一种姿控发动机二维平面温度场测量系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及姿控发动机推力室温度测量系统及方法，具体涉及一种姿控发动机二维平面温度场测量系统及方法，解决了无法准确测量、定位姿控发动机推力室最高温度值及其位置的技术问题。本发明专利技术提供的姿控发动机二维平面温度场测量系统通过环形定位装置和N个信号采集装置建立了N视角测量系统，并通过高温辐射信号发生器和环形定位装置实现原位校准，减少了产生系统误差的影响因素，提高了系统的测量精度。本发明专利技术提供的姿控发动机二维平面温度场测量方法通过原位校准得到的温度变化系数对获得的N组具有位置关联的温度分布图像进行修正，并通过相邻图像配准、拼接技术将N组修正后的温度分布图像进行融合，提高了测温精度、图像与温度的匹配度。像与温度的匹配度。像与温度的匹配度。

【技术实现步骤摘要】
一种姿控发动机二维平面温度场测量系统及方法


[0001]本专利技术涉及姿控发动机推力室温度测量系统及方法，具体涉及一种姿控发动机二维平面温度场测量系统及方法。

技术介绍

[0002]姿控发动机在飞行器姿态调整、交会对接和地外着陆等方面发挥着重要作用。工作于复杂环境中的各类飞行器对姿控发动机性能要求越来越高，需要快速迭代以适配不同飞行任务。通过试验准确测量、定位姿控发动机推力室的最高工作温度是姿控发动机结构设计、冷却模式设计和推进系统总体设计的关键所在。
[0003]目前，航天姿控发动机试验
仍普遍采用接触式点温测量方法，但该方法由于测点覆盖性不足而无法获取推力室整体表面温度，而且由于接触式测点影响温度分布而无法准确定位推力室最高工作区域，这将导致无法发现姿控发动机存在的缺陷。若通过多轮次试验定位最高工作温度又将极大增加研制周期。
[0004]为此，在不破坏姿控发动机推力室表面温度分布的条件下，通过非接触式测量方法在单次试验中获取姿控发动机推力室最高温度值及其工作区域是提高发动机热设计、耐高温性能设计、缩短研制周期的重要手段。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决无法准确测量、定位姿控发动机推力室最高温度值及其位置的技术问题，而提供一种姿控发动机二维平面温度场测量系统及方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种姿控发动机二维平面温度场测量系统，其特殊之处在于，包括环形定位装置、高温辐射信号发生器、N个均匀分布在环形定位装置上的信号采集装置、与N个信号采集装置电连接的同步信号发生装置，以及与同步信号发生装置、N个信号采集装置分别连接的上位机，其中，N≥2；
[0008]所述环形定位装置的中心位置用于在原位校准时安装高温辐射信号发生器，在温度场测量时安装姿控发动机，所述高温辐射信号发生器用于校准信号采集装置时，模拟姿控发动机工作时产生的高温辐射；
[0009]所述信号采集装置包括相机防护装置，以及安装在相机防护装置内部的光谱相机，所述相机防护装置固定在环形定位装置上，所述光谱相机分别与同步信号发生装置、上位机电连接；
[0010]所述环形定位装置用于固定N台光谱相机的相对位置及姿态；
[0011]所述同步信号发生装置用于向N台光谱相机发送同步信号，使N台光谱相机同时开始工作；
[0012]所述上位机用于向同步信号发生装置发送启动采集指令、标定N台光谱相机的工作参数，以及接收N台光谱相机采集的信号并通过现场原位校准获得N台光谱相机的温度变
化系数，通过修正、配准和拼接获得全视角姿控发动机二维平面温度场。
[0013]进一步地，所述N＝3。
[0014]进一步地，所述高温辐射信号发生器为黑体辐射炉。
[0015]进一步地，还包括网络交换机；
[0016]所述网络交换机的输入端与N台光谱相机的信号输出端分别连接，输出端与上位机连接，用于将N台光谱相机采集到的高温辐射信号统一传输至上位机。
[0017]本专利技术还提供一种姿控发动机二维平面温度场测量方法，基于上述的姿控发动机二维平面温度场测量系统，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0018]步骤1、在环形定位装置的中心位置安装高温辐射信号发生器，通过现场原位校准获取N台光谱相机的温度变化系数；
[0019]步骤2、标定N台光谱相机的工作参数；
[0020]步骤3、拆除高温辐射信号发生器，将姿控发动机安装在环形定位装置的中心位置，并分别设定N台光谱相机的工作参数；
[0021]步骤4、上位机向同步信号发生装置发出启动采集指令，同步信号发生装置发出同步信号控制N台光谱相机同时开始工作，姿控发动机点火；
[0022]步骤5、N台光谱相机采集姿控发动机发出的高温辐射信号，并将其转换为电学高温辐射信号后发送至上位机进行存储；
[0023]步骤6、重复步骤5，直至姿控发动机点火结束，上位机对存储的电学高温辐射信号进行处理，获得不同时刻N组360
°
/N视角的姿控发动机的二维平面温度场原始图像；
[0024]步骤7、根据步骤1获得的温度变化系数和步骤2标定的N台光谱相机的工作参数，对步骤6得到的不同时刻N组360
°
/N视角姿控发动机二维平面温度场原始图像进行同一时刻图像的修正、配准和拼接，得到不同时刻全视角姿控发动机二维平面温度场。
[0025]进一步地，步骤1具体为：
[0026]1.1、在环形定位装置的中心位置安装高温辐射信号发生器，设定高温辐射信号发生器的温度，并开启高温辐射信号发生器；
[0027]1.2、高温辐射信号发生器的温度达到设定温度值时，上位机向同步信号发生装置发出启动采集指令；
[0028]1.3、同步信号发生装置发出同步信号控制N台光谱相机同时开始采集高温辐射信号；
[0029]1.4、N台光谱相机采集高温辐射信号发生器发出的用于原位校准的高温辐射信号，并将其转换为电信号后发送至上位机进行存储；
[0030]1.5、上位机对电信号进行处理，获得N台光谱相机对应的测量温度值；
[0031]1.6、更改高温辐射信号发生器的设定温度值，重复步骤1.2
‑
步骤1.5，获得至少3组设定温度值和N台光谱相机对应的测量温度值；
[0032]1.7、通过最小二乘法对获得的至少3组设定温度值和N台光谱相机的测量温度值进行拟合，分别获得N台光谱相机的温度变化系数。
[0033]进一步地，所述步骤7具体为：
[0034]7.1、根据步骤1获得的温度变化系数和步骤2标定的N台光谱相机的工作参数，对步骤6得到的不同时刻N组360
°
/N视角的姿控发动机二维平面温度场原始图像中，同一时刻
图像包含的温度信息和图像信息进行预处理，修正温度偏差和畸变区域，得到N组修正后的姿控发动机二维平面温度场图像；
[0035]7.2、利用尺度不变特征变换方法分别提取N组修正后的姿控发动机二维平面温度场图像的图像特征；
[0036]7.3、根据步骤7.2提取的图像特征，分别在N组修正后的姿控发动机二维平面温度场图像的两两相邻区域内进行特征匹配，完成N组360
°
/N视角的姿控发动机二维平面温度场图像的配准，得到初步拼接的姿控发动机二维平面温度场图像；
[0037]7.4、利用图像分割原理在步骤7.3得到的初步拼接的姿控发动机二维平面温度场图像的拼接区域内寻找最佳拼接线，完成姿控发动机二维平面温度场图像的拼接融合；
[0038]7.5、消除拼接区域内亮度、颜色带来的差异和图像配准过程中产生的几何变化误差，得到全视角姿控发动机二维平面温度场。
[0039]进一步地，步骤2中，通过张正友标定法标定所述N台光谱相机的工作参数。
[0040]进一步地，步骤1.1中，所述高温辐射信号发生器设定的温度小于等于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种姿控发动机二维平面温度场测量系统，其特征在于：包括环形定位装置(2)、高温辐射信号发生器(9)、N个均匀分布在环形定位装置(2)上的信号采集装置(3)、与N个信号采集装置(3)电连接的同步信号发生装置(4)，以及与同步信号发生装置(4)、N个信号采集装置(3)分别连接的上位机(5)，其中，N≥2；所述环形定位装置(2)的中心位置用于在原位校准时安装高温辐射信号发生器(9)，在温度场测量时安装姿控发动机(1)，所述高温辐射信号发生器(9)用于校准信号采集装置(3)时模拟姿控发动机(1)工作时产生的高温辐射信号；所述信号采集装置(3)包括相机防护装置(7)，以及安装在相机防护装置(7)内部的光谱相机(8)；所述相机防护装置(7)固定在环形定位装置(2)上，所述光谱相机(8)分别与同步信号发生装置(4)、上位机(5)电连接；所述环形定位装置(2)用于固定N台光谱相机(8)的相对位置及姿态；所述同步信号发生装置(4)用于向N台光谱相机(8)发送同步信号，使N台光谱相机(8)同时开始工作；所述上位机(5)用于向同步信号发生装置(4)发送启动采集指令、标定N台光谱相机(8)的工作参数，以及接收N台光谱相机(8)采集的信号并通过现场原位校准获得N台光谱相机(8)的温度变化系数，通过修正、配准和拼接获得全视角姿控发动机二维平面温度场。2.根据权利要求1所述的姿控发动机二维平面温度场测量系统，其特征在于：所述N＝3。3.根据权利要求2所述的姿控发动机二维平面温度场测量系统，其特征在于：所述高温辐射信号发生器(9)为黑体辐射炉。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的姿控发动机二维平面温度场测量系统，其特征在于：还包括网络交换机(6)；所述网络交换机(6)的输入端与N台光谱相机(8)的信号输出端分别连接，输出端与上位机(5)连接，用于将N台光谱相机(8)采集到的高温辐射信号统一传输至上位机(5)。5.一种姿控发动机二维平面温度场测量方法，基于权利要求1
‑
4任一所述的姿控发动机二维平面温度场测量系统，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在环形定位装置(2)的中心位置安装高温辐射信号发生器(9)，通过现场原位校准获取N台光谱相机(8)的温度变化系数；步骤2、标定N台光谱相机(8)的工作参数；步骤3、拆除高温辐射信号发生器(9)，将姿控发动机(1)安装在环形定位装置(2)的中心位置，并分别设定N台光谱相机(8)的工作参数；步骤4、上位机(5)向同步信号发生装置(4)发出启动采集指令，同步信号发生装置(4)发出同步信号控制N台光谱相机(8)同时开始工作，姿控发动机(1)点火；步骤5、N台光谱相机(8)采集姿控发动机(1)发出的高温辐射信号，并将其转换为电学高温辐射信号后发送至上位机(5)进行存储；步骤6、重复步骤5，直至姿控发动机(1)点火结束，上位机(5)对存储的电学高温辐射信号进行处理，获得不同时刻N组360
°
/N视角的姿控发动机的二维平面温度场原始图像；步骤7、根据步骤1获得的温度变化系数和步骤2标定的N台光谱相机(8)的工作参数，对步骤6得到的不同时刻N组360

【专利技术属性】
技术研发人员：肖晶晶，张素文，白宇，任钰，舒伊晗，高明荟，刘宇丰，宫厚娟，刘珅，南荻，邓天香，
申请(专利权)人：西安航天动力试验技术研究所，
类型：发明
国别省市：