火炮高速比色红外测温装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种测温装置，具体是一种火炮高速比色红外测温装置，还涉及采用 这种火炮高速比色红外测温装置测试火炮温度参量的方法。
【背景技术】
[0002] 火炮在发射过程中，温度参量具有瞬态、脉冲式等热冲击特性，因此，要求温度测 试系统必须具有快速的响应时间、良好的动态特性、更宽的量程范围、更高的采样速率等， 同时要求测温系统不能破坏被测对象的温度场，并具有抗烟雾、灰尘、冲击、远距离传输等 功能。
[0003] 用于火炮温度测试的传感器主要包括热电偶、红外测温仪等，其中，红外测温仪是 利用红外探测器来检测受热物体的红外辐射能量，并将被测温度值转换为模拟电信号输 出。由于红外测温仪属于非接触测试方式，不影响被测对象的温度场，同时具有响应时间 短、寿命长等特点，因此应用比较广泛。红外测温仪分为单色、双色两大类。单色测温的红 外探测器采用一个波段，要求已知被测对象的发射率（发射率是指在某温度下、某波长处， 目标物体所辐射的能量与黑体在相同条件下所辐射的能量的比值，黑体在所有温度、所有 波长上的发射率为常数），对于一些发射率较难获取的场合测试误差较大。双色测温是通过 双波段测得结果的比值计算被测温度，当发射率未知或变化时，只要发射率在两个波长上 的变化相同，就无需知道被测物质的发射率，从而摆脱了对绝对能量测量的依赖，较单色测 温仪，具有尚精度、尚重复性等特性。
[0004] 参照图1。现有的非接触式火炮温度参量测试装置包括单色红外测温仪、双色红外 测温仪、取样电路和多通道数字示波器。单色红外测温仪、双色红外测温仪输出的电流信号 通过各自的取样电路转化为电压信号，接多通道数字示波器的两个输入通道。
[0005] 单色红外测温仪，采用0. 75~I.Iym波长范围的红外探测器，实现400~1000°C 温度范围的信号提取，并调理成4~20mA的电流输出，通过500Q、1/2W的取样电路转换为 0~IOV的模拟电压信号输出。双色红外测温仪，分别采用0. 75~I.Iym、0. 95~I.Iym 两种波长范围的红外探测器，实现1000~2500°C温度范围的信号提取、并调理成4~20mA 的电流输出，再通过500Q、1/2W的取样电路转换为0~IOV的模拟电压信号输出。多通道 数字示波器用于对取样电路输出的电压信号进行采集、存储、处理。
[0006] 现有技术的不足之处在于：一是红外测温仪响应时间长。对于高性能火炮，在射 击时，炮口热冲击气流的持续时间约为2ms，因此，要求红外测温仪的响应时间要远远小于 2ms，才能真实反映出每个快速变化的热冲击信号。而现有测试技术低温区、高温区红外测 温仪的响应时间分别为lms、10ms，响应时间较长，不适用于温度信号快速变化的测试需求。 二是单色红外测温仪测试误差较大。现有技术低温区采用单色红外测温仪技术，单色红外 测温仪的探测器采用一种波长，是对绝对辐射能量的测量，因此要求已知被测对象的发射 率，如果发射率变化则带来较大的测试误差较大。由于影响发射率的主要因素是被测对象 的材料成份及表面特性，本发明被测对象火炮热冲击参量是一个包含空气、一氧化碳、未燃 烧尽火药颗粒等多种成份的综合体，其材料成份、形态、表面特征等复杂多变，因此，被测对 象发射率未知且难获取，使测试误差较大。三是多通道数字示波器测量精度低。多通道数 字示波器的测量精度为±1. 5%，且没有信号滤波等调理功能。
【发明内容】
[0007] 为了克服现有非接触式火炮温度参量测试装置测试精度低的不足。本发明提供一 种火炮高速比色红外测温装置，该装置包括中温高速比色红外温度传感器、高温高速比色 红外温度传感器、取样电路和多通道数据采集系统。中温高速比色红外温度传感器，分别采 用短波、长波两波段的红外探测器，实现中温区温度的信号提取，并调理成电流信号输出， 通过取样电路转换为模拟电压信号输出。高温高速比色红外温度传感器，分别采用短波、长 波两波段的红外探测器，实现高温区温度的信号提取，并调理成电流信号输出，通过取样电 路转换为模拟电压信号输出。多通道数据采集系统用于对中温、高温高速比色红外温度传 感器变换输出的短波电压、长波电压信号进行采集、存储和处理。该测温装置具有中温、高 温区红外测温双比色、快速响应特性，同时提高了测试精度。
[0008]本发明还提供采用上述火炮高速比色红外测温装置测量火炮温度的方法。
[0009]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种火炮高速比色红外测温装置， 其特点是包括中温高速比色红外温度传感器、高温高速比色红外温度传感器、取样电路和 多通道数据采集系统。中温高速比色红外温度传感器、高温高速比色红外温度传感器输出 的短波电流、长波电流信号，分别通过各自的取样电路转化为短波电压、长波电压信号，送 多通道数据采集系统的四个输入通道。
[0010] 中温高速比色红外温度传感器，分别采用中心波长为1. 35ym和1. 60ym的两波 段红外探测器，对400~1000 tC温度范围的信号进行提取，并调理成0~24mA的电流，分 别通过250Q、1/4W的取样电路转换为短波电压信号和短波电压信号送多通道数据采集系 统。高温高速比色红外温度传感器，分别采用中心波长为〇? 96ym和L06ym的两波段红外 探测器，对900~2500°C温度范围的信号提取，并调理成0~15mA的电流，分别通过250Q、 1/4W的取样电路转换为短波电压信号和短波电压信号送多通道数据采集系统。
[0011] 一种采用上述火炮高速比色红外测温装置测量火炮温度的方法，其特点是采用以 下步骤：
[0012] 步骤一、调节各装置的参数。
[0013] 1)中温高速比色红外温度传感器供电电压15~24VDC，供电电流50mA，温度范 围400~1000°C，距离系数120:1，光谱响应波段短波L35ym，长波1.60ym，响应时间 20ys，采用光学瞄准，0~24mA电流输出。
[0014] 2)高温高速比色红外温度传感器供电电压15~24VDC，供电电流50mA，温度范 围900~2500°C，距离系数120:1，光谱响应波段短波0.96ym，长波1.06ym，响应时间 20ys，采用光学瞄准，0~15mA电流输出。
[0015] 3)取样电路的电阻250Q，功率1/4W，误差±5%。
[0016]4)多通道数据采集系统为16通道，测量带宽DC~2MHz，-3dB，电压输入范围 ±0. 5mV、±lmV、±2. 5mV、±5mV、±10mV、±25mV、±50mV、±100mV、±250mV、±500mV、 ±1V、±2V、±5V和±10V，共14个量程程控选择。低通滤波器100Hz、300Hz、lkHz、3kHz、 10诎2、30诎2、100诎2、300诎2和1]?抱，共9个量程程控选择。直流精度0.05%读数+0.02% 量程。隔离电压±350VDC。接口型式BNC。
[0017] 步骤二、高速比色红外温度传感器的安装与瞄准。
[0018] 1)机械安装与瞄准。
[0019] 安装：采用两台高低及方位均可调节、上平面中心部位带有安装螺栓的三角支架， 将中温高速比色红外温度传感器、高温高速比色红外温度传感器，分别通过传感器底部的 安装孔安装在三角支架上。
[0020] 瞄准：先测量出两台高速比色温度传感器与被测目标的直线距离，再调节三角支 架上的高低、方向调节杆，观察两台高速比色温度传感器的目镜使目标尽可能在目镜小黑 点的中央、并尽可能充满小黑点，旋转温度传感器物镜使目标聚焦清晰。
[0021] 2)电安装。
[0022] 采用一台电压为15~24V、电流不小于200mA的直流电源，采用两线制，同时对中 温高速比色红外温度传感器和高温高速比色红外温度传感器供电。
[0023]采用4个电阻值为250Q、功率为1/4W、误差为±5%的电阻，分别接到中温高速比 色红外温度传感器和高温高速比色红外温度传感器的中温短波、中温长波、高温短波、高温 长波的输出端，将输出电流值转换为电压值。
[0024] 步骤三、对多通道数据采集系统进行设置，1)自检：打开电源，仪器正常启动并通 过自检，在桌面上双击DEWESoft7软件图标，进入设置主界面。2)采集设置：设采样率IMHz/ ch，采集模式设为记录仪模式。3)通道设置：将通道1、通道2、通道3、通道4的0N/0FF均 设为Used，设测量方式为电压方式，量程范围设为5V，滤波频率设为300kHz，耦合DC，激励 电压设为0V，输出偏置设为0%。4)记录设置：点击Store记录键，设置文件名为001，处于 等待记录状态。
[0025] 步骤四、整套测温装置标定。
[0026] 1)采用红外温度校准器进行测温装置的标定。
[0027]2)红外温度校准器参数选择：测量范围0~2500°C，精度± 1°C，