貯箱液體推進(jìn)劑液面形貌與劑量動(dòng)態(tài)測(cè)量方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請(qǐng)公開了一種貯箱液體推進(jìn)劑液面形貌與劑量動(dòng)態(tài)測(cè)量方法和系統(tǒng)，貯箱中被測(cè)液面底部設(shè)置正交條紋圖，貯箱側(cè)壁設(shè)置正交刻度標(biāo)線，調(diào)整貯箱周圍對(duì)稱設(shè)置的反射鏡，采集液體晃動(dòng)時(shí)的透射條紋和正交刻度標(biāo)線，分別生成變形透射條紋圖像數(shù)據(jù)和自由液位圖像數(shù)據(jù)；根據(jù)變形透射條紋圖像數(shù)據(jù)獲取位移量；根據(jù)自由液位圖像數(shù)據(jù)，生成液位精確高度值；根據(jù)精確高度值和位移量生成離面變形位移量，再生成多組全場(chǎng)變形數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)值加權(quán)平均獲得全場(chǎng)液面隨時(shí)間變化結(jié)果；從全場(chǎng)變形結(jié)果數(shù)據(jù)中可生成被測(cè)液體剩余體積數(shù)據(jù)，將結(jié)果數(shù)據(jù)和剩余體積數(shù)據(jù)輸出。實(shí)現(xiàn)僅用一臺(tái)高速相機(jī)，即可獲得多方向液位高度信息、液面形貌變化、剩余體積等多個(gè)參量。
【專利說(shuō)明】貯箱液體推進(jìn)劑液面形貌與劑量動(dòng)態(tài)測(cè)量方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)涉及液體晃動(dòng)測(cè)量領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是涉及一種貯箱液體推進(jìn)劑液面形貌 與劑量動(dòng)態(tài)測(cè)量方法和系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 液體晃動(dòng)的研究一直是動(dòng)力學(xué)與控制及其交叉學(xué)科的重要研究方向。在海洋、船 舶動(dòng)力學(xué)方面，如：油氣的運(yùn)輸、艦艇建造；在土木工程以及地震研究中，如：高位水塔、蓄 水池、大型水壩；在地震響應(yīng)分析以及災(zāi)難防護(hù)的研究中，車輛及交通運(yùn)輸中液體貯箱的晃 動(dòng)問(wèn)題；以及在核工業(yè)、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域，液體晃動(dòng)的研究都有著重要意義。特別是在航空 航天領(lǐng)域，現(xiàn)代航天器需要攜帶大量液體推進(jìn)劑以便完成長(zhǎng)時(shí)間、復(fù)雜的飛行任務(wù)，充液腔 類系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與控制始終是航天器總體設(shè)計(jì)所關(guān)心的核心問(wèn)題之一，而液體推進(jìn)劑的晃動(dòng) 一直是人們研究的熱點(diǎn)。
[0003] 很多航天器發(fā)射失敗的原因就是由液體晃動(dòng)造成的。隨著推進(jìn)劑所占航天器總重 量的增加，液體晃動(dòng)對(duì)于其影響也同樣增加。因此對(duì)于航天器貯箱中液體晃動(dòng)的研究也顯 得尤為重要。而針對(duì)液體非線性晃動(dòng)真實(shí)自由液面的三維動(dòng)態(tài)變形的測(cè)量，特別是針對(duì)航 天器貯箱中液體液面形貌的相關(guān)測(cè)量研究不但能夠?qū)σ后w晃動(dòng)的具體形式有直觀的把握， 能夠?yàn)橐后w非線性晃動(dòng)動(dòng)力學(xué)研究、液體大幅晃動(dòng)與結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)耦合問(wèn)題以及液體燃料管理 的相關(guān)研究提供諸如貯箱內(nèi)剩余液體推進(jìn)劑體積、液體晃動(dòng)的頻率、模態(tài)、阻尼等重要的數(shù) 據(jù)，進(jìn)一步，對(duì)推進(jìn)劑貯箱設(shè)計(jì)，航天器姿態(tài)調(diào)整與控制，減少因晃動(dòng)問(wèn)題導(dǎo)致的事故的發(fā) 生，保證飛行器正常服役等工作具有重要指導(dǎo)意義。然而，由于液體具有流動(dòng)性或不穩(wěn)定 性，以及液體晃動(dòng)的非線性和復(fù)雜性，為相關(guān)的研究帶來(lái)了諸多困難。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，針對(duì)航天器貯箱中液體液面變形以及液體推進(jìn)劑量測(cè)量的相關(guān) 測(cè)量研究少有提及。而現(xiàn)有液面形貌的測(cè)量方法中，全息干涉法（K.D.Hinsch，Appl 0pt，1978;17:3101-7)和剪切干涉法（J.C. Wyant, Appl Opt, 1973; 12:2057-60),精度、靈 敏度非常高，但是設(shè)備昂貴，受環(huán)境影響較大，難以適用于大范圍以及較大變形的液面晃 動(dòng)中；A. K. Asundi等通過(guò)反射法測(cè)量了動(dòng)態(tài)液面三維形貌（Huang L, A. K. Asundi等，Opt Express，2011 ;12809-14)，但是液面變形太大時(shí)反射光線會(huì)超出相機(jī)視場(chǎng)；劉戰(zhàn)偉等人首 次使用透射結(jié)構(gòu)光對(duì)液面形貌進(jìn)行了測(cè)量（Optics and Lasers in Engineering, 2012; 51(2) ;167-171)，但是該方法適用于擁有靜止參考平面的液面變形測(cè)量，對(duì)于整體發(fā)生非 線性晃動(dòng)三維動(dòng)態(tài)變形液面的測(cè)量不再適用。專利（申請(qǐng)?zhí)枮镃N201310355784. 5)的"基 于數(shù)字散斑相關(guān)技術(shù)的透明液面微形貌測(cè)量方法和系統(tǒng)"實(shí)現(xiàn)了液面動(dòng)態(tài)微形貌的測(cè)量， 但是該方法必須有靜止的參考面才能使用，對(duì)于發(fā)生較大的整體變形即無(wú)靜止參考面的 變形液面形貌測(cè)量均不再適用。楊洋等（北京力學(xué)會(huì)第20屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C]. 2014 ; 403-404)通過(guò)在儲(chǔ)液容器上方和水平方向上分別布置的高速相機(jī)，一臺(tái)高速相機(jī)用于采 集透射條紋信息，另一臺(tái)高速相機(jī)用于采集自由液面與容器器壁接觸線部分的液位高度信 息，首次實(shí)現(xiàn)了無(wú)靜止參考面的變形液面形貌的動(dòng)態(tài)測(cè)量，但是其測(cè)量方法需使用兩臺(tái)高 速相機(jī)同時(shí)采集，設(shè)備昂貴，整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)龐大，后期處理麻煩，特別是難以解決兩臺(tái)高速 相機(jī)的高速同步問(wèn)題，因同步的不一致帶來(lái)了較大的測(cè)量誤差；另外，該方法由于使用其中 一臺(tái)高速相機(jī)采集某一個(gè)方向的液位高度信息，故只能利用該方向上獲得的液位高度信息 做為初始值，結(jié)合另一高速相機(jī)獲得的位移值進(jìn)行這個(gè)方向的迭代求液面形貌，由于只能 在唯一一個(gè)方向上迭代求解，導(dǎo)致誤差沿著該迭代方向積累的問(wèn)題得不到解決，最終測(cè)量 的精度較低。現(xiàn)有的測(cè)量推進(jìn)劑劑量的技術(shù)中，專利（申請(qǐng)?zhí)枮镃N201210583876.4)"貯箱 液體推進(jìn)劑量測(cè)量方法"通過(guò)測(cè)量貯箱和氣瓶壓力、溫度，并結(jié)合相關(guān)數(shù)學(xué)模型計(jì)算出貯箱 內(nèi)的剩余推進(jìn)劑劑量，提供了一種貯箱液體推進(jìn)劑測(cè)量方法，但是此方法是一種間接測(cè)量 貯箱液體體積的方法。同時(shí)，專利（申請(qǐng)?zhí)枮?01310241510. 3,火箭貯箱推進(jìn)劑量實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài) 測(cè)量方法）此方法的不足也是一種間接的測(cè)量推進(jìn)劑量的方法。
[0005] 因此，發(fā)展一種無(wú)需高速同步，且可獲得多個(gè)方向液位高度信息，可進(jìn)行多個(gè)方向 迭代計(jì)算以提高測(cè)量精度和靈敏度；同時(shí)減少所需設(shè)備，實(shí)現(xiàn)高效的對(duì)無(wú)參考面的液體液 面動(dòng)態(tài)變形和推進(jìn)劑劑量進(jìn)行全場(chǎng)直接測(cè)量，便成為亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本申請(qǐng)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種貯箱液體推進(jìn)劑液面形貌與劑量動(dòng)態(tài)測(cè) 量方法和系統(tǒng)，以解決目前并不能夠僅使用一臺(tái)高速相機(jī)，無(wú)需高速同步，且可獲得多個(gè)方 向液位高度信息，可進(jìn)行多個(gè)方向迭代計(jì)算以提高測(cè)量精度和靈敏度；同時(shí)減少所需設(shè)備， 使得高效的對(duì)無(wú)需參考面的液體液面動(dòng)態(tài)變形進(jìn)行全場(chǎng)直接測(cè)量的問(wèn)題。
[0007] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N貯箱液體推進(jìn)劑液面形貌與劑量動(dòng)態(tài)測(cè) 量方法，包括：
[0008] 將正交條紋圖置于所述貯箱中被測(cè)液面的底部，并在該貯箱側(cè)壁沿周向和高度方 向設(shè)置正交刻度標(biāo)線，調(diào)整在該貯箱周圍兩兩對(duì)稱設(shè)置的四個(gè)規(guī)格相同的反射鏡位置和角 度，將所述反射鏡所在平面與該正交條紋圖呈45度角，所述反射鏡下邊緣均與所述正交條 紋圖處于同一平面，且所述反射鏡與貯箱側(cè)壁之間留有間距；平行光照亮正交條紋圖，其反 射光經(jīng)過(guò)液面后形成透射條紋；同時(shí)，通過(guò)所述反射鏡，以兩兩對(duì)稱方式反射該貯箱側(cè)壁的 所述正交刻度標(biāo)線；
[0009] 采集所述貯箱內(nèi)被測(cè)液面晃動(dòng)時(shí)不同時(shí)刻的所述被測(cè)液面的所述透射條紋和正 交刻度標(biāo)線，分別生成該被測(cè)液面的變形透射條紋圖像數(shù)據(jù)和自由液位圖像數(shù)據(jù)；
[0010] 對(duì)各時(shí)刻的所述變形透射條紋圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行透射條紋畸變位移處理，獲取透射條 紋每一時(shí)刻在該正交條紋圖平面內(nèi)條紋主方向上的位移量；
[0011] 根據(jù)所述自由液位圖像數(shù)據(jù)，在所述被測(cè)液面與所述貯箱內(nèi)壁的接觸線上選取多 個(gè)液位散點(diǎn)，由所述貯箱內(nèi)壁預(yù)置的周向刻度標(biāo)線標(biāo)定出各所述液位散點(diǎn)的高度，并對(duì)各 所述液位散點(diǎn)的高度進(jìn)行插值處理，生成所述被測(cè)液位的精確高度值；
[0012] 將每一時(shí)刻的所述被測(cè)液位的精確高度值和對(duì)應(yīng)該時(shí)刻的所述透射條紋的位移 量進(jìn)行迭代處理，生成每一條所述透射條紋的離面變形位移量，將所述離面變形位移量疊 加后生成所述被測(cè)液面各時(shí)刻的多組全場(chǎng)變形數(shù)據(jù)，對(duì)所述多組全場(chǎng)變形數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值加 權(quán)平均處理，生成各時(shí)刻所述貯箱內(nèi)液體晃動(dòng)液面動(dòng)態(tài)全場(chǎng)變形的結(jié)果數(shù)據(jù)；
[0013] 根據(jù)不同時(shí)刻所述貯箱內(nèi)液體晃動(dòng)液面動(dòng)態(tài)全場(chǎng)變形的結(jié)果數(shù)據(jù)生成所述貯箱 內(nèi)的所述被測(cè)液體的剩余體積數(shù)據(jù)，將該結(jié)果數(shù)據(jù)和剩余體積數(shù)據(jù)輸出。
[0014] 其中，優(yōu)選地，對(duì)各時(shí)刻的所述變形透射條紋圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行透射條紋畸變位移處 理，獲取透射條紋每一時(shí)刻在該正交條紋圖平面內(nèi)條紋主方向上的位移量，進(jìn)一步為：
[0015] 分別對(duì)采集的每一時(shí)刻的所述變形透射條紋圖像數(shù)據(jù)中的透射條紋進(jìn)行透射條 紋畸變位移處理，并根據(jù)在所述正交條紋圖平面內(nèi)預(yù)先標(biāo)定的正交條紋主方向，獲取所述 透射條紋在每一時(shí)刻在正交條紋主方向上的位移量。
[0016] 其中，優(yōu)選地，對(duì)各所述液位散點(diǎn)的高度進(jìn)行插值處理，生成所述被測(cè)液位的精確 高度值，進(jìn)一步為：
[0017] 通過(guò)對(duì)各所述液面散點(diǎn)的高度進(jìn)行一維像素插值處理，標(biāo)定出每一時(shí)刻所述被測(cè) 液面與所述貯箱內(nèi)壁的接觸線上每一個(gè)像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的液位的精確高度值。
[0018] 其中，優(yōu)選地，將每一時(shí)刻的所述被測(cè)液位的精確高度值和對(duì)應(yīng)該時(shí)刻的所述透 射條紋的位移量進(jìn)行迭代處理，生成每一條所述透射條紋的離面變形位移量，進(jìn)一步為：
[0019] 將每一時(shí)刻的所述被測(cè)液位的精確高度值作為迭代初值，并結(jié)合對(duì)應(yīng)該時(shí)刻的所 述透射條紋的位移量進(jìn)行迭代處理，生成每一條所述透射條紋分別沿所述正交條紋主方向 的正反方向的液面剖面上變形液面的離面變形位移量。
[0020] 其中，優(yōu)選地，將所述離面變形位移量疊加后生成所述被測(cè)液面各時(shí)刻的多組全 場(chǎng)變形數(shù)據(jù)，進(jìn)一步為：
[0021] 將各方向的所述液面剖面的所述液面離面變形的位移疊加后生成所述被測(cè)液面 各時(shí)刻的分別沿所述正交條紋主方向的正反方向的四組全場(chǎng)變形數(shù)據(jù)，對(duì)所述四組全場(chǎng)變 形數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值加權(quán)平均處理，生成各時(shí)刻所述貯箱內(nèi)液體晃動(dòng)液面動(dòng)態(tài)全場(chǎng)變形的結(jié)果 數(shù)據(jù)，并根據(jù)此結(jié)果數(shù)據(jù)生成所述貯箱內(nèi)的所述被測(cè)液體的剩余體積數(shù)據(jù)。
[0022] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)還提供了一種貯箱液體推進(jìn)劑液面形貌與劑量動(dòng)態(tài) 測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括：液面變形標(biāo)定單元、圖像采集單元、透射條紋畸變位移處理單 元、三相界面高度分析單元、液面動(dòng)態(tài)形貌處理單元以及液體晃動(dòng)特性分析單元；其中，
[0023] 所述液面變形標(biāo)定單元，與所述圖像采集單元相耦接，用于將正交條紋圖置于所 述貯箱中被測(cè)液面的底部，并在該貯箱側(cè)壁沿周向和高度方向設(shè)置正交刻度標(biāo)線，調(diào)整在 該貯箱周圍兩兩對(duì)稱設(shè)置的四個(gè)規(guī)格相同的反射鏡位置和角度，將所述反射鏡所在平面與 該正交條紋圖呈45度角，所述反射鏡下邊緣均與所述正交條紋圖處于同一平面，且所述反 射鏡與貯箱側(cè)壁之間留有間距；平行光照亮正交條紋圖，其反射光經(jīng)過(guò)液面后形成透射條 紋；同時(shí)，通過(guò)所述反射鏡，以兩兩對(duì)稱方式反射該貯箱側(cè)壁的所述正交刻度標(biāo)線；
[0024] 所述圖像采集單元，用于采集所述貯箱內(nèi)被測(cè)液面晃動(dòng)時(shí)不同時(shí)刻的所述被測(cè)液 面的所述透射條紋和正交刻度標(biāo)線，分別生成該被測(cè)液面的變形透射條紋圖像數(shù)據(jù)和自由 液位圖像數(shù)據(jù)；
[0025] 所述透射條紋畸變位移處理單元，與所述圖像采集單元和液面動(dòng)態(tài)形貌處理單元 相耦接，用于對(duì)各時(shí)刻的所述變形透射條紋圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行透射條紋畸變位移處理，獲取透 射條紋每一時(shí)刻在該正交條紋圖平面內(nèi)條紋主方向上的位移量；
[0026] 所述三相界面高度分析單元，與所述圖像采集單元和液面動(dòng)態(tài)形貌處理單元相耦 接，用于根據(jù)所述自由液位圖像數(shù)據(jù)，在所述被測(cè)液面與所述貯箱內(nèi)壁的接觸線上選取多 個(gè)液位散點(diǎn)，由所述貯箱內(nèi)壁預(yù)置的周向刻度標(biāo)線標(biāo)定出各所述液位散點(diǎn)的高度，并對(duì)各 所述液位散點(diǎn)的高度進(jìn)行插值處理，生成所述被測(cè)液位的精確高度值；
[0027] 所述液面動(dòng)態(tài)形貌處理單元，分別與所述透射條紋畸變位移處理單元、三相界面 高度分析單元以及液體晃動(dòng)特性分析單元相耦接，用于將每一時(shí)刻的所述被測(cè)液位的精確 高度值和對(duì)應(yīng)該時(shí)刻的所述透射條紋的位移量進(jìn)行迭代處理，生成每一條所述透射條紋的 離面變形位移量，將所述離面變形位移量疊加后生成所述被測(cè)液面各時(shí)刻的多組全場(chǎng)變形 數(shù)據(jù)，對(duì)所述多組全場(chǎng)變形數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值加權(quán)平均處理，生成各時(shí)刻所述貯箱內(nèi)液體晃動(dòng) 液面動(dòng)態(tài)全場(chǎng)變形的結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)送至所述液體晃動(dòng)特性分析單元；
[0028] 所述液體晃動(dòng)特性分析單元，與所述液面動(dòng)態(tài)形貌處理單元相耦接，用于根據(jù)不 同時(shí)刻所述貯箱內(nèi)液體晃動(dòng)液面動(dòng)態(tài)全場(chǎng)變形的結(jié)果數(shù)據(jù)生成所述貯箱內(nèi)的所述被測(cè)液 體的剩余體積數(shù)據(jù)，將該結(jié)果數(shù)據(jù)和剩余體積數(shù)據(jù)輸出。
[0029] 其中，優(yōu)選地，所述透射條紋畸變位移處理單元，進(jìn)一步用于分別對(duì)采集的每一時(shí) 刻的所述變形透射條紋圖像數(shù)據(jù)中的透射條紋進(jìn)行透射條紋畸變位移處理，并根據(jù)在所述 正交條紋圖平面內(nèi)預(yù)先標(biāo)定的正交條紋主方向，獲取所述透射條紋在每一時(shí)刻在正交條紋 主方向上的位移量。
[0030] 其中，優(yōu)選地，所述三相界面高度分析單元，進(jìn)一步用于通過(guò)對(duì)各所述液面散點(diǎn)的 高度進(jìn)行一維像素插值處理，標(biāo)定出每一時(shí)刻所述被測(cè)液面與所述貯箱內(nèi)壁的接觸線上每 一個(gè)像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的液位的精確高度值。
[0031] 其中，優(yōu)選地，所述液面動(dòng)態(tài)形貌處理單元，進(jìn)一步用于將每一時(shí)刻的所述被測(cè)液 位的精確高度值作為迭代初值，并結(jié)合對(duì)應(yīng)該時(shí)刻的所述透射條紋的位移量進(jìn)行迭代處 理，生成每一條所述透射條紋分別沿所述正交條紋主方向的正反方向的液面剖面上變形液 面的離面變形位移量。
[0032] 其中，優(yōu)選地，所述液面動(dòng)態(tài)形貌處理單元，進(jìn)一步用于將各方向的所述液面剖 面的所述液面離面變形的位移疊加后生成所述被測(cè)液面各時(shí)刻的分別沿所述正交條紋主 方向的正反方向的四組全場(chǎng)變形數(shù)據(jù)，對(duì)所述四組全場(chǎng)變形數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值加權(quán)平均處理， 生成各時(shí)刻所述貯箱內(nèi)液體晃動(dòng)液面動(dòng)態(tài)全場(chǎng)變形的結(jié)果數(shù)據(jù)，并根據(jù)此結(jié)果數(shù)據(jù)生成所 述貯箱內(nèi)的所述被測(cè)液體的剩余體積數(shù)據(jù)。
[0033] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)所述的一種液面微形貌測(cè)量方法和系統(tǒng)，達(dá)到了如下效 果：
[0034] 1)本申請(qǐng)針對(duì)飛行器貯箱內(nèi)液體的整體非線性晃動(dòng)，結(jié)合了透射條紋法與三相界 面液位高度分析技術(shù)、能夠?qū)崿F(xiàn)貯箱內(nèi)液體晃動(dòng)液面動(dòng)態(tài)變形全場(chǎng)測(cè)量，在液面測(cè)量過(guò)程 中，可以僅使用一臺(tái)高速相機(jī)，避免了兩臺(tái)高速相機(jī)采集難以同步的情況，并且可獲得多個(gè) 方向液位高度信息，可進(jìn)行多個(gè)方向迭代計(jì)算以提高測(cè)量精度和靈敏度，有效解決了針對(duì) 液面晃動(dòng)時(shí)進(jìn)行液面測(cè)量只能在高速同步條件下進(jìn)行，并且不能獲得多個(gè)方向液位信息進(jìn) 行多方向迭代計(jì)算的問(wèn)題。
[0035] 2)本申請(qǐng)不但可以得到液面變形全場(chǎng)形貌，而且通過(guò)所測(cè)液面每一點(diǎn)真實(shí)高度可 得到液體晃動(dòng)貯箱內(nèi)剩余液體體積，結(jié)合非線性動(dòng)力學(xué)等相關(guān)技術(shù)，可以分析計(jì)算出晃動(dòng) 液體的頻率、模態(tài)、阻尼和等重要相關(guān)參數(shù)，為進(jìn)一步液體非線性晃動(dòng)動(dòng)力學(xué)研究、液體大 幅晃動(dòng)與結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)耦合問(wèn)題、液體燃料管理的相關(guān)研究、推進(jìn)劑貯箱的設(shè)計(jì)、航天器姿態(tài)調(diào) 整與控制以及減少因晃動(dòng)問(wèn)題導(dǎo)致的事故的發(fā)生，保證飛行器正常服役等工作具有重要指 導(dǎo)意義。
[0036] 3)本申請(qǐng)?jiān)谶M(jìn)行液面測(cè)量時(shí)減少所需設(shè)備，使得結(jié)構(gòu)緊湊，簡(jiǎn)單易行，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0037] 此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本申 請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0038] 圖1為本申請(qǐng)實(shí)施例一所述的貯箱液體推進(jìn)劑液面形貌與劑量動(dòng)態(tài)測(cè)量方法的 流程圖；
[0039] 圖2為本申請(qǐng)實(shí)施例二所述貯箱液體推進(jìn)劑液面形貌與劑量動(dòng)態(tài)測(cè)量方法的實(shí) 驗(yàn)系統(tǒng)圖；
[0040] 圖3為本申請(qǐng)實(shí)施例三所述貯箱液體推進(jìn)劑液面形貌與劑量動(dòng)態(tài)測(cè)量方法的實(shí) 驗(yàn)系統(tǒng)圖；
[0041] 圖4為本申請(qǐng)實(shí)施例三中以0. 006s為間隔，分別從0. 003s至0. 018s的三個(gè)時(shí)刻 液體晃動(dòng)液面三維形貌連續(xù)過(guò)程的示意圖；
[0042] 圖5為本申請(qǐng)實(shí)施例三中所選取的部分時(shí)刻液體晃動(dòng)自由液面形貌剖面高度的 示意圖；
[0043] 圖6為本申請(qǐng)實(shí)施例四所述的貯箱液體推進(jìn)劑液面形貌與劑量動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0044] 如在說(shuō)明書及權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來(lái)指稱特定組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)可理解，硬件制造商可能會(huì)用不同名詞來(lái)稱呼同一個(gè)組件。本說(shuō)明書及權(quán)利要求并不以 名稱的差異來(lái)作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來(lái)作為區(qū)分的準(zhǔn)則。如在 通篇說(shuō)明書及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的"包含"為一開放式用語(yǔ)，故應(yīng)解釋成"包含但不限定 于"。"大致"是指在可接收的誤差范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在一定誤差范圍內(nèi)解決所 述技術(shù)問(wèn)題，基本達(dá)到所述技術(shù)效果。此外，"耦接"一詞在此包含任何直接及間接的電性 耦接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表所述第一裝置可直接電 性耦接于所述第二裝置，或通過(guò)其他裝置或耦接手段間接地電性耦接至所述第二裝置。說(shuō) 明書后續(xù)描述為實(shí)施本申請(qǐng)的較佳實(shí)施方式，然所述描述乃以說(shuō)明本申請(qǐng)的一般原則為目 的，并非用以限定本申請(qǐng)的范圍。本申請(qǐng)的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。 [0045] 以下結(jié)合附圖對(duì)本申請(qǐng)作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但不作為對(duì)本申請(qǐng)的限定。
[0046] 實(shí)施例一：
[0047] 如圖1所示，是本申請(qǐng)實(shí)施例一所述的一種C箱液體推進(jìn)劑液面形貌與劑量動(dòng)態(tài) 測(cè)量方法流程。
[0048] 步驟101，將正交條紋圖置于所述貯箱中被測(cè)液面的底部，并在該貯箱側(cè)壁沿周向 和高度方向設(shè)置正交刻度標(biāo)線，貯箱四周對(duì)稱布置4個(gè)規(guī)格相同的反射鏡，調(diào)整反射鏡位 置和角度，將所述反射鏡所在平面與該正交條紋圖呈45度角，所述反射鏡下邊緣均與所述 正交條紋圖處于同一平面，且所述反射鏡與貯箱側(cè)壁之間留有間距；平行光照亮正交條紋 圖，其反射光經(jīng)過(guò)液面后形成透射條紋；同時(shí)，通過(guò)所述反射鏡，以兩兩對(duì)稱方式反射該貯 箱側(cè)壁的所述正交刻度標(biāo)線。
[0049] 在本實(shí)施例中，所述正交條紋圖的采集可以通過(guò)布置在貯箱正上方的單個(gè)高 速 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）或 CCD (Charge-coupled Device,電荷f禹合元件，即圖像傳感器）相機(jī)和/或具有將圖像轉(zhuǎn)變 為數(shù)字信號(hào)功能的高速圖像捕獲設(shè)備實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際應(yīng)用中，所述正交條紋圖可以根據(jù)應(yīng)用 需要設(shè)計(jì)成一張具有特定頻率和大小的半透明的正交條紋圖，將其印制或粘附（或放置） 于貯箱底部；所述正交刻度標(biāo)線可以采用精確印制或繪制的方式設(shè)置于所述貯箱內(nèi)壁，且 正交刻度標(biāo)線具有一定間距，該正交刻度標(biāo)線作為位置坐標(biāo)標(biāo)尺和高度標(biāo)尺。所述貯箱中 盛有待測(cè)的半透明液體，為提高采集效果，可以在所述正交條紋圖正下方布置直流無(wú)頻閃、 光照均勻柔和且光強(qiáng)足夠的平行光源。
[0050] 步驟102,采集所述貯箱內(nèi)被測(cè)液面晃動(dòng)時(shí)不同時(shí)刻的所述被測(cè)液面的所述透射 條紋和正交刻度標(biāo)線，分別生成該被測(cè)液面的變形透射條紋圖像數(shù)據(jù)和自由液位圖像數(shù) 據(jù)。
[0051] 在圖像采集時(shí)，反射鏡能夠分別兩兩對(duì)稱反射側(cè)壁的四個(gè)方向正交刻度標(biāo)線的像 至高速相機(jī)（或其他圖像采集裝置）內(nèi)，正交條紋透過(guò)液體透射的像稱為透射條紋，被測(cè)液 體的液面與其所處氣體環(huán)境以及固體器壁（本實(shí)施例中為貯箱）三相界面接觸線為自由液 面液位，從而通過(guò)調(diào)整高速相機(jī)的位置、角度、鏡頭焦距及光圈大小，使得拍攝的透射條紋 和自由液位能夠在同一視場(chǎng)中且清晰顯示。
[0052] 步驟103,對(duì)各時(shí)刻的所述變形透射條紋圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行透射條紋畸變位移處理，獲 取透射條紋每一時(shí)刻在該正交條紋圖平面內(nèi)條紋主方向上的位移量。
[0053] 貯箱內(nèi)的被測(cè)液體發(fā)生晃動(dòng)屬于不定向晃動(dòng)，進(jìn)而使所述被測(cè)液面不規(guī)則地產(chǎn)生 高低落差，由于折射效應(yīng)，圖像采集器（如高速相機(jī)等）所采集到的正交條紋圖就會(huì)發(fā)生任 意方向的變形，為了便于后續(xù)處理，在與所述正交條紋圖平行的平面內(nèi)設(shè)置一 x〇y坐標(biāo)系， 正交條紋主方向分別與預(yù)先標(biāo)定的X〇y平面坐標(biāo)系中X軸、y軸平行，，故可以根據(jù)透射條 紋畸變位移相關(guān)技術(shù)進(jìn)行處理，進(jìn)一步得到所述正交條紋圖中發(fā)生變形的所述透射條紋在 條紋主方向上的位移量（變形量）。
[0054] 步驟104,根據(jù)所述自由液位圖像數(shù)據(jù)，在所述被測(cè)液面與所述貯箱內(nèi)壁的接觸 線上選取多個(gè)液位散點(diǎn)，由所述貯箱內(nèi)壁預(yù)置的周向刻度標(biāo)線標(biāo)定出各所述液位散點(diǎn)的高 度，并對(duì)各所述液位散點(diǎn)的高度進(jìn)行插值處理，生成所述被測(cè)液位的精確高度值。
[0055] 所述位移量是與所述正交條紋圖平行的平面內(nèi)（水平方向）獲取到的數(shù)據(jù)，而在 垂直方向上的數(shù)據(jù)（即所述液面的高度）將根據(jù)所述自由液位圖像數(shù)據(jù)獲得，液面的高度 是連續(xù)變化的數(shù)據(jù)，為了能夠進(jìn)行后續(xù)計(jì)算處理，需要將液面的高度進(jìn)行離散化，所以步驟 104中，在所述液面與貯箱內(nèi)壁的接觸線上選取多個(gè)所述液位散點(diǎn)，根據(jù)貯箱內(nèi)壁的所述刻 度標(biāo)線確定所述液位散點(diǎn)的高度，再將各所述液位散點(diǎn)之間進(jìn)行插值細(xì)化，設(shè)置多個(gè)像素 點(diǎn)，設(shè)置的像素點(diǎn)越多，精度就越高，從而通過(guò)獲取所述像素點(diǎn)的對(duì)應(yīng)的高度就得到了所述 被測(cè)液位的精確高度值。
[0056] 步驟105,將每一時(shí)刻的所述被測(cè)液位的精確高度值和對(duì)應(yīng)該時(shí)刻的所述透射條 紋的位移量進(jìn)行迭代處理，生成每一條所述透射條紋的離面變形位移量，將所述離面變形 位移量疊加后生成所述被測(cè)液面各時(shí)刻的多組全場(chǎng)變形數(shù)據(jù)，對(duì)所述多組全場(chǎng)變形數(shù)據(jù)進(jìn) 行數(shù)值加權(quán)平均處理，生成各時(shí)刻所述貯箱內(nèi)液體晃動(dòng)液面動(dòng)態(tài)全場(chǎng)變形的結(jié)果數(shù)據(jù)。
[0057] 液面的高低變化將會(huì)帶來(lái)透射圖像的變形，在本實(shí)施例中，圖像采集器（如高速 相機(jī)等）所采集到的透射條紋圖的變形，就是由于所述貯箱中的所述被測(cè)液面的高低變化 造成的，所以，可以根據(jù)某一時(shí)刻所述被測(cè)液位的精確高度值和該時(shí)刻的所述透射條紋的 位移量獲取到液面的高低變化量（相對(duì)于靜止的液面而言），即離面變形位移量。在所述離 面變形位移量足夠充足的情況下，便可以獲取多組全場(chǎng)變形數(shù)據(jù)，生成各時(shí)刻所述貯箱內(nèi) 液體晃動(dòng)液面動(dòng)態(tài)全場(chǎng)變形的結(jié)果數(shù)據(jù)。
[0058] 步驟106,根據(jù)不同時(shí)刻所述貯箱內(nèi)液體晃動(dòng)液面動(dòng)態(tài)全場(chǎng)變形的結(jié)果數(shù)據(jù)生成 所述貯箱內(nèi)的所述被測(cè)液體的剩余體積數(shù)據(jù)，將該結(jié)果數(shù)據(jù)和剩余體積數(shù)據(jù)輸出。
[0059] 經(jīng)過(guò)上述步驟101至106,可以獲取多方向的液面數(shù)據(jù)，進(jìn)一步生成精確的貯箱內(nèi) 液體晃動(dòng)液面動(dòng)態(tài)全場(chǎng)變形的結(jié)果數(shù)據(jù)，再根據(jù)獲得的所述體積數(shù)據(jù)，可以結(jié)合非線性動(dòng) 力學(xué)相關(guān)技術(shù)，進(jìn)一步獲得液體晃動(dòng)的頻率、模態(tài)、阻尼等重要參數(shù)。
[0060] 實(shí)施例二
[0061] 對(duì)于上述實(shí)施例一所述的貯箱液體推進(jìn)劑液面形貌與劑量動(dòng)態(tài)測(cè)量方法而言，需 要設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，所述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖2所示，其中，
[0062] 貯箱側(cè)壁上沿周向和高度方向精確印制或繪制具有一定間距的正交刻度標(biāo)線作 為位置坐標(biāo)標(biāo)尺和高度標(biāo)尺，貯箱內(nèi)盛有待測(cè)的半透明液體。將正交條紋圖印制或粘附 (或放置）于貯箱底部，所述正交條紋圖可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要設(shè)置為具有特定頻率和 大小的半透明條紋圖。所述貯箱四周對(duì)稱布置由4個(gè)規(guī)格相同的反射鏡所組成的反射鏡 組，分別包括：反射鏡a、b、c、d，其中，反射鏡a與b對(duì)稱設(shè)置，反射鏡c與d對(duì)稱設(shè)置。在 透明的所述貯箱正上方布置單個(gè)高速相機(jī)，其靶面與所述正交條紋圖平行，并且在所述正 交條紋圖正下方布置直流無(wú)頻閃、光照均勻柔和且光強(qiáng)足夠的平行光源。
[0063] 調(diào)整所述反射鏡組的角度和方位，使a、b、c、d四個(gè)反射鏡所在平面均與所述正交 條紋圖呈45度角，四個(gè)反射鏡下邊緣均與所述正交條紋圖處于同一平面，且與貯箱外側(cè)壁 之間留有一定間距以便光能透過(guò)，在圖像采集時(shí)反射鏡組能夠分別兩兩對(duì)稱反射側(cè)壁的四 個(gè)方向正交刻度標(biāo)線的像至高速相機(jī)內(nèi)。正交條紋透過(guò)液體透射的像稱為透射條紋，自由 液面與其所處氣體環(huán)境以及固體器壁三相界面接觸線為自由液面液位，調(diào)整相機(jī)位置和角 度，鏡頭焦距及光圈大小，使得拍攝的透射條紋和自由液位能夠在同一視場(chǎng)中且清晰顯示。 [0064] 當(dāng)設(shè)置完上述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)后，可以按照上述實(shí)施例一中所述的測(cè)量方法對(duì)所述貯箱 內(nèi)的所述被測(cè)液面進(jìn)行測(cè)量。
[0065] 步驟一，當(dāng)所述被測(cè)液面靜止時(shí)，通過(guò)所述高速相機(jī)拍攝一張透射條紋圖作為初 始參考的載波條紋圖，以用于后續(xù)計(jì)算以及消除環(huán)境對(duì)最終結(jié)果的影響。步驟二，采集貯箱 內(nèi)被測(cè)液面晃動(dòng)時(shí)不同時(shí)刻的所述被測(cè)液面的變形透射條紋圖像數(shù)據(jù)和自由液位圖像數(shù) 據(jù)。
[0066] 在貯箱中的所述液體發(fā)生晃動(dòng)時(shí)，需要保證條紋、刻度標(biāo)線與高速相機(jī)相對(duì)位置 不變，不產(chǎn)生剛體位移，所述高速相機(jī)連續(xù)采集不同時(shí)刻的變形透射條紋圖像數(shù)據(jù)和自由 液位圖像數(shù)據(jù)。
[0067] 步驟三，對(duì)各時(shí)刻的所述變形透射條紋圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行透射條紋畸變位移處理，獲 取透射條紋每一時(shí)刻在該正交條紋圖平面內(nèi)條紋主方向上的位移量。
[0068] 具體地，采用透射條紋畸變位移處理技術(shù)，分別對(duì)采集的每一時(shí)刻的所述變形透 射條紋圖像數(shù)據(jù)中的透射條紋進(jìn)行處理，根據(jù)在所述正交條紋圖平面內(nèi)預(yù)先標(biāo)定的正交條 紋主方向，獲取每一時(shí)刻液面變形的正交條紋主方向上的的位移場(chǎng)（在本實(shí)施例的圖2中， 所述正交條紋主方向分別與預(yù)先標(biāo)定的x〇y平面坐標(biāo)系中X軸、y軸平行，具體獲取在X軸、 y軸方向上的位移量，在力學(xué)領(lǐng)域中，也可以是U、V場(chǎng)方向，上述內(nèi)容并不會(huì)構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng) 的限定），即透射條紋的每一點(diǎn)的位移量S(X，y，t)。其中，X軸、y軸方向是與所述正交條紋 圖平行的平面內(nèi)設(shè)置一 x〇y坐標(biāo)系所確定的，對(duì)于圖2中所示的情況，該x〇y坐標(biāo)系為水平 面坐標(biāo)系。
[0069] 步驟四，根據(jù)所述自由液位圖像數(shù)據(jù)，在所述被測(cè)液面與所述貯箱內(nèi)壁的接觸線 上選取多個(gè)液位散點(diǎn)，由所述貯箱內(nèi)壁預(yù)置的周向刻度標(biāo)線標(biāo)定出各所述液位散點(diǎn)的高 度，并對(duì)各所述液位散點(diǎn)的高度進(jìn)行插值處理，生成所述被測(cè)液位的精確高度值。
[0070] 具體地，采用三相界面液位高度分析技術(shù)，選取接觸線上一定數(shù)量的散點(diǎn)，具體各 散點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置坐標(biāo)由器壁上周向的刻度標(biāo)線確定。各周向刻度標(biāo)線之間通過(guò)像素插值，分 別精確標(biāo)定出各散點(diǎn)的高度絕對(duì)值Pp P2，P3，K，pn。進(jìn)一步，通過(guò)對(duì)各散點(diǎn)的高度進(jìn)行一維 插值，得到每一時(shí)刻不同位置即所采集圖像中自由液面與器壁接觸線上每一個(gè)像素點(diǎn)的液 位精確的高度值H(x，y，t);
[0071] 步驟五，將每一時(shí)刻的所述被測(cè)液位的精確高度值作為迭代初值，并結(jié)合對(duì)應(yīng)該 時(shí)刻的所述透射條紋的位移量進(jìn)行迭代處理，生成每一條所述透射條紋沿X軸和y軸的正 反兩個(gè)方向的液面剖面上變形液面的離面變形位移量，將各剖面的液面離面變形的位移疊 加分別得到所述液面各個(gè)時(shí)刻四組全場(chǎng)變形數(shù)據(jù)，然后對(duì)上述四組全場(chǎng)變形數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值 加權(quán)平均處理，以精確重構(gòu)出各個(gè)時(shí)刻所述貯箱內(nèi)液體晃動(dòng)液面動(dòng)態(tài)全場(chǎng)變形的結(jié)果。
[0072] 具體的，在步驟五中，將前述經(jīng)處理得到的四個(gè)方向每一時(shí)刻不同位置即所采集 圖像中自由液面與器壁接觸線上每一個(gè)像素點(diǎn)的液位精確的高度值Η (X，y，t)作為迭代初 值，結(jié)合對(duì)應(yīng)的透射條紋主方向的位移量S(x，y，t)進(jìn)行迭代處理。分別沿四個(gè)方向（±x， 土y)迭代處理得各條紋主方向剖面上變形液面距初始液面的高度。
[0073] 將所述離面變形位移量疊加后生成所述被測(cè)液面各時(shí)刻的多組全場(chǎng)變形數(shù)據(jù)，具 體為：將各方向的所述液面剖面的所述液面離面變形的位移疊加后生成所述被測(cè)液面各時(shí) 刻的分別沿X軸和y軸的正反方向的四組全場(chǎng)變形數(shù)據(jù)。
[0074] 在本實(shí)施例中，通過(guò)上述測(cè)量步驟，可以對(duì)測(cè)量獲得的所述被測(cè)液體晃動(dòng)時(shí)的特 性參數(shù)進(jìn)行分析，通過(guò)上述得到的不同時(shí)刻液面各點(diǎn)離面變形的位移，進(jìn)行疊加計(jì)算出貯 箱內(nèi)液體體積即推進(jìn)劑劑量，結(jié)合非線性動(dòng)力學(xué)相關(guān)技術(shù)，可進(jìn)一步得到液體晃動(dòng)的頻率、 模態(tài)、阻尼等重要相關(guān)參數(shù)。
[0075] 實(shí)施例三
[0076] 結(jié)合圖3至5,對(duì)本實(shí)施例中的所述貯箱液體推進(jìn)劑液面形貌與劑量動(dòng)態(tài)測(cè)量方 法進(jìn)行具體說(shuō)明：
[0077] 所述貯箱以圓柱形透明平底貯箱為例，形狀為方形或其他具有水平底部形狀的貯 箱同樣適用。
[0078] 搭建的試驗(yàn)系統(tǒng)如下：
[0079] 如圖3所示，貯箱側(cè)壁上沿周向和高度方向精確印制或繪制具有一定間距的正交 刻度標(biāo)線作為位置坐標(biāo)標(biāo)尺和高度標(biāo)尺，為實(shí)現(xiàn)后續(xù)迭代計(jì)算，其中觀測(cè)方向的周向刻度 標(biāo)線須與條紋主方向正交。貯箱內(nèi)盛有被測(cè)半透明液體。根據(jù)需要設(shè)計(jì)一張具有特定頻率 和大小的半透明的正交條紋圖，將其印制或粘附（或放置）于貯箱底部，正交條紋圖須具有 較高漫反射率和部分透光性，正交條紋圖作為透射變形載體的同時(shí)也為側(cè)壁表面的正交刻 度標(biāo)線提供光源，正交條紋的像與后續(xù)所使用高速相機(jī)的靶面平行，且條紋兩個(gè)方向與靶 面邊緣方向一致、無(wú)轉(zhuǎn)角。貯箱四周對(duì)稱布置4個(gè)規(guī)格相同的反射鏡，分別為反射鏡a、b、 c、d，其中，反射鏡a與b對(duì)稱設(shè)置，反射鏡c與d對(duì)稱設(shè)置，2個(gè)對(duì)向反射鏡的底部邊緣與 正交條紋圖的其中一個(gè)條紋方向平行，另外2個(gè)對(duì)向反射鏡的底部邊緣與另一個(gè)條紋方向 平行，上述四個(gè)反射鏡均與正交條紋圖呈45度角放置。反射鏡a、b、c、d下邊緣均與正交 條紋圖處于同一平面，且不能緊貼貯箱外側(cè)壁，需與貯箱外側(cè)壁之間留有一定間距。在透明 的圓柱形貯箱正上方布置有與水平方向呈45°的反射鏡1，單個(gè)高速相機(jī)水平放置在反射 鏡面1對(duì)應(yīng)一側(cè)，高速相機(jī)配備合適鏡頭，鏡頭前裝有偏振片，用以減小液面的鏡面反射和 其他反射雜光。如果液面變形過(guò)大，發(fā)生嚴(yán)重失焦現(xiàn)象，則選用雙遠(yuǎn)心鏡頭避免上述情況的 發(fā)生。鏡組也可以用單個(gè)喇叭形反射鏡代替，其環(huán)向布置在貯箱外側(cè)。正交條紋下方布置 一面與堅(jiān)直方向呈約45°的反射鏡2,此鏡面一側(cè)水平放置直流無(wú)頻閃，光照均勻柔和且 光強(qiáng)足夠的光源，使得照射至正交條紋圖的光平行、穩(wěn)定且強(qiáng)烈。
[0080] 調(diào)整反射鏡組的角度和方位，使a、b、c、d四個(gè)反射鏡所在平面均與正交條紋圖呈 45度角，四個(gè)反射鏡下邊緣均與正交條紋圖處于同一平面，且不能緊貼貯箱外側(cè)壁，需與貯 箱外側(cè)壁之間留有一定間距以便光的透過(guò)。在圖像采集時(shí)分別兩兩對(duì)稱反射側(cè)壁的四個(gè)方 向正交刻度標(biāo)線的像至高速相機(jī)內(nèi)。正交條紋透過(guò)液體透射的像稱為透射條紋，自由液面 與其所處氣體環(huán)境以及固體器壁三相界面接觸線為自由液面液位，調(diào)整相機(jī)位置和角度， 鏡頭焦距及光圈大小，使得拍攝的透射條紋和自由液位能夠在同一視場(chǎng)中且清晰顯示；
[0081] 當(dāng)液面靜止時(shí)拍攝一張透射條紋圖作為初始參考的載波條紋圖用于后續(xù)計(jì)算以 及消除環(huán)境對(duì)最終結(jié)果的影響；
[0082] 整體系統(tǒng)置于能夠使液體產(chǎn)生整體晃動(dòng)的環(huán)境中，貯箱中液體發(fā)生晃動(dòng)，此時(shí)需 保證條紋、刻度標(biāo)線與高速相機(jī)相對(duì)位置不變，不產(chǎn)生剛體位移；
[0083] 高速相機(jī)連續(xù)采集不同時(shí)刻變形的透射條紋和自由液位圖像；
[0084] 采用透射條紋畸變位移處理技術(shù)，分別對(duì)所述采集的每一時(shí)刻的透射條紋進(jìn)行 處理，本實(shí)施例采用條紋中心法，對(duì)正交條紋圖像進(jìn)行濾波、消噪、提高對(duì)比度等處理，提 取所采集畸變透射條紋中心線，對(duì)條紋中心線進(jìn)行賦級(jí)、插值、計(jì)算位移、減掉載波條紋虛 位移，即可得到每一時(shí)刻液面變形的X、y方向的位移場(chǎng)，即透射條紋的每一點(diǎn)的位移量 S(x，y，t)。
[0085] 采用三相界面液位高度分析技術(shù)，選取接觸線上一定數(shù)量的散點(diǎn)，具體各散點(diǎn)對(duì) 應(yīng)位置坐標(biāo)由器壁上周向的刻度標(biāo)線確定。各高度方向刻度標(biāo)線之間通過(guò)像素插值，分別 精確標(biāo)定出各散點(diǎn)的高度絕對(duì)值Ρι，ρ 2, ρ3, κ，Pn。有多種像素插值方法可用于標(biāo)定出各散點(diǎn) 的高度值，本實(shí)施例中將所采集圖片通過(guò)圖像處理軟件處理得到上述各散點(diǎn)的像素坐標(biāo)以 及環(huán)向刻度標(biāo)線上各點(diǎn)像素坐標(biāo)，器壁面上周向刻度標(biāo)線之間間距已知，那么每一個(gè)確定 位置的散點(diǎn)的實(shí)際高度值即可由對(duì)應(yīng)坐標(biāo)換算得到。進(jìn)一步，通過(guò)對(duì)各散點(diǎn)的高度進(jìn)行一 維插值，得到每一時(shí)刻不同位置即所采集圖像中自由液面與器壁接觸線上每一個(gè)像素點(diǎn)的 液位精確的高度值H(x，y，t);
[0086] 將前述經(jīng)處理得到的每一時(shí)刻不同位置即所采集圖像中自由液面與器壁接觸線 上每一個(gè)像素點(diǎn)的液位精確的高度值H(x，y，t)作為迭代初值，與對(duì)應(yīng)的透射條紋主方向 的位移量S(x，y，t)代入公式（1)
[0087]

【權(quán)利要求】
1. 一種貯箱液體推進(jìn)劑液面形貌與劑量動(dòng)態(tài)測(cè)量方法，其特征在于，包括： 將正交條紋圖置于所述貯箱中被測(cè)液面的底部，并在該貯箱側(cè)壁沿周向和高度方向設(shè) 置正交刻度標(biāo)線，調(diào)整在該貯箱周圍兩兩對(duì)稱設(shè)置的四個(gè)規(guī)格相同的反射鏡位置和角度， 將所述反射鏡所在平面與該正交條紋圖呈45度角，所述反射鏡下邊緣均與所述正交條紋 圖處于同一平面，且所述反射鏡與貯箱側(cè)壁之間留有間距；平行光照亮正交條紋圖，其反射 光經(jīng)過(guò)液面后形成透射條紋；同時(shí)，通過(guò)所述反射鏡，以兩兩對(duì)稱方式反射該貯箱側(cè)壁的所 述正交刻度標(biāo)線； 采集所述貯箱內(nèi)被測(cè)液面晃動(dòng)時(shí)不同時(shí)刻的所述被測(cè)液面的所述透射條紋和正交刻 度標(biāo)線，分別生成該被測(cè)液面的變形透射條紋圖像數(shù)據(jù)和自由液位圖像數(shù)據(jù)； 對(duì)各時(shí)刻的所述變形透射條紋圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行透射條紋畸變位移處理，獲取透射條紋每 一時(shí)刻在該正交條紋圖平面內(nèi)條紋主方向上的位移量； 根據(jù)所述自由液位圖像數(shù)據(jù)，在所述被測(cè)液面與所述貯箱內(nèi)壁的接觸線上選取多個(gè)液 位散點(diǎn)，由所述貯箱內(nèi)壁預(yù)置的周向刻度標(biāo)線標(biāo)定出各所述液位散點(diǎn)的高度，并對(duì)各所述 液位散點(diǎn)的高度進(jìn)行插值處理，生成所述被測(cè)液位的精確高度值； 將每一時(shí)刻的所述被測(cè)液位的精確高度值和對(duì)應(yīng)該時(shí)刻的所述透射條紋的位移量進(jìn) 行迭代處理，生成每一條所述透射條紋的離面變形位移量，將所述離面變形位移量疊加后 生成所述被測(cè)液面各時(shí)刻的多組全場(chǎng)變形數(shù)據(jù)，對(duì)所述多組全場(chǎng)變形數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值加權(quán)平 均處理，生成各時(shí)刻所述貯箱內(nèi)液體晃動(dòng)液面動(dòng)態(tài)全場(chǎng)變形的結(jié)果數(shù)據(jù)； 根據(jù)不同時(shí)刻所述貯箱內(nèi)液體晃動(dòng)液面動(dòng)態(tài)全場(chǎng)變形的結(jié)果數(shù)據(jù)生成所述貯箱內(nèi)的 所述被測(cè)液體的剩余體積數(shù)據(jù)，將該結(jié)果數(shù)據(jù)和剩余體積數(shù)據(jù)輸出。
2. 如權(quán)利要求1所述的貯箱液體推進(jìn)劑液面形貌與劑量動(dòng)態(tài)測(cè)量方法，其特征在于， 對(duì)各時(shí)刻的所述變形透射條紋圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行透射條紋畸變位移處理，獲取透射條紋每一時(shí) 刻在該正交條紋圖平面內(nèi)條紋主方向上的位移量，進(jìn)一步為： 分別對(duì)采集的每一時(shí)刻的所述變形透射條紋圖像數(shù)據(jù)中的透射條紋進(jìn)行透射條紋畸 變位移處理，并根據(jù)在所述正交條紋圖平面內(nèi)預(yù)先標(biāo)定的正交條紋的主方向，獲取所述透 射條紋在每一時(shí)刻在正交條紋主方向上的位移量。
3. 如權(quán)利要求1所述的貯箱液體推進(jìn)劑液面形貌與劑量動(dòng)態(tài)測(cè)量方法，其特征在于， 對(duì)各所述液位散點(diǎn)的高度進(jìn)行插值處理，生成所述被測(cè)液位的精確高度值，進(jìn)一步為： 通過(guò)對(duì)各所述液面散點(diǎn)的高度進(jìn)行一維像素插值處理，標(biāo)定出每一時(shí)刻所述被測(cè)液面 與所述貯箱內(nèi)壁的接觸線上每一個(gè)像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的液位的精確高度值。
4. 如權(quán)利要求2所述的貯箱液體推進(jìn)劑液面形貌與劑量動(dòng)態(tài)測(cè)量方法，其特征在于， 將每一時(shí)刻的所述被測(cè)液位的精確高度值和對(duì)應(yīng)該時(shí)刻的所述透射條紋的位移量進(jìn)行迭 代處理，生成每一條所述透射條紋的離面變形位移量，進(jìn)一步為： 將每一時(shí)刻的所述被測(cè)液位的精確高度值作為迭代初值，并結(jié)合對(duì)應(yīng)該時(shí)刻的所述透 射條紋的位移量進(jìn)行迭代處理，生成每一條所述透射條紋分別沿所述正交條紋主方向的正 反方向的液面剖面上變形液面的離面變形位移量。
5. 如權(quán)利要求4所述的貯箱液體推進(jìn)劑液面形貌與劑量動(dòng)態(tài)測(cè)量方法，其特征在于， 將所述離面變形位移量疊加后生成所述被測(cè)液面各時(shí)刻的多組全場(chǎng)變形數(shù)據(jù)，進(jìn)一步為： 將正交條紋主方向上的所述液面剖面的所述液面離面變形的位移疊加后生成所述被 測(cè)液面各時(shí)刻的分別沿所述正交條紋主方向的正反方向的四組全場(chǎng)變形數(shù)據(jù)。
6. -種貯箱液體推進(jìn)劑液面形貌與劑量動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括：液面變形 標(biāo)定單元、圖像采集單元、透射條紋畸變位移處理單元、三相界面高度分析單元、液面動(dòng)態(tài) 形貌處理單元以及液體晃動(dòng)特性分析單元；其中， 所述液面變形標(biāo)定單元，與所述圖像采集單元相耦接，用于將正交條紋圖置于所述貯 箱中被測(cè)液面的底部，并在該貯箱側(cè)壁沿周向和高度方向設(shè)置正交刻度標(biāo)線，調(diào)整在該貯 箱周圍兩兩對(duì)稱設(shè)置的四個(gè)規(guī)格相同的反射鏡位置和角度，將所述反射鏡所在平面與該正 交條紋圖呈45度角，所述反射鏡下邊緣均與所述正交條紋圖處于同一平面，且所述反射鏡 與貯箱側(cè)壁之間留有間距；平行光照亮正交條紋圖，其反射光經(jīng)過(guò)液面后形成透射條紋； 同時(shí)，通過(guò)所述反射鏡，以兩兩對(duì)稱方式反射該貯箱側(cè)壁的所述正交刻度標(biāo)線； 所述圖像采集單元，用于采集所述貯箱內(nèi)被測(cè)液面晃動(dòng)時(shí)不同時(shí)刻的所述被測(cè)液面的 所述透射條紋和正交刻度標(biāo)線，分別生成該被測(cè)液面的變形透射條紋圖像數(shù)據(jù)和自由液位 圖像數(shù)據(jù)； 所述透射條紋畸變位移處理單元，與所述圖像采集單元和液面動(dòng)態(tài)形貌處理單元相耦 接，用于對(duì)各時(shí)刻的所述變形透射條紋圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行透射條紋畸變位移處理，獲取透射條 紋每一時(shí)刻在該正交條紋圖平面內(nèi)條紋主方向上的位移量； 所述三相界面高度分析單元，與所述圖像采集單元和液面動(dòng)態(tài)形貌處理單元相耦接， 用于根據(jù)所述自由液位圖像數(shù)據(jù)，在所述被測(cè)液面與所述貯箱內(nèi)壁的接觸線上選取多個(gè)液 位散點(diǎn)，由所述貯箱內(nèi)壁預(yù)置的周向刻度標(biāo)線標(biāo)定出各所述液位散點(diǎn)的高度，并對(duì)各所述 液位散點(diǎn)的高度進(jìn)行插值處理，生成所述被測(cè)液位的精確高度值； 所述液面動(dòng)態(tài)形貌處理單元，分別與所述透射條紋畸變位移處理單元、三相界面高度 分析單元以及液體晃動(dòng)特性分析單元相耦接，用于將每一時(shí)刻的所述被測(cè)液位的精確高度 值和對(duì)應(yīng)該時(shí)刻的所述透射條紋的位移量進(jìn)行迭代處理，生成每一條所述透射條紋的離 面變形位移量，將所述離面變形位移量疊加后生成所述被測(cè)液面各時(shí)刻的多組全場(chǎng)變形數(shù) 據(jù)，對(duì)所述多組全場(chǎng)變形數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值加權(quán)平均處理，生成各時(shí)刻所述貯箱內(nèi)液體晃動(dòng)液 面動(dòng)態(tài)全場(chǎng)變形的結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)送至所述液體晃動(dòng)特性分析單元； 所述液體晃動(dòng)特性分析單元，與所述液面動(dòng)態(tài)形貌處理單元相耦接，用于根據(jù)不同時(shí) 刻所述貯箱內(nèi)液體晃動(dòng)液面動(dòng)態(tài)全場(chǎng)變形的結(jié)果數(shù)據(jù)生成所述貯箱內(nèi)的所述被測(cè)液體的 剩余體積數(shù)據(jù)，將該結(jié)果數(shù)據(jù)和剩余體積數(shù)據(jù)輸出。
7. 如權(quán)利要求6所述的貯箱液體推進(jìn)劑液面形貌與劑量動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于， 所述透射條紋畸變位移處理單元，進(jìn)一步用于分別對(duì)采集的每一時(shí)刻的所述變形透射條紋 圖像數(shù)據(jù)中的透射條紋進(jìn)行透射條紋畸變位移處理，并根據(jù)在所述正交條紋圖平面內(nèi)預(yù)先 標(biāo)定的正交條紋主方向，獲取所述透射條紋在每一時(shí)刻在正交條紋主方向上的位移量。
8. 如權(quán)利要求6所述的貯箱液體推進(jìn)劑液面形貌與劑量動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于， 所述三相界面高度分析單元，進(jìn)一步用于通過(guò)對(duì)各所述液面散點(diǎn)的高度進(jìn)行一維像素插值 處理，標(biāo)定出每一時(shí)刻所述被測(cè)液面與所述貯箱內(nèi)壁的接觸線上每一個(gè)像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的液 位的精確高度值。
9. 如權(quán)利要求7所述的貯箱液體推進(jìn)劑液面形貌與劑量動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于， 所述液面動(dòng)態(tài)形貌處理單元，進(jìn)一步用于將每一時(shí)刻的所述被測(cè)液位的精確高度值作為迭 代初值，并結(jié)合對(duì)應(yīng)該時(shí)刻的所述透射條紋的位移量進(jìn)行迭代處理，生成每一條所述透射 條紋分別沿所述正交條紋主方向的正反方向的液面剖面上變形液面的離面變形位移量。
10.如權(quán)利要求9所述的貯箱液體推進(jìn)劑液面形貌與劑量動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于， 所述液面動(dòng)態(tài)形貌處理單元，進(jìn)一步用于將各方向的所述液面剖面的所述液面離面變形的 位移疊加后生成所述被測(cè)液面各時(shí)刻的分別沿所述正交條紋主方向的正反方向的四組全 場(chǎng)變形數(shù)據(jù)，對(duì)所述四組全場(chǎng)變形數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值加權(quán)平均處理，生成各時(shí)刻所述貯箱內(nèi)液 體晃動(dòng)液面動(dòng)態(tài)全場(chǎng)變形的結(jié)果數(shù)據(jù)，并根據(jù)此結(jié)果數(shù)據(jù)生成所述貯箱內(nèi)的所述被測(cè)液體 的剩余體積數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK104154955SQ201410429656
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】劉戰(zhàn)偉, 楊洋, 石文雄, 黃先富, 郭敬 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)