毫秒级火工药剂燃烧真温测定仪制造技术

本发明专利技术公开了一种毫秒级火工药剂燃烧真温测定仪，属于火工品性能测试领域。该测定仪由含有物镜和分光棱镜的光学系统、含有线阵光电探测器的探测系统和含有数据处理单元的数据采集系统组成，被测火工药剂燃烧产生的热辐射经分光棱镜分光后，成为按波长排列的光谱束，该光谱束经物镜成像到光电探测器的光敏面上，光谱成像经各测试通道进行光电转换后送入数据采集系统，数据处理单元依据被测火工药剂燃烧中的光谱发射率、波长、温度之间的数据关系，巧妙地计算出被测火工药剂燃烧过程中的发射率，最终获得被测火工药剂的真温－时间数组。本发明专利技术解决了毫秒级火工药剂燃烧的真温测量难题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于火工品
，主要涉及一种火工药剂性能测试仪器，尤其涉及一 种毫秒级火工药剂燃烧真温的测定仪。
技术介绍
火工品是武器系统始发能源的关键器件和装置，其主要作用是引爆、传爆、点火、 传火、延期、作功等。火工药剂燃烧真温是表征火工品输出性能的一个重要指标，是评定火 工品输出能力的重要参数，该温度的获得不仅能够完善火工品输出特性参数，而且也能够 为新型火工品的设计和药剂配方的研制提供技术支持。GJB5384. 7-2005规定了烟火药剂火 焰温度测定方法，主要采用热电偶测温法测量火工药剂燃烧真温，由于火工药剂的作用过 程是高速的一次性过程，而热电偶测温法存在时间响应延迟，导致该方法不能测得毫秒级 作用的火工药剂燃烧真温，致使在火工品设计研究中需要的温度数据无法提供，给总体论 证研究和产品设计带来很大困难，不利于火工药剂性能的研究和新型火工品的研发。为了 解决毫秒级火工药剂燃烧温度的测定问题，人们尝试用红外热成像法测定火工药剂作用过 程中的温度，而与温度直接相关的参数是发射率。由于火工药剂的作用过程很复杂，使得其 发射率难以确定，因而无法提供红外热成像法测温时所需的发射率数据，故热成像法不能 获得被测火工药剂的燃烧真温。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有技术存在的问题，提供一种燃烧真温测定 仪，具体地说，该测定仪可以测量毫秒级火工品药剂燃烧作用过程中的燃烧真温。为解决上述技术问题，本专利技术提供的燃烧真温测定仪包括含有光学瞄准头和光谱 分光系统的光学系统、探测系统和数据采集系统；其特征在于所述光学瞄准头含有主物 镜、第一反射镜、瞄准物镜和光纤并集成在一个光具座中，第一反射镜为带有瞄准分划线的 平面反射镜，被测火工药剂和光纤的第一端口分别位于主物镜的一对共轭物点和像点上， 第一反射镜为活动式即通过旋钮可以移入或移出测量光路，当第一反射镜移入测量光路时 将位于主物镜与传输光纤之间且反射面与光轴成45°角，瞄准物镜的分划线位于主物镜的 等效共轭像点上，当被测火工品药剂燃烧产生的热辐射经主物镜成像，该成像光束首先经 第一反射镜反射后会聚在瞄准物镜的分划线处，在第一反射镜移出测量光路后，该成像光 束直接会聚在传输光纤的第一端口并经传输后到达光纤的第二端口 ；所述光谱分光系统含 有准直物镜、次物镜、分光棱镜和第二反射镜并集成在暗箱中，第二反射镜为平面反射镜， 当光学瞄准头中的光纤通过光纤连接器与光谱分光系统的箱体连接时，光纤的第二端口位 于准直物镜的物方焦点处并将光纤传输的像点准直成平行光束；该平行光束经过分光棱镜 后成为按波长排列的光谱束，光谱束经次物镜会聚后再经第二反射镜反射后到达所述探测 系统；所述探测系统含光电探测器和前置放大器，光电探测器为线阵列探测器，前置放大器 为电阻反馈式放大电路，光电探测器将其光敏面上接收到的光谱成像光束同步转换成η路电流信号且6 < η ^ 20，η路电流信号经相应的电阻反馈式放大电路后转换为电压信号，传 输到下一级的数据采集系统；所述数据采集系统为装有数据采集卡、存储器和数据处理单 元的计算机，存储器中存有η路测试通道的工作波长、η路测试通道的亮温-电压数组、普 朗克常数C2、黑体参考温度T'，η路测试通道测量参考温度T'获得的测量电压值V' pi=1,2......，η ；数据处理单元含有页面模块、采集模块、转换模块、计算模块和显示模块，所述页面模块的功能是在计算机显示屏上显示参数设置栏和功能按钮组，参数设置栏用于 设置初始真实温度T、真温初始计算时间t- Δ t和截止时间t+ Δ t，t为η路测试通道中 最大亮温值Tmax所对应的时间，采集模块的功能是根据采集按钮指令通过数据采集卡采 集η路测试通道测量被测火工药剂获得的电压-时间数组；所述转换模块的功能是调用存 储器中η路测试通道的亮温-电压数组，将采集模块获得的η个电压-时间数组转换成η 个亮温-时间数组Ts^ ；所述计算模块的功能是接到计算按钮指令后，依次计算η路测试 通道的初始发射率<、迭代计算η路测试通道在j个温度计算点下的准真温数组Tiwsu，j =2At · f+1，f为各测试通道的采样率，计算各温度计算点j的温度期望数组E (Tj),计算 被测火工药剂的发射率-时间数组ε *，被测火工药剂在整个作用过程中的真温-时间数组 Tws;所述显示模块将计算模块获得的真温-时间数组Tws以曲线形式直接显示在计算机 屏幕上，同时在接到电压曲线显示按钮和亮温曲线显示按钮指令后，根据电压-时间数组 和亮温-时间数组Tss」分别在计算机屏幕上显示出η路测试通道的电压-时间曲线和亮 温-时间曲线。在本专利技术中，所述主物镜、准直物镜和次物镜均为消色差双胶合透镜，所述瞄准物 镜为放大物镜，所述光纤为IOm多模光纤；所述分光棱镜由第一、第二三角棱镜和五角棱镜 组成，所述第一三角棱镜和所述第二三角棱镜的夹角为90°，第二三角棱镜和五角棱镜的 夹角为45°，准直物镜出射的平行光束以20. 695°的入射角和出射角经过所述分光棱镜 P。本专利技术所述光电探测器含有16个像元，光谱响应范围为0. 4 1. 1 μ m，其位于短 波光谱一端的连续8个像元两两并联形成4个光电转换通道，其余8个像元各自为一个光 电转换通道，12个光电转换通道对应12路测试通道。在本专利技术中，每个测试通道的采样率均为ΙΟΟΚΗζ，且取At = O. 03ms, j = 7，Tft 始=Tmax+200K。本专利技术的有益效果体现在以下几个方面(一 )毫秒级火工药剂燃烧真温测定仪通过内置高速率的数据采集装置，采样速 率高达单通道ΙΟΟΚΗζ，实现对毫秒级火工药剂辐射信息的获取，解决了传统热电偶测温法 不能测得毫秒级火工药剂辐射信息的难题。( 二)利用方差极小化原理循环迭代计算测得的被测火工药剂的辐射信息数据， 由于真温计算的关键因素在于光谱发射率的计算，本专利技术给出了实际物体中光谱发射率、 波长、温度之间的数据关系，巧妙地处理了发射率的计算问题，进而得到被测火工药剂的燃烧真温。附图说明图1是本专利技术毫秒级火工药剂燃烧真温测定仪的组成示意图。图2是图1中所示光学系统的组成及光路示意图。图3是图2中所示分光棱镜的组成示意图。图4是光电探测器中12路光电转换通道示意图。图5是图1中所示数据采集系统中数据处理单元的工作流程图。图6是图5中所示真温计算子程序的工作流程图。图7是某点火药燃烧过程的电压-时间曲线。图8是某点火药燃烧过程的亮温-时间曲线。图9是某点火药燃烧过程的真温-时间曲线。具体实施例方式下面结合附图及优选实施例对本专利技术的详细内容作进一步说明，以便对本专利技术的 目的、
技术实现思路
及优点进行更深入的理解。正如图1所示，毫秒级火工药剂燃烧真温测定仪包括光学系统、探测系统和数据 采集系统。由于火工品药剂作用过程中可能会伴随有飞片、冲击波、振动产生，为了保证光 谱分光系统远离燃烧爆炸现场，避免光路发生移位，影响系统性能，本专利技术将光学系统分成 两个独立的集成部件即光学瞄准头和光谱分光系统。根据图2所示，光学瞄准头含有主物镜Li、第一反射镜FS、瞄准物镜L4和光纤并 集成在一个光具座中。主物镜Ll为消色差双胶合透镜，瞄准物镜L4为放大物镜，第一反射 镜FS本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种毫秒级火工药剂燃烧真温测定仪，包括含有光学瞄准头和光谱分光系统的光学系统、探测系统和数据采集系统；其特征在于：所述光学瞄准头含有主物镜（Ｌ１）、第一反射镜（ＦＳ）、瞄准物镜（Ｌ４）和光纤并集成在一个光具座中，第一反射镜（ＦＳ）为带有瞄准分划线的平面反射镜，被测火工药剂（Ｔ）和光纤的第一端口分别位于主物镜（Ｌ１）的一对共轭物点和像点上，第一反射镜（ＦＳ）为活动式即通过旋钮可以移入或移出测量光路，当第一反射镜（ＦＳ）移入测量光路时将位于主物镜（Ｌ１）与传输光纤之间且反射面与光轴成４５°角，瞄准物镜（Ｌ４）的分划线位于主物镜（Ｌ１）的等效共轭像点上，当被测火工品药剂（Ｔ）燃烧产生的热辐射经主物镜（Ｌ１）成像，该成像光束首先经第一反射镜（ＦＳ）反射后会聚在瞄准物镜（Ｌ４）的分划线处，在第一反射镜（ＦＳ）移出测量光路后，该成像光束直接会聚在传输光纤的第一端口并经传输后到达光纤的第二端口；所述光谱分光系统含有准直物镜（Ｌ２）、次物镜（Ｌ３）、分光棱镜（Ｐ）和第二反射镜（Ｍ）并集成在暗箱中，第二反射镜（Ｍ）为平面反射镜，当光学瞄准头中的光纤通过光纤连接器与光谱分光系统的箱体连接时，光纤的第二端口位于准直物镜（Ｌ２）的物方焦点处并将光纤传输的像点准直成平行光束；该平行光束经过分光棱镜（Ｐ）后成为按波长排列的光谱束，光谱束经次物镜（Ｌ３）会聚后再经第二反射镜（Ｍ）反射后到达所述探测系统；所述探测系统含光电探测器（Ａ）和前置放大器，光电探测器（Ａ）为线阵列探测器，前置放大器为电阻反馈式放大电路，光电探测器（Ａ）将其光敏面上接收到的光谱成像光束同步转换成ｎ路电流信号且６≤ｎ≤２０，ｎ路电流信号经相应的电阻反馈式放大电路后转换为电压信号，传输到下一级的数据采集系统；所述数据采集系统为装有数据采集卡、存储器和数据处理单元的计算机，存储器中存有ｎ路测试通道的工作波长、ｎ路测试通道的亮温－电压数组、普朗克常数Ｃ↓［２］、黑体参考温度Ｔ′，ｎ路测试通道测量参考温度Ｔ′获得的测量电压值Ｖ′↓［ｉ］，ｉ＝１，２…，ｎ；数据处理单元含有页面模块、采集模块、转换模块、计算模块和显示模块，所述页面模块的功能是在计算机显示屏上显示参数设置栏和功能按钮组，参数设置栏用于设置初始真实温度Ｔ↓［初始］、真温初始计算时间ｔ－Δｔ和截止时间ｔ＋Δｔ，ｔ为ｎ路测试通道中最大亮温值Ｔｍａｘ所对应的时间，采集模块的功能是根据采集按钮指令通过数据采集卡采集ｎ路测试通道...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李占英，席兰霞，刘举鹏，郭崇星，刘春建，刘欢杨，杨远生，
申请(专利权)人：中国兵器工业第二一三研究所，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]