【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及炸药爆炸后在空气中产生的热效应的测量系统及方法，具体涉及一种基于无人机的静爆试验全场温度测量系统及方法。
技术介绍
1、在爆炸力学领域内，温度测量是研究炸药爆炸后所产生的热效应的重要手段之一。现有的温度测量方法主要分为两种：接触式测温法和非接触式测温法。接触式测温法是指基于热交换的原理通过热电偶、热电阻等传感器进行测温。非接触式测温法主要通过测温仪、热像仪等进行测温，该方法测温范围广、响应快以及分辨率高。作为非接触式测温的典型代表，高速红外热像仪已经广泛应用于各个领域的温度测量。
2、在现有的静爆试验实施过程中，高速红外热像仪通常设置在距离爆心数百米远的保护装置内，用来测量爆炸后视场范围内温度云图的变化过程。然而，对于静态爆炸试验，高速红外热像仪设置在保护装置内的这种方案仅能给出某个侧向视角观察到的温度云图，而且静爆试验中的药柱/球大多贴近地面设置，由于受到大地的限制，这种侧向测量方案很难测出完整的效应场温度的演化过程，测得的温度云图多为半圆形分布，这种情况下获得的实验数据对于评估炸药或者战斗部的毁伤效果并不够充分。改变高速红外热像仪的拍摄视角，通过俯视拍摄爆炸后的温度云图，可以更好地反映出全场温度的演化过程。然而，受到现场布置难度大和炸药爆炸的影响，近距离俯视拍摄爆炸后全场温度的演化过程较为困难，且对高速红外热像仪的防护工作有着极高的要求，目前仍然很难获得高时间分辨率、宽测量范围的全场温度数据。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是解决现有技术存在难以测
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于无人机的静爆试验全场温度测量系统，其特殊之处在于：包括无人机模块、地面站模块以及地面标定模块；
4、所述无人机模块包括无人机，设置在所述无人机上的触发单元、高速红外热像仪以及第一无线通讯单元；所述触发单元用于接收爆炸信号，并输出触发信号；所述高速红外热像仪与触发单元连接，高速红外热像仪的采集端朝向正下方，用于接收触发单元输出的触发信号后拍摄静爆试验的温度云图；所述第一无线通讯单元分别与触发单元、高速红外热像仪连接，用于实时向地面站模块回传无人机、高速红外热像仪以及触发单元的状态信息和测量数据；所述无人机用于将高速红外热像仪运送至爆心的正上方，且悬停高度使高速红外热像仪的视场角能覆盖整个静爆试验所需测量范围；
5、所述地面站模块包括指挥控制单元、显示处理单元以及第二无线通讯单元；所述第二无线通讯单元、显示处理单元以及指挥控制单元依次连接，指挥控制单元的输出端与第二无线通讯单元连接；第二无线通讯单元与第一无线通讯单元通讯连接，用于实时接收状态信息和测量数据；所述显示处理单元用于处理测量数据并实时显示状态信息；所述指挥控制单元用于根据状态信息规划无人机的飞行路线，并通过第二无线通讯单元向无人机发送操控指令；
6、所述地面标定模块包括用于设置在爆心位置的中心热源以及位于所述中心热源周围的至少三个边界热源；所述中心热源以及边界热源用于被高速红外热像仪识别，以调整无人机的悬停位置及高度。
7、进一步地，所述边界热源为四个；所述中心热源以及边界热源均采用充电式黑体炉，实现了方便布置、容易被高速红外热像仪识别的目的，进而利于精确标定无人机的悬停位置及高度。
8、进一步地，为了减轻无人机的载重负担以及满足静态悬停测量的需要，所述触发模块为声传感器；所述无人机为旋翼无人机。
9、进一步地，为了方便固定，所述声传感器与高速红外热像仪均设置在旋翼无人机的支架上。
10、同时，本专利技术还提供了一种基于无人机的静爆试验全场温度测量方法，基于一种基于无人机的静爆试验全场温度测量系统，其特殊之处在于，包括以下步骤：
11、步骤1、计算无人机的理论悬停高度，根据高速红外热像仪的视场角和预计拍摄的视场范围计算无人机的理论悬停高度；
12、步骤2、根据需要拍摄的视场范围，在地面划定一个覆盖该视场范围的以预设爆心位置为中心的矩形区域，然后在预设爆心位置处放置中心热源，在矩形区域内中心热源的周围放置至少三个边界热源，将中心热源以及各边界热源的温度调整至高于地表实际温度；
13、步骤3、预先设定高速红外热像仪的触发方式为中间触发，且根据无人机的理论悬停高度设定触发前置时间；
14、步骤4、规划无人机的飞行路线，控制无人机悬停在预设爆心位置正上方的理论悬停高度，根据中心热源以及各边界热源的位置来调整无人机的实际悬停高度，使中心热源和各边界热源均位于视场范围内，且中心热源处于视场正中央；调整高速红外热像仪的镜头焦距，确保对焦准确，使焦点与爆心位置一致；
15、步骤5、关闭中心热源以及各边界热源并移除，使所述基于无人机的静爆试验全场温度测量系统处于待触发状态；
16、步骤6、待爆炸开始后，触发单元接收爆炸信号并输出触发信号，触发高速红外热像仪记录温度云图；
17、步骤7、待试验结束，控制无人机降落至安全位置，完成静爆试验全场温度测量。
18、进一步地，步骤2中，所述边界热源为四个；四个边界热源分别位于矩形区域的四个边角位置；
19、所述中心热源以及边界热源均为充电式黑体炉。
20、进一步地，所述触发单元为声传感器；所述无人机为旋翼无人机。
21、进一步地，所述声传感器与高速红外热像仪均设置在旋翼无人机的支架上。
22、本专利技术的有益效果：
23、1、本专利技术提供了一种基于无人机的静爆试验全场温度测量系统，充分利用了无人机具有机动性强、现场布设方便、以及测量快捷等优势。将高速红外热像仪设置在无人机上，且其采集端正对爆心，实现了俯视拍摄静爆试验的温度云图的目的，相比于侧向测温方式，能够更好地反映出全场温度的演化过程，对于评估炸药或者战斗部等的毁伤效果有重要的指导意义。
24、2、本专利技术中的中心热源以及边界热源均采用充电式黑体炉，实现了方便布置、容易被高速红外热像仪识别的目的，进而利于精确标定无人机的悬停位置及高度。此外，声传感器能够实现自主触发功能，并且能够实现获得高时间分辨率、宽测量范围的全场温度数据的目的。声传感器体积小、重量轻，设置在无人机上不会引入过多的载重负担，且声传感器获得的声学信号作为高速红外热像仪的触发源，具有触发精准、容错率低等优势。采用旋翼无人机可以满足静态悬停测量的需要。
25、3、本专利技术提出了一种基于无人机的静爆试验全场温度测量方法，考虑到高速红外热像仪接收到信号后爆炸已经开始，此时记录的温度云图不够完整，本专利技术中将高速红外热像仪的触发方式设置为中间触发，能够使其记录下完整的温度云图。此外，通过地面上布置的中心热源以及边界热源可以实现精确标定无人机的悬停位置及高度的效果，进而可以更加精准地捕捉到静爆本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于无人机的静爆试验全场温度测量系统，其特征在于：包括无人机模块(1)、地面站模块(2)以及地面标定模块(3)；
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的静爆试验全场温度测量系统，其特征在于：所述边界热源(32)为四个；所述中心热源(31)以及边界热源(32)均采用充电式黑体炉。
3.根据权利要求2所述的一种基于无人机的静爆试验全场温度测量系统，其特征在于：所述触发单元(11)为声传感器；所述无人机(10)为旋翼无人机。
4.根据权利要求3所述的一种基于无人机的静爆试验全场温度测量系统，其特征在于：所述声传感器与高速红外热像仪(12)均设置在旋翼无人机的支架上。
5.一种基于无人机的静爆试验全场温度测量方法，基于权利要求1所述的一种基于无人机的静爆试验全场温度测量系统，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于无人机的静爆试验全场温度测量方法，其特征在于：步骤2中，所述边界热源(32)为四个；四个边界热源(32)分别位于矩形区域的四个边角位置；
7.根据权利要求6所述的一种基于无人机
8.根据权利要求7所述的一种基于无人机的静爆试验全场温度测量方法，其特征在于：所述声传感器与高速红外热像仪(12)均设置在旋翼无人机的支架上。
...【技术特征摘要】
1.一种基于无人机的静爆试验全场温度测量系统，其特征在于：包括无人机模块(1)、地面站模块(2)以及地面标定模块(3)；
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的静爆试验全场温度测量系统，其特征在于：所述边界热源(32)为四个；所述中心热源(31)以及边界热源(32)均采用充电式黑体炉。
3.根据权利要求2所述的一种基于无人机的静爆试验全场温度测量系统，其特征在于：所述触发单元(11)为声传感器；所述无人机(10)为旋翼无人机。
4.根据权利要求3所述的一种基于无人机的静爆试验全场温度测量系统，其特征在于：所述声传感器与高速红外热像仪(12)均设置在旋翼无人机的支架上。
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【专利技术属性】
技术研发人员：贾东鹏，李进，杨军，张敏，吴祖堂，张洋，张锁麒，李国亮，姜晓威，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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