本發(fā)明特別涉及一種液體透鏡液/液界面振動穩(wěn)定試驗系統(tǒng)和方法。

背景技術：

在空間目標監(jiān)視成像與測量系統(tǒng)中，基于可見光的空間目標測量是一種有效的測量方式。為了保證機電結(jié)構(gòu)的高可靠性以及測量的高精度，傳統(tǒng)空間監(jiān)視/測量光學敏感器都為定焦系統(tǒng)，通常需要遠近場兩組敏感器來實現(xiàn)不同距離段的跟蹤測量任務，這增加了系統(tǒng)的重量和功耗。而機械變焦光學系統(tǒng)雖然具有測量空域覆蓋范圍大的優(yōu)點，但其結(jié)構(gòu)易磨損性、高復雜性、低可靠性的特點也限制了其在空間領域的應用。

基于視覺仿生技術電潤濕效應的新型液體變焦成像系統(tǒng)具有變焦速度快、功耗小、測量范圍大、無復雜機械結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，是實現(xiàn)對動態(tài)目標大范圍精確測量的簡單高效的新方法，目前國外已經(jīng)推出有限數(shù)量的民用微型產(chǎn)品。液體變焦成像系統(tǒng)的制作工藝較復雜，對成像效果影響較大的液/液界面的穩(wěn)定性較難保證。為將其有效地服務于空間目標監(jiān)視與測量任務，需要解決空間飛行器發(fā)射、在軌運行期間特殊動力學環(huán)境下的液/液界面的穩(wěn)定性保持的技術瓶頸。

為了分析影響液體變焦成像系統(tǒng)液/液界面空間環(huán)境下穩(wěn)定性的各類因素，同時對提高其穩(wěn)定性的理論與方法研究結(jié)論進行驗證，需在地面搭建試驗系統(tǒng)，模擬空間飛行器上液體透鏡工作的動力學環(huán)境，并對各種工況下液體透鏡液/液界面的穩(wěn)定性進行考察，為液體變焦成像系統(tǒng)在空間目標相對測量與監(jiān)視領域的應用提供支撐。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種液體透鏡液/液界面振動穩(wěn)定試驗系統(tǒng)和方法，解決液體透鏡液/液界面在模擬空間振動環(huán)境下穩(wěn)定性測試問題。

為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種液體透鏡液/液界面振動穩(wěn)定試驗系統(tǒng)，其特點是，包含：模擬振動臺系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)；

所述的模擬振動臺系統(tǒng)包含一電磁振動控制箱和一振動臺；

所述的電磁振動控制箱用于控制和調(diào)節(jié)振動臺振動輸出方向、振動幅值及振動頻率參數(shù)；

所述的振動臺用于固定液體透鏡并按照電磁振動控制箱的設置輸出振動激勵；

所述的圖像采集系統(tǒng)包含：

攝像機，其對準液體透鏡，用于采集液體透鏡液/液界面振動變形過程圖像；

圖像處理單元，用于分析圖像并獲取液體透鏡液/液界面的最大變形記錄，評價測試結(jié)果。

所述的電磁振動控制箱包含一人機交互單元，其包含：振動輸出方向調(diào)節(jié)模塊、振動頻率調(diào)節(jié)模塊和振動幅值調(diào)節(jié)模塊。

所述的振動臺上垂直設有液體透鏡固定架，所述的液體透鏡設置在固定架上。

在所述的攝像機上方設有一平行冷光源，其作為輔助照明的背景光源。

一種液體透鏡液/液界面振動穩(wěn)定試驗方法，其特點是，包含如下步驟：

S1，將具有幾何形狀和液體材料組成的液體透鏡固定在振動臺上，調(diào)整固定架使液體透鏡軸線與振動臺表面垂直，并調(diào)整攝像頭位置和角度；

S2，在未激振的靜態(tài)下，開啟攝像機，采集液/液界面形態(tài)照片；

S3，利用電磁振動控制箱設置測試所需各項參數(shù)，其包括振動頻率、振動幅值及振動輸出方向；

S4，開啟振動臺，輸出對液體透鏡的振動激勵，攝像機同步連續(xù)拍攝，預設時間后關閉振動臺；

S5，將液體透鏡靜置預設時間，同時觀察液體透鏡的液/液界面有無破損失效現(xiàn)象；

S6，改變步驟S3中振動幅值參數(shù)，設置并振動頻率參數(shù)和振動輸出方向參數(shù)不變，重復步驟S4~S5，做多次測試；

S7，改變步驟S3中振動頻率參數(shù)，設置并保持振動頻率參數(shù)和振動輸出方向參數(shù)不變，重復步驟S4~S5，做多次測試；

S8，改變步驟三中振動輸出方向參數(shù)，設置并保持振動頻率參數(shù)和振動幅值參數(shù)不變，重復步驟S4~S5，做多次測試；

S9，改變步驟S1中液體透鏡軸線在液體透鏡固定架上的安裝角度，步驟S3各項參數(shù)不變，重復步驟S4~S5，做多次測試；

S10，改變步驟S1中液體透鏡的幾何形狀，重復步驟S2~S9，做多次測試；

S11，改變步驟S1中液體材料組成，重復S2~S9，做多次測試；

S12，利用圖像處理單元，對所述步驟S1~S11過程中攝像機采集的多組圖像進行分析，獲取每組測試條件下的液/液界面的最大變形記錄，并與數(shù)值計算結(jié)果進行比對。

所述的步驟S5中攝像機為拍攝狀態(tài)。

在執(zhí)行測試過程的任一步驟期間，若操作者肉眼發(fā)現(xiàn)液體透鏡液/液界面出現(xiàn)破損失效現(xiàn)象，需立即中止該步驟，更換液體透鏡并繼續(xù)后續(xù)步驟的執(zhí)行。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點：

1、液體透鏡液/液界面振動穩(wěn)定性試驗系統(tǒng)可對振動頻率、振動幅度、振動輸出方向、液體透鏡安裝方向等測試條件進行靈活設置，且具備數(shù)據(jù)記錄、處理、分析與測試結(jié)果綜合評價能力；與只具備單一測試功能的儀器相比，具有全面而準確地模擬空間飛行器在軌運行期間動力學環(huán)境、測試/分析解決方案一體化的優(yōu)點。

2、液體透鏡液/液界面振動穩(wěn)定性測試方法對多種測試條件進行多重深度組合，可全面考察不同激振加速度特性、不同液體材料組成、不同直徑與高度對液體透鏡液/液界面穩(wěn)定性的影響；與針對單一測試條件的測試方法相比，本方法以多重測試結(jié)果為依據(jù)，可驗證液/液界面振動穩(wěn)定性的理論數(shù)值計算可靠性，為完善數(shù)值計算模型和方法提供支撐。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種液體透鏡液/液界面振動穩(wěn)定試驗系統(tǒng)的示意圖；

圖2為圖1中Ⅰ部分的局部放大圖；

圖3為圖1中Ⅱ部分的局部放大圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發(fā)明做進一步闡述。

如圖1~3所示，一種液體透鏡液/液界面振動穩(wěn)定試驗系統(tǒng)，包含：模擬振動臺系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)；模擬振動臺系統(tǒng)包含一電磁振動控制箱1和一振動臺3；電磁振動控制箱1用于控制和調(diào)節(jié)振動臺振動輸出方向、振動幅值及振動頻率參數(shù)；振動臺3用于固定液體透鏡7并按照電磁振動控制箱1的設置輸出振動激勵；圖像采集系統(tǒng)包含：攝像機8，其對準液體透鏡7，用于采集液體透鏡液/液界面振動變形過程圖像；圖像處理單元，用于分析圖像并獲取液體透鏡液/液界面的最大變形記錄，評價測試結(jié)果。

上述的電磁振動控制箱包含一人機交互單元2，其包含：振動輸出方向調(diào)節(jié)模塊、振動頻率調(diào)節(jié)模塊和振動幅值調(diào)節(jié)模塊，分別進行如下振動試驗條件設置：1）振動輸出方向：水平或垂直；2）振動頻率：1-100Hz；3）振動幅值：0-10mm。所述模擬振動臺系統(tǒng)的振動臺，其臺面尺寸500×500mm，配備有可調(diào)節(jié)液體透鏡安裝高度（0-500mm）和安裝角度（0-90^o）的液體透鏡固定架。

振動臺3上垂直設有透鏡固定架4，所述的液體透鏡7設置在透鏡固定架上。在振動臺3一側(cè)設有隔離振動臺9，隔離振動臺9上設有可以調(diào)節(jié)高度（0-800mm）的攝像機固定架，攝像機8安裝在攝像機固定架10并與電腦6相連，在所述的攝像機8上方設有一平行冷光源5，其作為輔助照明的背景光源，實現(xiàn)220幀/秒的高速圖像采集。

本發(fā)明提供的液體透鏡液/液界面振動穩(wěn)定性測試方法為：將不同直徑與高度、不同液體材料組成的液體透鏡按照多角度方向固定在振動臺上，利用電磁振動控制箱產(chǎn)生多種頻率、幅值、輸出方向組合的振動測試條件，以此對液體透鏡進行激振；借助高速攝像機在上述過程中對液/液界面振動變形過程圖像進行同步采集，利用圖像處理軟件對該系列圖像進行分析，獲取每組振動測試條件下的液/液界面的最大變形記錄，與數(shù)值計算結(jié)果進行比對。

具體包含如下步驟：

S1，將具有幾何形狀（直徑與高度）和液體材料組成的液體透鏡固定在振動臺上，調(diào)整固定架使液體透鏡軸線與振動臺表面垂直，并調(diào)整攝像頭位置和角度至最佳；

S2，在未激振的靜態(tài)下，開啟攝像機，采集液/液界面形態(tài)照片；

S3，利用電磁振動控制箱設置測試所需各項參數(shù)，其包括振動頻率、振動幅值及振動輸出方向；

S4，開啟振動臺，輸出對液體透鏡的振動激勵，攝像機同步連續(xù)拍攝，2min后關閉振動臺；

S5，將液體透鏡靜置預設時間，同時觀察液體透鏡的液/液界面有無破損失效現(xiàn)象， 攝像機為拍攝狀態(tài)；

S6，改變步驟S3中振動幅值參數(shù)，設置并振動頻率參數(shù)和振動輸出方向參數(shù)不變，重復步驟S4~S5，做多次測試；

S7，改變步驟S3中振動頻率參數(shù)，設置并保持振動頻率參數(shù)和振動輸出方向參數(shù)不變，重復步驟S4~S5，做多次測試；

S8，改變步驟三中振動輸出方向參數(shù)，設置并保持振動頻率參數(shù)和振動幅值參數(shù)不變，重復步驟S4~S5，做多次測試；

S9，改變步驟S1中液體透鏡軸線在液體透鏡固定架上的安裝角度（使透鏡軸線與振動臺表面夾角分別為60°、30°、0°），設置并保持步驟S1的幾何形狀和液體材料不變，步驟S3各項參數(shù)不變，重復步驟S4~S5，做多次測試；

S10，改變步驟S1中液體透鏡的幾何形狀（直徑與高度），保持步驟S1的安裝角度和液體材料不變，重復步驟S2~S9，做多次測試；

S11，改變步驟S1中液體材料組成，重復S2~S9，做多次測試；

S12，利用圖像處理單元，對所述步驟S1~S11過程中攝像機采集的多組圖像進行分析，獲取每組測試條件下的液/液界面的最大變形記錄，并與數(shù)值計算結(jié)果進行比對。

在執(zhí)行測試過程的任一步驟期間，若操作者肉眼發(fā)現(xiàn)液體透鏡液/液界面出現(xiàn)破損失效現(xiàn)象，需立即中止該步驟，更換液體透鏡并繼續(xù)后續(xù)步驟的執(zhí)行。

綜上所述，本發(fā)明一種液體透鏡液/液界面振動穩(wěn)定試驗系統(tǒng)和方法，解決液體透鏡液/液界面在模擬空間振動環(huán)境下穩(wěn)定性測試問題。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發(fā)明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權(quán)利要求來限定。