一种基于高速摄像和靶线的高速分离测量装置及方法

摘要

本发明提供了一种基于高速摄像和靶线的高速分离测量装置及方法，包括靶线、计时模块、高速摄像模块和信号处理模块；靶线包括导电薄片结构、第一非导电薄片结构和第二非导电薄片结构；计时模块用于在导电薄片结构断开时产生计时信号，并将计时信号发送至信号处理模块；高速摄像模块用于实时获取第一待分离部件和第二待分离部件的状态信息，并将状态信息发送至信号处理模块；信号处理模块用于获取计时信号的前一时刻的状态信息和后一时刻的状态信息，并根据前一时刻的状态信息和后一时刻的状态信息得到第一待分离部件和/或第二待分离部件在分离时刻的状态信息。本发明能够解决现有方法无法精确得到分离部件在分离时刻的状态信息的技术问题。

说明书

技术领域

本发明涉及航空航天飞行器技术领域，尤其涉及一种基于高速摄像和靶线的高速分离测量装置及方法。

背景技术

航空航天飞行器在飞行过程中常涉及到尾罩、舱段和保护罩等部件的分离，在地面验证阶段，需要获得分离部件的速度和角速度等状态信息。

现有手段常采用高速摄像试验测量，但这些部件在分离过程中的运动速度极快，且高速摄像测量方法受曝光要求和存储能力等条件约束导致测量帧频有限，无法精确得到分离部件在分离时刻的状态信息。

发明内容

本发明提供了一种基于高速摄像和靶线的高速分离测量装置及方法，能够解决现有方法无法精确得到分离部件在分离时刻的状态信息的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种基于高速摄像和靶线的高速分离测量装置，所述装置包括靶线、计时模块、高速摄像模块和信号处理模块；

所述靶线包括导电薄片结构、第一非导电薄片结构和第二非导电薄片结构，所述导电薄片结构一端的端面与所述第一非导电薄片结构的端面机械连接，另一端的端面与所述第二非导电薄片结构的端面机械连接，所述导电薄片结构的侧面上具有多条间隔排布的刻线，所述第一非导电薄片结构的侧面与第一待分离部件机械连接，所述第二非导电薄片结构的侧面与第二待分离部件机械连接；

所述计时模块的一端与所述导电薄片结构侧面的一端电气连接，另一端与所述导电薄片结构侧面的另一端电气连接，所述计时模块用于在所述导电薄片结构断开时产生计时信号，并将所述计时信号发送至所述信号处理模块；

所述高速摄像模块用于实时获取第一待分离部件和第二待分离部件的状态信息，并将所述状态信息发送至所述信号处理模块；

所述信号处理模块用于获取所述计时信号的前一时刻的状态信息和后一时刻的状态信息，并根据所述前一时刻的状态信息和所述后一时刻的状态信息得到第一待分离部件和/或第二待分离部件在分离时刻的状态信息。

优选的，所述靶线的数量为2N个，以每两个所述靶线为一组组成N组，每组的两个所述靶线并联连接，再将N组所述靶线串联连接，所述N组所述靶线沿直线形分离面的长度或圆形分离面的周长等间隔分布，其中，N为大于1的正整数。

优选的，所述靶线的数量范围为6、8、10或12个。

优选的，所述第一非导电薄片结构的宽度和第二非导电薄片结构的宽度相等且均大于所述导电薄片结构的宽度，所述第一非导电薄片结构的长度和第二非导电薄片结构的长度相等且均小于所述导电薄片结构的长度。

优选的，所述第一非导电薄片结构的宽度与所述导电薄片结构的宽度的比值为3：1，所述第一非导电薄片结构的长度与所述导电薄片结构的长度的比值为1：5。

优选的，所述靶线的长度为直线形分离面的长度或圆形分离面的周长的1/10。

优选的，所述导电薄片结构的材料为金属材料，所述第一非导电薄片结构的材料和所述第二非导电薄片结构的材料均为柔性非金属材料。

优选的，所述导电薄片结构侧面的两端均设有接线端口。

优选的，所述第一非导电薄片结构的侧面与第一待分离部件还可以通过粘接相连，所述第二非导电薄片结构的侧面与第二待分离部件还可以通过粘接相连。

根据本发明的又一方面，提供了一种基于高速摄像和靶线的高速分离测量方法，所述方法利用上述的装置进行高速分离测量，所述方法包括：

高速摄像模块实时获取第一待分离部件和第二待分离部件的状态信息，并将状态信息发送至信号处理模块；

在导电薄片结构断开的情况下，计时模块产生计时信号并发送至信号处理模块；

信号处理模块获取计时信号的前一时刻的状态信息和后一时刻的状态信息，并对前一时刻的状态信息和后一时刻的状态信息进行插值得到第一待分离部件和/或第二待分离部件在分离时刻的状态信息。

应用本发明的技术方案，利用导电薄片结构的断开来产生计时信号，以获得高精度的分离时间信息，并根据该分离时间信息对高速摄像模块获取的分离部件的状态信息进行插值，以得到分离部件在分离时刻的状态信息，显著提高了分离测量的精度。本发明的测量装置结构简易，原理清楚，操作简单，具有较强的适应性，可广泛应用于航天器分离试验测量。本发明与传统高速摄像测量方法相比，可以提高测量精度，或在同样的测量精度要求下，降低对高速摄像参数的要求。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的一种实施例提供的基于高速摄像和靶线的高速分离测量装置的结构示意图；

图2示出了图1的测量装置中的靶线的主视图；

图3示出了图1的测量装置中的靶线的侧视图；

图4示出了根据本发明的一种实施例提供的测量装置用于圆形分离面时靶线的结构示意图；

图5示出了根据本发明的一种实施例提供的测量装置用于直线形分离面时靶线的结构示意图；

图6示出了根据本发明的一种实施例提供的基于高速摄像和靶线的高速分离测量方法的流程图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、靶线；11、导电薄片结构；12、第一非导电薄片结构；13、第二非导电薄片结构；14、刻线；20、计时模块；30、高速摄像模块；40、信号处理模块；50、导线；60、第一待分离部件；70、第二待分离部件。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1至图3所示，本发明提供了一种基于高速摄像和靶线的高速分离测量装置，所述装置包括靶线10、计时模块20、高速摄像模块30和信号处理模块40；

所述靶线10包括导电薄片结构11、第一非导电薄片结构12和第二非导电薄片结构13，所述导电薄片结构11一端的端面与所述第一非导电薄片结构12的端面机械连接，另一端的端面与所述第二非导电薄片结构13的端面机械连接，所述导电薄片结构11的侧面上具有多条间隔排布的刻线14，所述第一非导电薄片结构12的侧面与第一待分离部件60机械连接，所述第二非导电薄片结构13的侧面与第二待分离部件70机械连接；

所述计时模块20的一端与所述导电薄片结构11侧面的一端电气连接，另一端与所述导电薄片结构11侧面的另一端电气连接，所述计时模块20用于在所述导电薄片结构11断开时产生计时信号，并将所述计时信号发送至所述信号处理模块40；

所述高速摄像模块30用于实时获取第一待分离部件60和/或第二待分离部件70的状态信息，并将所述状态信息发送至所述信号处理模块40；

所述信号处理模块40用于获取所述计时信号的前一时刻的状态信息和后一时刻的状态信息，并根据所述前一时刻的状态信息和所述后一时刻的状态信息得到第一待分离部件60和/或第二待分离部件70在分离时刻的状态信息。

在本发明中，导电薄片结构11的侧面上具有多条间隔排布的刻线14，以使该导电薄片结构11易于断裂，从而保证导电薄片结构11能够敏感到第一待分离部件60和第二待分离部件70之间分离面的断裂。

其中，本发明中的状态信息可以是速度、角速度、位移和转角等状态量，也可以是测量设备能够获得的其他状态量。

此外，在本发明中计时模块20的时钟精度为Δt，高速摄像模块30获取状态信息的时间间隔为ΔT，其中，ΔT＞＞Δt。

本发明利用导电薄片结构11的断开来产生计时信号，以获得高精度的分离时间信息，并根据该分离时间信息对高速摄像模块30获取的分离部件的状态信息进行插值，以得到分离部件在分离时刻的状态信息，显著提高了分离测量的精度。本发明的测量装置结构简易，原理清楚，操作简单，具有较强的适应性，可广泛应用于航天器分离试验测量。本发明与传统高速摄像测量方法相比，可以提高测量精度，或在同样的测量精度要求下，降低对高速摄像参数的要求。

根据本发明的一种实施例，所述靶线10的数量为2N个，以每两个所述靶线10为一组组成N组，每组的两个所述靶线10并联连接，再将N组所述靶线10串联连接，所述N组所述靶线10沿直线形分离面的长度或圆形分离面的周长等间隔分布，其中，N为大于1的正整数。由于分离试验中，分离面常存在部分先断裂、部分后断裂的情况，为了提高测量的准确度，沿直线形分离面的长度或圆形分离面的周长等间隔分布设置了多个靶线10，当整条电路均断裂时，则认为分离面彻底断裂。

根据本发明的一种实施例，所述靶线10的数量范围为6、8、10或12个。当靶线10的数量范围为6、8、10或12个时，既能确保测量的准确度，又能避免靶线10数量过多影响分离面的断裂。

下面以靶线10的数量是6个为例，对本发明进行具体说明。

图4示出了根据本发明的一种实施例提供的测量装置用于圆形分离面时靶线的结构示意图。如图4所示，将6个靶线10分为3组，每组中的2个靶线10并联连接，然后3组靶线10依次串联后接入计时模块20，此时，至少断裂2个靶线10计时模块20才会产生计时信号，提高了测量的准确度。其中，3组靶线10沿圆形分离面的周长等间隔分布。

图5示出了根据本发明的一种实施例提供的测量装置用于直线形分离面时靶线的结构示意图。如图5所示，将6个靶线10分为3组，每组中的2个靶线10并联连接，然后3组靶线10依次串联后接入计时模块20，此时，至少断裂2个靶线10计时模块20才会产生计时信号，提高了测量的准确度。其中，3组靶线10沿直线形分离面的长度等间隔分布。

根据本发明的一种实施例，所述第一非导电薄片结构12的宽度和第二非导电薄片结构13的宽度相等且均大于所述导电薄片结构11的宽度，所述第一非导电薄片结构12的长度和第二非导电薄片结构13的长度相等且均小于所述导电薄片结构11的长度。通过上述设置，导电薄片结构11更易于断裂，提高了测量的精确度。

根据本发明的一种实施例，所述第一非导电薄片结构12的宽度与所述导电薄片结构11的宽度的比值为3：1，所述第一非导电薄片结构12的长度与所述导电薄片结构11的长度的比值为1：5。

根据本发明的一种实施例，所述靶线10的长度为直线形分离面的长度或圆形分离面的周长的1/10，以使靶线10尺寸和分离面尺寸相适配。

根据本发明的一种实施例，所述导电薄片结构11的材料为金属材料，以使导电薄片结构11具有较好的导电性；所述第一非导电薄片结构12的材料和所述第二非导电薄片结构13的材料均为柔性非金属材料，以使非导电薄片结构更容易与待分离部分连接。

根据本发明的一种实施例，所述导电薄片结构11侧面的两端均设有接线端口，以便于导线50的连接。

根据本发明的一种实施例，所述第一非导电薄片结构12的侧面与第一待分离部件60还可以通过粘接相连，所述第二非导电薄片结构13的侧面与第二待分离部件70还可以通过粘接相连。

下面以航天器部件为圆形分离面，状态信息为位移，靶线10的数量是6个为例，对本发明进行具体说明。其中，高速摄像模块30的帧频为2000fps，计时模块20的时钟精度Δt高于1μs，具备接收时统信号及时钟显示功能。将6个靶线10两两一组等间隔粘贴于分离界面处，在分离过程中，有4个靶线10断裂，此时计时模块20产生计时信号，断裂产生计时信号的时刻为T1+100us，高速摄像模块30测得第一待分离部件60在分离前最后一帧T1时刻的位移为0mm，分离后第一帧T1+500us时刻的位移为50mm。信号处理模块40进行线性插值可知第一待分离部件60在分离时刻的位移为10mm。

图6示出了根据本发明的一种实施例提供的基于高速摄像和靶线的高速分离测量方法的流程图。如图6所示，本发明提供了一种基于高速摄像和靶线的高速分离测量方法，所述方法利用上述的装置进行高速分离测量，所述方法包括：

S1、高速摄像模块实时获取第一待分离部件和第二待分离部件的状态信息，并将状态信息发送至信号处理模块；

S2、在导电薄片结构断开的情况下，计时模块产生计时信号并发送至信号处理模块；

S3、信号处理模块获取计时信号的前一时刻的状态信息和后一时刻的状态信息，并对前一时刻的状态信息和后一时刻的状态信息进行插值得到第一待分离部件和/或第二待分离部件在分离时刻的状态信息。

本发明利用导电薄片结构的断开来产生计时信号，以获得高精度的分离时间信息，并根据该分离时间信息对高速摄像模块获取的分离部件的状态信息进行插值，以得到分离部件在分离时刻的状态信息，显著提高了分离测量的精度。本发明的方法具有较强的适应性，可广泛应用于航天器分离试验测量。本发明的测量方法与传统高速摄像测量方法相比，可以提高测量精度，或在同样的测量精度要求下，降低对高速摄像参数的要求。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。