CN106768880B - 一种液体透镜液/液界面振动稳定试验系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液体透镜液/液界面振动稳定试验系统和方法，该系统包含：模拟振动台系统和图像采集系统；模拟振动台系统包含一电磁振动控制箱和一振动台；电磁振动控制箱用于控制和调节振动台振动输出方向、振动幅值及振动频率参数；振动台用于固定液体透镜并按照电磁振动控制箱的设置输出振动激励；图像采集系统包含：摄像机，其对准液体透镜，用于采集液体透镜液/液界面振动变形过程图像；图像处理单元，用于分析图像并获取液体透镜液/液界面的最大变形记录，评价测试结果。本发明能够解决液体透镜液/液界面在模拟空间振动环境下稳定性测试问题。

Description

一种液体透镜液/液界面振动稳定试验系统和方法
技术领域
本发明特别涉及一种液体透镜液/液界面振动稳定试验系统和方法。
背景技术
在空间目标监视成像与测量系统中，基于可见光的空间目标测量是一种有效的测量方式。为了保证机电结构的高可靠性以及测量的高精度，传统空间监视/测量光学敏感器都为定焦系统，通常需要远近场两组敏感器来实现不同距离段的跟踪测量任务，这增加了系统的重量和功耗。而机械变焦光学系统虽然具有测量空域覆盖范围大的优点，但其结构易磨损性、高复杂性、低可靠性的特点也限制了其在空间领域的应用。
基于视觉仿生技术电润湿效应的新型液体变焦成像系统具有变焦速度快、功耗小、测量范围大、无复杂机械结构的优点，是实现对动态目标大范围精确测量的简单高效的新方法，目前国外已经推出有限数量的民用微型产品。液体变焦成像系统的制作工艺较复杂，对成像效果影响较大的液/液界面的稳定性较难保证。为将其有效地服务于空间目标监视与测量任务，需要解决空间飞行器发射、在轨运行期间特殊动力学环境下的液/液界面的稳定性保持的技术瓶颈。
为了分析影响液体变焦成像系统液/液界面空间环境下稳定性的各类因素，同时对提高其稳定性的理论与方法研究结论进行验证，需在地面搭建试验系统，模拟空间飞行器上液体透镜工作的动力学环境，并对各种工况下液体透镜液/液界面的稳定性进行考察，为液体变焦成像系统在空间目标相对测量与监视领域的应用提供支撑。
发明内容
本发明的目的是提供一种液体透镜液/液界面振动稳定试验系统和方法，解决液体透镜液/液界面在模拟空间振动环境下稳定性测试问题。
为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种液体透镜液/液界面振动稳定试验系统，其特点是，包含：模拟振动台系统和图像采集系统；
所述的模拟振动台系统包含一电磁振动控制箱和一振动台；
所述的电磁振动控制箱用于控制和调节振动台振动输出方向、振动幅值及振动频率参数；
所述的振动台用于固定液体透镜并按照电磁振动控制箱的设置输出振动激励；
所述的图像采集系统包含：
摄像机，其对准液体透镜，用于采集液体透镜液/液界面振动变形过程图像；
图像处理单元，用于分析图像并获取液体透镜液/液界面的最大变形记录，评价测试结果。
所述的电磁振动控制箱包含一人机交互单元，其包含：振动输出方向调节模块、振动频率调节模块和振动幅值调节模块。
所述的振动台上垂直设有液体透镜固定架，所述的液体透镜设置在固定架上。
在所述的摄像机上方设有一平行冷光源，其作为辅助照明的背景光源。
一种液体透镜液/液界面振动稳定试验方法，其特点是，包含如下步骤：
S1，将具有几何形状和液体材料组成的液体透镜固定在振动台上，调整固定架使液体透镜轴线与振动台表面垂直，并调整摄像头位置和角度；
S2，在未激振的静态下，开启摄像机，采集液/液界面形态照片；
S3，利用电磁振动控制箱设置测试所需各项参数，其包括振动频率、振动幅值及振动输出方向；
S4，开启振动台，输出对液体透镜的振动激励，摄像机同步连续拍摄，预设时间后关闭振动台；
S5，将液体透镜静置预设时间，同时观察液体透镜的液/液界面有无破损失效现象；
S6，改变步骤S3中振动幅值参数，设置并振动频率参数和振动输出方向参数不变，重复步骤S4~S5，做多次测试；
S7，改变步骤S3中振动频率参数，设置并保持振动频率参数和振动输出方向参数不变，重复步骤S4~S5，做多次测试；
S8，改变步骤三中振动输出方向参数，设置并保持振动频率参数和振动幅值参数不变，重复步骤S4~S5，做多次测试；
S9，改变步骤S1中液体透镜轴线在液体透镜固定架上的安装角度，步骤S3各项参数不变，重复步骤S4~S5，做多次测试；
S10，改变步骤S1中液体透镜的几何形状，重复步骤S2~S9，做多次测试；
S11，改变步骤S1中液体材料组成，重复S2~S9，做多次测试；
S12，利用图像处理单元，对所述步骤S1~S11过程中摄像机采集的多组图像进行分析，获取每组测试条件下的液/液界面的最大变形记录，并与数值计算结果进行比对。
所述的步骤S5中摄像机为拍摄状态。
在执行测试过程的任一步骤期间，若操作者肉眼发现液体透镜液/液界面出现破损失效现象，需立即中止该步骤，更换液体透镜并继续后续步骤的执行。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、液体透镜液/液界面振动稳定性试验系统可对振动频率、振动幅度、振动输出方向、液体透镜安装方向等测试条件进行灵活设置，且具备数据记录、处理、分析与测试结果综合评价能力；与只具备单一测试功能的仪器相比，具有全面而准确地模拟空间飞行器在轨运行期间动力学环境、测试/分析解决方案一体化的优点。
2、液体透镜液/液界面振动稳定性测试方法对多种测试条件进行多重深度组合，可全面考察不同激振加速度特性、不同液体材料组成、不同直径与高度对液体透镜液/液界面稳定性的影响；与针对单一测试条件的测试方法相比，本方法以多重测试结果为依据，可验证液/液界面振动稳定性的理论数值计算可靠性，为完善数值计算模型和方法提供支撑。
附图说明
图1为本发明一种液体透镜液/液界面振动稳定试验系统的示意图；
图2为图1中Ⅰ部分的局部放大图；
图3为图1中Ⅱ部分的局部放大图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1~3所示，一种液体透镜液/液界面振动稳定试验系统，包含：模拟振动台系统和图像采集系统；模拟振动台系统包含一电磁振动控制箱1和一振动台3；电磁振动控制箱1用于控制和调节振动台振动输出方向、振动幅值及振动频率参数；振动台3用于固定液体透镜7并按照电磁振动控制箱1的设置输出振动激励；图像采集系统包含：摄像机8，其对准液体透镜7，用于采集液体透镜液/液界面振动变形过程图像；图像处理单元，用于分析图像并获取液体透镜液/液界面的最大变形记录，评价测试结果。
上述的电磁振动控制箱包含一人机交互单元2，其包含：振动输出方向调节模块、振动频率调节模块和振动幅值调节模块，分别进行如下振动试验条件设置：1）振动输出方向：水平或垂直；2）振动频率：1-100Hz；3）振动幅值：0-10mm。所述模拟振动台系统的振动台，其台面尺寸500×500mm，配备有可调节液体透镜安装高度（0-500mm）和安装角度（0-90o）的液体透镜固定架。
振动台3上垂直设有透镜固定架4，所述的液体透镜7设置在透镜固定架上。在振动台3一侧设有隔离振动台9，隔离振动台9上设有可以调节高度（0-800mm）的摄像机固定架，摄像机8安装在摄像机固定架10并与电脑6相连，在所述的摄像机8上方设有一平行冷光源5，其作为辅助照明的背景光源，实现220帧/秒的高速图像采集。
本发明提供的液体透镜液/液界面振动稳定性测试方法为：将不同直径与高度、不同液体材料组成的液体透镜按照多角度方向固定在振动台上，利用电磁振动控制箱产生多种频率、幅值、输出方向组合的振动测试条件，以此对液体透镜进行激振；借助高速摄像机在上述过程中对液/液界面振动变形过程图像进行同步采集，利用图像处理软件对该系列图像进行分析，获取每组振动测试条件下的液/液界面的最大变形记录，与数值计算结果进行比对。
具体包含如下步骤：
S1，将具有几何形状（直径与高度）和液体材料组成的液体透镜固定在振动台上，调整固定架使液体透镜轴线与振动台表面垂直，并调整摄像头位置和角度至最佳；
S2，在未激振的静态下，开启摄像机，采集液/液界面形态照片；
S3，利用电磁振动控制箱设置测试所需各项参数，其包括振动频率、振动幅值及振动输出方向；
S4，开启振动台，输出对液体透镜的振动激励，摄像机同步连续拍摄，2min后关闭振动台；
S5，将液体透镜静置预设时间，同时观察液体透镜的液/液界面有无破损失效现象， 摄像机为拍摄状态；
S6，改变步骤S3中振动幅值参数，设置并振动频率参数和振动输出方向参数不变，重复步骤S4~S5，做多次测试；
S7，改变步骤S3中振动频率参数，设置并保持振动频率参数和振动输出方向参数不变，重复步骤S4~S5，做多次测试；
S8，改变步骤三中振动输出方向参数，设置并保持振动频率参数和振动幅值参数不变，重复步骤S4~S5，做多次测试；
S9，改变步骤S1中液体透镜轴线在液体透镜固定架上的安装角度（使透镜轴线与振动台表面夹角分别为60°、30°、0°），设置并保持步骤S1的几何形状和液体材料不变，步骤S3各项参数不变，重复步骤S4~S5，做多次测试；
S10，改变步骤S1中液体透镜的几何形状（直径与高度），保持步骤S1的安装角度和液体材料不变，重复步骤S2~S9，做多次测试；
S11，改变步骤S1中液体材料组成，重复S2~S9，做多次测试；
S12，利用图像处理单元，对所述步骤S1~S11过程中摄像机采集的多组图像进行分析，获取每组测试条件下的液/液界面的最大变形记录，并与数值计算结果进行比对。
在执行测试过程的任一步骤期间，若操作者肉眼发现液体透镜液/液界面出现破损失效现象，需立即中止该步骤，更换液体透镜并继续后续步骤的执行。
综上所述，本发明一种液体透镜液/液界面振动稳定试验系统和方法，解决液体透镜液/液界面在模拟空间振动环境下稳定性测试问题。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (3)

1.一种液体透镜液/液界面振动稳定试验方法，其利用一种液体透镜液/液界面振动稳定试验系统，该试验系统包含：模拟振动台系统和图像采集系统；
所述的模拟振动台系统包含一电磁振动控制箱和一振动台；
所述的电磁振动控制箱用于控制和调节振动台振动输出方向、振动幅值及振动频率参数；
所述的振动台用于固定液体透镜并按照电磁振动控制箱的设置输出振动激励；
所述的图像采集系统包含：
摄像机，其对准液体透镜，用于采集液体透镜液/液界面振动变形过程图像；
图像处理单元，用于分析图像并获取液体透镜液/液界面的最大变形记录，评价测试结果，其特征在于，包含如下步骤：
S1，将具有几何形状和液体材料组成的液体透镜固定在振动台上，调整固定架使液体透镜轴线与振动台表面垂直，并调整摄像头位置和角度；
S2，在未激振的静态下，开启摄像机，采集液/液界面形态照片；
S3，利用电磁振动控制箱设置测试所需各项参数，其包括振动频率、振动幅值及振动输出方向；
S4，开启振动台，输出对液体透镜的振动激励，摄像机同步连续拍摄，预设时间后关闭振动台；
S5，将液体透镜静置预设时间，同时观察液体透镜的液/液界面有无破损失效现象；
S6，改变步骤S3中振动幅值参数，设置并保持振动频率参数和振动输出方向参数不变，重复步骤S4~S5，做多次测试；
S7，改变步骤S3中振动频率参数，设置并保持振动幅值参数和振动输出方向参数不变，重复步骤S4~S5，做多次测试；
S8，改变步骤S3中振动输出方向参数，设置并保持振动频率参数和振动幅值参数不变，重复步骤S4~S5，做多次测试；
S9，改变步骤S1中液体透镜轴线在液体透镜固定架上的安装角度，步骤S3各项参数不变，重复步骤S4~S5，做多次测试；
S10，改变步骤S1中液体透镜的几何形状，重复步骤S2~S9，做多次测试；
S11，改变步骤S1中液体材料组成，重复S2~S9，做多次测试；
S12，利用图像处理单元，对所述步骤S1~S11过程中摄像机采集的多组图像进行分析，获取每组测试条件下的液/液界面的最大变形记录，并与数值计算结果进行比对。
2.如权利要求1所述的液体透镜液/液界面振动稳定试验方法，其特征在于，所述的步骤S5中摄像机为拍摄状态。
3.如权利要求1所述的液体透镜液/液界面振动稳定试验方法，其特征在于，在执行测试过程的任一步骤期间，若操作者肉眼发现液体透镜液/液界面出现破损失效现象，需立即中止该步骤，更换液体透镜并继续后续步骤的执行。
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