基于声波频闪的悬浮水珠帘

基于声波频闪的悬浮水珠帘

作者：汤泽强林凯升陈钧瀛母德良欧阳锐坚梁佩莹

来源：《科技资讯》2019年第30期

摘 ;要：该文对频闪原理和声波干涉现象进行研究，通过拍摄设备、频闪LED等具有频闪功能的设备，将水流进行声波干涉处理，调制声波频率和振幅，研究在某种特定频率下，拍摄设备中的水流如何产生悬浮效应，研究这种方式的水珠帘的悬浮原理和应用价值。通过结合悬浮水珠帘的悬浮效应原理的成像系统研究，研究工业生产中产品的快速检测方法，提高产品检测的准确度。

关键词：频闪原理 ;声波干涉 ;悬浮效应

中图分类号：P332.5 ; 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）10（c）-0068-02

在工业生产中，不可避免地存在海量的图形模板，模板图以其相似程度高、图形繁多复杂等特点，常常需要人眼进行图形匹配和挑选。为了提高生产效率，产品往往处于一个运动的状

态，人眼检测的准确率比较低，难以适应传统企业的转型升级。结合频闪原理和人眼的视觉暂留特性，可以实现工业生产中产品的快速检测，提高产品检测的准确度。

1 ;基于频闪声波的悬浮水珠帘

该实验利用频闪灯，使人眼接收图像的频率与水流振动频率相同。如果水流振动频率为25Hz，频闪灯闪动频率为25Hz。频闪灯在0.04s，0.08s，0.12s……时人眼能看到水滴的闪亮。闪频灯照射在水滴上的反射光进入人眼，因为人眼的视觉暂留特性，上一幅图像留在脑海，此时新的一幅图像又进入人眼，所以看到水滴一直停留在半空的样子，实现了“水滴悬浮”现象[1-5]。

除了用人眼观察，使用CCD成像系统对实验系统进行实时的观察和记录、图像识别和检测，实时计算水珠的可视位置的移动速度，实现快速准确地检测。另一方面，实验系统安装红外探测器，能够实现自动感应人体并实现电路的自动开关控制，形成具有观赏和应用价值的水珠帘。

2 ;实验结果

实验装置由一个LED频闪灯、可调音频放大器、水泵、音响组成，采用50Hz拍照设备，水珠大小视情况而定，目前能够实现对可视水珠进行悬浮，上下可调水珠所在可视位置的移动速度。实验用音响功率为56W，LED灯功率为24W，水泵功率为24W，最大负荷运载时功率为104W，其中音响功率对实验影响较大，如果功率过小，则无法有效地达到实验所需的频闪的频率，实验中装置产生的频闪的频率为50Hz左右。实验所应用的门框高度为1m，宽度为0.5m，为了简化实验，采用缩小了的门。水槽长度与门宽度相同，水槽宽度约为10cm，能够有效地接住落下地水珠。实验中采用的是10mm外径，8mm内径的透明软胶管作为输水管，输水量适中，符合实验预期。设置于门框顶部的输水管的向下面被均匀地打出面积约为4mm2的出水孔，该大小的出水孔能够让水顺利地呈水滴状流下。制作出整个悬浮水帘装置成本为145元左右。实验装置如图1所示。

实验中频闪的频率达到50Hz左右，能够产生人眼可见的水逆流或悬空现象，并且具有良好的观赏价值。装置在红外探测模块的作用下，能够实现自动感应人体并实现电路的自动开关控制。水珠帘与水槽构成的水循环系统能极大地节约水的使用。整体装置的成本较低，基本符合预期。实验采用的是手工拼装成的水珠帘装置，若采用流水线生产，则有望进一步降低成本。

区别于传统帘子，利用声波与光照闪动的频率之间制定特定的特殊律动，并搭配水循环系统和自动感应装置呈现出的悬浮水帘效果，可以满足高档场所的装饰品或应用于居家装饰，提升环境档次。实验中采用24W，50Hz的LED灯和56W功率的音响，结合红外探测器，从而

呈现出可以感应人体的可控悬浮水帘。在该实验中，最终的声波与频闪呈现的悬浮效果正确率达到100%。

3 ;结语

该文对频闪原理和声波干涉现象進行探究和实践，完成了磁悬浮水帘的设计，基于此功能实现的磁悬浮水帘成本低廉，具有良好的观赏价值和应用价值。结合频闪原理和视觉暂留特性，研究了工业生产中产品快速检测的有效方法。

参考文献

[1] 姚一鸣.基于视觉暂留现象的液滴微流控高通量信息检测系统[D].上海应用技术大学，2017.

[2] Ralf Seemann，Martin Brinkmann， Thomas Pfohl，et al. Droplet based

microfluidics[J].Reports on Progress in Physics，2012，75（1）：016601.

[3] Zhi-Xiao Guo，Qian Zeng，Meng Zhang，et al.Valve-based microfluidic droplet micromixer and mercury （II） ion detection[J].Sensors & Actuators： A.Physical，2011（2）：546-551.

[4] Caglar Elbuken， Tomasz Glawdel， Danny Chan， et al. Detection of microdroplet size and speed using capacitive sensors[J].Sensors & Actuators： A. Physical，2011（2）：55-62.

[5] A.Ernst，W. Streule，N.Schmitt，et al.A capacitive sensor for non-contact nanoliter droplet detection [J].Sensors & Actuators：A. Physical，2009（1）：57-63.