烟支燃速测试及分析系统项目文档.docx
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烟支燃速测试及分析系统项目文档
烟支燃速测试及分析系统开发技术介绍
一．系统简介
1.系统背景
烟支燃速测试系统可对不同种类的烟支进行不同情况下的燃速测试，系统会自动记录不同时间段不同种类烟支的测试结果并录入数据库，开创了烟支燃烧性能检测分析领域的先河。
2.系统功能
系统对以下两种状态下烟支的燃烧情况进行分析研究：
自由燃烧是卷烟在自由状态下自燃；吸取燃烧是模拟人在抽烟时烟支的燃烧状态。
系统能检测烟支的实时燃烧速率以及烟支不同部位在相同燃烧情况下的速率的变化，并以图表的形式直观的表达出来，过程和结果数据录入数据库，提供比对分析等功能。
3.系统工作流程
试验开始时，打开系统界面，点击模板选择按钮，选择烟支所对应的模板类型.再点击开始按钮，系统开始等待抽吸信号的到来.
当系统接收到外界吸取信号时，系统开始工作并以60帧/秒的图像采集速率进行图片抓拍，并交由系统进行处理，给出吸取燃烧速率且以图片的格式显示在系统界面上。
当系统接收到自由燃烧信号时，吸取燃烧阶段结束，系统以30帧/秒的图片采集速率进行图片抓拍，并交由系统进行处理，给出自由燃烧速率且以图片的格式显示在系统界面上。
速率图显示式样：
当实验结束后，操作人员点击系统界面上的结束按钮，系统停止图像采集，并弹出信息录入界面以提供数据表格供用户录入烟支信息（包含试验日期、品牌规格、烟支内各种材料含量等），录入完毕确定后，所有实验数据会自动录入数据库，以待后用。
如下图：
如果用户想查询以前某个时段的实验数据信息，则可根据时间或烟支品种等信息进行查询，系统数据库会给出对应的时间段内或品种规格的试验结果数据。
系统流程图如下：
4.测速原理
4.1测速原理概述：
烟支水平切面上选择9条参考线，把烟支水平切面分为10个条状区域。
每个区域都作为烟支燃烧长度变化的参考区域，每个参考区域在特定时间内的长度变化量为每个参考区域的燃烧速率.9个条状区域的燃烧速率得出的平均值即为烟支在此时间段内的燃烧速率。
烟支燃烧时分为两种情况：
吸取燃烧阶段和自由燃烧阶段，所以燃烧速率也分为两种：
吸取燃烧速率和自由燃烧速率。
自由燃烧和吸取燃烧的时间段说明：
每支烟支燃烧时长暂定为8MIN，自由燃烧和吸取燃烧具有规律性的交替进行。
（烟支燃烧时长8MIN可分为8个时间段，每段时间内2秒为吸取燃烧，其余58秒为自由燃烧）根据燃烧速度的计算方式可得出自由燃速和吸取燃速。
参考区域示意图：
4.2测试方法：
以一个水平参考区域为例说明：
当烟支点燃时，烟支上会出现一条碳化线。
在一定时间变量内，碳化线会不断的向过滤嘴方向靠近，并且碳化线会呈现一种不规则的曲线状态，计算长度变化时候我们以碳化线末端为准。
当计算燃烧速度时，以某个时刻为基准，取一定的时间变量T，在这个时间段内，系统会以特定的图像采集速率抓拍烟支燃烧时水平参考区域的长度变化（吸取燃烧情况下图像采集速率为60帧/秒，自由燃烧情况下速率为30帧/数）。
由此时间段内参考区域的长度变化可得出此参考区域的烟支燃烧速率再由10个条状区域的速率计算平均值，得出的平均值即为T时间段内烟支燃烧速率当T为吸取燃烧时间段的话，则此时烟支燃烧速率为吸取燃烧速率当T为自由燃烧时间段的话，则此时烟支燃烧速率为自由燃烧速率。
二．系统特点及主要性能指标
1.系统特点
1.1.检测速度快，可靠性高；
1.2.实时统计并记录实验数据，便于追溯和分析数据差异产生的原因；
1.3.根据长期记录的实验数据，分析各种工艺材料的变化带来的燃烧性能变化的特点以及工序上可能存在的问题；
1.4.降低现场工作人员的劳动强度；
1.5.远期可实现远程数据共享等。
2.主要技术指标
2.1相机图像采集速率为在不同燃烧情况下分别为30帧/秒和60帧/秒，如有需要可分别提高速率设置。
2.2烟支燃烧时水平参考区域的长度测量误差不超过1%（单位：
毫米）。
2.3数据库录入选项可选填.录入选项内容包含各种可能影响烟支燃烧性能的参数以及方便比较分析的数据内容。
2.4大容量存储空间，可长期存储数据、图片等信息。
2.4烟支长度大约为84MM..相机拍摄范围暂定为776像素×582像素，实际范围大小为776毫米×582毫米，实际分辨库为7.874像素/毫米，相机像素选择为40万像素。
图像效果见下图
2.5水平参考线暂定为7条，则烟支水平切面被分为8个条状区域。
烟支水平切面宽度为54像素，每个条状区域宽度约为6.75个像素。
示意图
三．主要研究内容及技术难点分析
1.主要研究及实验内容
1.1机械设计、加工和安装，安装工业相机和照明光源的支架。
1.2确定抽吸信号所需的触发信号和触发方式。
1.3光源照明方案，要求图片采集时光照均匀，不反光。
1.4实验数据的保存和转移。
2.技术难点
2.1解决缺陷图像碳化线的选择问题；
2.2烟支半圆切面内水平等分线的划分；
2.3解决不同长度和周长的烟支拍摄出的图片的变形问题
三．软件界面
1.界面功能按键介绍
1.1模板选择键对应于不同长度和不同周长的烟支.系统开始工作前要点击此按键选择对应的模板类型
1.2开始键点击开始键后，系统进入工作模式，等待抽吸信号的到来
1.3结束键点击结束键后，系统停止图片采集，并弹出信息录入界面
1.4数据查询键点击后，系统会弹出数据查询界面
1.5图片路径点击后，可更改系统默认的图片存储路径
2.界面功能描述
2.1.初始界面描述左侧为功能按键区，界面上侧为燃烧长度示意图显示区
其余部分为速率显示区.系统把一次抽吸时间段和自由燃烧时间段组合为一个阶段以方便观察和统计。
第一阶段的抽吸燃烧速率图显示的第一次抽吸时间段内的抽吸燃烧速率，自由燃烧速率显示图也类似
平均速率显示图显示的是所有阶段的抽吸燃烧速率和自由燃烧速率的平均值
每个阶段的速率图后面有个选择键，点击选择的话此阶段的速率曲线将以不同的颜色显示在平均速率坐标图内，以方便操作人员的对比观察.
当操作人员想查看具体时间段内的详细数据的话，可在时间段数据查询区域内输入时间值，确认后会弹出时间段数据查询界面以显示详细数据.
初始界面图
2.2数据查询界面
当用户点击数据查询按钮后，会弹出新对话框，用户填入查询关键词后并确定后，数据库会以表格形式给出查询结果。
查询界面图
2.3时间段数据查询界面（针对当前实验数据）？
（需不需要）
当操作人员点击初始界面时间段查询按钮后，会如下界面，界面中会显示出要查询的时间段内的烟支燃烧信息等内容，点击保存按钮的话还可以保存此时间段内的烟支图片
四．客户需求补充
1.烟支颜色以白色为主雪茄色为辅..其余的暂时不理会
2.软件开始工作时间说明：
点击软件界面的开始按钮，则系统等待抽吸信号的到来..接收到抽吸信号后开始工作.如果先点燃，在点击开始按钮，则忽略第一次的抽吸信号.如果先点击开始按钮，再点燃，则则计算第一次的抽吸信号
3.图片的保存问题：
软件默认设置存储路径，可更改..每次烟支试验的图片单独存放的一个文件夹内，文件夹名称为烟支试验的序号.（比如第一支烟的图片文件夹名称为“1”）.试验结束后，对于需要的图片可以点击保存按钮以便保存..不点击保存的话则系统退出后（或则隔天）试验图片文件自动删除.
图片保存格式：
处理完毕后，转换为JPEG格式..
4烟支长度和直径问题：
烟支长度类型84，97，92MM
烟支周长类型：
17，24.5MM（半径分别为2.7MM和3.9MM）
系统可建立不同类型的烟支模板..对于不同长度不同类型的烟支，试验开始时候可选择所对应的测试模板
5.速率曲线对比：
要求同一坐标轴内能显示3条左右的速率曲线以方便观察对比
6.烟支燃烧长度显示要求：
要求能够查询到不同时间段的的烟支燃烧长度和速率数据
7.单个速率和平均速率差距过大的数据不剔除只要保证平均速率和参考速率的误差不超过1%
8.系统结束分为两种情况：
软件界面点击结束按钮或者系统接收到热敏感应信号（测试整只烟的数据时候用到）
9.速率曲线图要求能够导出图片
10.镜头位置和烟支长度问题：
镜头位置固定后，对于不同长度的烟支会不会产生不同的变形情况
五．系统设备配置表
序号
名称
数量
型号
厂家
备注
1
工控机
1
IPPC-6152
台湾研华
2
工业相机
1
JAICM-040GE
日本JAI
3
工业镜头
1
COMPUTERH0514-MP
日本COMPUTER
4
图像平台
1
HALCON
德国MVTEC
5
处理软件
1
LSD11-2
南京龙视捷
6
I/O卡
1
PCI-1761
台湾研华
7
控制接口
1
LSD-21
南京龙视捷
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