火炮高速比色紅外測溫裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測溫裝置，具體是一種火炮高速比色紅外測溫裝置，還涉及采用 這種火炮高速比色紅外測溫裝置測試火炮溫度參量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 火炮在發(fā)射過程中，溫度參量具有瞬態(tài)、脈沖式等熱沖擊特性，因此，要求溫度測 試系統(tǒng)必須具有快速的響應(yīng)時間、良好的動態(tài)特性、更寬的量程范圍、更高的采樣速率等， 同時要求測溫系統(tǒng)不能破壞被測對象的溫度場，并具有抗煙霧、灰塵、沖擊、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)?功能。
[0003] 用于火炮溫度測試的傳感器主要包括熱電偶、紅外測溫儀等，其中，紅外測溫儀是 利用紅外探測器來檢測受熱物體的紅外輻射能量，并將被測溫度值轉(zhuǎn)換為模擬電信號輸 出。由于紅外測溫儀屬于非接觸測試方式，不影響被測對象的溫度場，同時具有響應(yīng)時間 短、壽命長等特點，因此應(yīng)用比較廣泛。紅外測溫儀分為單色、雙色兩大類。單色測溫的紅 外探測器采用一個波段，要求已知被測對象的發(fā)射率（發(fā)射率是指在某溫度下、某波長處， 目標(biāo)物體所輻射的能量與黑體在相同條件下所輻射的能量的比值，黑體在所有溫度、所有 波長上的發(fā)射率為常數(shù)），對于一些發(fā)射率較難獲取的場合測試誤差較大。雙色測溫是通過 雙波段測得結(jié)果的比值計算被測溫度，當(dāng)發(fā)射率未知或變化時，只要發(fā)射率在兩個波長上 的變化相同，就無需知道被測物質(zhì)的發(fā)射率，從而擺脫了對絕對能量測量的依賴，較單色測 溫儀，具有尚精度、尚重復(fù)性等特性。
[0004] 參照圖1。現(xiàn)有的非接觸式火炮溫度參量測試裝置包括單色紅外測溫儀、雙色紅外 測溫儀、取樣電路和多通道數(shù)字示波器。單色紅外測溫儀、雙色紅外測溫儀輸出的電流信號 通過各自的取樣電路轉(zhuǎn)化為電壓信號，接多通道數(shù)字示波器的兩個輸入通道。
[0005] 單色紅外測溫儀，采用0. 75~I.Iym波長范圍的紅外探測器，實現(xiàn)400~1000°C 溫度范圍的信號提取，并調(diào)理成4~20mA的電流輸出，通過500Q、1/2W的取樣電路轉(zhuǎn)換為 0~IOV的模擬電壓信號輸出。雙色紅外測溫儀，分別采用0. 75~I.Iym、0. 95~I.Iym 兩種波長范圍的紅外探測器，實現(xiàn)1000~2500°C溫度范圍的信號提取、并調(diào)理成4~20mA 的電流輸出，再通過500Q、1/2W的取樣電路轉(zhuǎn)換為0~IOV的模擬電壓信號輸出。多通道 數(shù)字示波器用于對取樣電路輸出的電壓信號進(jìn)行采集、存儲、處理。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)的不足之處在于：一是紅外測溫儀響應(yīng)時間長。對于高性能火炮，在射 擊時，炮口熱沖擊氣流的持續(xù)時間約為2ms，因此，要求紅外測溫儀的響應(yīng)時間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 2ms，才能真實反映出每個快速變化的熱沖擊信號。而現(xiàn)有測試技術(shù)低溫區(qū)、高溫區(qū)紅外測 溫儀的響應(yīng)時間分別為lms、10ms，響應(yīng)時間較長，不適用于溫度信號快速變化的測試需求。 二是單色紅外測溫儀測試誤差較大?，F(xiàn)有技術(shù)低溫區(qū)采用單色紅外測溫儀技術(shù)，單色紅外 測溫儀的探測器采用一種波長，是對絕對輻射能量的測量，因此要求已知被測對象的發(fā)射 率，如果發(fā)射率變化則帶來較大的測試誤差較大。由于影響發(fā)射率的主要因素是被測對象 的材料成份及表面特性，本發(fā)明被測對象火炮熱沖擊參量是一個包含空氣、一氧化碳、未燃 燒盡火藥顆粒等多種成份的綜合體，其材料成份、形態(tài)、表面特征等復(fù)雜多變，因此，被測對 象發(fā)射率未知且難獲取，使測試誤差較大。三是多通道數(shù)字示波器測量精度低。多通道數(shù) 字示波器的測量精度為±1. 5%，且沒有信號濾波等調(diào)理功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了克服現(xiàn)有非接觸式火炮溫度參量測試裝置測試精度低的不足。本發(fā)明提供一 種火炮高速比色紅外測溫裝置，該裝置包括中溫高速比色紅外溫度傳感器、高溫高速比色 紅外溫度傳感器、取樣電路和多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。中溫高速比色紅外溫度傳感器，分別采 用短波、長波兩波段的紅外探測器，實現(xiàn)中溫區(qū)溫度的信號提取，并調(diào)理成電流信號輸出， 通過取樣電路轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號輸出。高溫高速比色紅外溫度傳感器，分別采用短波、長 波兩波段的紅外探測器，實現(xiàn)高溫區(qū)溫度的信號提取，并調(diào)理成電流信號輸出，通過取樣電 路轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號輸出。多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于對中溫、高溫高速比色紅外溫度傳 感器變換輸出的短波電壓、長波電壓信號進(jìn)行采集、存儲和處理。該測溫裝置具有中溫、高 溫區(qū)紅外測溫雙比色、快速響應(yīng)特性，同時提高了測試精度。
[0008]本發(fā)明還提供采用上述火炮高速比色紅外測溫裝置測量火炮溫度的方法。
[0009]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種火炮高速比色紅外測溫裝置， 其特點是包括中溫高速比色紅外溫度傳感器、高溫高速比色紅外溫度傳感器、取樣電路和 多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。中溫高速比色紅外溫度傳感器、高溫高速比色紅外溫度傳感器輸出 的短波電流、長波電流信號，分別通過各自的取樣電路轉(zhuǎn)化為短波電壓、長波電壓信號，送 多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的四個輸入通道。
[0010] 中溫高速比色紅外溫度傳感器，分別采用中心波長為1. 35ym和1. 60ym的兩波 段紅外探測器，對400~1000 tC溫度范圍的信號進(jìn)行提取，并調(diào)理成0~24mA的電流，分 別通過250Q、1/4W的取樣電路轉(zhuǎn)換為短波電壓信號和短波電壓信號送多通道數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)。高溫高速比色紅外溫度傳感器，分別采用中心波長為〇? 96ym和L06ym的兩波段紅外 探測器，對900~2500°C溫度范圍的信號提取，并調(diào)理成0~15mA的電流，分別通過250Q、 1/4W的取樣電路轉(zhuǎn)換為短波電壓信號和短波電壓信號送多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0011] 一種采用上述火炮高速比色紅外測溫裝置測量火炮溫度的方法，其特點是采用以 下步驟：
[0012] 步驟一、調(diào)節(jié)各裝置的參數(shù)。
[0013] 1)中溫高速比色紅外溫度傳感器供電電壓15~24VDC，供電電流50mA，溫度范 圍400~1000°C，距離系數(shù)120:1，光譜響應(yīng)波段短波L35ym，長波1.60ym，響應(yīng)時間 20ys，采用光學(xué)瞄準(zhǔn)，0~24mA電流輸出。
[0014] 2)高溫高速比色紅外溫度傳感器供電電壓15~24VDC，供電電流50mA，溫度范 圍900~2500°C，距離系數(shù)120:1，光譜響應(yīng)波段短波0.96ym，長波1.06ym，響應(yīng)時間 20ys，采用光學(xué)瞄準(zhǔn)，0~15mA電流輸出。
[0015] 3)取樣電路的電阻250Q，功率1/4W，誤差±5%。
[0016]4)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為16通道，測量帶寬DC~2MHz，-3dB，電壓輸入范圍 ±0. 5mV、±lmV、±2. 5mV、±5mV、±10mV、±25mV、±50mV、±100mV、±250mV、±500mV、 ±1V、±2V、±5V和±10V，共14個量程程控選擇。低通濾波器100Hz、300Hz、lkHz、3kHz、 10詘2、30詘2、100詘2、300詘2和1]?抱，共9個量程程控選擇。直流精度0.05%讀數(shù)+0.02% 量程。隔離電壓±350VDC。接口型式BNC。
[0017] 步驟二、高速比色紅外溫度傳感器的安裝與瞄準(zhǔn)。
[0018] 1)機(jī)械安裝與瞄準(zhǔn)。
[0019] 安裝：采用兩臺高低及方位均可調(diào)節(jié)、上平面中心部位帶有安裝螺栓的三角支架， 將中溫高速比色紅外溫度傳感器、高溫高速比色紅外溫度傳感器，分別通過傳感器底部的 安裝孔安裝在三角支架上。
[0020] 瞄準(zhǔn)：先測量出兩臺高速比色溫度傳感器與被測目標(biāo)的直線距離，再調(diào)節(jié)三角支 架上的高低、方向調(diào)節(jié)桿，觀察兩臺高速比色溫度傳感器的目鏡使目標(biāo)盡可能在目鏡小黑 點的中央、并盡可能充滿小黑點，旋轉(zhuǎn)溫度傳感器物鏡使目標(biāo)聚焦清晰。
[0021] 2)電安裝。
[0022] 采用一臺電壓為15~24V、電流不小于200mA的直流電源，采用兩線制，同時對中 溫高速比色紅外溫度傳感器和高溫高速比色紅外溫度傳感器供電。
[0023]采用4個電阻值為250Q、功率為1/4W、誤差為±5%的電阻，分別接到中溫高速比 色紅外溫度傳感器和高溫高速比色紅外溫度傳感器的中溫短波、中溫長波、高溫短波、高溫 長波的輸出端，將輸出電流值轉(zhuǎn)換為電壓值。
[0024] 步驟三、對多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，1)自檢：打開電源，儀器正常啟動并通 過自檢，在桌面上雙擊DEWESoft7軟件圖標(biāo)，進(jìn)入設(shè)置主界面。2)采集設(shè)置：設(shè)采樣率IMHz/ ch，采集模式設(shè)為記錄儀模式。3)通道設(shè)置：將通道1、通道2、通道3、通道4的0N/0FF均 設(shè)為Used，設(shè)測量方式為電壓方式，量程范圍設(shè)為5V，濾波頻率設(shè)為300kHz，耦合DC，激勵 電壓設(shè)為0V，輸出偏置設(shè)為0%。4)記錄設(shè)置：點擊Store記錄鍵，設(shè)置文件名為001，處于 等待記錄狀態(tài)。
[0025] 步驟四、整套測溫裝置標(biāo)定。
[0026] 1)采用紅外溫度校準(zhǔn)器進(jìn)行測溫裝置的標(biāo)定。
[0027]2)紅外溫度校準(zhǔn)器參數(shù)選擇：測量范圍0~2500°C，精度± 1°C，