專利名稱：一種方形噴灑域變量噴頭方形系數(shù)的測定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工程測量方法領(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，如中國專利號為01265799.9、00257672.4、00215392.0、03218591、96212526.1、98232884.2、03114528.0、03218591.x，美國專利號為1637413、2582158、2780488、3952954、3261552、4198001、6079637、4277029，英國專利號為2094181A、2094181A，歐洲專利號為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)中對國內(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，沒有涉及對變量噴頭噴灑域形狀實(shí)現(xiàn)精度的度量參數(shù)及其測量方法的研究。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述變量噴頭噴灑域調(diào)控性能測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?。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)測噴頭射程的變化量。用實(shí)測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于n方形噴灑域變量噴頭，n條徑向線上噴頭實(shí)測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)測射程。圖1中正方形噴灑域變量噴頭實(shí)測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)測射程變化量變量噴頭的射程變化量分為實(shí)測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)測射程變化量為原圓形噴灑域噴頭射程與實(shí)測最短射程平均值的差值，用Δr表示。實(shí)測射程變化量介于O和理論射程變化量之間，即0≤Δr≤Δr0。對于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)測射程變化量與理論射程變化量的比值，用η表示。對于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。其測量對象是本發(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)明測定方法中所述雨量筒布置方式下下測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％。對照本實(shí)例實(shí)測數(shù)據(jù)的三維水量分布圖和等值線圖可知，本發(fā)明的測定方法可以準(zhǔn)確地測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)測噴頭最短射程變化量的平均值，用實(shí)測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于n方形噴灑域變量噴頭，n條徑向線上噴頭實(shí)測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)測射程變化量變量噴頭的射程變化量分為實(shí)測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)測射程變化量介于0和理論射程變化量之間，即0≤Δr≤Δr0，對于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)測射程變化量與理論射程變化量的比值，用η表示，對于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)的測定方法，通過徑向布置雨量筒測出實(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)測噴頭最短射程的變化量的平均值。用實(shí)測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)榉叫蔚母淖兂潭取７叫螄姙⒂蜃兞繃婎^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比效果，提高了方形系數(shù)測定結(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G01M99/00GK1908616SQ20061010500
公開日2007年2月7日 申請日期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 申請人:西北農(nóng)林科技大學(xué)