一種金屬燃料燃速的快速測試系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種金屬燃料燃速的快速測試系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)，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(nèi)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(nèi)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(yīng)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(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種金屬燃料燃速的快速測試系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬燃料的燃速是衡量金屬燃料燃燒特性的重要參數(shù)，是影響發(fā)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(fā)射法等在內(nèi)的靜態(tài)燃速測試 方法;包括超聲波法、多熱電偶法等在內(nèi)的動態(tài)燃速測試方法。現(xiàn)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(yīng)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(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)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(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種金屬燃料燃速的快速測試系統(tǒng)，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(nèi)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(chǎn)生所需的初始燃燒溫度和 壓力環(huán)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(nèi)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(yīng)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(shè)定開窗式燃燒室內(nèi)的 溫度和壓強，金屬燃料在設(shè)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(jù)金屬燃 料燃燒過程中燃燒室內(nèi)灰度的變化獲取燃燒時間，結(jié)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(jù)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(guān)系數(shù)獲取未點火和點火的起始時間，燃燒和燃燒結(jié)束的結(jié)束時間。
[0007] 計算相鄰兩幀圖像之間的相關(guān)系數(shù)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(shè)定圖像的分別率，分別率為480*640;
[0008] 將彩色圖像轉(zhuǎn)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(jù)如下計算公式計算出鄰兩幅圖像的最大相關(guān)系數(shù)和最小相關(guān)系數(shù)；
[0012]其中：cor為相關(guān)系數(shù)，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(jù)金屬燃料開始燃燒時相鄰兩幅圖像的最大變化的相關(guān)系數(shù)確定開始時間tl;
[0014] 依據(jù)金屬燃料結(jié)束燃燒時相鄰兩幅圖像的最大相關(guān)系數(shù)值確定結(jié)束時間t2;
[0015] 依據(jù)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(fā)明的優(yōu)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(guān)系 數(shù)。通過記錄相關(guān)系數(shù)兩次突變節(jié)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(guān)系數(shù)變化情況，通過比較燃燒開始與燃燒結(jié)束對應(yīng)的時間節(jié)點， 可以獲得燃燒時間，結(jié)合金屬燃料的藥條長度可以計算得出燃燒速度。
[0018] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明：
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明實施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2是燃燒視頻先后幀的相關(guān)系數(shù)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(tǒng)，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(nèi)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(chǎn)生所需的初始 燃燒溫度和壓力環(huán)境;絕熱保溫層7設(shè)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(nèi)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(yīng)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(shè)定開窗式燃燒室內(nèi)的溫度和壓 強，金屬燃料在設(shè)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(jù)金屬燃料燃燒 過程中燃燒室內(nèi)灰度的變化獲取燃燒時間，結(jié)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(jù)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(guān)系數(shù)獲取未點火和點火的起始時間，燃燒和燃燒結(jié)束的結(jié)束時間。
[0025] 未點火時相鄰兩幅圖像幾乎完全一致，相關(guān)信號接近為0,未點火和點火過程中， 相鄰兩幅圖像相關(guān)信號差異顯著。根據(jù)相關(guān)信號數(shù)的大小變化來作為判斷點火開始或結(jié)束 的標(biāo)志，計算兩個時間節(jié)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(guān)系數(shù)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(shè)定圖像的分別率，分別率為480*640;
[0027]將彩色圖像轉(zhuǎn)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(jù)如下計算公式計算出鄰兩幅圖像的最大相關(guān)系數(shù)和最小相關(guān)系數(shù)；
[0031] 其中：cor為相關(guān)系數(shù)，^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(jù)金屬燃料開始燃燒時相鄰兩幅圖像的最大變化的相關(guān)系數(shù)確定開始時間tl;
[0033] 依據(jù)金屬燃料結(jié)束燃燒時相鄰兩幅圖像的最大相關(guān)系數(shù)值確定結(jié)束時間t2;
[0034] 依據(jù)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(guān)系數(shù)。通過記錄相關(guān) 系數(shù)兩次突變節(jié)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(guān)系數(shù)變化情況如圖2所示。
[0038] 通過比較燃燒開始與燃燒結(jié)束對應(yīng)的時間節(jié)點，可以獲得燃燒時間，結(jié)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(jié)束時間t2時間內(nèi)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(chǎn)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(shè)計了通氣孔，實驗時通入少量的惰性氣體將燃燒產(chǎn)生的煙霧帶離燃燒區(qū)，這 樣保證了觀察與拍攝的效果。
[0040]本發(fā)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(xiàn)有的 已知技術(shù)，其結(jié)構(gòu)屬本行業(yè)的公知部件和常用結(jié)構(gòu)或常用手段，這里不一一敘述。
【主權(quán)項】
1. 一種金屬燃料燃速的快速測試系統(tǒng)，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(nèi)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(chǎn)生所需的初始燃燒溫度和壓力環(huán)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(nèi)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(yīng)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(shè)定開窗式燃燒室內(nèi)的溫 度和壓強，金屬燃料在設(shè)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(jù)金 屬燃料燃燒過程中燃燒室內(nèi)灰度的變化獲取燃燒時間，結(jié)合金屬燃料的長度，計算獲得金 屬燃料的燃速。3. 根據(jù)權(quán)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(jù)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(guān)系數(shù)獲取未點火 和點火的起始時間，燃燒和燃燒結(jié)束的結(jié)束時間。4. 根據(jù)權(quán)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(guān)系數(shù)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(shè) 定圖像的分別率，分別率為480*640; 將彩色圖像轉(zhuǎn)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(jù)如下計算公式計算出鄰兩幅圖像的最大相關(guān)系數(shù)和最小相關(guān)系數(shù)；其中：cor為相關(guān)系數(shù)，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(jù)金屬燃料開始燃燒時相鄰兩幅圖像的最大變化的相關(guān)系數(shù)確定開始時間tl; 依據(jù)金屬燃料結(jié)束燃燒時相鄰兩幅圖像的最大相關(guān)系數(shù)值確定結(jié)束時間t2; 依據(jù)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(fā)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(xué)