一种密闭环境中液体射流气液界面的测量方法及装置

本申请涉及测量，具体而言，涉及一种密闭环境中液体射流气液界面的测量方法及装置。

背景技术：

1、不稳定燃烧是航空、航天发动机研制过程中面临的重大科学和技术难题之一，在高温、高压及高能量密度条件下，流动、燃烧和声学扰动极易发生耦合，导致燃烧室压力及热释放急剧脉动，造成发动机部件烧蚀甚至爆炸。液体火箭发动机的不稳定燃烧主要是由声波、流动和热释放率的耦合作用导致。其中射流气液界面波动作为不稳定燃烧的源头之一，对其进行实时监测一方面可以揭示不稳定燃烧的耦合机理，另一方面也有利于提升对不稳定燃烧的控制能力。

2、但是由于发动机燃烧室内高温高压的密闭环境，导致许多现有的高精度测量方法均无法使用，首先接触式测量方法无法使用，此外传统光学方法如背光法、阴影法、纹影法和激光诱导荧光法等可以在实验室模型中实现精确测量，但应用于燃烧室时均需要在燃烧室壁面上开光学窗口，而这在真实火箭发动机上难以实现。此外，一些新型可穿透金属的测量方法如x光检测、太赫兹波测量和电磁流体测量方法等，也因为穿透能力和气体电导率的关系无法真正应用于燃烧室中气液界面的测量。因此，目前燃烧室内气液界面尚无可用的测量方法。

3、而现有的超声波测量方法主要应用于无损检测、医学检测、水声检测以及气体温度场的检测中，目前尚不存在将超声波检测应用于燃烧室内气液界面测量的技术。

技术实现思路

1、本申请实施例的目的在于提供一种密闭环境中液体射流气液界面的测量方法及装置，用以解决现有技术存在的上述问题，可在不开设光学窗口的前提下实现密闭环境中液体射流气液界面的动态测量。

2、第一方面，提供了一种密闭环境中液体射流气液界面的测量方法，该方法可以包括：

3、获取超声探测器在目标密闭环境中的位置和所述超声探测器在密闭环境中检测到的基准超声波信号和目标超声波信号；其中，所述基准超声波信号为第一预设时间段内所述超声探测器在目标密闭环境中不存在射流时采集的超声波信号；所述目标超声波信号为第二预设时间段内所述超声探测器在目标密闭环境中存在射流时采集的超声波信号；

4、基于所述基准超声波信号和所述目标超声波信号，获取散射信号和相应的散射信息；

5、从预先构建的散射信息数据库中，匹配出所述散射信息和所述位置对应的目标散射体尺寸；其中，所述目标散射体尺寸为产生所述射流的散射体的尺寸；所述散射信息数据库包括：不同散射信息和不同位置以及相应的散射体尺寸。

6、在一个可选的实现中，任一目标超声波信号和任一基准超声波信号均对应一个采集时间；

7、所述第一预设时间段和所述第二预设时间的起始时间均为在所述目标密闭环境中开始发射超声波的时间。

8、在一个可选的实现中，在获取目标密闭环境中的基准超声波信号和目标超声波信号之后，所述方法还包括：

9、对所述基准超声波信号和所述目标超声波信号进行信号分窗处理，得到处理后的目标超声波信号和处理后的基准超声波信号；

10、将在目标密闭环境中发射超声波的时间作为零点，对所述处理后的目标超声波信号和处理后的基准超声波信号进行采集时间对齐。

11、在一个可选的实现中，基于所述基准超声波信号和所述目标超声波信号，获取散射信号和相应的散射信息，包括：

12、针对任一采集时间，获取目标电压值和基准电压值；其中，目标电压值为所述采集时间对应的目标超声波信号对应的电压值；所述基准电压值为所述采集时间对应的基准超声波信号对应的电压值；

13、将所述目标电压值减去所述基准电压值，得到所述采集时间对应的散射信号；

14、从所述散射信号中进行散射信息提取，得到所述采集时间对应的散射信息。

15、在一个可选的实现中，从所述散射信号中进行散射信息提取，得到所述采集时间对应的散射信息，包括：

16、从所述散射信号中，提取到多个脉冲散射波包；

17、将提取到的第一个脉冲散射波包，作为目标脉冲散射波包；

18、对所述目标脉冲散射波包进行希尔伯特变换，得到所述目标脉冲散射波包的包络线；

19、基于所述包络线，确定所述采集时间对应的散射信息。

20、在一个可选的实现中，所述散射信息包括：散射强度；

21、从预先构建的散射信息数据库中，匹配出所述散射信息和所述位置对应的目标散射体尺寸，包括：

22、从预先构建的散射信息数据库中，匹配出所述散射强度和所述位置对应的目标散射体尺寸。

23、第二方面，提供了一种密闭环境中液体射流气液界面的测量装置，该装置可以包括：

24、获取单元，用于获取超声探测器在目标密闭环境中的位置和所述超声探测器在密闭环境中检测到的基准超声波信号和目标超声波信号；其中，所述基准超声波信号为第一预设时间段内所述超声探测器在目标密闭环境中不存在射流时采集的超声波信号；所述目标超声波信号为第二预设时间段内所述超声探测器在目标密闭环境中存在射流时采集的超声波信号；

25、确定单元，用于基于所述基准超声波信号和所述目标超声波信号，获取散射信号和相应的散射信息；

26、匹配单元，用于从预先构建的散射信息数据库中，匹配出所述散射信息和所述位置对应的目标散射体尺寸；其中，所述目标散射体尺寸为产生所述射流的散射体的尺寸；所述散射信息数据库包括：不同散射信息和不同位置以及相应的散射体尺寸。

27、第三方面，提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；

28、存储器，用于存放计算机程序；

29、处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述第一方面中任一所述的方法步骤。

30、第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面中任一所述的方法步骤。

31、本申请实现了利用超声波实现对密闭环境中液体射流气液界面的测量，克服了现有技术利用光学测量方法必须在密闭环境的墙体上开设光学窗口或墙体需为透明墙体的缺陷，可以不受射流外围气态混合物遮挡作用的影响，仅需要极小的超声波测压孔便可以实现密闭燃烧室内射流气液界面的动态测量。

技术特征：

1.一种密闭环境中液体射流气液界面的测量方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，任一目标超声波信号和任一基准超声波信号均对应一个采集时间；

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在获取目标密闭环境中的基准超声波信号和目标超声波信号之后，所述方法还包括：

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，基于所述基准超声波信号和所述目标超声波信号，获取散射信号和相应的散射信息，包括：

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，从所述散射信号中进行散射信息提取，得到所述采集时间对应的散射信息，包括：

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述散射信息包括：散射强度；

7.一种密闭环境中液体射流气液界面的测量装置，其特征在于，所述装置包括：

8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一所述的方法。

技术总结
本申请提供一种密闭环境中液体射流气液界面的测量方法及装置，涉及测量技术领域，包括：获取超声探测器在目标密闭环境中的位置和所述超声探测器在密闭环境中检测到的基准超声波信号和目标超声波信号；基准超声波信号和目标超声波信号分别为在目标密闭环境中不存在射流时和在目标密闭环境中存在射流时采集的超声波信号；基于基准超声波信号和目标超声波信号，获取散射信号和相应的散射信息；从预先构建的存储有不同散射信息和不同位置以及相应散射体尺寸的散射信息数据库中，匹配出散射信息和位置对应的目标散射体尺寸；目标散射体尺寸为产生射流的散射体的尺寸。本申请可以实现密闭燃烧室内射流气液界面的动态测量。

技术研发人员：杨立军,李敬轩,刘晓康,余旭东,余骁宇,张丁为,富庆飞,陈江畅
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2025/3/6