本发明专利技术公开了一种能够实现航天发动机试验数据与图像高精度同步的方法，将试验系统的启动信号接入同步触发模块，为常规传感器数据和摄像头图像信息提供高精度同步触发信号，传感器数据与图像信息传入计算机后，由系统软件对数据和图像进行处理，添加统一的时间标识，确保图像信息与传感器数据的时间轴精准对齐，解决试验现场的普通摄像机帧率低、同步不精确的问题，以实现对发动机试验中运行状态的的准确评估和分析。确评估和分析。确评估和分析。
【技术实现步骤摘要】
一种航天发动机试验数据与图像的高精度同步方法
[0001]本专利技术涉及航天发动机试验测试领域。
技术介绍
[0002]随着对航天领域发动机试验数据分析需求的提高，依据试验视频图像对发动机工作状态进行评估逐渐成为试验数据综合分析的重要手段之一。但是如果无法保证视频图像与采集数据的时间同步，就不能建立起传感器数据与图像的准确对应关系，尤其是航天发动机的故障往往具有发展快、破坏性大等特点，细微的时间误差也会对状态的识别造成不利影响。目前的航天发动机试验中，通常采用普通摄像头进行录像，普遍帧率为25帧，在细致观察发动机运行状态时性能明显不足；而在特殊需求下会采用高速摄像设备，但因数据量巨大，通常存储时间受限，在未预料到有异常发生的情况下，一般很难记录到问题瞬间的状态，而且其固有图像采集模式需要手动记录点火时间，再后期由操作人员进行剪辑来对标传感器测量数据，无法实现图像与传感器数据的精确同步。因此，需要建立一种有效方法来确保试验数据与图像的精确同步。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的是提供一种能够实现航天发动机试验数据与图像高精度同步的方法，将试验系统的启动信号接入同步触发模块，为常规传感器数据和摄像头图像信息提供高精度同步触发信号，传感器数据与图像信息传入计算机后，由系统软件对数据和图像进行处理，添加统一的时间标识，确保图像信息与传感器数据的时间轴精准对齐，解决试验现场的普通摄像机帧率低、同步不精确的问题，以实现对发动机试验中运行状态的的准确评估和分析。
[0004]所述的航天发动机试验数据与图像的高精度同步方法，其实现过程需要采用高帧率工业摄像头、采集系统启动信号、传感器数据采集板卡、同步触发模块和计算机搭建图像采集系统。所述的采集系统的启动信号是为温度、压力、振动等常规传感器的采集提供触发脉冲和时间零位，在传统的航天发动机试验稳态和动态采集系统中，都是以该启动信号为触发标志，开启试验数据的采集和存储，通过数据采集板卡将数据传输至计算机中，以确保各类试验数据的同步要求。本专利技术中对高帧率工业摄像头进行二次开发，解决其与计算机软件接口的控制逻辑，并将触发方式设置为外部触发模式，通过所述的同步触发模块为其提供高帧率采样的触发脉冲信号，摄像头获取图像后在经过usb3.0接口向计算机进行传输。考虑到各采集系统内部时钟有可能不一致，为达到数据高精度同步，通过同步触发模块为传感器数据和图像采集提供统一的高精度计时器，以便输出精确的控制信号，为多元数据采集提供准确的时间触发信号。计算机软件中为传感器数据采集和图像采集创建相同的时间轴信息，传感器数据的时间轴建立比较简单，对于图像信息则是在软件处理后，将时间戳作为文件名进行保存，以便试验后的数据分析时对图像和发动机运行状态进行精确定位。
[0005]本专利技术的有益效果：
[0006]本专利技术针对航天发动机试验数据与图像信息同步精度不高的问题，提出一种多元数据同步采集方法，为传感器数据采集系统和图像采集系统提供统一的触发时钟，确保不同数据的时间轴能够精准对齐，为试验后的数据分析提供准确参考，为航天发动机运行状态的评估和瞬时故障的定位提供可靠依据。
附图说明
[0007]图1为本专利技术所述的航天发动机试验数据与图像的高精度同步方法示意图；
[0008]图2为本专利技术所述的同步触发模块结构图；
[0009]图3为本专利技术所述的同步触发模块电路结构示意图；
[0010]图4为本专利技术所述的计算机软件的模块化结构示意图。
[0011]其中，工业高帧率摄像头1，同步触发模块2，试验系统启动信号3，传感器4，数据采集板卡5，计算机6，同步触发模块上机壳7，同步触发模块电路8，同步触发模块下机壳9，LED显示屏10，温度补偿模块11，指示灯12，启动信号输入接口13，触发信号输出接口14，光电耦合模块，15，控制器16，usb驱动模块17，电源模块18，usb接口19。
具体实施方式
[0012]下面结合附图对本专利技术进行详细描述。
[0013]本专利技术所述的航天发动机试验数据与图像的高精度同步方法示意图如图1 所示，包括工业高帧率摄像头(1)、同步触发模块(2)、试验系统启动信号(3)、传感器(4)、数据采集板卡(5)和计算机(6)等几个部分。所述的试验系统启动信号(3)是由航天发动机试验系统提供，作为传感器数据和图像信息采集的零点触发标志，用于保证多元数据的同步采集，本专利技术中使用的是一个5V上升沿电平。所述的工业高帧率摄像头(1)负责图像信息的采集，为保证对其采样功能的控制，将触发模式配置为外部边沿触发。所述的同步触发模块(2)的功能是接收到试验系统启动信号(3)后，对外部输出数据和图像采集的触发脉冲信号，输出脉冲信号的频率根据系统采样率的要求进行设置，可实现 200～1000Hz的采样率。所述的传感器(4)指代的是试验系统的温度、压力、流量和振动等常规测量手段所使用的传感器，这些传感器获取的数据经数据采集板卡(5)传输至计算机(6)中进行出处理、存储和分析，实际中的数据采集板卡一般可细分为动态采集板卡和稳态采集板卡。计算机(6)运行的软件为传感器数据和图像信息建立统一的时间轴，实现高精度的时间同步。此外，本专利技术中摄像头(1)采用两种采集模式：
①
在试验点火前，按25帧的频率记录图像数据；
②
当试验系统启动信号(3)启动测试后，同步触发模块(2)在输出触发脉冲信号的同时，也同时会给计算机(6)一个启动标志，让其知晓已开启测试过程，计算机在此时为图像信息的存储创建一个独立的文件夹，用于与非试验段数据进行区分，同时，将点火时标作为时间戳对图像的文件名进行标识，并以设定的采样频率进行高速采集。
[0014]图2为本专利技术所述的同步触发模块结构图，由同步触发模块上机壳(7)，同步触发模块电路(8)和同步触发模块下机壳(9)三部分组成，(7)和(9) 采用3D打印制作，用于对电路(8)的保护和封装。所述的同步触发模块电路 (8)示意图如图3所示，LED显示屏(10)用于对触发状态、触发频率和触发持续时间进行实时显示；温度补偿模块(11)采用温度补偿晶
振及其外围电路实现，为控制器(16)提供高精度的时钟信号，本专利技术中采用精度为0.5ppm的温度补偿晶振，以确保在2000s采样时长内误差不超过5ms；指示灯(12)包括电源指示、触发指示和非触发指示三个状态；启动信号输入接口(13)用于连接试验系统启动信号(3)，触发信号输出接口(14)是为所述的摄像头(1)和数据采集板卡(5)提供统一的脉冲采样时钟；光电耦合模块(15)将同步触发模块(2)和试验系统启动信号(3)进行隔离，避免两者间的干扰影响；usb驱动模块(17)为建立同步触发模块(2)和计算机(6)的通信提供电平适配，并通过usb接口(19)进行物理连接，此外，usb接口(19)和电源模块(18) 还为同步触发模块(2)提供供电。
[0015]所述的计算机软件的模块化结构示意图如图4所示，所述的同步触发模式选择是对试验系统的采样方式进行本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.所述的一种航天发动机试验数据与图像的高精度同步方法，是通过工业高帧率摄像头(1)、同步触发模块(2)、试验系统启动信号(3)、传感器(4)、数据采集板卡(5)和计算机(6)等几个部分实现。2.所述的同步触发模块(2)的功能是接收到试验系统启动信号(3)后，对外部输出数据和图像采集的触发脉冲信号，输出脉冲信号的频率根据系统采样率的要求进行设置，可实现200～1000Hz的采样率。3.所述的计算机(6)运行的软件为传感器数据和图像信息建立统一的时间轴，实现高精度的时间同步。所述的摄像头(1)采用两种采集模式：
①
在试验点火前，按25帧的频率记录图像数据；
②
当试验系统启动信号(3)启动测试后，同步触发模块(2)在输出触发脉冲信号的同时，也同时会给计算机(6)一个启动标志，让其知晓已开启测试过程，计算机在此时为图像信息的存储创建一个独立的文件夹，用于与非试验段数据进行区分，同时，将点火时标作为时间戳...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘岳鹏，李山峰，徐亮，马鑫，周文怡，李海涛，方俊雅，马帅，
申请(专利权)人：北京航天试验技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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