CN109164045B - 检测材料表面液滴的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种检测材料表面液滴的方法及装置，用以解决相关技术中由于材料本身产辐射光的影响，不利于对材料表面的液滴进行监测的问题。公开的检测材料表面液滴的方法，包括：获取试件在被烧蚀过程中所述试件表面的图像，所述试件在被烧蚀过程中被蓝光照射；根据所述试件辐射的红光的光强度和绿光的光强度计算所述试件辐射的蓝光的光强度；根据所述试件辐射的蓝光的光强度去除所述图像中所述试件辐射的蓝光的影响，以在所述图像中显现附着在所述试件表面的液滴。本公开能够去除试件表面的图像中呈现的试件辐射的蓝光的影响，使得试件表面的图像中呈现的蓝光均为蓝光的反射光，进而能够较为方便地监测到的试件烧灼过程中试件表面产生的液滴。
Description
技术领域
本公开涉及材料技术领域，尤其涉及一种检测材料表面液滴的方法及装置。
背景技术
在航天航空热防护领域，C/SiC(碳/碳化硅)复合材料应用广泛。例如，在航空发动机方面，C/SiC复合材料在燃烧室、涡轮以及叶片等热端部件上均有应用。该材料的应用一方面可以提高结构件的工作温度，另一方面还能减轻结构重量。而在火箭发动机方面，C/SiC复合材料可用于喷管和燃烧室，该材料的使用可以起到减重和提高推力的作用。在冲压发动机方面，C/SiC还可用于燃烧室和喷管喉衬，以提高结构的抗氧化烧蚀性能，延长发动机使用寿命。在高速飞行器热防护系统方面，C/SiC复合材料可以被用作大面积热防护系统。
高温风洞模拟高超声速飞行器飞行服役环境为飞行器结构及材料提供了理想的测试环境，现有高温风洞分为燃气风洞和电弧风洞。C/SiC复合材料在高温环境C/SiC复合材料进行烧蚀会产生SiO2液滴，SiO2液滴会阻断氧组分的传递并能通过蒸发带走大量热量。鉴于高温电弧风洞高温、高亮的特点，在高温电弧风洞条件下研究C/SiC复合材料的烧蚀性能，则C/SiC复合材料自身会产生辐射光，会对采集到的C/SiC复合材料表面的图像造成影响，不利于对C/SiC复合材料在烧蚀过程中生成的SiO2液滴进行准确实时的监测。
发明内容
有鉴于此，本公开提出了一种检测材料表面液滴的方法及装置，用以解决相关技术中由于材料本身产辐射光的影响，不利于对材料表面的液滴进行监测的问题。
根据本公开的一个方面，提供了一种检测材料表面液滴的方法，包括：获取试件在被烧蚀过程中所述试件表面的图像，所述试件在被烧蚀过程中被蓝光照射；根据所述试件辐射的红光的光强度和绿光的光强度计算所述试件辐射的蓝光的光强度；根据所述试件辐射的蓝光的光强度去除所述图像中所述试件辐射的蓝光的影响，以在所述图像中显现附着在所述试件表面的液滴。
可选地，所述根据所述试件辐射的红光的光强度和绿光的光强度计算所述试件辐射的蓝光的光强度，包括：基于黑体辐射理论根据所述试件辐射的红光和蓝光之间的关系，或根据所述试件辐射的绿光和蓝光之间的关系计算所述试件辐射的蓝光的光强度。
可选地，所述方法还包括：在计算所述试件辐射的蓝光的光强度之后，根据照射所述试件的蓝光光源的光强度以及所述试件辐射的蓝光的光强度计算蓝光反射光的光强度；根据所述蓝光反射光的光强度在所述图像中识别所述液滴的形貌。
可选地，所述试件为C/SiC复合材料。
可选地，所述获取试件在被烧蚀过程中的所述试件表面的图像，包括：
获取经过滤波片过滤后的所述试件表面的图像，所述滤波片过滤所述试件反射的红光以及绿光。
根据本公开的第二个方面，提供了一种检测材料表面液滴的装置，包括：获取模块，用于获取试件在被烧蚀过程中所述试件表面的图像，所述试件在被烧蚀过程中被蓝光照射；第一计算模块，用于根据所述试件辐射的红光的光强度和绿光的光强度计算所述试件辐射的蓝光的光强度；呈现模块，用于根据所述试件辐射的蓝光的光强度去除所述图像中所述试件辐射的蓝光的影响，以在所述图像中显现附着在所述试件表面的液滴。
可选地，所述第一计算模块用于：基于黑体辐射理论根据所述试件辐射的红光和蓝光之间的关系，或根据所述试件辐射的绿光和蓝光之间的关系计算所述试件辐射的蓝光的光强度。
可选地，所述装置还包括：第二计算模块，用于在计算所述试件辐射的蓝光的光强度之后，根据照射所述试件的蓝光光源的光强度以及所述试件辐射的蓝光的光强度计算蓝光反射光的光强度；识别模块，用于根据所述蓝光反射光的光强度在所述图像中识别所述液滴的形貌。
可选地，所述试件为C/SiC复合材料。
可选地，所述获取模块用于：获取经过滤波片过滤后的所述试件表面的图像，所述滤波片过滤所述试件反射的红光以及绿光。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
本公开实施例的检测材料表面液滴的方法，在试件被烧蚀的过程中用蓝光照射被烧蚀的试件并获得试件表面的图像，根据试件自身辐射的蓝光的光强度去除试件表面的图像中呈现的试件辐射的蓝光的影响，使得试件表面的图像中呈现的蓝光均为蓝光的反射光，由于试件表面与滴液反射不同的蓝光光强度，使得附着在试件表面的液滴得以显现，进而能够较为方便地监测到的试件烧灼过程中试件表面产生的液滴。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种检测材料表面液滴的方法的流程图；
图2A是C/SiC材料表面对入射蓝光的反射示意图；
图2B是SiO2液滴对入射蓝光的反射示意图；
图3是根据一示例性实施例示出的检测装置的示意图；
图4是根据一示例性实施例示出的检测材料表面液滴的方法的流程图；
图5是根据一示例性实施例示出的检测材料表面液滴的装置的框图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
图1是根据一示例性实施例示出的一种检测材料表面液滴的方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤101：获取试件在被烧蚀过程中试件表面的图像；其中，试件在被烧蚀过程中被蓝光照射；
其中，试件在被烧蚀过程中，蓝光光源作为入射光源照射试件。
步骤102：根据试件辐射的红光的光强度和绿光的光强度计算试件辐射的蓝光的光强度；
步骤103：根据试件辐射的蓝光的光强度去除图像中试件辐射的蓝光的影响，以在图像中显现附着在试件表面的液滴。
本公开实施例的检测材料表面液滴的方法，在试件被烧蚀的过程中用蓝光照射被烧蚀的试件并获得试件表面的图像，根据试件自身辐射的蓝光的光强度去除试件表面的图像中呈现的试件辐射的蓝光的影响，使得试件表面的图像中呈现的蓝光均为蓝光的反射光，由于试件表面与滴液反射不同的蓝光光强度，使得附着在试件表面的液滴得以显现，进而能够较为方便地监测到的试件烧灼过程中试件表面产生的液滴。
在一种可实现方式中，试件为C/SiC复合材料的试件，其尺寸可以为50mm×50mm×10mm。可以将试件置于高温风洞中进行烧蚀，高温风洞可以采用燃气风洞或电弧风洞。例如可以采用50MW电弧风洞。C/SiC材料在被烧蚀过程中其表面发生氧化等一系列化学反应而产生化学组分的改变，在材料表面生成SiO2液滴。图2A以及2B示出了C/SiC材料表面以及SiO2液滴对入射蓝光的反射示意图，如图2A所示，材料表面对入射蓝光进行的反射为漫反射，如图2B所示，液滴对入射蓝光进行的反射为镜面反射，在图2A以及图2B中，入射光1和4分别照射在光滑平面3(液滴)和粗糙平面6(材料表面)上，产生的反射光2和5的方向不同。蓝光光源提供的入射光在C/SiC材料进行的反射为漫反射，被图像采集装置，例如高速相机接收的反射光较弱，而SiO2液滴表面较光滑，对入射的蓝光进行的反射属于全反射，被高速相机接收的反射光较强，因此在去除材料自身辐射光的影响的情况系下，附着在C/SiC材料表面的SiO2液滴得以被凸显，基于此可以根据液滴以及材料表面对蓝光反射及吸收强度的不同可以对液滴的运动进行实时在线的监测。
在材料及结构服役过程当中，材料及结构表面由于高温烧蚀会散发出强烈的辐射。辐射会对材料表面形貌演化过程的检测带来干扰。为了避免由于环境温度的变化进而导致有效波长的变化，在本公开的一种实现方式中，可以利用带通滤波器来观测材料表面在高温下的演化。基于此，获取试件在被烧蚀过程中的试件表面的图像的步骤，包括：获取经过滤波片过滤后的试件表面的图像，该滤波片过滤试件反射的红光以及绿光。
在一种实现方式中，根据试件辐射的红光的光强度和绿光的光强度计算试件辐射的蓝光的光强度的步骤，包括：基于黑体辐射理论根据试件辐射的红光和蓝光之间的关系，或根据试件辐射的绿光和蓝光之间的关系计算试件辐射的蓝光的光强度。示例的，根据黑体辐射理论，假设发射率在不同波长下近似相等，可以得到：
其中，C2为普朗克辐射常数，λG、λR以及λB为R、G以及B三色的辐射波长，BRG为R通道与G通道的光强度比；BRG0为参考点的光强度比；T0为通过测温仪器测量得基准温度。BRB为R通道与B通道的光强度比，BRB0为参考点的光强度比。
由于利用蓝光作为入射光源，所以辐射光中红光的辐射光强度BR和绿光的辐射光强度BG都可以测得，通过上述公式(1)可以得出温度T的值，并将温度T的值带入上述公式(2)即可得到蓝光的辐射光强BB(辐射)。基于获取到的蓝光的反射光强度，可以利用数字图像处理技术去除图像中材料表面辐射的蓝光部分的影响，保证图像中的蓝光都是蓝光光源的反射光。
在一种可实现方式中，本公开的检测材料表面液滴的方法还包括：在计算试件辐射的蓝光的光强度之后，根据照射试件的蓝光光源的光强度以及试件辐射的蓝光的光强度计算蓝光反射光的光强度；根据蓝光反射光的光强度在图像中识别液滴的形貌，以实时提取材料被氧化过程中形成的液滴的形貌。其中，蓝光反射光的光强度计算公式如下：
BB(反射)＝BB(总)-BB(辐射) (3)
在公式(3)中，BB(反射)为蓝光的反射光强度，BB(总)为蓝光光源的光强度，BB(辐射)为试件辐射的蓝光。
图3是根据一示例性实施例示出的检测装置的示意图，该检测装置用于检测材料表面的液滴，如图3所示，该检测装置包括：高温风洞31、观察窗口32、滤波片33、高速相机34、图像处理单元35、红外测温仪36、高功率蓝光光源37以及被测材料试件38。其中，高功率蓝光光源37的蓝光与试件呈一定夹角照射在被测材料试件38上，滤波片33装在高速相机34上，并在被测材料试件38被烧蚀的过程中，透过高温风洞31上的观察窗口32对被测试件表面拍摄，获得被测材料试件表面的图像，高速相机34与图像处理单元35连接。
图4是根据一示例性实施例示出的检测材料表面液滴的方法的流程图，该方法基于图3所示的检测装置实现，如图4所示，该方法包括如下处理：
步骤401：将被测材料试件置于高温风洞中，开启高温风洞对材料进行烧蚀；
步骤402：将高功率蓝光光源对准材料试件，并调整蓝光光源与高速相机之间的夹角，保证高速相机能够接收到足够的光强度。
步骤403：将红外测温仪对准被测材料试件表面，实时测量被测材料试件表面的一个点的温度，作为基准温度，该基准温度即为上述T0；
步骤404：将滤波片安装到高速相机镜头上，将高速相机透过高温风洞观察窗口对准被测材料试件进行拍摄，并根据被测试件大小和距离调节光圈及曝光时间；
步骤405：在材料烧蚀过程中用速相机拍摄被测材料试件表面，获得材料表面图像并将图像传输至图像处理单元，利用黑体辐射定律通过R和B(或G和B)的关系去除图像中材料自身产生的辐射的光的影响，并利用数字图像处理算法在图像中对SiO2液滴进行边缘提取。
步骤406：通过分析SiO2液滴边缘信息，实时监测分析得到被测材料试件表面SiO2液滴的生成、流动以及融合等过程。
图5是根据一示例性实施例示出的检测材料表面液滴的装置的框图，如图5所示，该装置50包括如下组成部分：
获取模块51，用于获取试件在被烧蚀过程中试件表面的图像，试件在被烧蚀过程中被蓝光照射；
第一计算模块52，用于根据试件辐射的红光的光强度和绿光的光强度计算试件辐射的蓝光的光强度；
呈现模块53，用于根据试件辐射的蓝光的光强度去除图像中试件辐射的蓝光的影响，以在图像中显现附着在试件表面的液滴。
在一种可实现方式中，第一计算模块52用于：基于黑体辐射理论根据试件辐射的红光和蓝光之间的关系，或根据试件辐射的绿光和蓝光之间的关系计算试件辐射的蓝光的光强度。
在一种可实现方式中，本公开的检测材料表面液滴的装置还包括：第二计算模块，用于在计算试件辐射的蓝光的光强度之后，根据照射试件的蓝光光源的光强度以及试件辐射的蓝光的光强度计算蓝光反射光的光强度；识别模块，用于根据蓝光反射光的光强度在图像中识别液滴的形貌。
在一种可实现方式中，试件为C/SiC复合材料的试件。
在一种可实现方式中，获取模块51用于：获取经过滤波片过滤后的试件表面的图像，滤波片过滤试件反射的红光以及绿光。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (8)
1.一种检测材料表面液滴的方法，其特征在于，包括：
获取试件在被烧蚀过程中所述试件表面的图像，所述试件在被烧蚀过程中被蓝光照射；
基于黑体辐射理论根据所述试件辐射的红光的光强度和绿光的光强度计算所述试件表面的温度；
基于黑体辐射理论根据所述试件辐射的红光的光强度与蓝光的光强度之间的关系、所述试件表面的温度计算试件辐射的蓝光的光强度，或根据所述试件辐射的绿光的光强度与蓝光的光强度之间的关系、所述试件表面的温度计算所述试件辐射的蓝光的光强度；
根据所述试件辐射的蓝光的光强度去除所述图像中所述试件辐射的蓝光的影响，以在所述图像中显现附着在所述试件表面的液滴。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在计算所述试件辐射的蓝光的光强度之后，根据照射所述试件的蓝光光源的光强度以及所述试件辐射的蓝光的光强度计算蓝光反射光的光强度；
根据所述蓝光反射光的光强度在所述图像中识别所述液滴的形貌。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述试件为C/SiC复合材料。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的方法，其特征在于，所述获取试件在被烧蚀过程中的所述试件表面的图像，包括：
获取经过滤波片过滤后的所述试件表面的图像，所述滤波片过滤所述试件反射的红光以及绿光。
5.一种检测材料表面液滴的装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取试件在被烧蚀过程中所述试件表面的图像，所述试件在被烧蚀过程中被蓝光照射；
第一计算模块，用于基于黑体辐射理论根据所述试件辐射的红光的光强度和绿光的光强度计算所述试件表面的温度；
基于黑体辐射理论根据所述试件辐射的红光的光强度与蓝光的光强度之间的关系、所述试件表面的温度计算试件辐射的蓝光的光强度，或根据所述试件辐射的绿光的光强度与蓝光的光强度之间的关系、所述试件表面的温度计算所述试件辐射的蓝光的光强度；
呈现模块，用于根据所述试件辐射的蓝光的光强度去除所述图像中所述试件辐射的蓝光的影响，以在所述图像中显现附着在所述试件表面的液滴。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第二计算模块，用于在计算所述试件辐射的蓝光的光强度之后，根据照射所述试件的蓝光光源的光强度以及所述试件辐射的蓝光的光强度计算蓝光反射光的光强度；
识别模块，用于根据所述蓝光反射光的光强度在所述图像中识别所述液滴的形貌。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述试件为C/SiC复合材料。
8.根据权利要求5至7任意一项所述的装置，其特征在于，所述获取模块用于：
获取经过滤波片过滤后的所述试件表面的图像，所述滤波片过滤所述试件反射的红光以及绿光。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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