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一种回流式开式风洞试验自动对焦及补充示踪粒子的试验装置及控制方法制造方法及图纸

技术编号:20900288 阅读:27 留言:0更新日期:2019-04-17 16:04
本发明专利技术公开了一种回流式开式风洞试验自动对焦及补充示踪粒子的试验装置,包括:风洞试验段,其一端具有喷口;烟雾识别器,其设置在所述喷口处;烟雾发生器,其设置在所述风洞试验段的另一端;目标板,其竖直设置在所述风洞试验段中部;丝杠,其垂直于所述目标板设置,所述丝杠上设置滑块;电动推杆,其一端垂直设置在所述滑块上,所述电动推杆高度可调节;相机,其设置在所述电动推杆的另一端,所述相机的镜头上设置焦距调焦圈;第一电机,其输出轴与所述丝杠连接,用于驱动所述丝杠旋转;第二电机,其设置在所述滑块内,输出轴连接所述电动推杆。本发明专利技术能够自动定位并根据所需目标试验区的高度和大小来调节相机位置。

【技术实现步骤摘要】
一种回流式开式风洞试验自动对焦及补充示踪粒子的试验装置及控制方法
本专利技术涉及自动对焦及补充示踪粒子的试验领域,尤其涉及一种回流式开式风洞试验自动对焦及补充示踪粒子的试验装置及控制方法。
技术介绍
激光粒子测速(PIV)试验是风洞试验中常用的测量流场速度分布的试验手段。在开式风洞试验时,烟雾(示踪粒子)浓度会随着试验过程中粒子向外大气扩散,浓度逐渐降低,需要经常重启烟雾发生器补充烟雾,但仍然存在烟雾浓度前后时刻变化较大的问题,增大了试验误差。在PIV试验时,每次更换试验模型改变测量截面位置时,为保证相机拍摄视野大小不变,都需要重新调整工业相机位置,而且工业相机一般都不具备自动对焦的能力,需要重新对相机进行人工对焦,操作误差大,且工作繁琐。
技术实现思路
本专利技术为解决目前的技术不足之处,提供了一种回流式开式风洞试验自动对焦及补充示踪粒子的试验装置,能够自动定位并根据所需目标试验区的高度和大小来调节相机位置。本专利技术提供了一种回流式开式风洞试验自动对焦及补充示踪粒子的试验装置的控制方法,能够精确控制测试环境内的相机的准确位置,减少人为因素产生的试验误差,提高试验效率。本专利技术提供的技术方案为:一种回流式开式风洞试验自动对焦及补充示踪粒子的试验装置,包括:风洞试验段,其一端具有喷口;烟雾识别器,其设置在所述喷口处;烟雾发生器,其设置在所述风洞试验段的另一端;目标板,其竖直设置在所述风洞试验段中部;丝杠,其垂直于所述目标板设置,所述丝杠上匹配设置滑块;电动推杆,其一端垂直设置在所述滑块上,所述电动推杆高度可调节;相机,其设置在所述电动推杆的另一端,所述相机的镜头上设置焦距调焦圈;第一电机,其输出轴与所述丝杠连接,用于驱动所述丝杠旋转;第二电机,其设置在所述滑块内,输出轴连接所述电动推杆。优选的是,还包括:第三电机,其设置在所述相机上方;主动齿轮,其同轴固设在所述第三电机的输出轴上,并且所述主动齿轮与所述焦距调焦圈啮合。优选的是,所述电机为步进电机。优选的是,还包括:红外传感器,其设置在所述相机上,用于检测相机镜头与所述目标板的水平距离;两个浓度传感器,其分别设置在所述喷口处和所述目标板附近,用于检测目标板处烟雾浓度;控制器,其与所述烟雾识别器、所述烟雾发生器、所述红外传感器、所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机,用于接收所述浓度传感器的检测数据并控制所述烟雾发生器、所述第一电机、所述第二电机和所述第三电机的工作。优选的是,包括以下步骤:步骤一、按照采样周期,通过传感器采集风洞试验段内烟雾浓度C、相机高度H、相机与目标板的距离S、以及目标板的高度h;步骤二、依次将烟雾浓度C、相机高度H、相机与目标板的距离S、以及目标板的高度h进行格化,确定三层BP神经网络的输入层的向量为x={x1,x2,x3,x4};其中,x1为风洞试验段内烟雾浓度系数,x2为相机高度系数、x3为相机与目标板的距离系数,x4为目标板的高度系数;步骤三、所述输入层向量映射到中间层,所述中间层向量y={y1,y2,…,ym};m为中间层节点个数;步骤四、得到输出层向量z={z1,z2,z3,z4};其中,z1为烟雾发生器功率调节系数,z2为第一电机输出轴转速调节系数,z3为第三电机输出轴转角调节系数,z4为第二电机输出轴长度调节系数,使Pi+1=z1iPmaxNi+1=z2iNmaxβi+1=z3iβmaxLi+1=z4iLmax其中,z1i、z2i、z3i、z4i分别为第i个采样周期输出层向量参数,Pmax为烟雾发生器的最大功率,Nmax为第一电机输出轴的最大转速,βmax为第三电机输出轴的最大转角,Lmax为第二电机的输出轴最大长度,Pi+1为第i+1个采样周期时烟雾发生器的功率,Ni+1为第i+1个采样周期时第一电机输出轴的转速、βi+1为第i+1个采样周期时第三电机输出轴的转角、Li+1为第i+1个采样周期时第二电机的输出轴长度。优选的是,在所述步骤二中,风洞试验段内烟雾浓度C、相机高度H、相机与目标板的距离S、以及目标板的高度h进行规格化公式为:其中,xj为输入层向量中的参数,Xj分别为测量参数C、H、S、h,j=1,2,3,4;Xjmax和Xjmin分别为相应测量参数中的最大值和最小值。优选的是,所述中间层节点个数m满足:其中n为输入层节点个数,q为输出层节点个数。优选的是,初始状态时,烟雾发生器的功率P0满足:式中,Va为风洞试验段的喷口处风速,Vb为风洞试验段的中部风速,CD为风洞试验段的烟雾浓度,SD风洞试验段的横截面积,T为烟雾发生器工作时需要加热的温度。优选的是,初始状态时,所述第三电机输出轴的转角满足:其中,S0为相机与目标板的初始距离,f0相机的初始焦距,n为相机镜头放大倍数,LE为相机镜头像平面的扩充距离,e为自然对数的底数。优选的是,初始状态时使第一电机转速N0和第二电机输出轴长度L0分别满足:N0=0.63Nmax;L0=0.69Lmax。本专利技术所述的有益效果:本专利技术提供了一种回流式开式风洞试验自动对焦及补充示踪粒子的试验装置,能够自动定位并根据所需目标试验区的高度和大小来调节相机位置。本专利技术还提供了一种基于神经网络的回流式开式风洞试验自动对焦及补充示踪粒子的试验装置的控制方法,烟雾浓度控制可以保证在试验的整个过程中,风洞试验段的烟雾浓度保持在合适的浓度范围内;自动定位及对焦系统可以根据所需要的目标试验区大小自动调节相机与目标板的距离,并可以根据目标试验区的高度调节相机的上下位置,减少人为产生的试验误差,提高试验效率。附图说明图1为本专利技术的烟雾浓度控制装置布置方案。图2为本专利技术的回流式开式风洞试验自动对焦及补充示踪粒子的试验装置的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。如图1-2所示,本专利技术提供一种回流式开式风洞试验自动对焦及补充示踪粒子的试验装置,包括:风洞试验段,一端设置端口,在端口处设置烟雾识别器110。在风洞试验段的另一端设置烟雾发生器113,烟雾发生器113旁设置控制器111和二氧化碳气瓶112,二氧化碳气瓶112连接烟雾发生器113。目标板130竖直设置在所述风洞试验段中部;垂直目标板130设置有丝杠140,并且目标板130沿丝杠140轴向对称。滑块141,其中心设置有通孔,且周向设置有与丝杠140配合的内螺纹,使得滑块141能够沿丝杠140轴向滑动,即当丝杠141旋转时,滑块141由于和丝杠140是螺纹配合,使得滑块141能够沿丝杠140轴向滑动。在滑块141上设置第二电机,电机输出轴垂直于滑块141的上表面,且输出轴上设置电动推杆142,电动推杆高度142可调节,一端垂直固定设置在第二电机输出轴上,另一端与相机150固定连接。第一电机143的输出端与所述丝杠140固定连接,用于驱动所述丝杠140旋转。焦距调焦圈151可旋转设置在相机150镜头上,且焦距调焦圈151周向设置有齿条152;在焦距调焦圈151上方设置有主动齿轮153,且与焦距调焦圈151的齿条152啮合,当主动齿轮153旋转时,能够带动焦距调焦圈151旋转,进而能够对相机镜头的焦距进行调节,使得相机镜头成像更清楚。第三电机154设置在相机150上,且输出轴与主动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种回流式开式风洞试验自动对焦及补充示踪粒子的试验装置,其特征在于,包括:风洞试验段,其一端具有喷口;烟雾识别器,其设置在所述喷口处;烟雾发生器,其设置在所述风洞试验段的另一端;目标板,其竖直设置在所述风洞试验段中部;丝杠,其垂直于所述目标板设置,所述丝杠上匹配设置滑块;电动推杆,其一端垂直设置在所述滑块上,所述电动推杆高度可调节;相机,其设置在所述电动推杆的另一端,所述相机的镜头上设置焦距调焦圈;第一电机,其输出轴与所述丝杠连接,用于驱动所述丝杠旋转;第二电机,其设置在所述滑块内,输出轴连接所述电动推杆。

【技术特征摘要】
1.一种回流式开式风洞试验自动对焦及补充示踪粒子的试验装置,其特征在于,包括:风洞试验段,其一端具有喷口;烟雾识别器,其设置在所述喷口处;烟雾发生器,其设置在所述风洞试验段的另一端;目标板,其竖直设置在所述风洞试验段中部;丝杠,其垂直于所述目标板设置,所述丝杠上匹配设置滑块;电动推杆,其一端垂直设置在所述滑块上,所述电动推杆高度可调节;相机,其设置在所述电动推杆的另一端,所述相机的镜头上设置焦距调焦圈;第一电机,其输出轴与所述丝杠连接,用于驱动所述丝杠旋转;第二电机,其设置在所述滑块内,输出轴连接所述电动推杆。2.根据权利要求1所述的回流式开式风洞试验自动对焦及补充示踪粒子的试验装置,其特征在于,还包括:第三电机,其设置在所述相机上方;主动齿轮,其同轴固设在所述第三电机的输出轴上,并且所述主动齿轮与所述焦距调焦圈啮合。3.根据权利要求2所述的回流式开式风洞试验自动对焦及补充示踪粒子的试验装置,其特征在于,所述电机为步进电机。4.根据权利要求3所述的回流式开式风洞试验自动对焦及补充示踪粒子的试验装置,其特征在于,还包括:红外传感器,其设置在所述相机上,用于检测相机镜头与所述目标板的水平距离;两个浓度传感器,其分别设置在所述喷口处和所述目标板附近,用于检测目标板处烟雾浓度;控制器,其与所述烟雾识别器、所述烟雾发生器、所述红外传感器、所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机,用于接收所述浓度传感器的检测数据并控制所述烟雾发生器、所述第一电机、所述第二电机和所述第三电机的工作。5.一种回流式开式风洞试验自动对焦及补充示踪粒子的试验装置的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、按照采样周期,通过传感器采集风洞试验段内烟雾浓度C、相机高度H、相机与目标板的距离S、以及目标板的高度h;步骤二、依次将烟雾浓度C、相机高度H、相机与目标板的距离S、以及目标板的高度h进行格化,确定三层BP神经网络的输入层的向量为x={x1,x2,x3,x4};其中,x1为风洞试验段内烟雾浓度系数,x2为相机高度系数、x3为相机与目标板的距离系数,x4为目标板的高度系数;步骤三、所述输入层向量映射到中间层,所述中间层向量y={y1,y2,…,ym};m为中间层节点个数;步骤四、得到输出层向量z={z1,z2,z3,z4};其中,z1...

【专利技术属性】
技术研发人员:胡兴军惠政王泽伟张靖龙董春波葛长江王漠耿亚林刘一尘张志强李天鸿
申请(专利权)人:吉林大学
类型:发明
国别省市:吉林,22

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