CN107703178A - 一种点火延迟期的检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种点火延迟期的检测装置和方法，所述装置包括箱体，所述箱体通过防爆玻璃分割为反应区、隔离区和数据采集区；所述反应区内设有存储罐和反应皿，所述隔离区内设有用于将储存罐内燃烧剂滴到反应皿中的蠕动泵；还包括制冷制热设备，所述制冷制热设备用于控制所述反应区内温度；所述数据采集区设有用于图像采集模块，所述图像数据采集模块通过视觉检测系统与主控机连接。

Description

一种点火延迟期的检测装置和方法

技术领域

本发明属于燃料点火延迟期的检测技术领域，具体涉及一种点火延迟期的检测装置和方法。

背景技术

点火延迟期是燃料的重要指标。采用工业自动化及机器视觉技术，在保证检测结果准确一致的前提下，实现点火延长期的自动检测并随后输出检验报告。

为保障科研生产、原因分析、工艺调整等提供数据支持。仪器使用高速摄影相机和机器视觉技术，能够满足在不适合人工工作或是人力无法满足需要的环境下，以每秒一万帧的画面拍摄速率完成对点火过程的查看和监控。并通过机器视觉技术稳定精确的获取点火瞬间画面，保存点火前和点火后的视频数据，可分析计算出点火延迟时间。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于燃料点火延迟期检测的装置和方法，其可以快速检测出燃料的点火延迟器，进而便于分析点火的延迟时间。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供的一种点火延迟期的检测装置，包括箱体，所述箱体通过防爆玻璃分割为反应区、隔离区和数据采集区；

所述反应区内设有存储罐和反应皿，所述隔离区内设有用于将储存罐内燃烧剂滴到反应皿中的蠕动泵；

还包括制冷制热设备，所述制冷制热设备用于控制所述反应区内温度；

所述数据采集区设有用于图像采集模块，所述图像数据采集模块通过视觉检测系统与主控机连接。

进一步地，所述反应区还设有用于排出反应后烟雾的排气装置。

进一步地，还包括设置于反应区上的滴定孔，所述滴定孔用于将所述燃烧剂手动滴加到反应皿上。

进一步地，所述反应区还包括用于接入惰性气体的DN4接口。

进一步地，所述视觉检测系统包括依次连接的光学成像系统、摄像机、图形采集传输模块和工作站，还包括分别与目标物和工作站连接的光源，以及分别与目标物和工作站连接的执行模块。

本发明公开的一种点火延迟期的检测方法，包括以下步骤：

燃烧剂加入：通过蠕动泵将燃烧剂滴到反应皿中，通过蠕动泵记录燃烧剂的滴入速度和滴入剂量；

点火反应：燃烧剂滴入后，通过点火装置产生电火花并引燃反应皿中的燃烧剂；

点火并采集数据：点火反应进行时，通过图像采集模块将燃烧剂滴入至燃烧的过程进行拍摄的数据采集，将拍摄中采集的数据通过视觉检测系统进行数据处理后发送到主控机，通过主控机计算出点火延迟时间。

进一步地，所述点火反应步骤中，还包括通过手动滴加加入燃烧剂。

进一步地，还包括点火并采集数据步骤后通入惰性气体进行灭火步骤以及废气排出步骤。

进一步地，所述点火并采集数据步骤中数据处理具体为：

将采集的数据通过亚像素边缘检测算法进行数据处理。

进一步地，所述点火并采集数据步骤中计算出点火延迟时间具体为：

主控机根据处理后的数据，观察点火装置电火花进入的时间T1以及开始燃烧的时间T2，则点火延迟时间T=T2-T1。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明的点火延迟期检测装置，能快速、方便的检测出燃料点火延迟期的时间，同时，由于其结合了从点火前到点火后的整个过程，便于后期研发人员数据的分析。

本发明的点火延迟期检测装置，通过少量设备，无需过长的反应过程，通过摄像等观察全过程，不仅可以分析出点火的整个延迟期时间，而且便于点火中的其它数据的记录，便于其它数据的分析。

本发明的点火延迟期检测装置具有安全可靠、稳定易用的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种点火延迟期的检测装置的立体图；

图2为本发明提供的一种点火延迟期的检测装置的结构示意图；

图3为本发明提供的一种点火延迟期的检测装置的电路原理图；

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

1、存储罐；2、反应皿；3、蠕动泵；4、制冷制热设备；5、图像采集模块；6、视觉检测系统；601、光学成像系统；602、摄像机；603、图形采集传输模块；604、工作站；605、光源；606、执行模块；7、主控机；8、排气装置；9、滴定孔；10、DN4接口；11、目标物；

A、反应区：B、隔离区：C、数据采集区。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参照附图1-3所示，本发明提供的一种点火延迟期的检测装置，包括箱体，所述箱体通过防爆玻璃分割为反应区A、隔离区B和数据采集区C；

具体地，所述反应区A内设有存储罐1和反应皿2，所述隔离区B内设有用于将储存罐1内燃烧剂滴到反应皿2中的蠕动泵3；

具体地，储存罐1采用容量为10-30ml的罐体，优选20ml；反应皿2采用5-15ml的器皿，优选10ml的。

蠕动泵3用于完成滴定剂量、滴数、滴定时间等功能控制，滴定精度可达0.2ul，采用128 × 32液晶显示各种信息和各种参数；采用薄膜按键和旋转编码开关进行操作，使用方便快捷。具有多种控制方式，可以通过标准外控接口对蠕动泵7进行外部模拟量控制和通讯功能控制。储存罐1及反应皿2均采用哈氏合金制造，整个输送及反应管路均耐强酸强碱腐蚀。

蠕动泵3可以采用保定兰格 BT100-1F分配型蠕动泵/恒流泵，能够有效控制滴加试样成液滴状。其还具有多种泵头，小流量液体输出，即能够分配微升级的液量，能提供微升级的流量。

还包括制冷制热设备4，所述制冷制热设备4用于控制所述反应区A内温度；制热制冷设备4保证试验反应区恒温范围达到-20℃-40℃；和箱体连接处配有球阀，管道可拆卸。

所述数据采集区C设有用于图像采集模块5，所述图像数据采集模块5通过视觉检测系统6与主控机7连接。

具体地，所述视觉检测系统6包括依次连接的光学成像系统601、摄像机602、图形采集传输模块603和工作站604，还包括分别与目标物11和工作站604连接的光源605以及分别与目标物11和工作站604连接的执行模块606。

点火前，首先调整光源605与目标物11的距离，然后通过执行模块606决定是否拍摄；点火准备开始时就开始拍摄。

本实施例中，视觉检测系统6中可以选用德国PCO.Dimax CS1 高清高灵敏度高速相机及高品质尼康变焦镜头，可以完成10000帧/秒的图像拍摄，可拍摄1000x1000分辨率的图像；保证拍摄清晰稳定的点火反应图像。

工业高速相机相比于传统的民用相机（摄像机）而言，它具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力，能够以每秒上万帧的速度拍摄图像，可以准确的还原运动物体的细节。

本申请中需要检测液滴与液面接触并点火的细节，液滴的最大速度为1.4米/秒，所以选型使用德国PCO.Dimax CS1 高清高灵敏度高速相机,相机性能稳定可靠。参数如下：

3086 fps @ 1296 x 1024 resolution

85 x 85 x 102.5 mm compact measurement

12 bit dynamic range

9 GB internal camera memory

high-G ruggedized body (150G for 11 ms)

secure trigger & sync modes

excellent light sensitivity

quick-change lens adapter

automatic image calibration

HD-SDI output

electronic Canon lens control (optional)

关于数据采集模块中的镜头，本申请选用Nikon/尼康AF-S VR MICRO 105mm f/2.8G和Nikon/尼康AF-S 24-70mm/2.8G ED镜头，可以与高速相机相机配合，获取最佳的图像效果。

Nikon/尼康AF-S VR MICRO 105mm f/2.8G具体参数如下：

镜头结构（片/组）：14/12（1个ED镜片和1个纳米结晶涂层组件）；

带有35mm（135）格式的摄像角度：23度20分；

运用Nikon DX格式的摄像角度：15度20分；

最小f/stop：32；

最近对焦距离（微距设定）：0.31米/1.0英尺；

最大复制比率（微距设定）：1/1；

滤光镜尺寸：62mm；；

直径×长度（从镜头卡口伸出的延伸段）：83×116mm；

重量：790克；

配件：镜头套HB-38/镜头套CL-1020；

镜头防抖功能: 尼康VR防抖；

镜头类型: 自动镜头；

全画幅: 支持；

镜头卡口: 尼康口；

是否支持自动对焦: 支持自动对焦马达。

本实施例中选用的Nikon/尼康AF-S 24-70mm/2.8G ED镜头具体参数如下：型号：AF-S 24-70mm f/2.8G ED；类型：标准变焦；卡口类型：尼康卡口；镜头结构：11组15片；最近对焦距离：0.38m；滤镜口径：77mm；遮光罩：HB-40；尺寸（直径 x 长度）：83 x 133mm；重量：900g。

为了支撑图像采集模块的相机，本实施例还包括曼富图 MKBFRC4-BH三脚架，其具有，设计轻便、紧凑，使用简单快捷的特点，为准确捕捉影像提供稳定性。

产品具体参数如下：中轴：快速；快装板类型：200PL-14

接口有：1/4英寸接口；最低高度：34cm；最大高度：142cm

最大高度（中轴放下）：123cm；材料：碳纤维脚管，铝合金中轴及铸件镁合金云台；中轴管径：22mm；脚管直径：22.5，19，15.5，12mm；脚管管节：4节；脚管角度：25°，51°；闭合长度：40cm；颜色：黑色；承重能力：4kg；重量：1.1kg。

进一步地，所述反应区A还设有用于排出反应后烟雾的排气装置8。排气装置8可以为排气孔或排气扇。

为了保证各种形式燃料的滴加以及蠕动泵3无法正常工作时的滴加，还包括设置于反应区A上的滴定孔9，滴定孔9用于将所述燃烧剂手动滴加到反应皿2上。

为了便于燃烧试验结束后的灭火，在反应区A内接入DN4接口10，目的在于通入惰性气体进行灭火。

图形采集模块5采集整个燃烧过程中的照片信息，通过视觉检测系统6处理，然后在主控机7中显示，不仅便于采集延迟期时间的信息，而且能够观察整个燃烧过程中的图片信息。

进一步地，主控机7内还设有存储单元，其可以存储近三个月图像数据、试验参数数据和试验报告，还可以根据用户需求提供简单易用的用户界面录入试验地点、试验类型、试验参数、时间、温度、检验员等信息生成试验报告。比如在主控机7内存储表格模板等，用户使用时，记录试验地点、试验类型、试验参数、时间、温度、检验员等信息，试验结束后，生成表格，便于后续使用。

本发明的一种点火延迟期的检测方法，包括以下步骤：

燃烧剂加入：通过蠕动泵将燃烧剂滴到反应皿中，通过蠕动泵记录燃烧剂的滴入速度和滴入剂量；

点火反应：燃烧剂滴入后，通过点火装置产生电火花并引燃反应皿中的燃烧剂；

点火并采集数据：点火反应进行时，通过图像采集模块将燃烧剂滴入至燃烧的过程进行拍摄中的数据采集，将拍摄中采集的数据通过视觉检测系统6进行数据处理后发送到主控机7，通过主控机7计算出点火延迟时间。

上述的，所述点火反应步骤中，还包括当蠕动泵3无法正常工作时，通过手动滴加加入燃烧剂。即通过滴定孔9滴入燃烧剂，实现了多种方式燃烧剂的滴加。

上述的，还包括点火并采集数据步骤后通入惰性气体进行灭火步骤。

上述的，还包括灭火步骤后的废气排出步骤。即通过排气装置等方式将燃烧后的废气排出反应区A，保证反应区A内的清洁卫生。

进一步地，所述点火并采集数据步骤中分析出点火延迟时间具体为：

主控机7根据拍摄中的数据采集，观察点火装置电火花进入的时间T1以及开始燃烧的时间T2，则点火延迟时间T=T2-T1。

具体地，关于视觉检测系统6中图形的处理，在工作站604中，首先设有图像预处理模块，具有局部平均、高斯滤波、中值滤波、边缘保持滤波、灰度开运算、迭代滤波、去除椒盐噪音和增加对比度等性能，具体如下：

其中，选择局部平均，可设置相关参数，及模板的宽度和高度，局部平均的作用可以想象成是用一个小的模板扫过图像中的每个像素，该像素的灰度值则用模板覆盖的窗口中所有像素的平均值所取代。这个滤波器的作用是可以有效的降低图像噪声，不利的是图像的边缘，因此处理之后，图像变模糊了。

高斯滤波和局部平均类似，不同的是高斯滤波可以想象成用高斯曲面（钟型）形状的窗口对灰度值进行加权平均，效果同样是降低噪音，但是边缘保持的要好一些，而且这个滤波器速度较快。

中值滤波和局部平均类似，灰度值用窗口内所有像素的灰度值的中值来代替。

边缘保持滤波，这是一个非常复杂的滤波器，原理类似于物理中分子扩散的原理，根据分子浓度的差别，分子会按一定的速度扩散，窗口中每个像素可以想象成为一个分子，根据灰度值不同，按灰度值的差异向4个或8个方向进行扩散，从而得到新的灰度值。同样，这个滤波可以降低噪音，但同时可以很好的保持边缘特征，特点是计算速度很慢。

灰度开运算是使用一个模板，扫过图像的每个象素，其处理效果是，如果模板内相邻的区域面积小于模板，则作为噪音被去除，这对于消除单个噪音点是非常有效的，注意，这个算法不影响边缘。

迭代滤波是较为复杂的滤波方法，使用迭代方法来进行Deriche.Shen和高斯滤波，不同的是，计算速度基本不受滤波窗口的大小影响，不像高斯滤波等，窗口变大时，需要的时间急速增加。

去除椒盐噪音把灰度值在允许范围内外的值用窗口内的各象素允许值的平均值来替代，从而去除椒盐噪音。

增加对比度是根据图像的灰度直方图来进行增加对比度的变换，变换方法是：f(g)=255*SUM{h(x)},这里，x=0…g, h(x)是灰度x发生的频率。这个变换的结果是，原来图像中灰度值最多的部分被增强了，而较少发生的部分相对削弱了，也就是说，图像较为均匀的部分看起来更突出一些，坏处是，噪音也增加了不少。本申请中的点火延时检测2.5D的视觉算法，能够解决单纯使用图像的2维信息进行测量很难分辨不同颜色、不同液滴问题。并且采用亚像素的检测方式，测量精度达到微米级别。保证测量重复性和一致性。

本申请的点火延迟期测试装置是功能强大、使用灵活方便且易于扩展的系统。同时，视觉检测系统结合高速摄影、机器视觉分析、光学、自动化控制、恒温控制、软件系统设计等多学科领域，不但能够在微秒级别完成点火延迟期的测量，还具有分布式实时数据采集、处理、存储和查询现场工况的技术和能力，从而有效的提高科研试验质量，保证试验品质。

本申请中的点火延迟期的检测装置，提供了稳定的、高效的、易扩展的、开放的应用支持和一个虚拟的、统一的、可扩展的开发平台，利于整个试验系统向多方向扩展，向大系统发展。

本申请根据国、军标等相关规范和标准，确定系统维修设计规范，满足检测快速性、互换性、模块化等维修性要求，维护时间≤4小时，平均无故障工作时间（MTBF）：≥2000小时。

本申请的结构设计过程中为维修操作留出足够空间，包括使用工具等的空间，保证维修迅速便捷。

本申请中的系统模块化设计，大大简化维修，便于拆卸修理，减轻保障负担。

本申请提供完善的防差错措施和识别标记。从结构设计上保证接插件插头安装时，不会差错或装错。同时，设置必要的文字、标识和符号等。防止维修时损伤维修人员，采取必要的保护措施。故障定位准确，快捷，缩短维修时间。

本申请系统在设计时充分考虑了电磁兼容性，包括电磁的屏蔽，接地设计，设备的布线和接续设计以及多层印制电路板的电磁兼容设计。

数字电路部分与模拟电路部分以及小信号电路和大功率电路分别并行馈电。在设计布线时尽量避免长距离的平行走线，尽可能拉开线与线之间的距离，信号线与地线及电源线尽可能不交叉。数字地与模拟地在内部不得相连，屏蔽地与电源地分别设置，去耦滤波电容应就近接地。

本申请使用安全，具有以下特点：

①全部试验过程自动运行，人员远程操作，保证了人员安全。

②采用厚度1.2mm的316不锈钢，全密闭空间，即使发生爆炸也能保证人员安全。

③有惰性气体输入口，可真空工作环境。

④相机和试验区之间的窗口采用防爆玻璃，可以保护重要设备。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种点火延迟期的检测装置，其特征在于，包括箱体，所述箱体通过防爆玻璃分割为反应区(A)、隔离区(B)和数据采集区(C)；

所述反应区(A)内设有存储罐(1)和反应皿(2)，所述隔离区(B)内设有用于将储存罐(1)内燃烧剂滴到反应皿(2)中的蠕动泵(3)；

还包括制冷制热设备(4)，所述制冷制热设备(4)用于控制所述反应区(A)内温度；

所述数据采集区(C)设有用于图像采集模块(5)，所述图像数据采集模块(5)通过视觉检测系统(6)与主控机(7)连接。

2.根据权利要求1所述的一种点火延迟期的检测装置，其特征在于，所述反应区(A)还设有用于排出反应后烟雾的排气装置(8)。

3.根据权利要求1所述的一种点火延迟期的检测装置，其特征在于，还包括设置于反应区(A)上的滴定孔(9)，所述滴定孔(9)用于将所述燃烧剂手动滴加到反应皿(2)上。

4.根据权利要求1所述的一种点火延迟期的检测装置，其特征在于，所述反应区(A)还包括用于接入惰性气体的DN4接口(10)。

5.根据权利要求1所述的一种点火延迟期的检测装置，其特征在于，所述视觉检测系统(6)包括依次连接的光学成像系统(601)、摄像机(602)、图形采集传输模块(603)和工作站(604)，还包括分别与目标物(11)和工作站(604)连接的光源(605)，以及分别与目标物(11)和工作站(604)连接的执行模块(606)。

6.一种如权利要求1-5任一所述的点火延迟期的检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

燃烧剂加入：通过蠕动泵(3)将燃烧剂滴到反应皿(2)中，通过蠕动泵(3)记录燃烧剂的滴入速度和滴入剂量；

点火反应：燃烧剂滴入后，通过点火装置产生电火花并引燃反应皿(2)中的燃烧剂；

点火并采集数据：点火反应进行时，通过图像采集模块(5)将燃烧剂滴入至燃烧的过程进行拍摄的数据采集，将采集的数据通过视觉检测系统(6)进行数据处理后发送到主控机(7)，通过主控机(7)计算出点火延迟时间。

7.根据权利要求6所述的一种点火延迟期的检测方法，其特征在于，所述点火反应步骤中，还包括通过手动滴加加入燃烧剂。

8.根据权利要求6所述的一种点火延迟期的检测方法，其特征在于，还包括点火并采集数据步骤后通入惰性气体进行灭火步骤以及废气排出步骤。

9.根据权利要求8所述的一种点火延迟期的检测方法，其特征在于，所述点火并采集数据步骤中数据处理具体为：

将采集的数据通过亚像素边缘检测算法进行数据处理。

10.根据权利要求6所述的一种点火延迟期的检测方法，其特征在于，所述点火并采集数据步骤中计算出点火延迟时间具体为：

主控机(7)根据处理后的数据，观察点火装置电火花进入的时间T1以及开始燃烧的时间T2，则点火延迟时间T＝T2-T1。