高压水炮射流水道红外辐射增强系统及其工作过程的制作方法
【技术领域】
:
[0001]本发明涉及一种高压水炮射流水道红外辐射增强系统及其工作过程，其属于海上消防、执法领域。
【背景技术】
:
[0002]海监船在海上消防、执法中主要依靠高压水炮，因为高压水炮作为非杀伤性装备，执行任务不容易引起争议和误判。高压水炮在应对有威胁的小型目标时，具有较强的警示驱逐能力，在实施海上执法、应对海上争端方面有着重要作用。
[0003]目前我国海监船的高压水炮射流水道落点是通过人工进行识别的，例如中国海监5001号，其搭载的双管高压水炮采用了人工远程控制。人工控制依赖于操作员的感官判断，在海面上夜晚可见光照度极低，人类视觉严重受限，很难把握高压水炮射流精度并准确驱离目标。开启探照灯进行夜间水炮执法，就会暴露舰船所在位置，造成“我在明，敌在暗”的被动局面，降低了执法威慑力。
[0004]目前针对夜间低照度条件下的高压水炮射流系统采用的是建立实验经验数据库或建立流体参数数学模型的方式，通过水炮机构相关硬件参数来估算射流水道的位置，未实现实时闭环控制。因此本发明提出的一种高压水炮射流水道红外辐射增强系统及其工作过程，实现了基于计算机视觉的水炮射流闭环控制，在夜间低照度条件下仍能将射流准确击中可疑目标，并达到将其驱离的目的，具有很好的市场应用价值。
【发明内容】
:
[0005]本发明针对海上消防、执法领域的需求，提出一种高压水炮射流水道红外辐射增强系统及其工作过程，基于红外辐射及探测原理，通过红外辐射增强系统对射流水道进行识别，并经过图像处理定位水道落点。
[0006]本发明采用如下技术方案:一种高压水炮射流水道红外辐射增强系统，其包括发动机海水冷却系统、发动机海水冷却管路、安装于发动机海水冷却管路上的热水源电磁阀、热水蓄水池、冷热水混合管路、安装于冷热水混合管路上的热水混合电磁阀、高压水炮管路、安装于高压水炮管路上的高压水炮管路系统、安装于高压水炮管路的出水端口的红外辐射增强光环型炮口、回流管路、以及安装于回流管路上的抽水泵，所述发动机海水冷却管路的一末端穿设于发动机海水冷却系统后位于海水中，另一末端位于热水蓄水池中，所述冷热水混合管路的一末端位于热水蓄水池中，另一末端与高压水炮管路的进水端口相连，所述回流管路的一末端位于热水蓄水池中，另一末端位于海水中，在热水蓄水池中放置有液位计和温度计，在冷热水混合管路上依次安装设置有热水泵、第一流量计和第一压力计，在高压水炮管路上安装设置有第二流量计和第二压力计。
[0007]进一步地，所述红外辐射增强光环型炮口包括束流圆套环以及安装于束流圆套环内的射流红外增亮环型电路和光纤，所述射流红外增亮环型电路中排布有红外光管点阵光源，所述红外光管点阵光源通过光纤将红外线传播至射流水道。
[0008]本发明还采用如下技术方案:一种高压水炮射流水道红外辐射增强系统的工作过程，其包括如下步骤:
[0009](I)在高压水炮启动前，打开热水源电磁阀，开辟发动机冷却水管道，将海水经过发动机海水冷却系统加热后注入热水蓄水池内；
[0010](2)通过温度计和液位计监测热水蓄水池内温度及液位满足要求后，启动高压水炮，打开热水泵和热水混合电磁阀，热水蓄水池内的水进入高压水炮管道，同时将红外辐射增强光环型炮口中的射流红外增亮环型电路上电，排布于射流红外增亮环型电路中的点阵光源通过光纤将红外线传播至射流水道。
[0011]本发明具有如下有益效果:本发明提出的高压水炮射流水道红外辐射增强系统及其工作过程，能够让红外热成像仪所成图像中的射流水道特别是射流落点的轮廓区域相对于周围环境更加明亮，增加水炮射流水道图像与背景图像的灰度差，提高射流水道落点的定位精度。
【附图说明】
:
[0012]图1为本发明高压水炮射流水道红外辐射增强系统的结构示意图。
[0013]图2为热水蓄水池恒温循环系统的结构示意图。
[0014]图3为红外辐射增强光环型炮口的总装结构图。
[0015]图4为全反射与折射原理示意图。
[0016]图5为红外线在射流中发生全反射在末端形成光斑示意图。
[0017]图6为红外线经由射流折射到空气中示意图。
[0018]图7为高压水炮出现水流分支图。
[0019]图8为红外辐射增强系统在夜间工作时，通过红外热成像仪拍摄的照片。
[0020]其中:
[0021]1-液位计；2_温度计；3_热水蓄水池；4_热水泵；5_第一流量计；6_第一压力计；7-热水混合电磁阀；8_第二流量计；9_第二压力计；10_热水源电磁阀；11_红外辐射增强光环型炮口 ； 12-冷热水混合管路；13-高压水炮管路；14_回流管路；15-抽水泵；16_发动机海水冷却管路；17-束流圆套环；18-射流红外增亮环型电路；19-光纤。
【具体实施方式】
:
[0022]在现有技术中，液泵在加压过程中对抽取的海水做功，能量转化为射流水道的机械能，但由于功率损耗，损耗的功率转换为热能，因此射流水道温度本身会略高于周边海水，但是在高压水炮大流量喷射过程中，伴随加压产生的热量极其微弱，水道轮廓无法被红外热成像仪分辨出来。本发明通过提出一种高压水炮射流水道红外辐射增强系统来增强射流水道的红外轮廓，进而很清晰的被红外热成像仪分辨出来。
[0023]请参照图1至图3所示，本发明高压水炮射流水道红外辐射增强系统包括发动机海水冷却系统、发动机海水冷却管路16、安装于发动机海水冷却管路上的热水源电磁阀10、热水蓄水池3、冷热水混合管路12、安装于冷热水混合管路12上的热水混合电磁阀7、高压水炮管路13、安装于高压水炮管路13上的高压水炮管路系统12、安装于高压水炮管路13的出水端口的红外辐射增强光环型炮口 11、回流管路14、以及安装于回流管路14上的抽水泵15。其中发动机海水冷却管路的一末端穿设于发动机海水冷却系统后位于海水中，另一末端位于热水蓄水池3中。冷热水混合管路12的一末端位于热水蓄水池3中，另一末端与高压水炮管路13的进水端口相连。回流管路14的一末端位于热水蓄水池3中，另一末端位于海水中。热水蓄水池3中放置有液位计I和温度计2，在冷热水混合管路12上依次安装设置有热水泵4、第一流量计5和第一压力计6，在高压水炮管路13上安装设置有第二流量计8和第二压力计9。
[0024]本发明安装于高压水炮管路13的出水端口的红外辐射增强光环型炮口 11包括束流圆套环17以及安装于束流圆套环17内的射流红外增亮环型电路18和光纤19，在该射流红外增亮环型电路18中排布大功率红外光管点阵光源，点阵光源通过光纤19将红外线传播至射流水道。光纤的导光方向与高压水炮出水端口的水流垂直方向Φ大于临界角，使得红外光可以沿着射流路径全反射传播。
[0025]本发明高压水炮射流水道红外辐射增强系统的工作过程包括如下步骤:
[0026](I)在高压水炮启动前，打开热水源电磁阀10，开辟发动机冷却水管道16，将海水经过发动机海水冷却系统加热后注入热水蓄水池3内；
[0027](2)当热水蓄水池3内温度及液位满足要求后，启动高压水炮，打开热水泵4和热水混合电磁阀7，热水蓄水池3内的水进入高压水炮管道，同时将红外辐射增强光环型炮口11中的射流红外增亮环型电路18上电，排布于射流红外增亮环型电路18中的点阵光源通过光纤19将红外线传播至射流水道。
[0028]其中步骤⑴中热水蓄水池3的恒温贮存方式如下:
[0029]无论高压水炮是否启动，热水蓄水池中的热水是常备的，通过冷却水循环保持恒温，其恒温循环方式如图2所示，通过液位计和温度计来反馈热水蓄水池中水量和水温状态，当热水蓄水池中的水温下降，开启热水源电磁阀和抽水泵，将温度较高的热水通过发动机海水冷却管路注入到热水蓄水池中，并通过回流管路抽走热水蓄水池中原存的温度较低的水，直到温度计反馈温度满足要求后关闭热水源电磁阀和抽水泵。当热水蓄水池中的液位计反馈液位下降后，开启热水源电磁阀，将热水注入池内，直到液位满足要求为止。
[0030]其中冷热水混合比例根据高压水炮的流量、温度、红外热成像仪的温度分辨能力来决定。在实际操作过程中，保证射流水道温度高于周边10C即可确保射流水道轮廓被红外热成像仪识别。混合比例公式依据热量守恒定律及比热容公式推导出:
[0031]V1X (T-T1) = V2 X (T2-T)
[0032]其中，V1为高压水