[發(fā)明專利]用于空間站中靜電懸浮狀態(tài)下液態(tài)合金密度的測(cè)定方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310022405.4
• 申請(qǐng)日: 2023-01-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116124645A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王海鵬;劉丁楠;胡亮;鄭晨輝;李明星;魏炳波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N9/00
• 分類號(hào): G01N9/00;G06T7/62;G06T7/90;G06T7/136;G06T7/194;G06T7/13;G06F17/11;G06F17/16
• 代理公司: 西安凱多思知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

本發(fā)明涉及一種用于空間站中靜電懸浮狀態(tài)下液態(tài)合金密度的測(cè)定方法，在得到空間站中靜電懸浮狀態(tài)下液態(tài)合金照片后，首先將照片轉(zhuǎn)化為像素矩陣并進(jìn)行灰度化處理，之后通過(guò)矩陣運(yùn)算扣除照片背景。進(jìn)一步地，計(jì)算得到像素矩陣最佳二值化灰度閾值，并對(duì)像素矩陣進(jìn)行二值化處理。然后通過(guò)矩陣運(yùn)算獲取像素矩陣中所有邊界坐標(biāo)，并對(duì)區(qū)分每一個(gè)連通邊界。排除亮斑邊界后，得到液態(tài)合金邊界坐標(biāo)及中心坐標(biāo)。然后利用多階勒讓德方程擬合液態(tài)合金邊界坐標(biāo)得到邊界方程。最后對(duì)液態(tài)合金邊界方程進(jìn)行旋轉(zhuǎn)積分得到液態(tài)合金體積，進(jìn)而得到液態(tài)合金密度值。本發(fā)明僅通過(guò)液態(tài)合金照片處理即可得到其密度值，可用于空間站靜電懸浮無(wú)容器液態(tài)合金密度的測(cè)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于合金密度測(cè)定方法，涉及一種用于空間站中靜電懸浮狀態(tài)下液態(tài)合金密度的測(cè)定方法。

背景技術(shù)

文獻(xiàn)1“Zhou?Z,Mukherjee?S,Rhim?W?K.Measurement?of?thermophysicalproperties?of?molten?silicon?using?an?upgraded?electrostatic?levitator[J].Journal?of?Crystal?Growth,2003,257(3-4):350-358.”公開(kāi)了一種基于地面靜電懸浮液態(tài)合金密度的測(cè)定方法。其采用直徑小于2毫米的液態(tài)合金進(jìn)行靜電懸浮實(shí)驗(yàn)，對(duì)其拍照測(cè)定密度。但由于其液態(tài)合金尺寸較小且受地面重力場(chǎng)影響，液態(tài)合金球形度較差，降低了密度測(cè)定的準(zhǔn)確性。而在空間站微重力環(huán)境中，液態(tài)合金在表面張力的作用下呈現(xiàn)完美的球形；同時(shí)相較于地面靜電懸浮液態(tài)合金尺寸更大；且懸浮電壓更小，液態(tài)合金受靜電場(chǎng)引起的變形更小。因此，空間站中靜電懸浮狀態(tài)下液態(tài)合金密度的測(cè)定更加準(zhǔn)確。

文獻(xiàn)2“B,Paul?Franois?Paradis?A,et?al.Materials?propertiesmeasurements?and?particle?beam?interactions?studies?using?electrostaticlevitation[J].Materials?Science?and?Engineering:R:Reports,2014,76(feb.):1-53.”公開(kāi)了一種增加背景光源的靜電懸浮密度測(cè)定方法。其采用高亮度單色背景光源、濾波片和CMOS相機(jī)進(jìn)行采集得到清晰的液態(tài)合金輪廓照片。但該方法需要高亮度單色背景大功率光源、濾波片每次實(shí)驗(yàn)都需要安裝和拆卸，尤其是CMOS相機(jī)視野較小以致于懸浮液態(tài)合金易逃出拍照視野，以及CMOS相機(jī)需要實(shí)時(shí)調(diào)整對(duì)焦。這樣復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)方法不適用于在空間站中無(wú)航天員參與的靜電懸浮無(wú)容器液態(tài)合金密度的測(cè)定。

中國(guó)空間站核心艙所搭載的無(wú)容器材料實(shí)驗(yàn)柜中配備的靜電懸浮實(shí)驗(yàn)裝置已正式投入運(yùn)行，可用于無(wú)容器液態(tài)合金的密度測(cè)定。相較于地面靜電懸浮實(shí)驗(yàn)密度測(cè)定，空間站靜電懸浮由于懸浮液態(tài)合金尺寸更大、球形度更好、受靜電場(chǎng)影響更小，具備準(zhǔn)確測(cè)定液態(tài)合金的硬件基礎(chǔ)條件。然而，受空間站無(wú)容器實(shí)驗(yàn)柜尺寸限制和高度集成布局的影響，拍攝得到的照片含腔體、液態(tài)合金表面有反射造成的亮斑，照片中液態(tài)合金的準(zhǔn)確邊界無(wú)法直接得到，現(xiàn)有地面靜電懸浮密度測(cè)定照片處理方法不再適用于空間站中靜電懸浮狀態(tài)下液態(tài)合金密度的測(cè)定。并且，由于靜電懸浮實(shí)驗(yàn)裝置搭載在空間站的特殊原因，無(wú)法輕易改變以及實(shí)時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)裝置，同時(shí)空間站實(shí)驗(yàn)時(shí)間緊迫且寶貴。因此，發(fā)明適用于空間站中靜電懸浮狀態(tài)下液態(tài)合金密度的測(cè)定方法尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問(wèn)題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種用于空間站中靜電懸浮狀態(tài)下液態(tài)合金密度的測(cè)定方法，克服現(xiàn)有方法的局限性，解決現(xiàn)有難題。

技術(shù)方案

一種用于空間站中靜電懸浮狀態(tài)下液態(tài)合金密度的測(cè)定方法，其特征在于步驟如下：