一種金屬燃料燃速的快速測試系統及方法
【專利摘要】本發明涉及一種金屬燃料燃速的快速測試系統及方法，該系統，至少包括開窗式燃燒室、溫控單元、配氣單元、視頻采集單元和控制單元，在開窗式燃燒室內固定有金屬燃料支架，金屬燃料支架夾持有金屬燃料；在開窗式燃燒室壁上固定溫控單元和配氣單元，在開窗式燃燒室的開窗式燃燒室的窗口處固定視頻采集單元，視頻采集單元正對金屬燃料；溫控單元和配氣單元、視頻采集單元分別與控制單元電連接，控制單元用于控制和獲取溫控單元和配氣單元的壓力和溫度；開窗式燃燒室通過絕熱保溫層絕熱保溫，視頻采集單元用于采集金屬燃料在開窗式燃燒室內的燃燒過程的視頻信息，并將金屬燃料燃燒時的溫度、壓力、時間和對應的視頻燃燒過程一同存貯在存貯單元。
【專利說明】
一種金屬燃料燃速的快速測試系統及方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種金屬燃料燃速的快速測試系統及方法。
【背景技術】
[0002] 金屬燃料的燃速是衡量金屬燃料燃燒特性的重要參數，是影響發動機工作性能的 重要因素。常見的燃速測試方法主要有:包括靶線法、水下聲發射法等在內的靜態燃速測試 方法;包括超聲波法、多熱電偶法等在內的動態燃速測試方法。現有的金屬燃料的燃速檢測 由于受傳感器時間影響，對金屬燃料的瞬間響應無法獲取，影響金屬燃料的瞬間燃速測試 和燃料過程的了解。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是提供一種檢測速度快、金屬燃料的瞬間燃速過程容易了解的金屬 燃料燃速的快速測試裝置及方法。
[0004] 本發明的目的是這樣實現的，一種金屬燃料燃速的快速測試系統，其特征是:至少 包括開窗式燃燒室、溫控單元、配氣單元、視頻采集單元和控制單元，在開窗式燃燒室內固 定有金屬燃料支架，金屬燃料支架夾持有金屬燃料;在開窗式燃燒室壁上固定溫控單元和 配氣單元，在開窗式燃燒室的開窗式燃燒室的窗口處固定視頻采集單元，視頻采集單元正 對金屬燃料;溫控單元和配氣單元、視頻采集單元分別與控制單元電連接，控制單元用于控 制和獲取溫控單元和配氣單元的壓力和溫度，使開窗式燃燒室產生所需的初始燃燒溫度和 壓力環境;開窗式燃燒室通過絕熱保溫層絕熱保溫，視頻采集單元用于采集金屬燃料在開 窗式燃燒室內的燃燒過程的視頻信息，并將金屬燃料燃燒時的溫度、壓力、時間和對應的視 頻燃燒過程一同存貯在存貯單元。
[0005] -種金屬燃料燃速的快速測試方法，其特征是:至少包括:設定開窗式燃燒室內的 溫度和壓強，金屬燃料在設定的溫度或壓強下點火，視頻采集單元采集金屬燃料的燃燒過 程并進行存貯，處理單元對金屬燃料的燃燒過程存貯信息進行分析，處理單元依據金屬燃 料燃燒過程中燃燒室內灰度的變化獲取燃燒時間，結合金屬燃料的長度，計算獲得金屬燃 料的燃速。
[0006] 處理單元根據圖像灰度的變化獲得燃燒時間是通過計算相鄰兩幀圖像之間的相 關系數獲取未點火和點火的起始時間，燃燒和燃燒結束的結束時間。
[0007] 計算相鄰兩幀圖像之間的相關系數獲取未點火和點火的起始時間包括:為了降低 圖像處理的計算量，設定圖像的分別率，分別率為480*640;
[0008] 將彩色圖像轉化為灰度圖像；
[0009] 將圖像劃分成大小為10*10的圖像塊，以分別率為480*640,共有48*64個計算單 元；
[0010] 依據如下計算公式計算出鄰兩幅圖像的最大相關系數和最小相關系數；
[0012]其中：cor為相關系數，x々yi分別表示前后兩幀圖像中，第i個10*10圖像塊的平均 灰度;i為前一幀圖像的平均灰度;歹為后一幀圖像的平均灰度；
[0013] 依據金屬燃料開始燃燒時相鄰兩幅圖像的最大變化的相關系數確定開始時間tl;
[0014] 依據金屬燃料結束燃燒時相鄰兩幅圖像的最大相關系數值確定結束時間t2;
[0015] 依據燃料燃燒速度公式計算長度為L金屬燃料的平均燃燒速度：
[0016] v = L/(t2_tl) (2)〇
[0017] 本發明的優點是:處理單元對燃燒過程實時采集并同步輸出前后幀圖像的相關系 數。通過記錄相關系數兩次突變節點之間的時間間隔，作為藥條燃燒時間，進而獲得燃燒速 度。燃燒視頻先后幀的相關系數變化情況，通過比較燃燒開始與燃燒結束對應的時間節點， 可以獲得燃燒時間，結合金屬燃料的藥條長度可以計算得出燃燒速度。
[0018] 下面結合實施例對本發明作進一步說明：
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發明實施例結構示意圖；
[0020] 圖2是燃燒視頻先后幀的相關系數變化情況。
[0021] 圖中，1、開窗式燃燒室;2、溫控單元;3、配氣單元;4、開窗式燃燒室的窗口；5、視頻 采集單元;6、控制單元;7、絕熱保溫層;8、金屬燃料支架;9、金屬燃料;10、存單元。
【具體實施方式】
[0022] 如圖1所示，一種金屬燃料燃速的快速測試系統，其特征是：至少包括開窗式燃燒 室1、溫控單元2、配氣單元3、視頻采集單元5和控制單元6,在開窗式燃燒室1內固定有金屬 燃料支架8，金屬燃料支架8夾持有金屬燃料9;在開窗式燃燒室1壁上固定溫控單元2和配氣 單元3,在開窗式燃燒室1的開窗式燃燒室的窗口 4處固定視頻采集單元5,視頻采集單元5正 對金屬燃料9;溫控單元2和配氣單元3、視頻采集單元5分別與控制單元6電連接，控制單元6 用于控制和獲取溫控單元2和配氣單元3的壓力和溫度，使開窗式燃燒室1產生所需的初始 燃燒溫度和壓力環境;絕熱保溫層7設置在開窗式燃燒室1外，開窗式燃燒室1通過絕熱保溫 層7絕熱保溫，視頻采集單元5用于采集金屬燃料9在開窗式燃燒室1內的燃燒過程的視頻信 息，并將金屬燃料燃燒時的溫度、壓力、時間和對應的視頻燃燒過程一同存貯在存貯單元 10。
[0023] -種金屬燃料燃速的快速測試方法，至少包括:設定開窗式燃燒室內的溫度和壓 強，金屬燃料在設定的溫度或壓強下點火，視頻采集單元采集金屬燃料的燃燒過程并進行 存貯，處理單元對金屬燃料9的燃燒過程存貯信息進行分析，處理單元7依據金屬燃料燃燒 過程中燃燒室內灰度的變化獲取燃燒時間，結合金屬燃料的長度，計算獲得金屬燃料的燃 速。
[0024] 處理單元7根據圖像灰度的變化獲得燃燒時間是通過計算相鄰兩幀圖像之間的相 關系數獲取未點火和點火的起始時間，燃燒和燃燒結束的結束時間。
[0025] 未點火時相鄰兩幅圖像幾乎完全一致，相關信號接近為0,未點火和點火過程中， 相鄰兩幅圖像相關信號差異顯著。根據相關信號數的大小變化來作為判斷點火開始或結束 的標志，計算兩個時間節點的時間，作為金屬燃料的燃燒時間。
[0026] 計算相鄰兩幀圖像之間的相關系數獲取未點火和點火的起始時間包括:為了降低 圖像處理的計算量，設定圖像的分別率，分別率為480*640;
[0027]將彩色圖像轉化為灰度圖像；
[0028]將圖像劃分成大小為10*10的圖像塊，以分別率為480*640,共有48*64個計算單 元；
[0029]依據如下計算公式計算出鄰兩幅圖像的最大相關系數和最小相關系數；
[0031] 其中：cor為相關系數，^與71分別表示前后兩幀圖像中，第i個10*10圖像塊的平均 灰度;7為前一幀圖像的平均灰度;歹為后一幀圖像的平均灰度；
[0032] 依據金屬燃料開始燃燒時相鄰兩幅圖像的最大變化的相關系數確定開始時間tl;
[0033] 依據金屬燃料結束燃燒時相鄰兩幅圖像的最大相關系數值確定結束時間t2;
[0034] 依據燃料燃燒速度公式計算長度為L金屬燃料的平均燃燒速度：
[0035] v = L/(t2_tl) (4)。
[0036] 處理單元對燃燒過程實時采集并同步輸出前后幀圖像的相關系數。通過記錄相關 系數兩次突變節點之間的時間間隔，作為藥條燃燒時間，進而獲得燃燒速度。
[0037] 燃燒視頻先后幀的相關系數變化情況如圖2所示。
[0038] 通過比較燃燒開始與燃燒結束對應的時間節點，可以獲得燃燒時間，結合金屬燃 料的藥條長度可以計算得出燃燒速度;通過記錄開始時間11和結束時間t2時間內的視頻了 解金屬燃料燃燒的真實過程。
[0039]需要指出，金屬燃料的氧化劑含量較少，特別是在自維持燃燒情況下或欠氧化燃 燒過程中，會產生較多的煙霧，影響對燃燒過程的觀察。為了不影響拍攝與觀察效果，在燃 燒室底座上設計了通氣孔，實驗時通入少量的惰性氣體將燃燒產生的煙霧帶離燃燒區，這 樣保證了觀察與拍攝的效果。
[0040]本發明中的溫控單元、配氣單元、視頻采集單元、控制單元和存貯單元均為現有的 已知技術，其結構屬本行業的公知部件和常用結構或常用手段，這里不一一敘述。
【主權項】
1. 一種金屬燃料燃速的快速測試系統，其特征是：至少包括開窗式燃燒室（1)、溫控單 元(2)、配氣單元(3)、視頻采集單元(5)和控制單元(6)，在開窗式燃燒室（1)內固定有金屬 燃料支架(8)，金屬燃料支架(8)夾持有金屬燃料(9);在開窗式燃燒室（1)壁上固定溫控單 元(2)和配氣單元(3)，在開窗式燃燒室（1)的開窗式燃燒室的窗口（4)處固定視頻采集單元 (5)，視頻采集單元(5)正對金屬燃料(9);溫控單元(2)和配氣單元(3)、視頻采集單元巧)分 別與控制單元(6)電連接，控制單元(6)用于控制和獲取溫控單元(2)和配氣單元(3)的壓力 和溫度，使開窗式燃燒室（1)產生所需的初始燃燒溫度和壓力環境;開窗式燃燒室（1)通過 絕熱保溫層(7)絕熱保溫，視頻采集單元巧）用于采集金屬燃料(9)在開窗式燃燒室（1)內的 燃燒過程的視頻信息，并將金屬燃料燃燒時的溫度、壓力、時間和對應的視頻燃燒過程一同 存膽在存膽單元(10)。2. -種金屬燃料燃速的快速測試方法，其特征是:至少包括:設定開窗式燃燒室內的溫 度和壓強，金屬燃料在設定的溫度或壓強下點火，視頻采集單元采集金屬燃料的燃燒過程 并進行存膽，處理單元對金屬燃料(8)的燃燒過程存膽信息進行分析，處理單元(7)依據金 屬燃料燃燒過程中燃燒室內灰度的變化獲取燃燒時間，結合金屬燃料的長度，計算獲得金 屬燃料的燃速。3. 根據權利要求2所述的一種金屬燃料燃速的快速測試方法，其特征是:處理單元(7) 根據圖像灰度的變化獲得燃燒時間是通過計算相鄰兩帖圖像之間的相關系數獲取未點火 和點火的起始時間，燃燒和燃燒結束的結束時間。4. 根據權利要求3所述的一種金屬燃料燃速的快速測試方法，其特征是:計算相鄰兩帖 圖像之間的相關系數獲取未點火和點火的起始時間包括:為了降低圖像處理的計算量，設 定圖像的分別率，分別率為480*640; 將彩色圖像轉化為灰度圖像； 將圖像劃分成大小為10*10的圖像塊，W分別率為480*640,共有48*64個計算單元； 依據如下計算公式計算出鄰兩幅圖像的最大相關系數和最小相關系數；其中：cor為相關系數，XI與yi分別表示前后兩帖圖像中，第i個10*10圖像塊的平均灰 度;X為前一帖圖像的平均灰度;J為后一帖圖像的平均灰度； 依據金屬燃料開始燃燒時相鄰兩幅圖像的最大變化的相關系數確定開始時間tl; 依據金屬燃料結束燃燒時相鄰兩幅圖像的最大相關系數值確定結束時間t2; 依據燃料燃燒速度公式計算長度為L金屬燃料的平均燃燒速度： v = L/(t2-tl) (6)。
【文檔編號】G01N21/84GK106093284SQ201610643581
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月8日 公開號201610643581.X, CN 106093284 A, CN 106093284A, CN 201610643581, CN-A-106093284, CN106093284 A, CN106093284A, CN201610643581, CN201610643581.X
【發明人】劉科祥, 劉平安, 張鵬, 牛建軍, 魏志剛
【申請人】西安電子科技大學