CN106093284B - 一种金属燃料燃速的快速测试系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种金属燃料燃速的快速测试系统及方法，该系统，至少包括开窗式燃烧室、温控单元、配气单元、视频采集单元和控制单元，在开窗式燃烧室内固定有金属燃料支架，金属燃料支架夹持有金属燃料；在开窗式燃烧室壁上固定温控单元和配气单元，在开窗式燃烧室的开窗式燃烧室的窗口处固定视频采集单元，视频采集单元正对金属燃料；温控单元和配气单元、视频采集单元分别与控制单元电连接，控制单元用于控制和获取温控单元和配气单元的压力和温度；开窗式燃烧室通过绝热保温层绝热保温，视频采集单元用于采集金属燃料在开窗式燃烧室内的燃烧过程的视频信息，并将金属燃料燃烧时的温度、压力、时间和对应的视频燃烧过程一同存贮在存贮单元。

Description

一种金属燃料燃速的快速测试系统及方法
技术领域
本发明涉及一种金属燃料燃速的快速测试系统及方法。
背景技术
金属燃料的燃速是衡量金属燃料燃烧特性的重要参数，是影响发动机工作性能的重要因素。常见的燃速测试方法主要有：包括靶线法、水下声发射法等在内的静态燃速测试方法；包括超声波法、多热电偶法等在内的动态燃速测试方法。现有的金属燃料的燃速检测由于受传感器时间影响，对金属燃料的瞬间响应无法获取，影响金属燃料的瞬间燃速测试和燃料过程的了解。
发明内容
本发明的目的是提供一种检测速度快、金属燃料的瞬间燃速过程容易了解的金属燃料燃速的快速测试装置及方法。
本发明的目的是这样实现的，一种金属燃料燃速的快速测试系统，其特征是：至少包括开窗式燃烧室、温控单元、配气单元、视频采集单元和控制单元，在开窗式燃烧室内固定有金属燃料支架，金属燃料支架夹持有金属燃料；在开窗式燃烧室壁上固定温控单元和配气单元，在开窗式燃烧室的开窗式燃烧室的窗口处固定视频采集单元，视频采集单元正对金属燃料；温控单元和配气单元、视频采集单元分别与控制单元电连接，控制单元用于控制和获取温控单元和配气单元的压力和温度，使开窗式燃烧室产生所需的初始燃烧温度和压力环境；开窗式燃烧室通过绝热保温层绝热保温，视频采集单元用于采集金属燃料在开窗式燃烧室内的燃烧过程的视频信息，并将金属燃料燃烧时的温度、压力、时间和对应的视频燃烧过程一同存贮在存贮单元。
一种金属燃料燃速的快速测试方法，其特征是：至少包括：设定开窗式燃烧室内的温度和压强，金属燃料在设定的温度或压强下点火，视频采集单元采集金属燃料的燃烧过程并进行存贮，处理单元对金属燃料的燃烧过程存贮信息进行分析，处理单元依据金属燃料燃烧过程中燃烧室内灰度的变化获取燃烧时间，结合金属燃料的长度，计算获得金属燃料的燃速。
处理单元根据图像灰度的变化获得燃烧时间是通过计算相邻两帧图像之间的相关系数获取未点火和点火的起始时间，燃烧和燃烧结束的结束时间。
计算相邻两帧图像之间的相关系数获取未点火和点火的起始时间包括：为了降低图像处理的计算量，设定图像的分别率，分别率为480*640；
将彩色图像转化为灰度图像；
将图像划分成大小为10*10的图像块，以分别率为480*640，共有48*64个计算单元；
依据如下计算公式计算出邻两幅图像的最大相关系数和最小相关系数；
其中：cor为相关系数，xi与yi分别表示前后两帧图像中，第i个10*10图像块的平均灰度；为前一帧图像的平均灰度；为后一帧图像的平均灰度；
依据金属燃料开始燃烧时相邻两幅图像的最大变化的相关系数确定开始时间t1；
依据金属燃料结束燃烧时相邻两幅图像的最大相关系数值确定结束时间t2；
依据燃料燃烧速度公式计算长度为L金属燃料的平均燃烧速度：
v＝L/(t2-t1) (2)。
本发明的优点是：处理单元对燃烧过程实时采集并同步输出前后帧图像的相关系数。通过记录相关系数两次突变节点之间的时间间隔，作为药条燃烧时间，进而获得燃烧速度。燃烧视频先后帧的相关系数变化情况，通过比较燃烧开始与燃烧结束对应的时间节点，可以获得燃烧时间，结合金属燃料的药条长度可以计算得出燃烧速度。
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
附图说明
图1是本发明实施例结构示意图；
图2是燃烧视频先后帧的相关系数变化情况。
图中，1、开窗式燃烧室；2、温控单元；3、配气单元；4、开窗式燃烧室的窗口；5、视频采集单元；6、控制单元；7、绝热保温层；8、金属燃料支架；9、金属燃料；10、存贮单元。
具体实施方式
如图1所示，一种金属燃料燃速的快速测试系统，其特征是：至少包括开窗式燃烧室1、温控单元2、配气单元3、视频采集单元5和控制单元6，在开窗式燃烧室1内固定有金属燃料支架8，金属燃料支架8夹持有金属燃料9；在开窗式燃烧室1壁上固定温控单元2和配气单元3，在开窗式燃烧室1的开窗式燃烧室的窗口4处固定视频采集单元5，视频采集单元5正对金属燃料9；温控单元2和配气单元3、视频采集单元5分别与控制单元6电连接，控制单元6用于控制和获取温控单元2和配气单元3的压力和温度，使开窗式燃烧室1产生所需的初始燃烧温度和压力环境；绝热保温层7设置在开窗式燃烧室1外，开窗式燃烧室1通过绝热保温层7绝热保温，视频采集单元5用于采集金属燃料9在开窗式燃烧室1内的燃烧过程的视频信息，并将金属燃料燃烧时的温度、压力、时间和对应的视频燃烧过程一同存贮在存贮单元10。
一种金属燃料燃速的快速测试方法，至少包括：设定开窗式燃烧室内的温度和压强，金属燃料在设定的温度或压强下点火，视频采集单元采集金属燃料的燃烧过程并进行存贮，处理单元对金属燃料9的燃烧过程存贮信息进行分析，处理单元7依据金属燃料燃烧过程中燃烧室内灰度的变化获取燃烧时间，结合金属燃料的长度，计算获得金属燃料的燃速。
处理单元7根据图像灰度的变化获得燃烧时间是通过计算相邻两帧图像之间的相关系数获取未点火和点火的起始时间，燃烧和燃烧结束的结束时间。
未点火时相邻两幅图像几乎完全一致，相关信号接近为0，未点火和点火过程中，相邻两幅图像相关信号差异显著。根据相关信号数的大小变化来作为判断点火开始或结束的标志，计算两个时间节点的时间，作为金属燃料的燃烧时间。
计算相邻两帧图像之间的相关系数获取未点火和点火的起始时间包括：为了降低图像处理的计算量，设定图像的分别率，分别率为480*640；
将彩色图像转化为灰度图像；
将图像划分成大小为10*10的图像块，以分别率为480*640，共有48*64个计算单元；
依据如下计算公式计算出邻两幅图像的最大相关系数和最小相关系数；
其中：cor为相关系数，xi与yi分别表示前后两帧图像中，第i个10*10图像块的平均灰度；为前一帧图像的平均灰度；为后一帧图像的平均灰度；
依据金属燃料开始燃烧时相邻两幅图像的最大变化的相关系数确定开始时间t1；
依据金属燃料结束燃烧时相邻两幅图像的最大相关系数值确定结束时间t2；
依据燃料燃烧速度公式计算长度为L金属燃料的平均燃烧速度：
v＝L/(t2-t1) (4)。
处理单元对燃烧过程实时采集并同步输出前后帧图像的相关系数。通过记录相关系数两次突变节点之间的时间间隔，作为药条燃烧时间，进而获得燃烧速度。
燃烧视频先后帧的相关系数变化情况如图2所示。
通过比较燃烧开始与燃烧结束对应的时间节点，可以获得燃烧时间，结合金属燃料的药条长度可以计算得出燃烧速度；通过记录开始时间t1和结束时间t2时间内的视频了解金属燃料燃烧的真实过程。
需要指出，金属燃料的氧化剂含量较少，特别是在自维持燃烧情况下或欠氧化燃烧过程中，会产生较多的烟雾，影响对燃烧过程的观察。为了不影响拍摄与观察效果，在燃烧室底座上设计了通气孔，实验时通入少量的惰性气体将燃烧产生的烟雾带离燃烧区，这样保证了观察与拍摄的效果。
本发明中的温控单元、配气单元、视频采集单元、控制单元和存贮单元均为现有的已知技术，其结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (2)

1.一种金属燃料燃速的快速测试方法，其特征是：该方法采用的金属燃料燃速的快速测试系统，至少包括开窗式燃烧室(1)、温控单元(2)、配气单元(3)、视频采集单元(5)和控制单元(6)，在开窗式燃烧室(1)内固定有金属燃料支架(8)，金属燃料支架(8)夹持有金属燃料(9)；在开窗式燃烧室(1)壁上固定温控单元(2)和配气单元(3)，在开窗式燃烧室的窗口(4)处固定视频采集单元(5)，视频采集单元(5)正对金属燃料(9)；温控单元(2)和配气单元(3)、视频采集单元(5)分别与控制单元(6)电连接，控制单元(6)用于控制和获取温控单元(2)的温度和配气单元(3)的压力，使开窗式燃烧室(1)产生所需的初始燃烧温度和压力环境；开窗式燃烧室(1)通过绝热保温层(7)绝热保温，视频采集单元(5)用于采集金属燃料(9)在开窗式燃烧室(1)内的燃烧过程的视频信息，并将金属燃料燃烧时的温度、压力、时间和对应的视频燃烧过程一同存贮在存贮单元(10)；
该方法是设定开窗式燃烧室内的温度和压强，金属燃料在设定的温度或压强下点火，视频采集单元采集金属燃料的燃烧过程并进行存贮，处理单元对金属燃料(8)的燃烧过程存贮信息进行分析，处理单元依据金属燃料燃烧过程中燃烧室内灰度的变化获取燃烧时间，结合金属燃料的长度，计算获得金属燃料的燃速；处理单元根据图像灰度的变化获得燃烧时间是通过计算相邻两帧图像之间的相关系数获取未点火和点火的起始时间，燃烧和燃烧结束的结束时间。
2.根据权利要求1所述的一种金属燃料燃速的快速测试方法，其特征是：计算相邻两帧图像之间的相关系数获取未点火和点火的起始时间包括：为了降低图像处理的计算量，设定图像的分辨率，分辨率为480*640；
将彩色图像转化为灰度图像；
将图像划分成大小为10*10的图像块，以分辨率为480*640，共有48*64个计算单元；
依据如下计算公式计算出邻两幅图像的最大相关系数和最小相关系数；
其中：cor为相关系数，xi与yi分别表示前后两帧图像中，第i个10*10图像块的平均灰度；为前一帧图像的平均灰度；为后一帧图像的平均灰度；
依据金属燃料开始燃烧时相邻两幅图像的最大变化的相关系数确定开始时间t1；
依据金属燃料结束燃烧时相邻两幅图像的最大相关系数值确定结束时间t2；
依据燃料燃烧速度公式计算长度为L金属燃料的平均燃烧速度：
v＝L/(t2-t1) (6)。
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