高壓水炮射流水道紅外輻射增強(qiáng)系統(tǒng)及其工作過程的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種高壓水炮射流水道紅外輻射增強(qiáng)系統(tǒng)及其工作過程，其屬于海上消防、執(zhí)法領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
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[0002]海監(jiān)船在海上消防、執(zhí)法中主要依靠高壓水炮，因?yàn)楦邏核谧鳛榉菤匝b備，執(zhí)行任務(wù)不容易引起爭(zhēng)議和誤判。高壓水炮在應(yīng)對(duì)有威脅的小型目標(biāo)時(shí)，具有較強(qiáng)的警示驅(qū)逐能力，在實(shí)施海上執(zhí)法、應(yīng)對(duì)海上爭(zhēng)端方面有著重要作用。
[0003]目前我國海監(jiān)船的高壓水炮射流水道落點(diǎn)是通過人工進(jìn)行識(shí)別的，例如中國海監(jiān)5001號(hào)，其搭載的雙管高壓水炮采用了人工遠(yuǎn)程控制。人工控制依賴于操作員的感官判斷，在海面上夜晚可見光照度極低，人類視覺嚴(yán)重受限，很難把握高壓水炮射流精度并準(zhǔn)確驅(qū)離目標(biāo)。開啟探照燈進(jìn)行夜間水炮執(zhí)法，就會(huì)暴露艦船所在位置，造成“我在明，敵在暗”的被動(dòng)局面，降低了執(zhí)法威懾力。
[0004]目前針對(duì)夜間低照度條件下的高壓水炮射流系統(tǒng)采用的是建立實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫或建立流體參數(shù)數(shù)學(xué)模型的方式，通過水炮機(jī)構(gòu)相關(guān)硬件參數(shù)來估算射流水道的位置，未實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)閉環(huán)控制。因此本發(fā)明提出的一種高壓水炮射流水道紅外輻射增強(qiáng)系統(tǒng)及其工作過程，實(shí)現(xiàn)了基于計(jì)算機(jī)視覺的水炮射流閉環(huán)控制，在夜間低照度條件下仍能將射流準(zhǔn)確擊中可疑目標(biāo)，并達(dá)到將其驅(qū)離的目的，具有很好的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明針對(duì)海上消防、執(zhí)法領(lǐng)域的需求，提出一種高壓水炮射流水道紅外輻射增強(qiáng)系統(tǒng)及其工作過程，基于紅外輻射及探測(cè)原理，通過紅外輻射增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)射流水道進(jìn)行識(shí)別，并經(jīng)過圖像處理定位水道落點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種高壓水炮射流水道紅外輻射增強(qiáng)系統(tǒng)，其包括發(fā)動(dòng)機(jī)海水冷卻系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)海水冷卻管路、安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)海水冷卻管路上的熱水源電磁閥、熱水蓄水池、冷熱水混合管路、安裝于冷熱水混合管路上的熱水混合電磁閥、高壓水炮管路、安裝于高壓水炮管路上的高壓水炮管路系統(tǒng)、安裝于高壓水炮管路的出水端口的紅外輻射增強(qiáng)光環(huán)型炮口、回流管路、以及安裝于回流管路上的抽水泵，所述發(fā)動(dòng)機(jī)海水冷卻管路的一末端穿設(shè)于發(fā)動(dòng)機(jī)海水冷卻系統(tǒng)后位于海水中，另一末端位于熱水蓄水池中，所述冷熱水混合管路的一末端位于熱水蓄水池中，另一末端與高壓水炮管路的進(jìn)水端口相連，所述回流管路的一末端位于熱水蓄水池中，另一末端位于海水中，在熱水蓄水池中放置有液位計(jì)和溫度計(jì)，在冷熱水混合管路上依次安裝設(shè)置有熱水泵、第一流量計(jì)和第一壓力計(jì)，在高壓水炮管路上安裝設(shè)置有第二流量計(jì)和第二壓力計(jì)。
[0007]進(jìn)一步地，所述紅外輻射增強(qiáng)光環(huán)型炮口包括束流圓套環(huán)以及安裝于束流圓套環(huán)內(nèi)的射流紅外增亮環(huán)型電路和光纖，所述射流紅外增亮環(huán)型電路中排布有紅外光管點(diǎn)陣光源，所述紅外光管點(diǎn)陣光源通過光纖將紅外線傳播至射流水道。
[0008]本發(fā)明還采用如下技術(shù)方案:一種高壓水炮射流水道紅外輻射增強(qiáng)系統(tǒng)的工作過程，其包括如下步驟:
[0009](I)在高壓水炮啟動(dòng)前，打開熱水源電磁閥，開辟發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水管道，將海水經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)海水冷卻系統(tǒng)加熱后注入熱水蓄水池內(nèi)；
[0010](2)通過溫度計(jì)和液位計(jì)監(jiān)測(cè)熱水蓄水池內(nèi)溫度及液位滿足要求后，啟動(dòng)高壓水炮，打開熱水泵和熱水混合電磁閥，熱水蓄水池內(nèi)的水進(jìn)入高壓水炮管道，同時(shí)將紅外輻射增強(qiáng)光環(huán)型炮口中的射流紅外增亮環(huán)型電路上電，排布于射流紅外增亮環(huán)型電路中的點(diǎn)陣光源通過光纖將紅外線傳播至射流水道。
[0011]本發(fā)明具有如下有益效果:本發(fā)明提出的高壓水炮射流水道紅外輻射增強(qiáng)系統(tǒng)及其工作過程，能夠讓紅外熱成像儀所成圖像中的射流水道特別是射流落點(diǎn)的輪廓區(qū)域相對(duì)于周圍環(huán)境更加明亮，增加水炮射流水道圖像與背景圖像的灰度差，提高射流水道落點(diǎn)的定位精度。
【附圖說明】
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[0012]圖1為本發(fā)明高壓水炮射流水道紅外輻射增強(qiáng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為熱水蓄水池恒溫循環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3為紅外輻射增強(qiáng)光環(huán)型炮口的總裝結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖4為全反射與折射原理示意圖。
[0016]圖5為紅外線在射流中發(fā)生全反射在末端形成光斑示意圖。
[0017]圖6為紅外線經(jīng)由射流折射到空氣中示意圖。
[0018]圖7為高壓水炮出現(xiàn)水流分支圖。
[0019]圖8為紅外輻射增強(qiáng)系統(tǒng)在夜間工作時(shí)，通過紅外熱成像儀拍攝的照片。
[0020]其中:
[0021]1-液位計(jì)；2_溫度計(jì)；3_熱水蓄水池；4_熱水泵；5_第一流量計(jì)；6_第一壓力計(jì)；7-熱水混合電磁閥；8_第二流量計(jì)；9_第二壓力計(jì)；10_熱水源電磁閥；11_紅外輻射增強(qiáng)光環(huán)型炮口 ； 12-冷熱水混合管路；13-高壓水炮管路；14_回流管路；15-抽水泵；16_發(fā)動(dòng)機(jī)海水冷卻管路；17-束流圓套環(huán)；18-射流紅外增亮環(huán)型電路；19-光纖。
【具體實(shí)施方式】
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[0022]在現(xiàn)有技術(shù)中，液泵在加壓過程中對(duì)抽取的海水做功，能量轉(zhuǎn)化為射流水道的機(jī)械能，但由于功率損耗，損耗的功率轉(zhuǎn)換為熱能，因此射流水道溫度本身會(huì)略高于周邊海水，但是在高壓水炮大流量噴射過程中，伴隨加壓產(chǎn)生的熱量極其微弱，水道輪廓無法被紅外熱成像儀分辨出來。本發(fā)明通過提出一種高壓水炮射流水道紅外輻射增強(qiáng)系統(tǒng)來增強(qiáng)射流水道的紅外輪廓，進(jìn)而很清晰的被紅外熱成像儀分辨出來。
[0023]請(qǐng)參照?qǐng)D1至圖3所示，本發(fā)明高壓水炮射流水道紅外輻射增強(qiáng)系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)海水冷卻系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)海水冷卻管路16、安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)海水冷卻管路上的熱水源電磁閥10、熱水蓄水池3、冷熱水混合管路12、安裝于冷熱水混合管路12上的熱水混合電磁閥7、高壓水炮管路13、安裝于高壓水炮管路13上的高壓水炮管路系統(tǒng)12、安裝于高壓水炮管路13的出水端口的紅外輻射增強(qiáng)光環(huán)型炮口 11、回流管路14、以及安裝于回流管路14上的抽水泵15。其中發(fā)動(dòng)機(jī)海水冷卻管路的一末端穿設(shè)于發(fā)動(dòng)機(jī)海水冷卻系統(tǒng)后位于海水中，另一末端位于熱水蓄水池3中。冷熱水混合管路12的一末端位于熱水蓄水池3中，另一末端與高壓水炮管路13的進(jìn)水端口相連?；亓鞴苈?4的一末端位于熱水蓄水池3中，另一末端位于海水中。熱水蓄水池3中放置有液位計(jì)I和溫度計(jì)2，在冷熱水混合管路12上依次安裝設(shè)置有熱水泵4、第一流量計(jì)5和第一壓力計(jì)6，在高壓水炮管路13上安裝設(shè)置有第二流量計(jì)8和第二壓力計(jì)9。
[0024]本發(fā)明安裝于高壓水炮管路13的出水端口的紅外輻射增強(qiáng)光環(huán)型炮口 11包括束流圓套環(huán)17以及安裝于束流圓套環(huán)17內(nèi)的射流紅外增亮環(huán)型電路18和光纖19，在該射流紅外增亮環(huán)型電路18中排布大功率紅外光管點(diǎn)陣光源，點(diǎn)陣光源通過光纖19將紅外線傳播至射流水道。光纖的導(dǎo)光方向與高壓水炮出水端口的水流垂直方向Φ大于臨界角，使得紅外光可以沿著射流路徑全反射傳播。
[0025]本發(fā)明高壓水炮射流水道紅外輻射增強(qiáng)系統(tǒng)的工作過程包括如下步驟:
[0026](I)在高壓水炮啟動(dòng)前，打開熱水源電磁閥10，開辟發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水管道16，將海水經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)海水冷卻系統(tǒng)加熱后注入熱水蓄水池3內(nèi)；
[0027](2)當(dāng)熱水蓄水池3內(nèi)溫度及液位滿足要求后，啟動(dòng)高壓水炮，打開熱水泵4和熱水混合電磁閥7，熱水蓄水池3內(nèi)的水進(jìn)入高壓水炮管道，同時(shí)將紅外輻射增強(qiáng)光環(huán)型炮口11中的射流紅外增亮環(huán)型電路18上電，排布于射流紅外增亮環(huán)型電路18中的點(diǎn)陣光源通過光纖19將紅外線傳播至射流水道。
[0028]其中步驟⑴中熱水蓄水池3的恒溫貯存方式如下:
[0029]無論高壓水炮是否啟動(dòng)，熱水蓄水池中的熱水是常備的，通過冷卻水循環(huán)保持恒溫，其恒溫循環(huán)方式如圖2所示，通過液位計(jì)和溫度計(jì)來反饋熱水蓄水池中水量和水溫狀態(tài)，當(dāng)熱水蓄水池中的水溫下降，開啟熱水源電磁閥和抽水泵，將溫度較高的熱水通過發(fā)動(dòng)機(jī)海水冷卻管路注入到熱水蓄水池中，并通過回流管路抽走熱水蓄水池中原存的溫度較低的水，直到溫度計(jì)反饋溫度滿足要求后關(guān)閉熱水源電磁閥和抽水泵。當(dāng)熱水蓄水池中的液位計(jì)反饋液位下降后，開啟熱水源電磁閥，將熱水注入池內(nèi)，直到液位滿足要求為止。
[0030]其中冷熱水混合比例根據(jù)高壓水炮的流量、溫度、紅外熱成像儀的溫度分辨能力來決定。在實(shí)際操作過程中，保證射流水道溫度高于周邊10C即可確保射流水道輪廓被紅外熱成像儀識(shí)別?；旌媳壤揭罁?jù)熱量守恒定律及比熱容公式推導(dǎo)出:
[0031]V1X (T-T1) = V2 X (T2-T)
[0032]其中，V1為高壓水