专利名称：材料超高温烧蚀图像采集系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种图像采集系统，具体地说是一种为材料在超高温射流环境下烧蚀试验过程的监控而开发的专用图像采集系统。
背景技术：
以交流等离子加热器为核心的防热材料地面模拟试验系统，能够模拟材料在超高温等环境下的烧蚀过程，通过对试验过程中的关键参量进行采集和分析，可以揭示材料的烧蚀机理，为材料与结构的优化设计提供依据。烧蚀试验过程中试件表面的烧蚀特征图像的在线获取是十分重要的。
目前，可用于高温图像采集和处理的设备为红外热像仪，具备图像采集和温度测量的功能。该设备将光学信号分成双束，一部分进入视频摄像机而另一部分被送到扫描测温仪，最终的图像和温度可在计算机显示器上看到。红外热像仪采用红外成像与光学测温技术，构造复杂，价格昂贵。
发明内容本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低、可靠好的材料超高温烧蚀图像采集系统。
本发明的目的是这样实现的它包括CCD相机，CCD相机通过连接件连接光学变焦镜头，光学变焦镜头前通过连接件连接套筒，在套筒中安装偏振片组、窄带滤光片、偏光片，偏光片靠近光学变焦镜头，窄带滤光片位于偏光片与偏振片组之间。
本发明还可以包括这样一些结构特征1、窄带滤光片通过偏光片与窄带滤光片之间的定位套筒和定位胶垫轴向固定。
2、套筒上开有偏振片组装配口，偏振片组套筒内的阶梯台及弹簧圈轴向定位。
3、窄带滤光片的透光波长在650-720nm，中心50nm范围内的透过率为50％，边缘透过率为10％。
4、CCD相机为有效像素768(H)×582(V)，水平清晰度570线，具有先进的数字调节背光补偿功能，最低照度为0.81ux(0.008fc)的CCD相机。
本发明具有结构简单、成本低、可靠好的优点。该系统可以有效地屏蔽超高温等离子射流以及杂散光影响，在线获取高质量的材料烧蚀表面图像，实现烧蚀试验过程重现，并根据采集的图像计算材料的表面烧蚀速率。
图1为本发明的结构原理示意图；图2为碳/碳复合材料表面烧蚀特征图；图3为混杂碳/碳复合材料表面烧蚀特征图；图4为材料表面实时烧蚀后退率。
(五)具体实施方案下面结合附图举例对本发明作更详细的描述结合图1，材料超高温烧蚀图像采集系统的组成包括CCD相机12。CCD相机通过连接件11连接光学变焦镜头10，光学变焦镜头前通过连接件8连接套筒1。在套筒中安装偏振片组3、窄带滤光片5、偏光片7。偏光片靠近光学变焦镜头，窄带滤光片位于偏光片与偏振片组之间。窄带滤光片通过偏光片与窄带滤光片之间的定位套筒6和定位胶垫4轴向固定。套筒上开有偏振片组装配口，偏振片组套筒内的阶梯台及弹簧圈2轴向定位。窄带滤光片的透光波长在650-720nm，中心50nm范围内的透过率为50％，边缘透过率为10％。CCD相机为有效像素768(H)×582(V)，水平清晰度570线，具有先进的数字调节背光补偿功能，最低照度为0.81ux(0.008fc)的CCD相机。其中所述的连接件是连接环。连接环8通过禁固螺钉9固定在光学变焦镜头上。
由偏振片组、滤光片、偏光片和光学镜头组成光学成像系统，将试件的光学图像投射到CCD相机的光电耦合阵列，形成数字图像。偏振片组由2片偏振片组成，调节偏振片之间的角度，降低光强；窄带滤光片只允许一定波长(650-720nm)的可见光通过，中心范围内(50nm)的透过滤为50％，边缘透过率为10％；偏光片用于滤除杂散光，消除光晕。CCD相机的有效像素768(H)×582(V)，水平清晰度570线，具有先进的数字调节背光补偿(BLC)功能，最低照度为0.81ux(0.008fc)。然后，通过图像采集卡和图像采集软件组成的图像接受和存储系统将数字图像实时保存到计算机硬盘，图像采集软件具备图像采集、存储、回放和分析的功能，图像采集速度为10～20帧/秒，采集时间与试验时间及计算机硬盘容量有关。过程回放时可以自由设定回放速度。烧蚀试验结束后，利用软件的回放功能再现整个试验过程中试件表面的变化过程及烧蚀特征，并计算表面烧蚀速率。
首先根据地面烧蚀模拟系统的要求将烧蚀材料试件装配到位，通过连接环11将光学变焦镜头10与CCD相机12连接，调节镜头焦距和CCD相机焦距，得到一定倍数的清晰物像。连接环8与镜头之间通过紧固螺钉9固定，连接环外接套筒1，套筒中安装偏光片7，用钨带灯作为参考光源，照射试件表面，调节偏光片角度滤除散射光。连接偏振片组3和窄带滤光片5，窄带滤光片通过定位套筒6和定位胶垫4轴向定位，偏振片组通过套筒1和弹簧圈2进行轴向定位，调节偏振片之间的角度(80-95度)，降低光强，获得满意的图像。将CCD相机与高速图像采集卡连接，驱动图像采集软件。运行交流等离子加热器对试件进行地面模拟烧蚀试验，将试件烧蚀表面的图像实时地采集并保存到计算机硬盘。烧蚀试验结束后，利用软件的回放功能再现整个试验过程中试件表面的变化过程以及烧蚀特征，并计算试件表面实时烧蚀后退率。
试验测试表明，本发明可以有效地屏蔽温度超过4000K的等离子射流以及杂散光影响，在线获取高质量(分辨率0.01mm)的防热材料烧蚀表面(温度3000K)图像及烧蚀特征，如图2、3所示，混杂碳/碳复合材料表面熔化物流淌，如图3所示，材料表面烧蚀率随时间的变化过程，如图4所示。
权利要求
1.一种材料超高温烧蚀图像采集系统，它包括CCD相机，CCD相机通过连接件连接光学变焦镜头，其特征是光学变焦镜头前通过连接件连接套筒，在套筒中安装偏振片组、窄带滤光片、偏光片，偏光片靠近光学变焦镜头，窄带滤光片位于偏光片与偏振片组之间。
2.根据权利要求1所述的材料超高温烧蚀图像采集系统，其特征是窄带滤光片通过偏光片与窄带滤光片之间的定位套筒和定位胶垫轴向固定。
3.根据权利要求1或2所述的材料超高温烧蚀图像采集系统，其特征是套筒上开有偏振片组装配口，偏振片组套筒内的阶梯台及弹簧圈轴向定位。
4.根据权利要求1或2所述的材料超高温烧蚀图像采集系统，其特征是窄带滤光片的透光波长在650-720nm，中心50nm范围内的透过率为50％，边缘透过率为10％。
5.根据权利要求3所述的材料超高温烧蚀图像采集系统，其特征是窄带滤光片的透光波长在650-720nm，中心50nm范围内的透过率为50％，边缘透过率为10％。
6.根据权利要求1、2或5所述的材料超高温烧蚀图像采集系统，其特征是CCD相机为有效像素768(H)×582(V)，水平清晰度570线，具有先进的数字调节背光补偿功能，最低照度为0.81ux(0.008fc)的CCD相机。
7.根据权利要求3所述的材料超高温烧蚀图像采集系统，其特征是CCD相机为有效像素768(H)×582(V)，水平清晰度570线，具有先进的数字调节背光补偿功能，最低照度为0.81ux(0.008fc)的CCD相机。
8.根据权利要求4所述的材料超高温烧蚀图像采集系统，其特征是CCD相机为有效像素768(H)×582(V)，水平清晰度570线，具有先进的数字调节背光补偿功能，最低照度为0.81ux(0.008fc)的CCD相机。
全文摘要
本发明提供的是一种材料超高温烧蚀图像采集系统。它包括CCD相机，CCD相机通过连接件连接光学变焦镜头，光学变焦镜头前通过连接件连接套筒，在套筒中安装偏振片组、窄带滤光片、偏光片，偏光片靠近光学变焦镜头，窄带滤光片位于偏光片与偏振片组之间。本发明具有结构简单、成本低、可靠好的优点。该系统可以有效地屏蔽超高温等离子射流以及杂散光影响，在线获取高质量的材料烧蚀表面图像，实现烧蚀试验过程重现，并根据采集的图像计算材料的表面烧蚀速率。
文档编号G02B27/28GK1727935SQ20051001020
公开日2006年2月1日 申请日期2005年7月20日 优先权日2005年7月20日
发明者易法军, 白光辉, 张博明 申请人:哈尔滨工业大学