本发明专利技术公开了一种浮空器的气体泄漏点检测系统及其设计方法，其中浮空器的气体泄漏点检测系统由光源模块、摄像监控模块和精确定位模块组成；摄像监控模块包括摄像头单元、硬盘录像机和监视器，摄像头单元和监视器分别与硬盘录像机连接；精确定位模块包括信息传输装置和图像处理器，信息传输装置连接硬盘录像机和图像处理器；摄像头单元和光源模块的光源单元分别布置于浮空器内外；摄像头单元获取的浮空器图像信息传输到硬盘录像机；本发明专利技术的浮空器泄漏点检测系统经济性好，检测准确，实施方便，检测时间短，为浮空器囊体研制检测、维护和维修提供了经济有效的解决途径。修提供了经济有效的解决途径。修提供了经济有效的解决途径。
【技术实现步骤摘要】
一种浮空器囊体泄漏点检测系统及其设计方法
[0001]本专利技术提出一种浮空器(包括飞艇和气球)的气体泄漏点检测方法，用于浮空器漏点检测。
技术介绍
[0002]临近空间浮空器(包括飞艇和气球)由于制造使用费用低、留空时间长、可维修性好、覆盖区域大、不易受到地面防空武器或飞机的攻击等特点，在通信、导弹预警、战场监测、森林火警、大气污染监测、导航定位、空中交通管制等众多领域有着广泛的用途。
[0003]在对浮空器囊体进行地面加工和运输过程中，可能会对囊体材料产生不同程度的损伤，加工缺陷也会导致囊体发生微孔损伤，导致浮空器囊体气密性被破坏，引起内部气体泄漏。当出现泄漏时，会影响浮空器的驻空能力，以及飞行性能和安全性，因此需要在放飞前，对囊体进行检漏，以便确定漏点位置，进行修补。
[0004]目前的浮空器检测方法有人工法、分块布置测点法，以及移动检测法，这些方法存在一定的局限性。例如：人工法检测不准确，很难查出微小露点；分块布置测点法成本高、传感器布置复杂；移动检测法检测时间长。
技术实现思路
[0005]本专利技术针对现有浮空器泄漏点检测方法存在的上述问题，公开一种浮空器囊体泄漏点检测系统。该方法成本较低，避免了复杂的传感器布置，能快速检测到漏点，并精确定位。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种浮空器囊体泄漏点检测系统，由光源模块、摄像监控模块和精确定位模块组成；摄像监控模块包括摄像头单元、硬盘录像机和监视器，摄像头单元和监视器分别与硬盘录像机连接；精确定位模块包括信息传输装置和图像处理器，信息传输装置连接硬盘录像机和图像处理器；摄像头单元和光源模块的光源单元分别布置于浮空器内外；摄像头单元获取的浮空器图像信息传输到硬盘录像机；硬盘录像机能够存储和回放图像信息，并能将图像信息传输给监视器显示，或经信息传输装置传给图像处理器。通过显示屏图像的人工观察，能够快速看出泄漏点的大致位置。将包括这个大致位置的图像部分在图像处理器中定义，进行图像信息后处理，通过3D重构等技术，精确定位漏点位置。
[0007]光源单元的优选光色是在白光、太阳光、夜色环境下分辨率高的彩色光，便于摄像头单元识别和捕捉。
[0008]作为优选的一种技术方案，所述检测系统的一种优选方案是摄像头单元位于浮空器内，拍摄浮空器内表面；光源单元布置于浮空器外，光线辐照到浮空器外表面。光源单元由很多光源点组成，这些光源点分布于浮空器的外侧周边，使光源单元的直射光覆盖浮空器外表面。
[0009]一种优选的摄像头单元方案是摄像头单元只有一个摄像头，该摄像头连接一个自
动转动装置。该自动转动装置按设定程序，使摄像头360度全方位转动，清楚地拍摄到浮空器内表面的每一个部位。
[0010]另一种优选的摄像头单元方案是摄像头单元包括多个摄像头，能清楚地同时拍摄到浮空器内表面的每一个部位。
[0011]作为优选的一种技术方案，所述检测系统的另一种优选方案是摄像头单元在浮空器外，拍摄浮空器外表面；光源单元位于浮空器内，光线辐照到浮空器内表面。摄像头单元由很多摄像头组成，视角完全覆盖浮空器外表面，能够清晰拍摄浮空器外表面各部位。
[0012]作为优选的一种技术方案，光源单元的一种优选方案是均布式光源，这种光源照射到浮空器被辐照表面的光强度分布均匀。均布式光源可采用交叉光学结构，用概率统计方法设计而成。所述交叉光学结构是采用不同的光源点按照光学特性和被辐照表面物理特性交叉组合形成的光学结构，该结构通过各光源点在被辐照表面上辐照强度的叠加，使得被辐照表面各处接收到的辐照度分布均匀。
[0013]作为优选的一种技术方案，对于摄像头单元在浮空器外、光源单元位于浮空器内的检测方案，光源模块的一种方案包括光源单元和自动转动装置，光源单元为探照式光源。一种探照式光源包括光源主体、反光罩和镜面，反光罩的反射线形成垂直于镜面的平行光束。光源单元与自动转动装置连接，自动转动装置按设定程序，使光源单元360度全方位转动，光源射线逐步达到浮空器内表面的每一个部位。
[0014]对于上面所述的自动转动装置，一种优选方案包括立杆、水平杆、垂直转动装置和水平转动装置。水平杆的一端通过水平转动装置连接立杆，另一端连接负载。水平转动装置可使水平杆围绕立杆在水平面360度转动，垂直转动装置可使其负载在垂直面180度转动。对于摄像头单元位于浮空器内且只有一个摄像头的检测系统，所述负载是摄像头单元。对于探照式光源，所述负载是光源单元。
[0015]该设计方法基于上述技术方案中记载的浮空器囊体泄漏点检测系统，该浮空器囊体泄漏点检测系统中记载的概率统计方法包括如下步骤：
[0016]步骤一、首先对均布式光源中的每一类光源点抽样进行光学性能测试，获得该类光源点的射线分布谱，包括辐射波长、强度和射线方向，据此把该光源点全部辐射分成若干光束，这些光束的总合即为该光源点的总辐射；把每一个光束射线的传播过程对抽样进行平均，得到检测概率统计样本；根据检测概率统计样本建立光束传播概率统计模型，该模型的一般形式为
[0017][0018]式中，I为光束投射到与其垂直的单位面积上的辐照强度，θ为光束与光源点中心光线的夹角，β为光束最外侧射线与其中心射线的夹角，x为光束传播距离，f(θ)是以θ为变量的函数；f(θ)的一种形式为
[0019]f(θ)＝a0+a1θ+a2θ2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0020]式中，a0、a1、a2由抽样检测概率统计样本的数据拟合获得；
[0021]步骤二、根据被辐照面材料的反射率、透过率和吸收率，建立浮空器被辐照面物理特性概率统计模型；把浮空器被辐照面进行划分，获得浮空器被辐照面单元，这些单元的集合体即为整个浮空器的被辐照面；假设浮空器被辐照面物理特性相等，得到各浮空器被辐
照面单元的物理性质概率统计模型相等；
[0022]步骤三、对于每一个浮空器被辐照面单元，将均布式光源在其上的辐照看成是各光源点所有光束的集合体，线性叠加，获得均布式光源对该浮空器被辐照面单元的辐照度概率统计模型，将其与浮空器被辐照面单元物理性质概率统计模型耦合，获得每一个浮空器被辐照面单元的光源辐照度概率统计模型；数值求解该模型，获得均布式光源在每一个浮空器被辐照面单元的辐照度统计结果；
[0023]步骤四、设定辐照均匀度误差，如果各浮空器被辐照面单元的辐照度分布结果的差异在设定辐照均匀度误差限之内，则对均布式光源的设计满足要求；如果一个或多个浮空器被辐照面单元的辐照度分布结果的差异超出设定辐照均匀度误差限，则设计结果不满足要求，需要重新设计均布式光源，直至误差满足要求为止。
[0024]本专利技术提供的浮空器泄漏点检测系统及方法，通过光学成像及3D图像重构技术，精确定位泄漏点位置。系统经济性好，检测准确，实施方便，检测时间短，为浮空器囊体研制检测、维护和维修提供了经济有效的解决方法。
附图说明
[0025]图1为一种摄像头单元在浮空器外本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种浮空器囊体泄漏点检测系统，其特征在于，包括：检测系统由光源模块(1)、摄像监控模块(2)、精确定位模块(3)；摄像监控模块(2)包括摄像头单元(4)、硬盘录像机(5)和监视器(6)；摄像头单元(4)和监视器(6)分别与硬盘录像机(5)连接；精确定位模块(3)包括信息传输装置(7)和图像处理器(8)；信息传输装置(7)连接硬盘录像机(5)和图像处理器(8)；摄像头单元(4)和光源模块(1)的光源单元(9)分别布置于浮空器(10)内外；摄像头单元(4)获取的浮空器(10)图像信息传输到硬盘录像机(5)；硬盘录像机(5)能够存储和回放图像信息，并能将图像信息传输给监视器(6)显示，或经信息传输装置(7)传给图像处理器(8)；图像处理器(8)对图像信息后处理，能精确定位漏点位置。2.根据权利要求1所述的一种浮空器囊体泄漏点检测系统，其特征在于：摄像头单元(4)位于浮空器(10)内；光源单元(9)由多个光源点(11)组成；光源点(11)分布于浮空器(10)的外侧周边，使光源单元(9)的直射光覆盖浮空器(10)外表面。3.根据权利要求1所述的一种浮空器囊体泄漏点检测系统，其特征在于：摄像头单元(4)由多个摄像头(12)组成；摄像头(12)分布于浮空器(10)的外侧周边，视角完全覆盖浮空器(10)外表面，能够清晰拍摄浮空器(10)外表面各部位；光源单元(9)位于浮空器(10)内，光线辐照到浮空器(10)内表面。4.根据权利要求2或3所述的一种浮空器囊体泄漏点检测系统，其特征在于：光源单元(9)是一种照射到浮空器(10)被辐照表面各处的光强度均匀的均布式光源(13)；均布式光源(13)采用交叉光学结构(14)，用概率统计方法设计而成；所述交叉光学结构是采用不同的光源点(11)按照光学特性和被辐照表面物理特性交叉组合形成的光学结构，该结构通过各光源点在被辐照表面上辐照强度的叠加，使得被辐照表面各处接收到的辐照度分布均匀。5.根据权利要求2所述的一种浮空器囊体泄漏点检测系统，其特征在于：摄像头单元(4)包括一个摄像头(12)；摄像头(12)连接自动转动装置(15)；自动转动装置(15)按设定程序360度全方位转动，使得浮空器(10)内表面的每一个部位都可以被清楚地拍摄到。6.根据权利要求2所述的一种浮空器囊体泄漏点检测系统，其特征在于：摄像头单元(4)包括多个摄像头(12)，能清楚地同时拍摄到浮空器(10)内表面的每一个部位。7.根据权利要求3所述的一种浮空器囊体泄漏点检测系统，其特征在于：光源模块(1)包括光源单元(9)和自动转动装置(15)；光源单元(9)是包括光源主体(16)、反光罩(17)和镜面(18)的探照式光源(19)；反光罩(17)的反射线形成垂直于镜面(18)的平行光束；自动转动装置(15)按设定程序360度全方位转动，...
【专利技术属性】
技术研发人员：方贤德，李晓欢，李冲，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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