[發(fā)明專利]一種發(fā)動機熱防護結(jié)構(gòu)溫度場多模測量系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410730110.3
• 申請日: 2014-12-04
• 公開（公告）號: CN104458013B
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邱超;孫紅勝;張玉國;楊旺林;任小婉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京振興計量測試研究所
• 主分類號: G01J5/52
• 分類號: G01J5/52
• 代理公司: 北京天達知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11386
• 代理人: 馬東偉,暴茜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及溫度測量系統(tǒng)，尤其涉及一種發(fā)動機熱防護結(jié)構(gòu)溫度場多模測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

對于發(fā)動機熱防護結(jié)構(gòu)的溫度場測量，現(xiàn)有技術(shù)主要采用是接觸式測量方法和光學(xué)非接觸測量方法。其中，接觸式測量方法采用熱電偶等接觸式溫度傳感器，由于其測溫上限低、動態(tài)響應(yīng)特性較差、干擾被測目標等缺點，無法很好滿足發(fā)動機熱防護結(jié)構(gòu)的溫度測量需求。因此，光學(xué)非接觸溫度測量(也稱為輻射測溫法)在發(fā)動機試驗中的應(yīng)用日益廣泛，其測量方案主要有：波段積分與單色測量方案、比色測量方案、多波長測量方案等。

輻射測溫法測量真實溫度的最大障礙是受到被測對象發(fā)射率的影響。波段積分與單色測量方案模型簡單，但受到被測對象發(fā)射率影響較大，只有對黑體進行測量時才能得到準確溫度場，且容易受到測量環(huán)境影響，因此在實際溫度測量時難以得到理想的結(jié)果，應(yīng)用較少。為消除目標發(fā)射率以及溫度場測量中雜質(zhì)、水汽等的吸收和被測物所處環(huán)境的反射對溫度場測量的影響，可采用發(fā)射率變化緩慢區(qū)域距離較近的兩個波長，利用兩個探測器分別接收兩個窄波段通道的輻射信號，通過比色法來精確測量出物體的溫度場。比色測量方案中，利用了在一定的波段范圍內(nèi)，被測目標光譜發(fā)射率相等與波長無關(guān)的假設(shè)。實際應(yīng)用中，由于某些目標光譜發(fā)射率不相等，與波長的關(guān)系為一階或更高階的關(guān)系，因此需要采用多波長測量方案。理論上，只要目標光譜發(fā)射率與波長關(guān)系精確，就可以根據(jù)多波長溫度測量原理同時得出被測物體的真溫和光譜發(fā)射率，其測溫的理論模型最為先進。但多波長溫度測量方法耗時較長，不適合對高速變化的溫度場進行直接測量。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述發(fā)動機熱防護結(jié)構(gòu)的溫度場測量方法存在的問題，本發(fā)明提供了一種發(fā)動機熱防護結(jié)構(gòu)溫度場多模測量系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種發(fā)動機熱防護結(jié)構(gòu)溫度場多模測量系統(tǒng)，系統(tǒng)包括標準輻射源、輻射測溫傳感系統(tǒng)、三維轉(zhuǎn)臺、現(xiàn)場控制系統(tǒng)和遠程綜合控制系統(tǒng)；被測目標和標準輻射源發(fā)出的光線被輻射測溫傳感系統(tǒng)探測，形成測量數(shù)據(jù)，經(jīng)由現(xiàn)場控制系統(tǒng)傳輸至遠程綜合控制系統(tǒng)中，三維轉(zhuǎn)臺用于調(diào)節(jié)輻射測溫傳感系統(tǒng)的俯仰角和方位角；標準輻射源作為實時校正源，提供相應(yīng)測量波段的標準輻射，通過定量分析標準輻射源在不同波段以及波長的光輻射衰減率，對被測目標的溫度場進行校正。

所述標準輻射源可以是紅外與可見光復(fù)合標準輻射源，所述紅外與可見光復(fù)合標準輻射源能夠更好的克服被測目標到測量系統(tǒng)之間路徑上的氣體吸收和現(xiàn)場雜散光的干擾，提高校正準確率。

所述輻射測溫傳感系統(tǒng)可以設(shè)置成為包括紅外寬波段溫度場測量裝置以及可見光-紅外波段比色及多波長溫度場測量裝置，根據(jù)兩個測量裝置獲得的測量數(shù)據(jù)，確定被測對象的溫度。

可以設(shè)置分光及光路折轉(zhuǎn)系統(tǒng)以將輸入光線分別傳送至所述紅外寬波段溫度場測量裝置和所述可見光-紅外波段比色及多波長溫度場測量裝置。

所述紅外寬波段溫度場測量裝置優(yōu)選包括一次成像光學(xué)系統(tǒng)、溫度實時校準黑體、量程切換機構(gòu)、二次成像光學(xué)系統(tǒng)、非制冷紅外焦平面探測器及第一后處理電路；溫度實時校準黑體設(shè)置于一次成像光學(xué)系統(tǒng)的像面上，從所述溫度實時校準黑體輸出的光線經(jīng)過量程切換機構(gòu)從而實現(xiàn)不同量程的切換，此后，光線經(jīng)過二次成像光學(xué)系統(tǒng)成像在非制冷紅外焦平面探測器上，探測器輸出的電壓值經(jīng)第一后處理電路后，輸出第一測量數(shù)據(jù)。

所述可見光-紅外波段比色及多波長溫度場測量裝置優(yōu)選包括前端光學(xué)系統(tǒng)、濾光系統(tǒng)、后端光學(xué)系統(tǒng)、CCD探測器和第二后處理電路；所述前端光學(xué)系統(tǒng)將光線會聚到所述濾光系統(tǒng)平面上，所述濾光系統(tǒng)將所述光線分離成單色光，后端光學(xué)系統(tǒng)將所述單色光成像在CCD探測器上，CCD探測器輸出的電壓值經(jīng)過第二后處理電路后，輸出第二測量數(shù)據(jù)。

所述紅外寬波段溫度場測量裝置還可以包括調(diào)焦機構(gòu)，所述調(diào)焦機構(gòu)用于根據(jù)被測目標的距離，調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)焦距，使被測目標通過光學(xué)系統(tǒng)后在所述非制冷紅外焦平面探測器焦平面上成清晰圖像。

所述輻射測溫傳感系統(tǒng)還可以包括防護結(jié)構(gòu)，所述分光及光路折轉(zhuǎn)系統(tǒng)、所述紅外寬波段溫度場測量裝置和所述可見光-紅外波段比色及多波長溫度場測量裝置設(shè)置于所述防護結(jié)構(gòu)內(nèi)，入射光線經(jīng)過設(shè)置在防護結(jié)構(gòu)上的寬波段窗口入射至所述分光及光路折轉(zhuǎn)系統(tǒng)。

在所述防護結(jié)構(gòu)上還可以設(shè)置目視瞄準鏡，用于人眼通過目視瞄準鏡觀察目標，可在現(xiàn)場迅速調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)焦距。

本發(fā)明有益效果如下：

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果：