多光譜輻射測溫技術(shù)測量火工煙火藥劑燃燒溫度的探討

朱凱 嚴(yán)志明 許浩(沈陽理工大學(xué)特種能源技術(shù)與工程專業(yè), 遼寧 沈陽 110159)

多光譜輻射測溫技術(shù)測量火工煙火藥劑燃燒溫度的探討

朱凱 嚴(yán)志明 許浩(沈陽理工大學(xué)特種能源技術(shù)與工程專業(yè), 遼寧 沈陽 110159)

為了對火工煙火藥劑實際的燃燒火焰溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的測量，依照多光譜有關(guān)輻射測溫技術(shù)方面的工作原理，研制有關(guān)的多光譜高溫計；根據(jù)二次測量的相關(guān)數(shù)據(jù)處理方法，明確了燃燒火焰的實際溫度。實驗證明，這種多光譜高溫計在火工煙火藥劑有關(guān)燃燒溫度方面的測定效果非常好，并且穩(wěn)定性也很高。

多光譜輻射測溫技術(shù)；火工煙火藥劑；燃燒溫度

1 火工煙火藥劑燃燒輻射光譜分析

火工煙火藥劑方面的燃燒反應(yīng)過程非常復(fù)雜，其主要部分是連續(xù)譜帶，并且在燃燒過程中會產(chǎn)生特征譜。對火工煙火藥劑有關(guān)燃燒輻射特性方面的分析研究，給多光譜輻射有關(guān)測溫系統(tǒng)方面的測試通道設(shè)定打下了基礎(chǔ)。

2 多光譜輻射測溫原理

多光譜輻射相關(guān)測溫技術(shù)，實際上就是在一個儀器當(dāng)中制成多個相關(guān)的光譜通道，憑借多個光譜的有關(guān)物體輻射亮度來測量具體的信息，嘗試?yán)煤侠淼臄?shù)據(jù)處理來算出物體的溫度以及材料光譜發(fā)射率。有關(guān)多光譜輻射相關(guān)測溫方法的具體原理如下，假如多波長高溫計存在n個通道，那么儀器處于第i個工作波長的時候，其輸出信號能夠表示成：

式中： Aλi是和波長有關(guān)，但是和溫度無關(guān)的一個檢定常數(shù)，它和這種波長下探測器的幾何尺寸、光學(xué)元件透光率、光譜響應(yīng)率，還有第一輻射常數(shù)等存在一定聯(lián)系； ε( λi，T)是溫度達(dá)到T時的目標(biāo)光譜發(fā)射率；C2是普朗克有關(guān)第二輻射常數(shù)；而λi是第i個相關(guān)的有效工作波長。因為發(fā)射率和環(huán)境因素以及目標(biāo)源所具有的物理特性等有關(guān)因素之間存在一定聯(lián)系，相同的物質(zhì)如果處于不同的波長會出現(xiàn)不同的發(fā)射率，因此溫度測量方面的關(guān)鍵，就是對發(fā)射率問題進(jìn)行正確的處理。

3 多光譜輻射測溫系統(tǒng)

3.1 硬件系統(tǒng)

多光譜高溫計包括數(shù)據(jù)處理部分、數(shù)據(jù)采集部分、電路部分以及光學(xué)部分。

多光譜高溫計有關(guān)亮溫方程標(biāo)定方面應(yīng)用的是整百度標(biāo)定法，亮溫指的就是假如在某一波長下，實際物體的光譜輻射亮度和絕對黑體的光譜輻射亮度一樣，那么黑體溫度就叫做測試對象實際的亮度溫度，其標(biāo)定方程式如下所示：

在式(2)當(dāng)中：Q=Vi/Vo，Vi是各通道測量的實際電壓值，而Vo是個通道之內(nèi)最大的有關(guān)測量電壓值，Tb是亮溫，A、B、C是相關(guān)的標(biāo)定方程系數(shù)。憑借最小二乘法來擬合對應(yīng)的標(biāo)定方程，構(gòu)建電壓和亮溫之間互相對應(yīng)的關(guān)系，得到的標(biāo)定曲線見圖1。

圖1

在發(fā)射率方面的處理，是對多波長測溫精度產(chǎn)生影響的一個主要因素。筆者選定根據(jù)二次測量的有關(guān)數(shù)據(jù)處理方法，也就是利用對兩個不同溫度位置的有關(guān)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而求得被測目標(biāo)的光譜發(fā)射率和真溫，這種方法不對發(fā)射率和波長之間存在的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行任何限制，但是要求發(fā)射率實際選定的波長處和溫度之間存在近似相同的有關(guān)線性關(guān)系，具體如下：

式中：T0是某個初始溫度；而ε0i是波長為λi，并且溫度是T0時的有關(guān)光譜發(fā)射率。

就具體的物體而言，發(fā)射率會根據(jù)溫度的變化而產(chǎn)生變化的情況是客觀存在的，因此上述假設(shè)對于一定溫區(qū)以及一定波長范圍之內(nèi)是完全成立的。

4 結(jié)語

多光譜輻射相關(guān)測溫技術(shù)，對于火工煙火藥劑有關(guān)燃燒火焰溫度方面的測量當(dāng)中的應(yīng)用，對傳統(tǒng)測試方法當(dāng)中容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的問題進(jìn)行了有效的解決，為火工煙火藥劑有關(guān)燃燒輸出特性方面的研究和新型配方方面的研制等提供了有效的基礎(chǔ)支持。

[1]李占英，席蘭霞，劉舉鵬，郭崇星，劉春建，劉歡楊.多光譜輻射測溫法應(yīng)用于測定火工煙火藥劑燃燒溫度[J].含能材料,2012,(04):103.

[2]劉樵子，李占英.瞬態(tài)光譜測量技術(shù)與多光譜輻射測溫技術(shù)的巧妙結(jié)合——用于測定火工藥劑的燃燒溫度[J].紅外,2013,(02):168.

①朱凱，男，河北石家莊，本科，遼寧省沈陽市沈陽理工大學(xué)。②嚴(yán)志明，男，山東，本科，遼寧省沈陽市沈陽理工大學(xué)。③許浩，男，內(nèi)蒙古，本科，遼寧省沈陽市沈陽理工大學(xué)。