CN114136623A - 一种云雾水滴容积及液态水含量测量装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种云雾水滴容积及液态水含量测量装置及系统，属于航空发动机试验技术领域，具体包括探针组件、位移机构和第一电机，第一电机位于流量管的外侧，探针组件位于流量管的内部，探针组件通过位移机构与第一电机传动连接，第一电机带动探针组件进行垂直位移。探针组件包括引流管、光纤探头、冷光光源和保护罩，光纤探头和冷光光源嵌设在引流管的一端外壁上，引流管的另一端朝向进气来流方向，保护罩包覆在光纤探头和冷光光源外侧，保护罩与第二支杆连接。通过本申请的处理方案，能够实现进气流道的水滴容积平均直径和液态水含量测量，工程实现性强，在实际应用中效果好。
Description
技术领域
本申请涉及航空发动机试验技术领域，尤其涉及云雾水滴容积及液态水含量测量装置及系统。
背景技术
航空发动机穿越过冷水滴时会遭遇结冰现象，结冰会改变发动机进口的流场分布，破坏发动机的气动性能，导致发动机部件载荷发生变化，因此发动机研制过程中需要进行结冰试验进行性能验证。
结冰试验除了需要测量常规的进气来流参数外，还需要测量进气来流的水滴容积平均直径(MVD)和液态水含量(LWC)两个参数，但目前的测试方法存在着无法实现动态测试，测试效果差的问题。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种云雾水滴容积及液态水含量测量装置及系统，设计了可移动机器视觉系统，利用机器视觉对结冰试验中进气来流的水滴容积平均直径(MVD)和液态水含量(LWC)开展测试，得到结冰云雾参数，至少部分解决现有技术中存在的问题。
第一方面，本申请实施例提供一种云雾水滴容积及液态水含量测量装置，所述测量装置安装在流量管上，所述测量装置包括探针组件、位移机构和第一电机，所述第一电机位于流量管的外侧，所述探针组件位于所述流量管的内部，所述探针组件通过所述位移机构与所述第一电机传动连接，所述第一电机带动所述探针组件进行垂直位移。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述位移机构包括第一支杆、第二支杆和第二电机，所述第一支杆的一端穿过所述流量管的外壁与所述第一电机传动连接，所述第一支杆的另一端设有所述第二电机；所述第二支杆的一端与所述第二电机传动连接，所述第二支杆的另一端与所述探针组件固定连接，所述第二电机带动所述探针组件进行圆周运动。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述探针组件包括引流管、光纤探头、冷光光源和保护罩，所述光纤探头和所述冷光光源嵌设在所述引流管的一端外壁上，所述引流管的另一端朝向进气来流方向，所述保护罩包覆在所述光纤探头和所述冷光光源外侧，所述保护罩与所述第二支杆连接。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述第一支杆和所述第二支杆为中空结构，所述光纤探头的光纤线和所述冷光光源的电源线经过保护罩和所述中空结构与所述流量管外部的测试系统相连。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述引流管朝向进气来流方向的一端的外壁设置为流线型结构。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述光纤探头沿所述引流管周向均匀分布。
第二方面，本申请实施例还提供一种云雾水滴容积及液态水含量测量系统，其特征在于，所述系统包括测试系统和如上述第一方面任一实施例所述的云雾水滴容积及液态水含量测量装置，所述测试系统与所述测量装置通信连接，用于对所述测量装置进行控制与数据采集。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述测试系统包括图像捕捉模块、图像灰度特征提取模块和双目视觉建模模块，
所述图像捕捉模块用于实时获取引流管内多角度的云雾形貌和云雾内水滴分布图片；
图像灰度特征提取模块用于对所述图片进行特征提取，形成多角度的二维特征图像；
双目视觉建模模块用于对多角度的所述二维特征图像进行构建水滴的三维模型。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述特征提取包括云雾的二维形状、水滴的二维形状。
有益效果
本申请实施例中的云雾水滴容积及液态水含量测量装置及系统，该装置通过设置位移机构，可移动的对流量管内整体进行测量，并采用可移动的机器视觉系统，利用高速摄影技术获得高速运动物体的清晰运动状态，通过对捕捉的图像灰度进行特征提取，对云雾水滴形貌、水滴分布及数量进行求解，获得进气流道的水滴容积平均直径和液态水含量，其工程实现性强，在实际应用中效果良好。该装置设计合理，结构简单紧凑，方便安装和拆卸，具有很好的适用性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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它的附图。
图1为根据本发明一实施例的云雾水滴容积及液态水含量测量装置；
图2为根据本发明一实施例的云雾水滴容积及液态水含量测量装置的探针组件；
图3为根据本发明一实施例的云雾水滴容积及液态水含量测量装置的测试示意图。
图中：1、流量管；2、探针组件；21、引流管；22、光纤探头；23、冷光光源；24、保护罩；3、第二支杆；4、安装座；5、第二电机；6、第一支杆；7、传动轴；8、第一电机；9、摄像机；10、信号线；11、计算机。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
本申请实施例提供了一种云雾水滴容积及液态水含量测量装置，测量装置安装在流量管1上，测量装置包括探针组件2、位移机构和第一电机8，第一电机8安装在流量管1的外侧，探针组件2位于流量管的内部，探针组件2通过位移机构与第一电机8传动连接，第一电机8带动探针组件2使探针组件2在流量管1内进行垂直位移，探针组件2用于对流入流量管1内的云雾水滴的容积和液态水含量进行测量。
进一步的，位移机构包括第一支杆6、第二支杆3和第二电机5，第一支杆6的一端穿过流量管1的外壁与第一电机8传动连接，第一支杆6的另一端固定的连接有第二电机5。具体的，第一支杆6垂直于第一电机8的传动轴7，并与第一电机8的传动轴7通过齿轮传动，实现第一电机8的转动可以带动第一支杆6进行上下移动。
第二支杆3的一端与第二电机5传动连接，第二支杆23的另一端与探针组件2固定连接，第二电机5可带动探针组件2进行圆周运动。具体的，第二电机5上还设有安装座4，探针组件2通过安装座4与第二电机5传动连接，实现第二电机5的转动可以带动探针组件2以安装座4为圆心进行圆周运动。因此，通过第一电机8的带动实现探针组件的垂直运动，通过第二电机5的带动实现探针组件的圆周运动，可实现对整个流量管1的内部进行动态全面的测量。
在一个具体实施例中，探针组件2包括引流管21、光纤探头22、冷光光源23和保护罩24，引流管21内壁面周向四个方向设有刻度标尺，光纤探头22和冷光光源23嵌设在引流管21的一端外壁上，引流管21的另一端朝向进气来流方向，被测气体可进入到引流管21中，通过光纤探头22对其进行摄像检测。保护罩24包覆在光纤探头22和冷光光源23外侧，保护罩24与第二支杆3连接，实现第二电机5带动探针组件2进行圆周运动。具体的，保护罩25可以设置为中空的圆柱形，套设在引流管21外侧并对光纤探头22和冷光光源23进行密封包覆。保护罩24的形状并不局限于本实施例所列举的，还可以为其它形状，以实现可将光纤探头22和冷光光源23密封包覆为目的。
进一步的，第一支杆6和第二支杆3为中空结构，光纤探头22的光纤线和冷光光源23的电源线经过保护罩24和中空结构的第一支杆6和第二支杆3与流量管1外部的测试系统相连，实现测试数据的采集与分析。
在一个优选的实施例中，引流管21朝向进气来流方向的一端的外壁设置为流线型结构，流线型结构可以减少探针组件2对进气流场的影响。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，光纤探头沿引流管周向均匀分布，以便于获取多个角度图像，使测试结果更加准确。
第二方面，本申请实施例还提供一种云雾水滴容积及液态水含量测量系统，本系统包括测试系统和如上述第一方面任一实施例所述的云雾水滴容积及液态水含量测量装置，测试系统与测量装置通信连接，用于对测量装置进行控制与数据采集。
具体的，测试系统包括图像捕捉模块、图像灰度特征提取模块和双目视觉建模模块。参照图3，图像捕捉模块用于实时获取引流管21内多角度的云雾形貌和云雾内水滴分布图片，在本实施例中，图像捕捉模块设置为摄像机9，可采用高速高清摄像机，可以获得高速运动物体的清晰运动状态。图像灰度特征提取模块和双目视觉建模模块设置在计算机11中，计算机11通过信号线10与摄像机9通信连接，用于接收测试数据。
图像灰度特征提取模块，是利用图像灰度特征提取算法对图片进行特征提取，图像灰度特征提取算法可以辨别水滴与空气，特征提取包括云雾的二维形状和水滴的二维形状，形成多角度的二维特征图像。
双目视觉建模模块，利用双目视觉建模算法及引流管21内的刻度标尺，对多角度的二维特征图像进行建立云雾团及水滴的三维特征模型，求解出云雾团形貌、云雾团内水滴分布及水滴数量，从而得到光纤探头22所在位置的水滴容积平均直径(MVD)和液态水含量(LWC)。
本发明提供的装置采用机械式结构设计，可对进气流道内进行扫描取样测量，测量结果能够表征整个进气流道的水滴容积平均直径(MVD)和液态水含量(LWC)；该装置通过灰度特征提取算法辨别水滴与空气，通过双目视觉算法构建云雾及水滴的三维特征，测量结果精确。
该装置设计合理，结构简单紧凑，方便安装和拆卸，能够实现进气流道的水滴容积平均直径(MVD)和液态水含量(LWC)测量，该装置利用高速摄影技术，成像设备可以获得高速运动物体的清晰运动状态，通过对捕捉的图像灰度进行特征提取，对云雾水滴形貌、水滴分布及数量进行求解，获得进气流道的水滴容积平均直径(MVD)和液态水含量(LWC)。其工程实现性强，在实际应用中效果良好。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种云雾水滴容积及液态水含量测量装置，所述测量装置安装在流量管上，其特征在于，所述测量装置包括探针组件、位移机构和第一电机，所述第一电机位于流量管的外侧，所述探针组件位于所述流量管的内部，所述探针组件通过所述位移机构与所述第一电机传动连接，所述第一电机带动所述探针组件进行垂直位移。
2.根据权利要求1所述的云雾水滴容积及液态水含量测量装置，其特征在于，所述位移机构包括第一支杆、第二支杆和第二电机，所述第一支杆的一端穿过所述流量管的外壁与所述第一电机传动连接，所述第一支杆的另一端设有所述第二电机；所述第二支杆的一端与所述第二电机传动连接，所述第二支杆的另一端与所述探针组件固定连接，所述第二电机带动所述探针组件进行圆周运动。
3.根据权利要求2所述的云雾水滴容积及液态水含量测量装置，其特征在于，所述探针组件包括引流管、光纤探头、冷光光源和保护罩，所述光纤探头和所述冷光光源嵌设在所述引流管的一端外壁上，所述引流管的另一端朝向进气来流方向，所述保护罩包覆在所述光纤探头和所述冷光光源外侧，所述保护罩与所述第二支杆连接。
4.根据权利要求3所述的云雾水滴容积及液态水含量测量装置，其特征在于，所述第一支杆和所述第二支杆为中空结构，所述光纤探头的光纤线和所述冷光光源的电源线经过保护罩和所述中空结构与所述流量管外部的测试系统相连。
5.根据权利要求3所述的云雾水滴容积及液态水含量测量装置，其特征在于，所述引流管朝向进气来流方向的一端的外壁设置为流线型结构。
6.根据权利要求3所述的云雾水滴容积及液态水含量测量装置，其特征在于，所述光纤探头沿所述引流管周向均匀分布。
7.一种云雾水滴容积及液态水含量测量系统，其特征在于，所述系统包括测试系统和如权利要求1-6任一项所述的云雾水滴容积及液态水含量测量装置，所述测试系统与所述测量装置通信连接，用于对所述测量装置进行控制和测量数据采集。
8.根据权利要求7所述的一种云雾水滴容积及液态水含量测量系统，其特征在于，所述测试系统包括图像捕捉模块、图像灰度特征提取模块和双目视觉建模模块，
所述图像捕捉模块用于实时获取引流管内多角度的云雾形貌和云雾内水滴分布图片；
图像灰度特征提取模块用于对所述图片进行特征提取，形成多角度的二维特征图像；
双目视觉建模模块用于对多角度的所述二维特征图像进行构建水滴的三维模型。
9.根据权利要求8所述的一种云雾水滴容积及液态水含量测量系统，其特征在于，所述特征提取包括云雾的二维形状和水滴的二维形状。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220304 |