CN110118143A - 一种喷雾落点测试装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种喷雾落点测试装置及方法，包括：控制器、紫外摄像机、紫外光源；其中，所述控制器与所述紫外摄像机及所述紫外光源电连接，并具有用于与待测试的喷油器电连接的使能端；所述紫外摄像机具有用于对准待测试的喷油器的喷嘴以进行图像摄录的摄像部，所述紫外光源具有用于发出紫外片光的发射部，且所述发射部的中轴线垂直于所述摄像部的中轴线。通过对喷油油束进行紫外成像，进而获得喷雾油束关于质量分布的多张油束落点图像，再根据多张油束落点图像分析其喷雾落点的位置。本发明具有测试结果稳定可靠，可用于定量分析，并适用于各类喷油器等优点，具有较佳的工程意义。

Description

一种喷雾落点测试装置及方法
技术领域
本发明涉及发动机测试领域，尤其涉及一种喷雾落点测试装置及方法。
背景技术
喷雾落点的分布情况对喷油器的喷雾效果，喷油器与发动机的匹配，燃油的雾化混合效果以及湿壁现象起着重要的指标作用。由于实际中发动机的结构复杂，因此很难获取在实际情况中的喷雾落点的分布情况，所以在安装前，测试发动机喷油器的喷雾落点分布情况就很有必要。
传统测试通常使用机械称重装置进行测试，该装置有一个蜂窝状的集油盘，可以测量不同地方的燃油质量。这种方法对于PFI(Port Fuel Injection，进气道喷射)喷油器较为合适，但由于其只测试喷雾量垂直分布，因此不适用于测量GDI(Gasoline DirectInjection engine，直喷式汽油机)喷油器的喷雾落点。
此外，目前也有一些采用对喷雾过程进行拍照再进行图像分析以获得喷雾落点的方案，但这些方案均采用可见光摄影技术，光源为可见光，拍摄图像为可见光的反光，一方面，无法获得喷雾油束关于质量分布的结果；另一方面，单一的图片分析会导致测试结果不稳定，只能定性测量，实际工程意义较低。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种喷雾落点测试装置及方法，能实现适用性高、稳定可靠和可定量分析的喷雾落点测试。
本发明实施例提供了一种喷雾落点测试装置，包括：控制器、紫外摄像机、紫外光源；其中，所述控制器与所述紫外摄像机及所述紫外光源电连接，并具有用于与待测试的喷油器电连接的使能端；所述紫外摄像机具有用于对准待测试的喷油器的喷嘴以进行图像摄录的摄像部，所述紫外光源具有用于发出紫外片光的发射部，且所述发射部的中轴线垂直于所述摄像部的中轴线；
所述控制器在所述紫外光源启动后，控制所述喷油器进行喷油以及所述紫外摄像机启动拍摄；
在所述紫外摄像机进行拍摄过程中，获得在所述喷油器的至少两个喷油脉宽内，基于紫外片光与所述喷油器喷射出的喷油油束形成的多张油束落点图像，从而根据所述的多张油束落点图像获得所述喷油器的喷雾落点；其中，在所述喷油器的每个喷油脉宽内，采集至少两张油束落点图像。
优选地，所述控制器在所述紫外光源启动后，控制所述喷油器进行喷油以及所述紫外摄像机启动拍摄时，控制发送至所述喷油器的喷油信号以及发送至所述紫外摄像机的拍摄信号之间具有延时，使得在所述紫外摄像机开始拍摄时，所述喷油器喷射的喷油油束到达所述紫外片光所在的平面。
优选地，所述延时根据所述喷油器的喷嘴与所述紫外片光所在的平面的距离、所述喷油器的喷油压力生成；其中，对于PFI喷油器，所述喷油压力为0.6MPa，所述距离为100mm；对于GDI喷油器，喷油压力为10MPa，所述距离为30mm。
优选地，在所述喷油器的每个喷油脉宽内，采集至少两张油束落点图像，具体包括：
在每个喷油脉宽内，获取所述紫外摄像机启动拍摄的第一时刻T1；
根据所述喷油器的喷油脉宽w及所述第一时刻T1，获得第二时刻T2；其中，T2＝T1+w；
将T1至T2均等分为N个时间段，并控制所述紫外摄像机在每个时间段分界点进行拍摄，以获得在当前喷油脉宽内，基于紫外片光与所述喷油器喷射出的喷油油束形成的N+1张油束落点图像。
优选地，根据所述的多张油束落点图像获得所述喷油器的喷雾落点，具体包括：
对获得的多张油束落点图像的相应像素点进行灰度值叠加，并对叠加后的灰度值进行平均计算，得到相应的每个像素点的平均灰度值，以生成一张油束落点平均图像；
根据所述油束落点平均图像及预设的灰度阈值，选取出所述油束落点平均图像中的落点区域；
根据落点区域内的灰度值分布，计算落点区域的质心，以获得所述喷油器的喷雾落点。
优选地，所述步骤还包括：
控制所述紫外光源发出的紫外光能量，使获得的所述喷雾落点的灰度值处于所述紫外摄像机的最高灰度值的预设比例；所述预设比例为50％，所述灰度阈值为所述紫外摄像机的最高灰度值的30％。
本发明实施例还提供了一种喷雾落点测试方法，包括：
放置待测试的喷油器，以使得所述喷油器的喷嘴对准紫外摄像机的摄像部以及所述喷油器的喷嘴与紫外光源的发射部的中轴线具有预定距离，且所述发射部的中轴线垂直于所述摄像部的中轴线；
启动紫外光源，以发出紫外片光；
控制所述喷油器进行喷油以及所述紫外摄像机启动拍摄；
在所述紫外摄像机进行拍摄过程中，获得在所述喷油器的至少两个喷油脉宽内，基于紫外片光与所述喷油器喷射出的喷油油束形成的多张油束落点图像；其中，在所述喷油器的每个喷油脉宽内，采集至少两张油束落点图像；
根据所述的多张油束落点图像获得所述喷油器的喷雾落点。
优选地，在所述喷油器的每个喷油脉宽内，采集至少两张油束落点图像，具体包括：
在每个喷油脉宽内，获取所述紫外摄像机启动拍摄的第一时刻T1；
根据所述喷油器的喷油脉宽w及所述第一时刻T1，获得第二时刻T2；其中，T2＝T1+w；
将T1至T2均等分为N个时间段，并控制所述紫外摄像机在每个时间段分界点进行拍摄，以获得在当前喷油脉宽内，基于紫外片光与所述喷油器喷射出的喷油油束形成的N+1张油束落点图像。
优选地，所述根据所述的多张油束落点图像获得所述喷油器的喷雾落点，具体包括：
对获得的多张油束落点图像的相应像素点进行灰度值叠加，并对叠加后的灰度值进行平均计算，得到相应的每个像素点的平均灰度值，以生成一张油束落点平均图像；
根据所述油束落点平均图像及预设的灰度阈值，选取出所述油束落点平均图像中的落点区域；
根据落点区域内的灰度值分布，计算落点区域的质心，以获得所述喷油器的喷雾落点。
优选地，在所述紫外摄像机进行拍摄之前，还包括对所述紫外摄像机进行标定；其中，在标定时，使用紫外手电照射用于标定的标定板进行补光。
本发明实施例提供的喷雾落点测试装置及方法，通过对喷油油束进行紫外成像，进而获得喷雾油束关于质量分布的多张油束落点图像，再根据所述的多张油束落点图像分析其喷雾落点的位置。本实施例提供的喷雾落点测试装置及方法，一方面，采用紫外成像的技术可以获得喷雾油束关于质量分布的结果，适用于各类喷油器，并可以较为准确的分析出喷雾落点；另一方面，通过采集多个喷油脉宽的多张油束落点图像，可避免同一喷油器在不同时刻测试结果不一致的现象，测试结果稳定可靠，可用于进行定量分析，具有较佳的工程意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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方式，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是本发明实施例提供的喷雾落点测试装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1是本发明实施例提供的喷雾落点测试装置的结构示意图。所述喷雾落点测试装置包括：控制器1、紫外摄像机2、紫外光源4；其中，所述控制器1与所述紫外摄像机2及所述紫外光源4电连接，并具有用于与待测试的喷油器3电连接的使能端；所述紫外摄像机2具有用于对准待测试的喷油器3的喷嘴31以进行图像摄录的摄像部21，所述紫外光源4具有用于发出紫外片光5的发射部41，且所述发射部41的中轴线(与图1中的紫外光片5的传播方向平行)垂直于所述摄像部21的中轴线22。
下面详细介绍基于上述的喷雾落点测试装置进行喷雾落点测试的整个流程。
具体地，在测试前，首先放置待测试的喷油器3，以使得所述喷油器3的喷嘴31对准所述紫外摄像机2的摄像部21以及使得所述喷油器3的喷嘴31与所述紫外光源4的发射部41的中轴线具有预定距离(即与发出的紫外片光5具有预定的距离)。其中，优选地，对于PFI喷油器，所述预定距离为100mm；对于GDI喷油器，所述预定距离为30mm。当然，可以理解的是，在本发明的其他实施例中，可以所述预定距离进行一些调整，如在相应范围内做一些微调，这些方案均在本发明的保护范围之内。
然后，连接所述喷油器3至所述控制器1的使能端，并启动紫外光源4，以发出紫外片光。其中，所述紫外光源4的启动可以是由控制器1控制启动，也可以由人工启动，本发明不做具体限定。
接着，所述控制器1控制所述喷油器3进行喷油以及所述紫外摄像机2启动拍摄。其中，在所述喷油器3进行喷油时，所述紫外片光5对喷油器3喷射出的喷油油束32进行切割，并产生区别于原紫外片光5的波长的紫外光，该紫外光的光强与所处平面的燃油质量成比例。这些产生的紫外光会被所述紫外摄像机2收集，并最终生成相应的油束落点图像。此时，通过分析油束落点图像上的灰度值情况，就可以获得油束的质量分布，进而获得油束的落点信息以及落点坐标(油束落点处油束的质量分布较高，因而相应的紫外光的光强也较大，反映到油束落点图像上就是一个灰度值较高的点或区域)。
在本发明实施例中，通过所述控制器1的控制，所述喷油器3会进行连续多次喷射(每次喷射时长为一个喷油脉宽)，而所述紫外摄像机2也可以根据所述控制器1的控制采集得到相应的喷油器3在每个喷油脉宽内形成的油束落点图像。其中，在每个喷油脉宽内，所述紫外摄像机2可以采集到至少两张油束落点图像。
在本实施例中，在采集到多张油束落点图像后，通过对这多张油束落点图像进行分析，就可以找到所述喷油器的喷雾落点。
具体地，在得到多张油束落点图像后，可对获得的所有油束落点图像的相应像素点进行灰度值叠加，并对叠加后的灰度值进行平均计算，得到相应的每个像素点的平均灰度值，以生成一张油束落点平均图像。在得到所述油束落点平均图像后，根据设定的灰度阈值从所述油束落点平均图像选出落点区域(该落点区域内的像素的灰度值大于等于灰度阈值)。再根据质心法计算出每个落点区域的质心，即获得相应的喷油器的喷雾落点。
综上所述，本实施例中，通过采用紫外光片照射喷油油束并进行紫外成像，进而获得喷雾油束关于质量分布的多张油束落点图像，再根据多张油束落点图像进行灰度值平均处理获得油束落点平均图像，并计算油束落点平均图像的质心，从而得到其喷雾落点的位置。本实施例提供的喷雾落点测试装置及基于该喷雾落点测试装置实现的喷雾落点测试方法，一方面，采用紫外成像的技术可以获得喷雾油束关于质量分布的结果，适用于各类喷油器，并可以较为准确的分析出喷雾落点；另一方面，通过采集多个喷油脉宽的多张油束落点图像，可避免同一喷油器3在不同时刻测试结果不一致的现象，测试结果稳定可靠，可用于进行定量分析，具有较佳的工程意义。
需要说明的是，在使用所述紫外摄像机2进行拍摄前，需要先对所述紫外摄像机2进行标定。在标定时，通过所述紫外摄像机2拍摄带有固定间距图案阵列平板(即标定板)、经过标定算法的计算，可以得出所述紫外摄像机2的几何模型，从而得到高精度的测量和重建结果。
其中，在标定时，需要对标定板进行补光，由于本实施例采用的是紫外摄像机，因此采用紫外手电照射所述标定板进步补光，从而提高标定结果和拍摄精度。
需要说明的是，本实施例中，可通过如下方法来获得所述的多张油束落点图像。
首先，控制器1控制发送至所述喷油器3的喷油信号以及发送至所述紫外摄像机2的拍摄信号之间具有延时，使得在所述紫外摄像机2开始拍摄时，所述喷油器3喷射的喷油油束到达所述紫外片光所在的平面。
由于从开始喷油到喷油油束到达所述紫外片光所在平面有一定时间，因此需要对拍摄时刻进行设定，以保证所述紫外摄像机2可以拍到所有油束落点的图像。具体地，首先逐渐增加喷油信号和拍摄信号之间的延时dt，使得在所述喷油器3所喷出的所有喷射油束到达所述紫外片光所在平面时，所述紫外摄像机2正好启动拍摄。将此时刻定为T1。接着，定义T2＝T1+w，其中，w为所述喷油器3的喷油脉宽。将T1至T2时间段均分为N个时间段，在T1、T2以及每个时刻段的分界点拍摄一张油束落点图像，然后循环重复M个喷油脉宽，即最终拍摄到N*M张油束落点图像。
需要说明的是，所述延时主要与两个因素相关：喷油器的喷嘴与紫外片光所在平面的距离以及喷油器的喷油压力，当这两个因素改变时，延时dt也不相应变化。其中，优选地，在本实施例中，对于PFI喷油器，所述喷油压力为0.6MPa，所述距离为100mm；对于GDI喷油器，喷油压力为10MPa，所述距离为30mm。
需要说明的是，在本实施例中，N优选为4，其中，可在T1时刻和T2时刻分别拍摄一张油束落点图像，并在T1至T2时间段再分别拍摄3张油束落点图像，从而在每个喷射脉宽内拍摄得到5张油束落点图像。
需要说明的是，M优选为8，即重复执行8个喷油脉宽。
当然，应当理解的是，这本实施例中，N和M的数组可根据实际需要进行设定，例如，N可选取为3、4、6；M可选取为5、7、10等。这些方案均在本发明的保护范围之内，在此不做赘述。
本实施例中，通过将一个喷油脉宽时间段分为多个时刻点进行拍照并重复执行多个循环，可以避免同一喷油器3在不同时刻测试结果不一致的现象，测试结果稳定可靠。
需要说明的是，为了更准确快速的确定出油束落点平均图像中的喷雾落点的位置，可通过调节发射的紫外片光的能量，使拍出的喷雾落点的灰度值处于该紫外摄像机最高灰度值的一半，并可设定灰度阈值为所述紫外摄像机的最高灰度值的30％，如此，可以保证获得一个范围比较恰当的落点区域，从而能够比较准确快速的从所述落点区域内获取喷雾落点。
具体地，在一种实现方式中，首先控制器1根据所述紫外摄像机2的最高灰度值、预设比例(如50％)获取所述喷雾落点的目标灰度值(即最高灰度值*50％)。然后，根据上次(或前几次)计算得到的喷雾落点的灰度值以及其对应的紫外光能量得到喷雾落点灰度值与紫外光源能量之间的对应关系，再根据得到的对应关系以及目标灰度值确定出所述紫外光源的目标能量。最后，所述控制器1控制所述紫外光源以所述目标能量发出紫外光片，如此，最终生成的喷雾落点的灰度值就大概位于所述目标灰度值附近。
需要说明的是，本实施例中，所述预设比例以及所述灰度阈值可以根据实际的需要进行调整，其中，预设比例需要大于灰度阈值，两者越接近，则确定出的落点区域越小，可更快速确定出喷雾落点的位置，但是存在一些喷雾落点被遗漏的可能。两者相差较大，则确定出的落点区域越大，可以保证涵盖每个喷雾落点，但可能增加计算喷雾落点的计算量。此处，设定预设比例为50％，而灰度阈值为30％，可以保证获得一个范围比较恰当的落点区域，从而能够比较准确快速的从所述落点区域内获取喷雾落点。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。

Claims (10)

1.一种喷雾落点测试装置，其特征在于，包括：控制器、紫外摄像机、紫外光源；其中，所述控制器与所述紫外摄像机及所述紫外光源电连接，并具有用于与待测试的喷油器电连接的使能端；所述紫外摄像机具有用于对准待测试的喷油器的喷嘴以进行图像摄录的摄像部，所述紫外光源具有用于发出紫外片光的发射部，且所述发射部的中轴线垂直于所述摄像部的中轴线；
所述控制器在所述紫外光源启动后，控制所述喷油器进行喷油以及所述紫外摄像机启动拍摄；
在所述紫外摄像机进行拍摄过程中，获得在所述喷油器的至少两个喷油脉宽内，基于紫外片光与所述喷油器喷射出的喷油油束形成的多张油束落点图像，从而根据所述的多张油束落点图像获得所述喷油器的喷雾落点；其中，在所述喷油器的每个喷油脉宽内，采集至少两张油束落点图像。
2.根据权利要求1所述的喷雾落点测试装置，其特征在于，所述控制器在所述紫外光源启动后，控制所述喷油器进行喷油以及所述紫外摄像机启动拍摄时，控制发送至所述喷油器的喷油信号以及发送至所述紫外摄像机的拍摄信号之间具有延时，使得在所述紫外摄像机开始拍摄时，所述喷油器喷射的喷油油束到达所述紫外片光所在的平面。
3.根据权利要求2所述的喷雾落点测试装置，其特征在于，所述延时根据所述喷油器的喷嘴与所述紫外片光所在的平面的距离、所述喷油器的喷油压力生成；其中，对于PFI喷油器，所述喷油压力为0.6MPa，所述距离为100mm；对于GDI喷油器，喷油压力为10MPa，所述距离为30mm。
4.根据权利要求1所述的喷雾落点测试装置，其特征在于，在所述喷油器的每个喷油脉宽内，采集至少两张油束落点图像，具体包括：
在每个喷油脉宽内，获取所述紫外摄像机启动拍摄的第一时刻T1；
根据所述喷油器的喷油脉宽w及所述第一时刻T1，获得第二时刻T2；其中，T2＝T1+w；
将T1至T2均等分为N个时间段，并控制所述紫外摄像机在每个时间段分界点进行拍摄，以获得在当前喷油脉宽内，基于紫外片光与所述喷油器喷射出的喷油油束形成的N+1张油束落点图像。
5.根据权利要求1所述的喷雾落点测试装置，其特征在于，根据所述的多张油束落点图像获得所述喷油器的喷雾落点，具体包括：
对获得的多张油束落点图像的相应像素点进行灰度值叠加，并对叠加后的灰度值进行平均计算，得到相应的每个像素点的平均灰度值，以生成一张油束落点平均图像；
根据所述油束落点平均图像及预设的灰度阈值，选取出所述油束落点平均图像中的落点区域；
根据落点区域内的灰度值分布，计算落点区域的质心，以获得所述喷油器的喷雾落点。
6.根据权利要求5所述的喷雾落点测试装置，其特征在于，所述步骤还包括：
控制所述紫外光源发出的紫外光能量，使获得的所述喷雾落点的灰度值处于所述紫外摄像机的最高灰度值的预设比例；所述预设比例为50％，所述灰度阈值为所述紫外摄像机的最高灰度值的30％。
7.一种喷雾落点测试方法，其特征在于，包括：
放置待测试的喷油器，以使得所述喷油器的喷嘴对准紫外摄像机的摄像部以及所述喷油器的喷嘴与紫外光源的发射部的中轴线具有预定距离，且所述发射部的中轴线垂直于所述摄像部的中轴线；
启动紫外光源，以发出紫外片光；
控制所述喷油器进行喷油以及所述紫外摄像机启动拍摄；
在所述紫外摄像机进行拍摄过程中，获得在所述喷油器的至少两个喷油脉宽内，基于紫外片光与所述喷油器喷射出的喷油油束形成的多张油束落点图像；其中，在所述喷油器的每个喷油脉宽内，采集至少两张油束落点图像；
根据所述的多张油束落点图像获得所述喷油器的喷雾落点。
8.根据权利要求7所述的喷雾落点测试方法，其特征在于，在所述喷油器的每个喷油脉宽内，采集至少两张油束落点图像，具体包括：
在每个喷油脉宽内，获取所述紫外摄像机启动拍摄的第一时刻T1；
根据所述喷油器的喷油脉宽w及所述第一时刻T1，获得第二时刻T2；其中，T2＝T1+w；
将T1至T2均等分为N个时间段，并控制所述紫外摄像机在每个时间段分界点进行拍摄，以获得在当前喷油脉宽内，基于紫外片光与所述喷油器喷射出的喷油油束形成的N+1张油束落点图像。
9.根据权利要求7所述的喷雾落点测试方法，其特征在于，所述根据所述的多张油束落点图像获得所述喷油器的喷雾落点，具体包括：
对获得的多张油束落点图像的相应像素点进行灰度值叠加，并对叠加后的灰度值进行平均计算，得到相应的每个像素点的平均灰度值，以生成一张油束落点平均图像；
根据所述油束落点平均图像及预设的灰度阈值，选取出所述油束落点平均图像中的落点区域；
根据落点区域内的灰度值分布，计算落点区域的质心，以获得所述喷油器的喷雾落点。
10.根据权利要求7所述的喷雾落点测试方法，其特征在于，在所述紫外摄像机进行拍摄之前，还包括对所述紫外摄像机进行标定；其中，在标定时，使用紫外手电照射用于标定的标定板进行补光。
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