[发明专利]一种具有可控水平空间变异性的边坡降雨装置及其方法

权利要求书

1.一种具有可控水平空间变异性的边坡降雨装置，其特征在于，包括供水系统、过滤系统、输水系统、降雨系统、控制雨滴喷头降雨的电压控制系统，所述降雨系统包括降雨盘、多个雨滴喷头，所述供水系统通过输水系统连通到降雨盘，所述过滤系统设置在供水系统的出水处，所述过滤系统的滤网孔径小于或等于雨滴喷头的孔径，所述降雨盘位于待测边坡试验箱的上方，多个所述雨滴喷头连接在降雨盘上，所述雨滴喷头上设有压电形变元件，多个所述雨滴喷头的压电形变元件连接电压控制系统，所述电压控制系统控制雨滴喷头喷出水平方向频率和大小不同的雨滴；

所述雨滴喷头包括可形变的喷管、水膜，所述喷管的末端设有喷嘴，所述压电形变元件包裹在喷管的外壁上，所述喷嘴为沿着喷管向出水口逐渐收拢的结构，所述水膜连接在喷嘴的出水口处；

所述电压控制系统包括电压益增控制电路板、半正弦电压发生器和控制终端，所述控制终端连接半正弦电压发生器, 多个所述雨滴喷头的压电形变元件通过电压益增控制电路板接入半正弦电压发生器。

2.根据权利要求1所述具有可控水平空间变异性的边坡降雨装置，其特征在于，所述降雨系统包括铰接球，所述降雨盘通过铰接球连接输水系统，所述铰接球为中空且两端设有开口的结构。

3.根据权利要求1所述具有可控水平空间变异性的边坡降雨装置，其特征在于，所述供水系统包括供水箱，所述输水系统包括水泵、输水管、第一水阀、第二水阀、流量计，所述输水管一端连接供水箱、其另一端连接降雨盘，所述水泵连接在输水管上，所述第一水阀连接在水泵和降雨盘之间的输水管上，所述第二水阀连接在供水箱和水泵之间的输水管上，所述流量计连接在第一水阀和降雨盘之间的输水管上。

4.根据权利要求3所述具有可控水平空间变异性的边坡降雨装置，其特征在于，包括调节输水管高度的升降支架，所述输水管固定在升降支架上。

5.一种具有可控水平空间变异性的边坡降雨方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.在进行边坡降雨试验前，先连接好各结构部件，并进行检测密封性及各结构部件的工作状态；

S2.控制终端通过半正弦电压发生器和电压益增控制电路板，驱动压电形变元件发生形变将水以雨滴的形式挤出雨滴喷头；具体包括：

S21.试验过程中，雨滴喷头内始终充满水，控制终端调节半正弦电压发生器输出半正弦波，并通过电压益增控制电路板传递给压电形变元件，施加电压并达到阈值时，压电形变元件产生变形，变形的程度与电压大小成正比，当电压达到极值时，压电形变元件变形达到最大，对喷头内的水产生压力，将水以雨滴的形式挤出；

S22.雨滴恰好从喷嘴分离时，电压降为零，压电形变元件立刻回到未变形的初始自然状态，雨滴喷头出口处水膜的表面张力防止水流出，即防止雨滴形成；

S3.控制终端控制半正弦电压发生器输出不同的电压参数，控制调节雨滴喷头的降雨参数；具体包括：

S31.控制终端调节电压发生器输出电压的大小，压电形变元件获得不同的位移分辨率，产生不同的变形，进而控制喷出的雨滴大小；

S32.控制终端调节电压发生器输出电压的频率，通过控制压电形变元件来控制降雨频率；

S33.控制终端调节电压发生器输出电压的时长，通过控制压电形变元件来控制降雨时长；

S34.控制终端通过电压发生器控制指定的压电形变元件参与工作，调节降雨的雨滴喷头数量，来控制降雨面积。

6.根据权利要求5所述具有可控水平空间变异性的边坡降雨方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

在进行边坡降雨试验前，先连接好各结构部件，确保第一水阀、第二水阀、流量计、水泵处于关闭状态，然后依次打开第二水阀、第一水阀、流量计和水泵，检查整个装置是否存在漏水现象以及各设备能否正常工作。