[发明专利]一种发动机热防护结构温度场多模测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及温度测量系统，尤其涉及一种发动机热防护结构温度场多模测量系统。

背景技术

对于发动机热防护结构的温度场测量，现有技术主要采用是接触式测量方法和光学非接触测量方法。其中，接触式测量方法采用热电偶等接触式温度传感器，由于其测温上限低、动态响应特性较差、干扰被测目标等缺点，无法很好满足发动机热防护结构的温度测量需求。因此，光学非接触温度测量(也称为辐射测温法)在发动机试验中的应用日益广泛，其测量方案主要有：波段积分与单色测量方案、比色测量方案、多波长测量方案等。

辐射测温法测量真实温度的最大障碍是受到被测对象发射率的影响。波段积分与单色测量方案模型简单，但受到被测对象发射率影响较大，只有对黑体进行测量时才能得到准确温度场，且容易受到测量环境影响，因此在实际温度测量时难以得到理想的结果，应用较少。为消除目标发射率以及温度场测量中杂质、水汽等的吸收和被测物所处环境的反射对温度场测量的影响，可采用发射率变化缓慢区域距离较近的两个波长，利用两个探测器分别接收两个窄波段通道的辐射信号，通过比色法来精确测量出物体的温度场。比色测量方案中，利用了在一定的波段范围内，被测目标光谱发射率相等与波长无关的假设。实际应用中，由于某些目标光谱发射率不相等，与波长的关系为一阶或更高阶的关系，因此需要采用多波长测量方案。理论上，只要目标光谱发射率与波长关系精确，就可以根据多波长温度测量原理同时得出被测物体的真温和光谱发射率，其测温的理论模型最为先进。但多波长温度测量方法耗时较长，不适合对高速变化的温度场进行直接测量。

发明内容

为了解决上述发动机热防护结构的温度场测量方法存在的问题，本发明提供了一种发动机热防护结构温度场多模测量系统。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种发动机热防护结构温度场多模测量系统，系统包括标准辐射源、辐射测温传感系统、三维转台、现场控制系统和远程综合控制系统；被测目标和标准辐射源发出的光线被辐射测温传感系统探测，形成测量数据，经由现场控制系统传输至远程综合控制系统中，三维转台用于调节辐射测温传感系统的俯仰角和方位角；标准辐射源作为实时校正源，提供相应测量波段的标准辐射，通过定量分析标准辐射源在不同波段以及波长的光辐射衰减率，对被测目标的温度场进行校正。

所述标准辐射源可以是红外与可见光复合标准辐射源，所述红外与可见光复合标准辐射源能够更好的克服被测目标到测量系统之间路径上的气体吸收和现场杂散光的干扰，提高校正准确率。

所述辐射测温传感系统可以设置成为包括红外宽波段温度场测量装置以及可见光-红外波段比色及多波长温度场测量装置，根据两个测量装置获得的测量数据，确定被测对象的温度。

可以设置分光及光路折转系统以将输入光线分别传送至所述红外宽波段温度场测量装置和所述可见光-红外波段比色及多波长温度场测量装置。

所述红外宽波段温度场测量装置优选包括一次成像光学系统、温度实时校准黑体、量程切换机构、二次成像光学系统、非制冷红外焦平面探测器及第一后处理电路；温度实时校准黑体设置于一次成像光学系统的像面上，从所述温度实时校准黑体输出的光线经过量程切换机构从而实现不同量程的切换，此后，光线经过二次成像光学系统成像在非制冷红外焦平面探测器上，探测器输出的电压值经第一后处理电路后，输出第一测量数据。

所述可见光-红外波段比色及多波长温度场测量装置优选包括前端光学系统、滤光系统、后端光学系统、CCD探测器和第二后处理电路；所述前端光学系统将光线会聚到所述滤光系统平面上，所述滤光系统将所述光线分离成单色光，后端光学系统将所述单色光成像在CCD探测器上，CCD探测器输出的电压值经过第二后处理电路后，输出第二测量数据。

所述红外宽波段温度场测量装置还可以包括调焦机构，所述调焦机构用于根据被测目标的距离，调节光学系统焦距，使被测目标通过光学系统后在所述非制冷红外焦平面探测器焦平面上成清晰图像。

所述辐射测温传感系统还可以包括防护结构，所述分光及光路折转系统、所述红外宽波段温度场测量装置和所述可见光-红外波段比色及多波长温度场测量装置设置于所述防护结构内，入射光线经过设置在防护结构上的宽波段窗口入射至所述分光及光路折转系统。

在所述防护结构上还可以设置目视瞄准镜，用于人眼通过目视瞄准镜观察目标，可在现场迅速调节光学系统焦距。

本发明有益效果如下：

本发明与现有技术相比的有益效果：