[發(fā)明專利]一種基于CCD成像的電弧金屬蒸汽濃度測量系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410077434.1
• 申請日: 2014-03-04
• 公開（公告）號: CN103868859A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王偉宗;于源;李萌;薛明;王春野
• 申請（專利權(quán)）人: 中國空間技術(shù)研究院
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G01J5/20
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

1.一種基于CCD成像的電弧金屬蒸汽濃度測量系統(tǒng)，其特征在于：包括同步觸發(fā)電路、動態(tài)壓力測量模塊、電弧光學(xué)圖像采集處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理單元；同步觸發(fā)電路控制外部的電弧發(fā)生器、動態(tài)壓力測量模塊和電弧光學(xué)圖像采集處理模塊、數(shù)據(jù)處理單元同步工作；所述的電弧光學(xué)圖像采集處理系統(tǒng)包括以電弧發(fā)生器為中心，在同一平面基準(zhǔn)內(nèi)相距120°的三路成像光路，每路成像光路包括可調(diào)密度盤、分光裝置、濾光片、CCD；電弧光學(xué)圖像采集處理系統(tǒng)中的三路成像光路同時接收外部電弧發(fā)生器放電發(fā)出的光信號，每一路成像光路中的可調(diào)密度盤對接受的光信號進行動態(tài)衰減，將衰減后的信號經(jīng)分光裝置等性分為三路平行光束，再經(jīng)過各自光路的濾光片后，得到三束不同波長的單色光λ₁、單色光λ₂、背景光λ₃并送至CCD的不同區(qū)域成像，從而獲得由三路平行光束生成的一幅成像光路圖像，其中所述三路平行光束中的濾光片具有不同的特征波長；電弧光學(xué)圖像采集處理系統(tǒng)生成三幅成像光路圖像送至數(shù)據(jù)處理單元；動態(tài)壓力測量模塊測量電弧發(fā)生器內(nèi)部的動態(tài)壓力，并將壓力測量結(jié)果送至數(shù)據(jù)處理單元；數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)成像光路圖像和壓力測量結(jié)果，計算獲得電弧內(nèi)部金屬蒸汽的濃度場。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CCD成像的電弧金屬蒸汽濃度測量系統(tǒng)，其特征在于：所述的動態(tài)壓力測量模塊包括壓力傳感器、電荷放大器、壓力信號調(diào)理電路和AD轉(zhuǎn)換電路；壓力傳感器感知電弧發(fā)生器內(nèi)部的動態(tài)壓力變化并轉(zhuǎn)化成電信號，經(jīng)電荷放大器放大后送至壓力信號調(diào)理電路；壓力信號調(diào)理電路對放大后的電信號進行去噪處理、幅值變化處理后送至AD轉(zhuǎn)換電路進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CCD成像的電弧金屬蒸汽濃度測量系統(tǒng)，其特征在于：所述的數(shù)據(jù)處理單元讀取三幅成像光路圖像，將三幅成像光路圖像像素的色度信息轉(zhuǎn)換為光輻射強度信息，構(gòu)建三個不同特征波長λ₁、λ₂、λ₃下的三維光輻射強度立體場，反衍重建獲得三個不同特征波長下的三維輻射系數(shù)立體場；根據(jù)λ₁、λ₂兩個不同特征波長下的三維輻射系數(shù)立體場，通過光譜相對強度法，獲得電弧等離子體三維溫度場；數(shù)據(jù)處理單元讀取壓力測量結(jié)果獲得電弧發(fā)生器內(nèi)部的動態(tài)壓力值，即為電弧等離子體壓力；根據(jù)溫度、氣壓下電弧光輻射系數(shù)與金屬蒸汽濃度的單調(diào)依賴關(guān)系f(T₀,P₀,X₀)=ε_3/ε₁，反向插值獲得電弧內(nèi)部各點金屬蒸汽的濃度X₀并構(gòu)成電弧內(nèi)部金屬蒸汽的濃度場；其中T₀為電弧等離子體某點溫度，P₀為電弧等離子體某點壓力，ε₃為背景光λ₃下的電弧等離子體內(nèi)某點輻射系數(shù)，ε₁為單色光λ₁下的電弧等離子體內(nèi)某點輻射系數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于CCD成像的電弧金屬蒸汽濃度測量系統(tǒng)，其特征在于：所述溫度、氣壓下電弧光輻射系數(shù)與金屬蒸汽濃度的單調(diào)依賴關(guān)系f(T₀,P₀,X₀)=ε_3/ε₁的具體獲取方法為：根據(jù)金屬蒸汽在低溫情況下的相變，通過吉布斯自由能最小化方法，采用拉格朗日乘子和最速下降牛頓-拉夫遜算法，迭代計算得到某一溫度和壓力狀態(tài)參數(shù)下，含有不同金屬蒸汽濃度的電弧內(nèi)部各種粒子組分構(gòu)成，并根據(jù)粒子的發(fā)射光譜信息計算對應(yīng)濃度下特征波長背景光ε₃和特征波長單色光ε₁的輻射系數(shù)之比。