结冰系统中的三个单元：
65.包括控制风机3的启停、转速和阀门2的开闭程序，如图3所示的鼓风单元控制流程：
66.步骤31，风机3接收到启动信号后，风机开始运行，此时风机3运行但阀门2关闭，鼓风单元整体处于待命状态，无气流被鼓入密封壳体19内，进入步骤32；
67.步骤32，当阀门2接收到启动信号后快速打开，气流遂经整流装置1流入密封壳体19内；整流装置1将乱流整流成高品质层流，鼓向过冷水滴，提升实验整体准确度；进入步骤33；
68.步骤33，当风机3接收到调速信号后，风机改变转速，流入密封壳体19内的气流速度得到增大或降低；进入步骤34；
69.步骤34，当阀门2接收到关闭信号后快速关闭，流向密封壳体19的气流被迅速截停，无气流被鼓入密封壳体19内；进入步骤35；
70.步骤35，当风机3接收到停止信号后，风机停止运行。
71.包括控制直线轴承电机8的前伸或后退程序，如图4所示的微粒发生单元控制流程：
72.步骤41，当直线轴承电机8接收到启动信号后，电机开始运行，驱动直线轴承丝杠9沿风洞壳体4方向直线运动，连带热电偶6、加热线圈7一起，将冰核形成剂5运送至风洞壳体4的进风口内；
73.步骤42，根据热电偶6实时监测到的温度控制加热线圈7的加热功率，进而使冰核形成剂5达到设定的分解温度，进入步骤43；
74.步骤43，当直线轴承8接收到回退信号后，电机开始反向运行，驱动直线轴承丝杠9沿反方向直线运动，连带热电偶6、加热线圈7一起，将冰核形成剂5运送出风洞壳体4，直至回退至零点位置。
75.包括控制激励器12的启停、振幅、频率程序，如图5振动激励单元控制流程：
76.步骤51，激励器12接收到启动信号后开始向外提供激励源，与其相连接的制冷台16受到激励，带动实验板17一起振动，间接激励实验板17上的过冷水滴；
77.步骤52，激励器12接收到调整信号后，改变自身激励动作的振幅、频率，过冷水滴受到的激励振幅、频率得到增大或减小。
78.所述采集检测分析模块用于控制采集结冰全过程图像数据，并对获得图像数据进行处理，包括：
79.1)通过信号控制器11控制相机13、光源15，对实验板17上的过冷水滴进行拍摄，实时采集其结冰全过程图像；
80.2)运用视觉检测技术对水滴是否发生结冰相变进行识别(领域内已有算法，举例而非限定：参考文献《an icing physics study by using lifetime-based molecular tagging thermometry technique》)，并将输入模块中的“诱导配置”对应于检测到的“相变发生”后多物理参数的变化数据，进行拟合并初步分析总结结冰全过程变化规律，进行建模，供科研人员利用。
81.具体的，在不同表面特性的实验板17上不同体积过冷水滴结冰的实验测试完成
后，本模块以采集到的大量过冷水滴结冰的图像为数据样本，运用机器学习方法自主学习、分析、获得“诱导配置—相变发生”间的规律，依托规律进行建模，并存储于计算机10存储模块上。如此，在应用时，平台以输入模块的实验设置参数为输入自动调用存储的模型向三个单元输出最优配置和方案以高效诱发过冷水滴结冰，帮助科研人员方便开展结冰实验研究。
82.上述采集检测分析模块和管理控制模块可各自独立或同时运行。
83.所述显示输出模块，对实测温度数据、水滴检测数据、拟合到的模型、系统运行参数、设置参数等各类数据进行整理，显示输出相关研究特征数据和特征图表及曲线，直接给本领域的科研人员提示关键特征数据。
84.以下进一步详述：
85.具体的，高效诱导过冷表面上水滴结冰科研系统包括鼓风单元、微粒发生单元、振动激励单元；鼓风单元的风机3可根据需要调节转速以提供不同风速的气流，开始启用鼓风单元后先启动风机3，待运行平稳后打开阀门2，气流经阀门2、整流装置1流出鼓风单元，整流装置1能将风机3吸入风洞壳体4内的乱流整流成高品质气流，鼓向过冷水滴，诱发其结冰，在需要关闭鼓风单元时阀门2可立即关闭，切断风洞壳体4内气流；
86.微粒发生单元可将常温下为固态受热后可分解的冰核形成剂5加热分解，变成极细微(具体为直径在纳米量级)的微粒，且能将冰核形成剂5平移运送至鼓风单元的进风口内，从而可向鼓风单元内的气流中添加分解成微粒的冰核形成剂5作为过冷水滴的结冰核，扰动过冷水滴，诱发结冰；
87.冰核形成剂5可以是一种常温下为固态受热后可分解成极细微的微粒的物质，可以通过采购获得：例如碘化银、溴化银；也可以是一种常温下不需加热即为极细微的微粒的物质，可以通过采购获得：例如石墨烯粉末；若选用常温下不需加热即为微粒的冰核形成剂5，则不需开启微粒发生单元的加热装置,直接驱动直线轴承丝杠9将冰核形成剂5平移运送至鼓风单元的进风口内即可，与鼓风单元内的气流混合，向密封壳体19内引入结晶核同时扰动过冷水滴，诱发结冰；
88.振动激励单元向制冷台16提供不同振幅和频率的振源，带动实验板17一起振动，间接激励过冷水滴，诱发结冰。
89.上述三个子单元运行和控制动作受控于管理与检测系统上的应用软件，当水滴已稳定在过冷状态需要开启所述诱导水滴结冰装置时，所述三个子单元可分别单独运行调用，可三者先后联动运行调用，也可三者一起同时联动运行调用，可任意两两组合先后联动运行调用，也可任意两两组合一起同时联动运行调用，便可利用该装置来自主、高效的诱导过冷水滴结冰。
90.具体的，水滴生成与制冷系统包含循环水浴14、制冷台16、实验板17、水滴发生器18、密封壳体19；水滴发生器18垂直安装于实验板17中心上方，可在实验板17上稳定产生单个或多个水滴，水滴体积取决于水滴发生器18的针头内径和在同一位置连续重复滴落水滴数量；实验板17平放于制冷台16上并借助导热膏使两者互相充分接触，实验板17的材质因结冰机理研究要求而定，包括但不限于金属、玻璃、陶瓷等，其表面可具有不同浸润性、粗糙度等表面特性；循环水浴14与制冷台16通过两根内部循环流动有冷却液的输水管相连接，以形成闭合回路，通过调节循环水浴14的设定温度来向制冷台16循环提供特定温度的冷却
液，经互相热量逐步交换和传递，进而最终控制实验板17上的水滴至不同设定的过冷度(即为0℃以下)；密封壳体19为透明材质壳体以便观察和拍摄，四壁预设少量开孔，以供风洞壳体4出风口、水滴发生器18、激励器12连接线、循环水浴14水管通过，密封壳体19将制冷台16、实验板17、激励器12囊括包围在其内部，可隔绝外部大气干扰，为内部实验板17上过冷水滴实验测试创设密闭、稳定的环境。
91.具体的，视觉采集系统包含相机13、光源15；相机13水平预置于与过冷水滴等高处，光源15预置于过冷水滴侧面，角度、高度因测试研究情况而定；相机13的拍摄模式、曝光值、频率等参数，以及光源15的强度、频率均由运行于管理与检测系统中计算机10上的应用软件管理控制。
92.具体的，管理与检测系统包含计算机10、信号控制器11；所述计算机10顺次与信号控制器11、相机13连接，计算机10通过信号控制器11调节相机13各参数及发送拍摄和停止信号，相机13将拍摄结果实时传回计算机10以供分析计算水滴各物理参数使用，计算机10可存储并实时计算拍摄结果，自主识别判断水滴是否发生结冰相变，计算未结冰前水滴过冷度，判断出已结冰后自动告警，在水滴结冰前后实时检测结冰全过程中水滴轮廓、固液体积分数、接触角等物理参数变化结果，并且将所有计算结果实时显示于计算机10上；所述信号控制器11与光源15连接，计算机10通过信号控制器11调节光源15各参数及发送启动和停止信号；信号控制器11同时与阀门2、风机3连接，计算机10通过信号控制器11控制阀门2的开启或关闭，及控制风机3的启停和转速，计算机10根据应用软件指令决定阀门2的动作及风机3的转速；信号控制器11同时与加热线圈7、直线轴承电机8、热电偶6连接，计算机10根据应用软件指令决定启用微粒发生单元后，通过信号控制器11向加热线圈7发送加热信号，加热线圈7以一定功率开始加热直线轴承丝杠9末端部的冰核形成剂5至其理论分解温度，直到其分解成微粒，由于不可避免的热量损失，因此直线轴承丝杠9末端部热电偶6的实测温度值与冰核形成剂5的理论分解温度值间必然存在一定温度差，所述计算机10能够根据实时接收到的热电偶6的实测值调整加热线圈7的加热功率，保证冰核形成剂5高效受热分解；冰核形成剂5分解后计算机10通过信号控制器11向加热线圈7发送停止信号，计算机10通过信号控制器11向直线轴承电机8发送启动信号，直线轴承电机8驱动直线轴承丝杠9将冰核形成剂5运送至风洞壳体4的进风口内；信号控制器11与激励器12连接，计算机10根据应用软件指令决定启用振动激励单元后，通过信号控制器11向激励器12发送启动信号，激励器12以一定频率和振幅开始激励制冷台16振动，振动频率和振幅均由计算机10根据应用软件指令控制，在需要启用三个子单元时，控制其动作开始诱导过冷水滴，应用软件识别判断出水滴结冰后计算机10立即停止正在运行的单元，以使水滴后续结冰过程不受干扰，保证过冷表面上水滴结冰全过程中结冰机理参数化研究的准确。
93.具体的，运行于管理与检测系统上的自编应用软件包含有采集检测分析模块和管理控制模块，两个模块可互相调用联动运行使用，也可分别独立运行使用，其中采集检测分析模块可通过信号控制器11控制相机13、光源15，运用视觉检测技术对在具有不同表面特性实验板17上的不同体积过冷水滴进行拍摄，实时采集水滴结冰全过程的图像，对水滴是否发生结冰相变进行识别判断，同时检测水滴多物理参数的变化，分析总结其变化规律并显示于计算机10上；其中管理控制模块可管理和控制鼓风单元、微粒发生单元、振动激励单元的动作，可提前利用上述三个单元诱导在不同表面特性的实验板17上不同体积过冷水滴
结冰，以采集到的大量结冰全过程的图像为数据样本，运用机器学习方法自主学习、分析、获得“诱导配置——相变发生”间的联系规律，依托规律进行优化建模，当在模块中输入需要开展实验的设置参数后，模块能够自动调用模型向三个子单元和其他系统输出最优配置参数和诱导方案，高效诱发过冷水滴结冰，帮助科研人员方便开展结冰实验研究。
94.如此，过冷表面上水滴依托本发明研究平台受到自主、高效诱导结冰及进行多物理参数检测。
95.实施例3
96.基于本技术提供的研究平台，应用方法：
97.具体的：
98.初始化，通过计算机人机界面输入模块输入试验的初始参数。
99.接着，依据初始化设定要求，启动视觉采集系统、水滴生成与制冷系统，为诱导水滴结冰系统的试验工作做准备。
100.接着，依据初始化设定要求，启动管理与检测系统的控制流程，调控不同运行参数进行水滴诱导结冰试验和视觉采集。
101.根据所述热电偶6实时检测的温度值与冰核形成剂5受热发生分解的理论温度值之差自动发送控制信号至所述加热线圈7，调节加热线圈7的加热功率以使冰核形成剂5分解成微粒。
102.其中，所述计算机10决定阀门2的开启或关闭，调整风机3的启停和转速，控制直线轴承电机8的前进或回退，调节激励器12的启停、振动频率和振幅，控制相机13的拍摄模式、曝光值、频率等，控制光源15的亮度和频率，实时采集过冷水滴结冰全过程图像，分析计算水滴是否发生结冰相变，计算未结冰前水滴过冷度；在需要启用诱导过冷水滴结冰系统时，控制其动作开始诱导过冷水滴直至水滴结冰；实时检测结冰全过程中水滴轮廓、固液体积分数、接触角等多个物理参数变化结果，将所有计算结果实时显示于计算机10上；分析总结其变化规律；在判断出过冷水滴已发生结冰相变后，告警并且自动向诱导结冰装置发送停止工作信号，以保证水滴后续结冰过程不受干扰。
103.可以进一步应用：基于高效诱导水滴结冰的科研系统可使平台中不同过冷度、浸润性、粗糙度等不同特性表面上的不同体积的水滴受控在预期时段内高效结冰相变，运用机器学习方法自主学习、分析、获得“诱导配置——相变发生”间的规律，依托规律进行建模，帮助科研人员方便根据输入的不同实验设置需求，自动调用模型输出科研系统的最优配置和方案并将其应用于研究平台，开展在密闭、稳定环境内利用视觉检测技术开展水滴结冰参数化实验研究，实时采集水滴结冰全过程图像，对水滴是否发生结冰相变进行识别，检测结冰全过程中水滴多物理参数的变化，分析总结其变化规律，该检测平台结构精巧，各子系统间相互配合密切，自动化，高效可控，工作性能可靠，参数调节方便，可实施性强，真正实现在水滴结冰全过程的四个阶段(过冷阶段、再辉阶段、结冰阶段、冻结阶段)中，针对特定阶段开展实验测试，得以支持科研人员开展结冰机理研究。