基于聲波頻閃的懸浮水珠簾

湯澤強 林凱升 陳鈞瀛 母德良 歐陽銳堅 梁佩瑩

摘 ?要：該文對頻閃原理和聲波干涉現(xiàn)象進行研究，通過拍攝設備、頻閃LED等具有頻閃功能的設備，將水流進行聲波干涉處理，調制聲波頻率和振幅，研究在某種特定頻率下，拍攝設備中的水流如何產生懸浮效應，研究這種方式的水珠簾的懸浮原理和應用價值。通過結合懸浮水珠簾的懸浮效應原理的成像系統(tǒng)研究，研究工業(yè)生產中產品的快速檢測方法，提高產品檢測的準確度。

關鍵詞：頻閃原理 ?聲波干涉 ?懸浮效應

中圖分類號：P332.5 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）10（c）-0068-02

在工業(yè)生產中，不可避免地存在海量的圖形模板，模板圖以其相似程度高、圖形繁多復雜等特點，常常需要人眼進行圖形匹配和挑選。為了提高生產效率，產品往往處于一個運動的狀態(tài)，人眼檢測的準確率比較低，難以適應傳統(tǒng)企業(yè)的轉型升級。結合頻閃原理和人眼的視覺暫留特性，可以實現(xiàn)工業(yè)生產中產品的快速檢測，提高產品檢測的準確度。

1 ?基于頻閃聲波的懸浮水珠簾

該實驗利用頻閃燈，使人眼接收圖像的頻率與水流振動頻率相同。如果水流振動頻率為25Hz，頻閃燈閃動頻率為25Hz。頻閃燈在0.04s，0.08s，0.12s……時人眼能看到水滴的閃亮。閃頻燈照射在水滴上的反射光進入人眼，因為人眼的視覺暫留特性，上一幅圖像留在腦海，此時新的一幅圖像又進入人眼，所以看到水滴一直停留在半空的樣子，實現(xiàn)了“水滴懸浮”現(xiàn)象[1-5]。

除了用人眼觀察，使用CCD成像系統(tǒng)對實驗系統(tǒng)進行實時的觀察和記錄、圖像識別和檢測，實時計算水珠的可視位置的移動速度，實現(xiàn)快速準確地檢測。另一方面，實驗系統(tǒng)安裝紅外探測器，能夠實現(xiàn)自動感應人體并實現(xiàn)電路的自動開關控制，形成具有觀賞和應用價值的水珠簾。

2 ?實驗結果

實驗裝置由一個LED頻閃燈、可調音頻放大器、水泵、音響組成，采用50Hz拍照設備，水珠大小視情況而定，目前能夠實現(xiàn)對可視水珠進行懸浮，上下可調水珠所在可視位置的移動速度。實驗用音響功率為56W，LED燈功率為24W，水泵功率為24W，最大負荷運載時功率為104W，其中音響功率對實驗影響較大，如果功率過小，則無法有效地達到實驗所需的頻閃的頻率，實驗中裝置產生的頻閃的頻率為50Hz左右。實驗所應用的門框高度為1m，寬度為0.5m，為了簡化實驗，采用縮小了的門。水槽長度與門寬度相同，水槽寬度約為10cm，能夠有效地接住落下地水珠。實驗中采用的是10mm外徑，8mm內徑的透明軟膠管作為輸水管，輸水量適中，符合實驗預期。設置于門框頂部的輸水管的向下面被均勻地打出面積約為4mm2的出水孔，該大小的出水孔能夠讓水順利地呈水滴狀流下。制作出整個懸浮水簾裝置成本為145元左右。實驗裝置如圖1所示。

實驗中頻閃的頻率達到50Hz左右，能夠產生人眼可見的水逆流或懸空現(xiàn)象，并且具有良好的觀賞價值。裝置在紅外探測模塊的作用下，能夠實現(xiàn)自動感應人體并實現(xiàn)電路的自動開關控制。水珠簾與水槽構成的水循環(huán)系統(tǒng)能極大地節(jié)約水的使用。整體裝置的成本較低，基本符合預期。實驗采用的是手工拼裝成的水珠簾裝置，若采用流水線生產，則有望進一步降低成本。

區(qū)別于傳統(tǒng)簾子，利用聲波與光照閃動的頻率之間制定特定的特殊律動，并搭配水循環(huán)系統(tǒng)和自動感應裝置呈現(xiàn)出的懸浮水簾效果，可以滿足高檔場所的裝飾品或應用于居家裝飾，提升環(huán)境檔次。實驗中采用24W，50Hz的LED燈和56W功率的音響，結合紅外探測器，從而呈現(xiàn)出可以感應人體的可控懸浮水簾。在該實驗中，最終的聲波與頻閃呈現(xiàn)的懸浮效果正確率達到100%。

3 ?結語

該文對頻閃原理和聲波干涉現(xiàn)象進行探究和實踐，完成了磁懸浮水簾的設計，基于此功能實現(xiàn)的磁懸浮水簾成本低廉，具有良好的觀賞價值和應用價值。結合頻閃原理和視覺暫留特性，研究了工業(yè)生產中產品快速檢測的有效方法。

參考文獻

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