一種密閉空間內火藥燃燒煙霧空間分布特性測試裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種密閉空間內火焰燃燒煙霧空間分布特性測試裝置及方法，該裝置由密閉燃燒室、面光源、圖像傳感器、氣源及壓強控制裝置、點火電源、數據采集處理裝置組成。該測試方法通過圖像傳感器采集火藥燃燒前后中的面光源的視頻，通過對圖像數據處理計算得出火藥燃燒生成的煙霧在密閉燃燒室內光學透過率的空間分布以及沉降速率、持續時間等參數，以此來表征火藥燃燒生成煙霧的空間分布特性。該裝置及方法適用于測試推進劑以及發射藥的燃燒生成煙霧的空間分布特性。該發明裝置具備結構簡單、測試結果穩定、所需測試樣品量少等優點。
【專利說明】
一種密閉空間內火藥燃燒煙霧空間分布特性測試裝置及方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種火藥燃燒煙霧空間分布特性測試裝置及方法，適用于火藥在密閉 空間內煙霧空間分布特性的測試。
【背景技術】
[0002] 潔凈發射藥是我國發射藥技術發展的一個重要方向。身管武器在工作過程中，發 射藥燃燒會產生大量的煙霧。這些煙霧一方面會暴露武器系統的位置，另一方面，對于視頻 制導系統的二次瞄準造成干擾。身管武器系統的隱身及制導需求要求發射藥在配方設計和 工藝過程中盡量降低燃燒過程中產生的煙霧。
[0003] 隨著高技術武器的發展，對低特征信號推進劑、清潔燃氣發生劑、潔凈發射藥的需 求越來越多，要求也越來越具體。近年來，艦載武器發射后，艦艇內部煙霧長時間無法消散， 對于工作人員及電器系統的工作造成極大干擾。新的需求對于發射藥（以及推進劑)的煙霧 性能指標要求不僅僅在于對透過率的限定，而且也希望對于火藥燃燒在煙霧在密閉環境中 的持續時間、沉降速度、垂直空間分布等特性進行表征。而目前國內并不具備相應的測試表 征手段。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種密閉空間內火藥燃燒煙霧空間分布特性測試裝置及 方法，適用于推進劑及發射藥在密閉空間內煙霧空間分布特性的測試。
[0005] 本發明中提供的密閉空間內火藥燃燒煙霧空間分布特性測試裝置，主要由密閉燃 燒室、壓力調節裝置、點火電源、面光源、光學圖像傳感器、數據采集及處理裝置組成；
[0006] 所述密閉燃燒室具備壓力調節接口、點火線接口和樣品托架，燃燒室側面有一對 觀察窗。
[0007] 所述壓力調節裝置由高壓氮氣瓶、限壓閥、開關閥及連接管路組成。
[0008] 所述點火電源由直流電源組成，輸出電流可調節、具備電阻通斷檢測功能。
[0009]所述面光源由光學背景板、輔助光源組成，光學背景板表面為灰白條紋。
[0010]所述圖像傳感器為在鏡頭前加裝窄帶濾波片的紅外CCD傳感器，圖像傳感器與面 光源分別固定于密閉燃燒室觀察窗的兩側。
[0011] 所述數據采集及處理裝置為安裝圖像采集及數據處理軟件的工控機，與圖像傳感 器通過數據線相連。
[0012] 測試方法的主要步驟：
[0013] 第一步:將測試裝置連接通電預熱；將稱量好的測試樣品置于密閉燃燒室的樣品 托架上，用壓力調節裝置對密閉燃燒室初始壓力進行調節，對面光源的亮度及圖像傳感器 的參數進行調節，連接點火電源。
[0014] 第二步:將圖像傳感器的圖像采集區域設置為面光源的條紋區域，用數據采集及 處理裝置控制圖像傳感器開始采集圖像，10秒后用點火電源對測試樣品進行點火，待面光 源成像穩定后停止圖像采集，將采集到的視頻文件存儲到數據采集及處理裝置上。
[0015] 第三步:對試驗采集的視頻文件轉化為灰度圖像序列;逐幀處理圖像，將測試樣品 點火前的圖像序列作為基準序列，將基準圖像序列的灰度求平均值合成基準圖像。
[0016] 第四步:計算圖像序列中的每一幀圖像像素的灰度與基準圖像的灰度值的比值； 計算結果作為該時刻面光源與光學傳感器之間的煙霧在對光學信號透過率的空間分布^ (x，y)〇
[0017] 第五步:將煙霧在對光學信號的透過率的空間分布T1(Xd)在水平方向上求均值， 可獲得&，即煙霧在垂直方向上的濃度分布。
[0018] 第六步:將在時間上進行差分運算，可獲不同垂直高度y上煙霧濃度的沉降 速度丈Cf)。
[0019] 第七步:求解Hf = ||，獲得在垂直高度y上煙霧的平衡時間。
[0020] 本發明的優點在于:該裝置結構簡單，所需樣品量少，極大的降低了測試成本;測 試范圍大，基本涵蓋了整個密閉燃燒室內的空間。
【附圖說明】
[0021] 圖1密閉空間內火藥燃燒煙霧空間分布特性測試裝置示意圖，1-密閉燃燒室，2-氣 源及壓力控制裝置，3-點火電源，4-面光源、5-圖像傳感器、6-數據采集及處理裝置。
[0022] 圖2密閉燃燒室結構示意圖，1-1燃燒室殼體，1-2壓力調節接口，1-3觀察窗，1-4承 力托，1-5樣品托架，1-6點火線。
【具體實施方式】
[0023] 下面通過實施例對本發明做進一步解釋說明。
[0024] 測試現場布置:根據圖1所示，連接測試裝置，將儀器連接電源，預熱半小時。
[0025] 測試步驟：
[0026] 1)將稱量好的測試樣品置于密閉燃燒室1的樣品托架1-5上，然后放置于密閉燃燒 室中；連接點火電源；用壓力調節裝置對密閉燃燒室初始壓力進行調節;對面光源的亮度及 圖像傳感器的參數進行調節；
[0027] 2)將圖像傳感器5的圖像采集區域設置為面光源的條紋區域，用數據采集及處理 裝置6控制圖像傳感器開始采集圖像，10秒后用點火電源對測試樣品進行點火，待面光源成 像穩定后停止圖像采集，將采集到的視頻存儲到數據采集及處理裝置上。
[0028] 數據處理處理過程：
[0029] 1)對試驗采集的視頻文件轉化為灰度圖像序列；逐幀處理圖像，將測試樣品點火 前的圖像序列作為基準序列，將基準圖像序列的灰度求平均值合成基準圖像。
[0030] 2)計算圖像序列中的每一幀圖像像素的灰度與基準圖像的灰度值的比值;計算結 果作為該時刻面光源與光學傳感器之間的煙霧在對光學信號透過率的空間分WtKx，。
[0031] 3)將煙霧在對光學信號的透過率的空間分布τι(χ，在水平方向上求均值，可獲得 -?,即煙霧在垂直方向上的濃度分布。
[0032] 4)將^在時間上進行差分運算，可獲不同垂直高度y上煙霧濃度的沉降速度
[0033] 5)求解，獲得在垂直高度y上煙霧的平衡時間。
[0034] 本發明并不限于上述實施方式，采用與本發明上述實施例相同或近似的結構，而 得到的其他結構設計，均在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種密閉空間內火藥燃燒煙霧空間分布特性測試裝置，其特征在于由密閉燃燒室 (1)、壓力調節裝置(2)、點火電源（3)、面光源(4)、光學圖像傳感器(5)、數據采集及處理裝 置(6)組成;所述密閉燃燒室（1)具備壓力調節接口、點火線接口和樣品托架，燃燒室側面有 一對觀察窗;所述壓力調節裝置(2)由高壓氮氣瓶、限壓閥、開關閥及連接管路組成;所述點 火電源(3)由直流電源組成，輸出電流可調，具備電阻通斷檢測功能； 所述面光源(4)由光學背景板、輔助光源組成，光學背景板表面為灰白條紋，內部有輔 助光源;所述圖像傳感器(5)為在鏡頭前加裝窄帶濾波片的紅外CCD傳感器，圖像傳感器巧） 與面光源(4)分別固定于密閉燃燒室觀察窗兩側;所述數據采集及處理裝置(6)為安裝圖像 采集及數據處理軟件的工控機，與圖像傳感器(5)通過數據線相連。2. 根據權利要求1所述的測試裝置，其特征在于所述密閉燃燒室（1)的殼體材料為 1化18Bi9Ti;觀察窗的材質為光學玻璃，紅外及可見波段的透過率大于80%。3. 根據權利要求書1所述的測試裝置，其特征在于所述圖像傳感器(3)的窄帶濾波片， 通光頻段為0.3~0.7μπι，或1~3皿波段。4. 一種密閉空間內火藥燃燒煙霧空間分布特性測試方法，其特征在于步驟如下： 第一步:將測試裝置連接通電預熱;將稱量好的測試樣品置于密閉燃燒室（1)的樣品托 架上，用壓力調節裝置(2)對密閉燃燒室初始壓力進行調節，對面光源(4)的亮度及圖像傳 感器(5)的參數進行調節，連接點火電源； 第二步:將圖像傳感器(5)的圖像采集區域設置為面光源的條紋區域，用數據采集及處 理裝置(6)控制圖像傳感器(5)開始采集圖像，10秒后用點火電源(3)對測試樣品進行點火， 待面光源成像穩定后停止圖像采集，將采集到的視頻文件存儲到數據采集及處理裝置(6) 上； 第Ξ步:對試驗采集的視頻文件轉化為灰度圖像序列;逐帖處理圖像，將測試樣品點火 前的圖像序列作為基準序列，將基準圖像序列的灰度求平均值合成基準圖像； 第四步:計算圖像序列中的每一帖圖像像素的灰度與基準圖像的灰度值的比值;計算 結果作為該時刻面光源(2)與光學傳感器(3)之間的煙霧在對光學信號透過率的空間分布 Ti(x，y); 第五步:將煙霧在對光學信號的透過率的空間分布Ti(x，y)在水平方向上求均值，可獲 得TiCy)，即煙霧在垂直方向上的濃度分布； 第六步:將tiCy)在時間上進行差分運算，可獲不同垂直高度y上煙霧濃度的沉降速度 τ>(ν)： 第屯步:求解'?(y) = 0,獲得在垂直高度y上煙霧的平衡時間。5. 根據權利要求書4所述的測試方法，其特征在于第一步中，對面光源(4)的亮度及圖 像傳感器(5)的參數進行調節后，面光源成像中灰條紋區域平均灰度與白條紋區域平均灰 度的比值在區間[0.5,0.引內。6. 根據權利要求書4所述的測試方法，其特征在于第四步中，在求得煙霧在對光學信號 的透過率的空間分布Ti(x，y)后，通過灰白條紋區域透過率的相關運算，消除雜散光的影 響。
【文檔編號】G01N15/04GK105842247SQ201610164483
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月22日
【發明人】王長健, 孫美, 孫志華, 許毅, 儀建華, 楊燕京, 安亭
【申請人】西安近代化學研究所