[发明专利]一种基于发动机缸内火焰局部空燃比的数字图像测量方法

说明书

本发明公开了一种基于发动机缸内火焰局部空燃比的数字图像测量方法，涉及汽车等发动机缸内燃烧诊断技术领域，针对彩色相机传感器对火焰中CH*,CH2*自发光进行标定，得到相对应的信号强度结合彩色相机RGB通道响应值，利用不同空燃比预混标准火焰进行标定，从而将彩色相机改造成一台可以针对整个图像测量每个像素的CH*自发光火焰区域，C2*自发光火焰区域，颗粒物soot生成区域不同空燃比的设备。通过本发明的实施，可以在不损失原始彩色图像的前提下得到全局火焰空燃比，相对于其它测量方法成本大幅下降，可广泛应用于各类火焰测试场合。

技术领域

本发明涉及航空发动机缸内燃烧诊断技术领域，尤其涉及一种基于发动机缸内火焰局部空燃比的数字图像测量方法。

背景技术

汽车等发动机的核心燃烧系统的设计过程中，利用先进图像处理方法针对缸内火焰图像进行捕捉分析可以有效提升设计开发速度，优化燃烧系统设计从而开发节能减排的发动机。在缸内火焰诊断系统技术领域，现有技术普遍利用光学措施结合高速相机的做法将缸内火焰进行捕捉提取。国际领先的做法通常是对图像的形状、边界、强度进行统计定性分析，利用彩色相机可以进行例如黄色、蓝色火焰的定性分析。此外，也有利用对缸内图像利用不同滤镜搭配高速相机进行特定火焰生成物的捕捉记录，或者利用光谱仪对缸内物质进行光谱分析，从而分析燃烧过程中间产物的组分。对火焰空燃比的测量，通常需要经过缸内特定示踪物质的荧光标定，对缸内局部进行激光诱导荧光测试，从而得到精确的局部空燃比。

然而，当前利用高速彩色相机进行火焰分析主要以定性分析为主，无法针对每个像素(当地)空燃比进行定量测量，损失了大量信息。利用激光诊断系统、光谱仪等测试方法虽然可以进行精准的空燃比测量，但往往接收该信号需要搭配图像增强器以及较高的低速高能激光，使得得到的图像数据速度较低，无法以曲轴转角的精度分析发动机缸内火焰发展过程。此外，受制于复杂的系统，实验精度、燃料等其他因素制约，较难快速高效的工业化应用。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于发动机缸内火焰局部空燃比的数字图像测量方法，在得到缸内彩色火焰图片的同时，能够计算出CH*自发光火焰区域、C2*自发光火焰区域、颗粒物soot生成区域以及缸内火焰空燃比分布区域。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：如何确在不损失原始彩色图像的前提下得到全局火焰空燃比。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于发动机缸内火焰局部空燃比的数字图像测量方法，包括如下步骤：

(1)搭建测试系统，所述测试系统由图像倍增器和高速彩色相机组装而成；

(2)搭建标准火焰光源，利用预混燃烧器产生不同空燃比的待测燃料火焰，由所述测试系统记录拍摄，标定为待测燃料在不同空燃比状态下的标准预混火焰；

(3)计算通道内的强度；

(4)建立CH*/C2*与空燃比的单一函数关系；

(5)完成空燃比预测计算的标定过程。

进一步地，所述高速彩色相机具有红色(R)通道、绿色(G)通道和蓝色(B)通道。

进一步地，所述图像倍增器具有CH*通道和原始通道。

进一步地，所述CH*通道搭配安装430nm带通滤镜，所述原始通道不增加任何滤镜。

进一步地，所述图像倍增器具有CH*通道、C2*通道和原始通道。

进一步地，所述CH*通道搭配安装430nm带通滤镜，所述C2*通道搭配安装516nm带通滤镜，所述原始通道不增加任何滤镜。

进一步地，所述步骤(3)中，所述CH*通道直接提取火焰CH*强度分布，利用图像处理过程计算得到所述蓝色(B)通道内的强度，计算C2*在所述蓝色(B)通道内的强度，提取火焰C2*强度分布。