[发明专利]基于双目视觉的尾喷口温度场可视化装置及其识别方法

说明书

本发明属于航空发动机试验领域，涉及基于双目视觉的尾喷口温度场可视化装置及其识别方法。装置包括：冷却探针、顶部黑色背景板、存储有温度场测量和尾喷口识别后处理程序的处理器；其中，冷却探针处于发动机尾喷口中轴线偏下位置；冷却探针内设置有双目相机；双目相机具有沿冷却探针轴向的顶部视角和沿冷却探针径向的侧视视角；顶部黑色背景板位于顶部视角内；发动机尾喷口位于侧视视角内；冷却探针的双目相机将拍摄到的图像发送至处理器，以便于处理根据自身存储的处理程序对图像进行处理，得到燃烧室的温度场。

技术领域

本发明属于航空发动机试验领域，涉及基于双目视觉的尾喷口温度场可视化装置及其识别方法。

背景技术

随着发动机推力的增加，燃烧室工作环境越来越恶劣，工作温度越来越高，如何在对燃烧室流场影响较小的情况下实时高效准确地监测燃烧室温度场对研究发动机燃烧情况，提高发动机性能，保证试验安全至关重要。

传统热电偶法测温只能测量有限个点的温度，当测点较多时，电偶耙会对流场产生较大干扰。机器视觉温度场测量方法是温度场可视化关键技术和发展方向。基于电荷耦合器件(Charge coupled Device，CCD)相机侵入式视觉成像方案近年来得到了较快的发展，其测量范围广、响应快、对流场影响小，并在工业燃炉温度检测领域得到应用。相比于工业燃炉环境，采用CCD相机在发动机尾喷口进行温度场测量时，不仅要承受较高的温度，还要受到尾焰高速气流冲击和碳烟等燃烧物的污染，并且存在诸如发动机外壳、试车台台架和灯光等较强的环境光干扰，这些环境光会造成温度场虚假信号。

要想采用CCD相机准确测量发动机燃烧室温度场必须进行图像分割，剔除环境光，避免虚假信号。常用的图像分割方法有基于灰度信息的图像分割法和基于大数据人工智能的图像分割方法。基于灰度的分割方法只能处理图层清晰边界明显的图形，发动机室内试验时边界模糊、图层复杂，灰度法不能很好的分割发动机尾焰图像；而基于人工智能的图像分割方法需要大量的数据对识别算法进行训练，计算量大，同样不适合进行发动机尾焰图像分割。对于类似发动机尾喷口复杂图层图像分割的研究也相对较少。

发明内容

发明目的：提出了基于双目视觉的发动机尾喷口温度场可视化和识别技术，该方法原理清晰、尾喷口识别准确、温度场测量范围广、精度高，可以高效准确监测燃烧室和发动机尾焰温度场。

技术方案：

一种基于双目视觉的尾喷口温度场可视化装置，包括：冷却探针、顶部黑色背景板、存储有温度场测量和尾喷口识别后处理程序的处理器；

其中，冷却探针处于发动机尾喷口中轴线偏下位置；冷却探针内设置有双目相机；双目相机具有沿冷却探针轴向的顶部视角和沿冷却探针径向的侧视视角；顶部黑色背景板位于顶部视角内；发动机尾喷口位于侧视视角内；冷却探针的双目相机将拍摄到的图像发送至处理器，以便于处理根据自身存储的处理程序对图像进行处理，得到燃烧室的温度场。

双目相机用于分别对燃烧室的火焰和以顶部黑色背景板为背景的尾焰进行拍摄。

双目相机的镜头包括侧视镜头和顶部镜头；冷却探针还包括：侧视观察窗、顶部观察窗、相机支架、一级冷却探针、二级冷却探针；

其中，二级冷却探针为两层结构，外层作为二级冷却水循环通路，内层顶部通过相机支架固定有双目相机，双目相机的相机导线通过内层底部伸出与处理器连接；

二级冷却探针在与双目相机的镜头对应位置上开设有侧视观察窗、顶部观察窗；观察窗通过镜片密封，将双目相机与外界隔离；二级冷却探针内嵌在一级冷却探针内，以加强换热。

观察窗周围开设有与内层连通的净化气通路；净化气通过内层底部的净化气入口进入内层再通过净化气通路吹至镜片，形成一道镜片保护膜。

一级冷却探针和二级冷却探针采用两套独立的冷却水循环系统。