專利名稱：材料超高溫燒蝕圖像采集系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種圖像采集系統，具體地說是一種為材料在超高溫射流環境下燒蝕試驗過程的監控而開發的專用圖像采集系統。
背景技術：
以交流等離子加熱器為核心的防熱材料地面模擬試驗系統，能夠模擬材料在超高溫等環境下的燒蝕過程，通過對試驗過程中的關鍵參量進行采集和分析，可以揭示材料的燒蝕機理，為材料與結構的優化設計提供依據。燒蝕試驗過程中試件表面的燒蝕特征圖像的在線獲取是十分重要的。
目前，可用于高溫圖像采集和處理的設備為紅外熱像儀，具備圖像采集和溫度測量的功能。該設備將光學信號分成雙束，一部分進入視頻攝像機而另一部分被送到掃描測溫儀，最終的圖像和溫度可在計算機顯示器上看到。紅外熱像儀采用紅外成像與光學測溫技術，構造復雜，價格昂貴。
發明內容本發明的目的在于提供一種結構簡單、成本低、可靠好的材料超高溫燒蝕圖像采集系統。
本發明的目的是這樣實現的它包括CCD相機，CCD相機通過連接件連接光學變焦鏡頭，光學變焦鏡頭前通過連接件連接套筒，在套筒中安裝偏振片組、窄帶濾光片、偏光片，偏光片靠近光學變焦鏡頭，窄帶濾光片位于偏光片與偏振片組之間。
本發明還可以包括這樣一些結構特征1、窄帶濾光片通過偏光片與窄帶濾光片之間的定位套筒和定位膠墊軸向固定。
2、套筒上開有偏振片組裝配口，偏振片組套筒內的階梯臺及彈簧圈軸向定位。
3、窄帶濾光片的透光波長在650-720nm，中心50nm范圍內的透過率為50％，邊緣透過率為10％。
4、CCD相機為有效像素768(H)×582(V)，水平清晰度570線，具有先進的數字調節背光補償功能，最低照度為0.81ux(0.008fc)的CCD相機。
本發明具有結構簡單、成本低、可靠好的優點。該系統可以有效地屏蔽超高溫等離子射流以及雜散光影響，在線獲取高質量的材料燒蝕表面圖像，實現燒蝕試驗過程重現，并根據采集的圖像計算材料的表面燒蝕速率。
圖1為本發明的結構原理示意圖；圖2為碳/碳復合材料表面燒蝕特征圖；圖3為混雜碳/碳復合材料表面燒蝕特征圖；圖4為材料表面實時燒蝕后退率。
(五)具體實施方案下面結合附圖舉例對本發明作更詳細的描述結合圖1，材料超高溫燒蝕圖像采集系統的組成包括CCD相機12。CCD相機通過連接件11連接光學變焦鏡頭10，光學變焦鏡頭前通過連接件8連接套筒1。在套筒中安裝偏振片組3、窄帶濾光片5、偏光片7。偏光片靠近光學變焦鏡頭，窄帶濾光片位于偏光片與偏振片組之間。窄帶濾光片通過偏光片與窄帶濾光片之間的定位套筒6和定位膠墊4軸向固定。套筒上開有偏振片組裝配口，偏振片組套筒內的階梯臺及彈簧圈2軸向定位。窄帶濾光片的透光波長在650-720nm，中心50nm范圍內的透過率為50％，邊緣透過率為10％。CCD相機為有效像素768(H)×582(V)，水平清晰度570線，具有先進的數字調節背光補償功能，最低照度為0.81ux(0.008fc)的CCD相機。其中所述的連接件是連接環。連接環8通過禁固螺釘9固定在光學變焦鏡頭上。
由偏振片組、濾光片、偏光片和光學鏡頭組成光學成像系統，將試件的光學圖像投射到CCD相機的光電耦合陣列，形成數字圖像。偏振片組由2片偏振片組成，調節偏振片之間的角度，降低光強；窄帶濾光片只允許一定波長(650-720nm)的可見光通過，中心范圍內(50nm)的透過濾為50％，邊緣透過率為10％；偏光片用于濾除雜散光，消除光暈。CCD相機的有效像素768(H)×582(V)，水平清晰度570線，具有先進的數字調節背光補償(BLC)功能，最低照度為0.81ux(0.008fc)。然后，通過圖像采集卡和圖像采集軟件組成的圖像接受和存儲系統將數字圖像實時保存到計算機硬盤，圖像采集軟件具備圖像采集、存儲、回放和分析的功能，圖像采集速度為10～20幀/秒，采集時間與試驗時間及計算機硬盤容量有關。過程回放時可以自由設定回放速度。燒蝕試驗結束后，利用軟件的回放功能再現整個試驗過程中試件表面的變化過程及燒蝕特征，并計算表面燒蝕速率。
首先根據地面燒蝕模擬系統的要求將燒蝕材料試件裝配到位，通過連接環11將光學變焦鏡頭10與CCD相機12連接，調節鏡頭焦距和CCD相機焦距，得到一定倍數的清晰物像。連接環8與鏡頭之間通過緊固螺釘9固定，連接環外接套筒1，套筒中安裝偏光片7，用鎢帶燈作為參考光源，照射試件表面，調節偏光片角度濾除散射光。連接偏振片組3和窄帶濾光片5，窄帶濾光片通過定位套筒6和定位膠墊4軸向定位，偏振片組通過套筒1和彈簧圈2進行軸向定位，調節偏振片之間的角度(80-95度)，降低光強，獲得滿意的圖像。將CCD相機與高速圖像采集卡連接，驅動圖像采集軟件。運行交流等離子加熱器對試件進行地面模擬燒蝕試驗，將試件燒蝕表面的圖像實時地采集并保存到計算機硬盤。燒蝕試驗結束后，利用軟件的回放功能再現整個試驗過程中試件表面的變化過程以及燒蝕特征，并計算試件表面實時燒蝕后退率。
試驗測試表明，本發明可以有效地屏蔽溫度超過4000K的等離子射流以及雜散光影響，在線獲取高質量(分辨率0.01mm)的防熱材料燒蝕表面(溫度3000K)圖像及燒蝕特征，如圖2、3所示，混雜碳/碳復合材料表面熔化物流淌，如圖3所示，材料表面燒蝕率隨時間的變化過程，如圖4所示。
權利要求
1.一種材料超高溫燒蝕圖像采集系統，它包括CCD相機，CCD相機通過連接件連接光學變焦鏡頭，其特征是光學變焦鏡頭前通過連接件連接套筒，在套筒中安裝偏振片組、窄帶濾光片、偏光片，偏光片靠近光學變焦鏡頭，窄帶濾光片位于偏光片與偏振片組之間。
2.根據權利要求1所述的材料超高溫燒蝕圖像采集系統，其特征是窄帶濾光片通過偏光片與窄帶濾光片之間的定位套筒和定位膠墊軸向固定。
3.根據權利要求1或2所述的材料超高溫燒蝕圖像采集系統，其特征是套筒上開有偏振片組裝配口，偏振片組套筒內的階梯臺及彈簧圈軸向定位。
4.根據權利要求1或2所述的材料超高溫燒蝕圖像采集系統，其特征是窄帶濾光片的透光波長在650-720nm，中心50nm范圍內的透過率為50％，邊緣透過率為10％。
5.根據權利要求3所述的材料超高溫燒蝕圖像采集系統，其特征是窄帶濾光片的透光波長在650-720nm，中心50nm范圍內的透過率為50％，邊緣透過率為10％。
6.根據權利要求1、2或5所述的材料超高溫燒蝕圖像采集系統，其特征是CCD相機為有效像素768(H)×582(V)，水平清晰度570線，具有先進的數字調節背光補償功能，最低照度為0.81ux(0.008fc)的CCD相機。
7.根據權利要求3所述的材料超高溫燒蝕圖像采集系統，其特征是CCD相機為有效像素768(H)×582(V)，水平清晰度570線，具有先進的數字調節背光補償功能，最低照度為0.81ux(0.008fc)的CCD相機。
8.根據權利要求4所述的材料超高溫燒蝕圖像采集系統，其特征是CCD相機為有效像素768(H)×582(V)，水平清晰度570線，具有先進的數字調節背光補償功能，最低照度為0.81ux(0.008fc)的CCD相機。
全文摘要
本發明提供的是一種材料超高溫燒蝕圖像采集系統。它包括CCD相機，CCD相機通過連接件連接光學變焦鏡頭，光學變焦鏡頭前通過連接件連接套筒，在套筒中安裝偏振片組、窄帶濾光片、偏光片，偏光片靠近光學變焦鏡頭，窄帶濾光片位于偏光片與偏振片組之間。本發明具有結構簡單、成本低、可靠好的優點。該系統可以有效地屏蔽超高溫等離子射流以及雜散光影響，在線獲取高質量的材料燒蝕表面圖像，實現燒蝕試驗過程重現，并根據采集的圖像計算材料的表面燒蝕速率。
文檔編號G02B27/28GK1727935SQ20051001020
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月20日 優先權日2005年7月20日
發明者易法軍, 白光輝, 張博明 申請人:哈爾濱工業大學