本發(fā)明屬于檢測，具體涉及的是一種火箭模擬發(fā)射過程中薄弱部件動(dòng)態(tài)監(jiān)測的裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、火箭組合體外殼上存在著一定數(shù)量的薄弱部件，以火箭級(jí)間分離環(huán)（即v形薄弱槽結(jié)構(gòu)）為例，該結(jié)構(gòu)需要保證在靜態(tài)及動(dòng)態(tài)發(fā)射過程中徑向易于受損，從而使火箭級(jí)間順利完成分離，同時(shí)需要保證軸向可靠的承載性。因此，火箭外殼上這類薄弱部件成為火箭設(shè)計(jì)研發(fā)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，關(guān)乎組合總裝后的火箭發(fā)射任務(wù)的成敗。

2、在火箭發(fā)射的最初幾秒，其加速度大的環(huán)境易對(duì)火箭殼上的削弱槽這類薄弱部件造成破壞，故研發(fā)階段需要在模擬實(shí)際發(fā)射時(shí)對(duì)此類薄弱部件進(jìn)行遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測，如果使用電測法進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測，則需布置較多線路連接部件，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)應(yīng)變片傳感的數(shù)據(jù)的采集、收集和分析，這在火箭發(fā)射的動(dòng)態(tài)過程中無法實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，?dic技術(shù)?（digitalimagecorrelation）得到長足發(fā)展，?dic技術(shù)是一種通過相關(guān)計(jì)算獲取試件變形信息的測量方法，其基本原理是將試件變形前后的兩幅數(shù)字圖像進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，獲取感興趣區(qū)域的變形信息，這種方法對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求寬松，具有全場測量、抗干擾能力強(qiáng)、測量精度高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、航空航天等領(lǐng)域，但其監(jiān)測所需的散斑制作取決于操作者的經(jīng)驗(yàn)，尤其在復(fù)雜結(jié)構(gòu)上很難實(shí)現(xiàn)對(duì)散斑的精準(zhǔn)布置。限于火箭發(fā)射過程中的監(jiān)測距離、高亮度環(huán)境和煙霧等復(fù)雜的情況，導(dǎo)致用于監(jiān)測跟蹤目標(biāo)試樣變形過程的dic用散斑標(biāo)記方法難以在對(duì)火箭外殼上薄弱部件受力變形情況（尤其是火箭發(fā)射的最初幾秒）進(jìn)行準(zhǔn)確有效的跟蹤監(jiān)測。

3、另一方面，在大量航天工程研發(fā)需求的推動(dòng)下，陸續(xù)提出許多材料變形相關(guān)的理論模型，在進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)，若使用有限元分析方法，其驗(yàn)證步驟復(fù)雜，并且可能與實(shí)際發(fā)射情況差異較大；若要增加實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證次數(shù)，進(jìn)行實(shí)際發(fā)射實(shí)驗(yàn)會(huì)受制于具有特殊結(jié)構(gòu)的零部件造價(jià)昂貴，無法頻繁進(jìn)行大量發(fā)射實(shí)驗(yàn)充分驗(yàn)證這些理論模型，導(dǎo)致整個(gè)航天飛行器研發(fā)進(jìn)度滯后。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，解決傳統(tǒng)散斑標(biāo)記方法與dic技術(shù)結(jié)合無法滿足在火箭發(fā)射最初幾秒場景中對(duì)火箭外殼上薄弱部件的變形情況進(jìn)行遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種火箭模擬發(fā)射過程中薄弱部件動(dòng)態(tài)監(jiān)測的裝置及方法。

2、本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思為：將量子點(diǎn)技術(shù)與dic技術(shù)結(jié)合，代替通常應(yīng)用于火箭靜態(tài)監(jiān)測的dic-散斑形變監(jiān)測技術(shù)，本發(fā)明將量子點(diǎn)貼矩陣粘貼在火箭外殼上的薄弱部件表面，當(dāng)量子點(diǎn)貼在一定時(shí)間內(nèi)受光激發(fā)發(fā)光后，通過適當(dāng)遠(yuǎn)距離的位置上布置的多組高精度單目相機(jī)和高倍數(shù)望眼鏡（視覺信號(hào)采集系統(tǒng)）對(duì)發(fā)光量子點(diǎn)貼的位置變化進(jìn)行跟蹤觀測，在火箭發(fā)射最初幾秒承受大推力、具有大加速度條件下，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)火箭外殼上的薄弱部件表面形變程度和結(jié)構(gòu)可靠性的及時(shí)監(jiān)測與分析，加快火箭研發(fā)的周期，提高火箭的安全可靠性。

3、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

4、一種火箭模擬發(fā)射過程中薄弱部件動(dòng)態(tài)監(jiān)測的裝置，它包括量子點(diǎn)貼矩陣和視覺信號(hào)采集系統(tǒng)，其中：若干所述量子點(diǎn)貼矩陣粘貼在火箭外殼上薄弱部件的表面位置處，在距薄弱部件預(yù)定距離位置處設(shè)置視覺信號(hào)采集系統(tǒng)；

5、所述量子點(diǎn)貼矩陣包括若干量子點(diǎn)貼，所述量子點(diǎn)貼包括量子點(diǎn)層、阻水阻氧材料層、離型紙、可見光過濾膜以及粘貼層，所述量子點(diǎn)層的內(nèi)、外兩側(cè)表面上分別設(shè)置阻水阻氧材料層，所述可見光過濾膜粘貼在離型紙（即防粘紙）的外表面上，可見光過濾膜通過離型紙可拆卸地粘貼在靠近外側(cè)的阻水阻氧材料層上，在靠近內(nèi)側(cè)的阻水阻氧材料層上設(shè)置粘貼層。薄弱部件動(dòng)態(tài)監(jiān)測前，可見光過濾膜可以有效遮擋可見光，使得量子點(diǎn)層不會(huì)被可見光激發(fā)而發(fā)光；當(dāng)薄弱部件需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測時(shí)，人工隨離型紙一起撕去可見光過濾膜，量子點(diǎn)層受實(shí)驗(yàn)環(huán)境中可見光激發(fā)而發(fā)光，進(jìn)而被視覺信號(hào)采集系統(tǒng)捕捉、采集；

6、所述視覺信號(hào)采集系統(tǒng)包括基座、透明罩體以及設(shè)置于透明罩體內(nèi)的消振機(jī)構(gòu)、高精度單目相機(jī)和高倍數(shù)望遠(yuǎn)鏡，所述消振機(jī)構(gòu)包括立柱、玻璃纖維繩、粘滯阻尼器、彈簧、圓形擺和矩形擺，所述圓形擺包括一級(jí)圓形擺和二級(jí)圓形擺，所述矩形擺包括一級(jí)矩形擺、二級(jí)矩形擺和三級(jí)矩形擺；所述立柱豎直向上固定安裝在基座的四角位置處，一級(jí)圓形擺的四角位置處通過玻璃纖維繩柔性懸掛在四個(gè)立柱的頂部之間，二級(jí)圓形擺設(shè)置于一級(jí)圓形擺的下方，一級(jí)圓形擺與二級(jí)圓形擺之間的邊緣位置處均布若干粘滯阻尼器，一級(jí)圓形擺與二級(jí)圓形擺之間的心部位置處均布若干彈簧；二級(jí)圓形擺的下方由上至下依次設(shè)置一級(jí)矩形擺、二級(jí)矩形擺和三級(jí)矩形擺，二級(jí)圓形擺與一級(jí)矩形擺的四角位置處以及相鄰矩形擺的四角位置處均通過玻璃纖維繩柔性連接；在所述三級(jí)矩形擺的上表面上固定設(shè)置支架，若干高精度單目相機(jī)和若干高倍數(shù)望遠(yuǎn)鏡均固定安裝在支架上，高精度單目相機(jī)和高倍數(shù)望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)量子點(diǎn)貼矩陣。

7、進(jìn)一步地，所述量子點(diǎn)貼的厚度為3μm-4μm。

8、進(jìn)一步地，火箭外殼上所述薄弱部件為火箭級(jí)間分離環(huán)。

9、進(jìn)一步地，所述基座的材質(zhì)為石材，所述透明罩體為雙層防沖擊真空玻璃罩。

10、一種采用上所述裝置進(jìn)行火箭發(fā)射薄弱部件動(dòng)態(tài)監(jiān)測的方法，包括以下步驟：

11、s1、制備量子點(diǎn)貼：根據(jù)實(shí)驗(yàn)環(huán)境選擇量子點(diǎn)的種類進(jìn)而制備量子點(diǎn)層，然后在量子點(diǎn)層的內(nèi)、外兩側(cè)表面上分別制備阻水阻氧材料層，最后將可見光過濾膜通過離型紙粘貼在靠近外側(cè)的阻水阻氧材料層上，在靠近內(nèi)側(cè)的阻水阻氧材料層上設(shè)置粘貼層，制得量子點(diǎn)貼；

12、s2、粘貼量子點(diǎn)貼矩陣：根據(jù)火箭外殼上薄弱部件的位置和面積，將步驟s1制備的量子點(diǎn)貼裁剪成若干規(guī)格的形狀和尺寸，然后將量子點(diǎn)貼粘貼在薄弱部件有可能發(fā)生形變或者應(yīng)變部位處，組成粘貼量子點(diǎn)貼矩陣；

13、s3、布置視覺信號(hào)采集系統(tǒng)：以火箭發(fā)射位置為圓心，在半徑為300~3000m的范圍內(nèi)布置至少一個(gè)視覺信號(hào)采集系統(tǒng)，使每一個(gè)量子點(diǎn)貼矩陣至少對(duì)應(yīng)一個(gè)視覺信號(hào)采集系統(tǒng)；

14、s4、薄弱部件變形/應(yīng)變部位動(dòng)態(tài)監(jiān)測：動(dòng)態(tài)監(jiān)測之前由專人將全部量子點(diǎn)貼矩陣中離型紙及可見光過濾膜撕去，量子點(diǎn)貼矩陣受實(shí)驗(yàn)環(huán)境光激發(fā)而發(fā)光，調(diào)整高精度單目相機(jī)和高倍數(shù)望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的且發(fā)光的量子點(diǎn)貼矩陣，遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測薄弱部件變形/應(yīng)變情況，高精度單目相機(jī)和高倍數(shù)望遠(yuǎn)鏡將采集的量子點(diǎn)位置變化的視覺信號(hào)傳送至dic技術(shù)軟件，將薄弱部件變形/應(yīng)變部位前、后的兩幅數(shù)字圖像進(jìn)行計(jì)算，獲取變形信息，確定薄弱部件表面形變程度，并對(duì)薄弱部件的結(jié)構(gòu)可靠性進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。

15、進(jìn)一步地，實(shí)驗(yàn)環(huán)境中的光源為太陽光或者可見光照明設(shè)備。

16、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的有益效果是：

17、本發(fā)明通過在適當(dāng)范圍內(nèi)靈活布置的多組視覺信號(hào)采集系統(tǒng)，配合火箭殼體外部薄弱部件位置處粘貼的量子點(diǎn)貼矩陣，實(shí)現(xiàn)將量子點(diǎn)技術(shù)與dic技術(shù)結(jié)合，代替了對(duì)火箭靜態(tài)分析的傳統(tǒng)的dic-散斑形變監(jiān)測技術(shù)，解決傳統(tǒng)散斑標(biāo)記方法與dic技術(shù)結(jié)合無法滿足在火箭發(fā)射最初幾秒場景中對(duì)火箭外殼上薄弱部件的變形情況進(jìn)行遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測的技術(shù)問題，縮短了火箭研發(fā)的周期，提高了火箭的安全可靠性。