辐射测温法在SRM尾焰温度测试中的发展趋势
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【摘要】 本文介绍了红外热像仪测温法、CCD图像传感器测温法、多光谱测温法等辐射测温法在固体火箭发动机尾焰温度测试中的应用，并讨论了各自的优缺点。
【关键词】 固体火箭发动机尾焰 红外热像仪 CCD 多光谱
一、引言
固体火箭发动机尾焰是一种高温、高压、高速的两相流，其尾焰温度及其分布的测量，在型号研制试验过程中，具有十分重要的基础意义。对于研究固体推进剂的燃烧和发动机内流场的特性，以及对于应用高能固体推进剂、研究低特征固体推进剂具有重要意义[1]。另外，导弹武器的隐身技术和突防能力也要求对固体火箭发动机尾焰温度、尾焰温度场和红外热辐射等特征有所了解。
二、红外热像仪测温技术
红外热像仪测温技术是当今迅速发展的高新技术之一，现已在军事、工程、民用等领域发挥着重要作用。红外热像仪测温技术的理论基础是普朗克定律，所用波长主要集中在红外光0.76μm～1000μm，是通过非接触来探测红外能量，并将其转换为电信号，进而在显示器上生成热图像和温度值[2]，还可对发热的故障区域进行准确识别和严格分析。红外热像仪测温技术是窄谱辐射成像测量技术，影响因素较多，在固体火箭发动机尾焰温度测试中，大气吸收、太阳光是影响尾焰温度测试精度的主要因素，但尾焰发射率是影响红外热像仪测温精度的最大不确定因素。由于红外热像仪自身的不足，所获得的图像是表征景物温度场的分布，是灰度图像，分辨率低，视觉效果差，清晰度低于可见光图像；红外图像的信噪比比普通图像低，探测单元的响应特性不一致。在对固体火箭发动机尾焰温度进行现场测试时，适合尾焰温度变化趋势的测试，更适合于测量发动机壳体、喷管及前后封头温度的变化情况及变化趋势的测量，有助于在试验过程中出现壳体烧穿、爆炸等事故的技术归零。
三、CCD测温技术
① CCD单色测温法。单色测温法是利用单一波长光线的辐射能量与温度之间的关系进行测温[4]。这种方法需在很窄的波段内实现，导致探测器接收的能量太小而无法产生足够的响应，并且未知发射率的变化带来很大误差。由于尾焰所发射的光波单色性较差，在工程应用中受到很多限制。但利用黑体炉标定，并对标定数据进行曲线拟合，利用拟合曲线对试验数据进行处理来获得尾焰温度的方法，在尾焰温度测试工程应用中取得了良好试验效果，但测温精度相对较低。
② CCD比色测温法。根据热辐射物体在两个或两个以上波长的光谱辐射亮度之比与温度之间的函数关系来测量温度的方法[4]。在利用CCD比色测温法对为尾焰温度进行测试时，可减小由尾焰发射率变化带来的测温误差，相对于单色测温法测量精度有所提高，但测温范围较窄，适用性不强。
③ CCD三基色测温法。三基色测温法是利用CCD摄像机输出的红、绿、蓝三个等效波长的信息，经过数据处理，得到被测物体的辐射温度。利用三基色测温法对尾焰温度进行测量时，与CCD比色测温法相比，可以进一步减小由尾焰的发射率变化带来的测温误差，但测温范围变得更窄。
四、多光谱辐射测温技术
在测量固体火箭发动机尾焰温度时，无论是使用红外热像仪测温技术还是CCD测温技术，测得的不是尾焰的真实温度，只是分别为亮度温度或辐射温度等。要想获得固体火箭发动机尾焰的真实温度，必须知道尾焰的发射率（黑度系数），才可求得尾焰的真实温度。多光谱辐射测温法，即在一个仪器中制成多个光谱通道，利用多个光谱的物体辐射亮度的测量信息，再经数据处理而得到物体的温度和材料光谱发射率，也可同时测量目标真实温度及材料光谱发射率的非接触测温方法，也可作为多参数动态热物性测试的重要仪器，用以测量试样的发射率、熔点、比热和热膨胀等[5]。多光谱辐射测温法不需要任何辅助设备和附加信息，对被测对象也无特殊要求，因而特别适合尾焰温度的真温及发射率的同时测量，尽管目前其理论还不够完善，但在工程应用中已表现出了极好的发展前景，且测温精度相对较高。但采用多光谱辐射测温法对尾焰温度进行测量时，辐射温度仪标定技术的好坏直接影响测温精度。
五、结束语
在利用辐射测温法对固体火箭发动机尾焰温度进行测试时，从单波长逐步向多波长发展，测温精度、响应速度、稳定性都在不断提高，测温范围也在不断延伸。在今后的工程应用中，可利用接触式测温法对非接触测温数据进行修正，来减小尾焰发射率和现场环境对测温精度的影响。
参 考 文 献
[1]贺博、龚晓红、林辉、叶玉春.红外热像仪在固体火箭发动机羽焰测温中的应用[J].固体火箭技术，2005，28（2）.
[2]李翔、张亮. CCD技术在发动机温度场测试中的应用研究[J].航空兵器，2012（2）：33-36.
[3]张光喜、周为民、张钢锤、南宝江.固体火箭发动机尾焰流场特性研究 [J].固体火箭技术，2008，31（1）：19-23.
[4]张亮. 基于 CCD 图像传感器的温度测量技术研究[D]. 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文， 2008.
[5]戴景民. 多光谱辐射测温技术研究[D]. 哈尔滨工业大学工学博士学位论文， 1995.
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