多光譜輻射測溫技術測量火工煙火藥劑燃燒溫度的探討

朱凱 嚴志明 許浩(沈陽理工大學特種能源技術與工程專業, 遼寧 沈陽 110159)

多光譜輻射測溫技術測量火工煙火藥劑燃燒溫度的探討

朱凱 嚴志明 許浩(沈陽理工大學特種能源技術與工程專業, 遼寧 沈陽 110159)

為了對火工煙火藥劑實際的燃燒火焰溫度進行準確的測量，依照多光譜有關輻射測溫技術方面的工作原理，研制有關的多光譜高溫計；根據二次測量的相關數據處理方法，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燃燒溫度方面的測定效果非常好，并且穩定性也很高。

多光譜輻射測溫技術；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過程非常復雜，其主要部分是連續譜帶，并且在燃燒過程中會產生特征譜。對火工煙火藥劑有關燃燒輻射特性方面的分析研究，給多光譜輻射有關測溫系統方面的測試通道設定打下了基礎。

2 多光譜輻射測溫原理

多光譜輻射相關測溫技術，實際上就是在一個儀器當中制成多個相關的光譜通道，憑借多個光譜的有關物體輻射亮度來測量具體的信息，嘗試利用合理的數據處理來算出物體的溫度以及材料光譜發射率。有關多光譜輻射相關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，但是和溫度無關的一個檢定常數，它和這種波長下探測器的幾何尺寸、光學元件透光率、光譜響應率，還有第一輻射常數等存在一定聯系； ε( λi，T)是溫度達到T時的目標光譜發射率；C2是普朗克有關第二輻射常數；而λi是第i個相關的有效工作波長。因為發射率和環境因素以及目標源所具有的物理特性等有關因素之間存在一定聯系，相同的物質如果處于不同的波長會出現不同的發射率，因此溫度測量方面的關鍵，就是對發射率問題進行正確的處理。

3 多光譜輻射測溫系統

3.1 硬件系統

多光譜高溫計包括數據處理部分、數據采集部分、電路部分以及光學部分。

多光譜高溫計有關亮溫方程標定方面應用的是整百度標定法，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，其標定方程式如下所示：

在式(2)當中：Q=Vi/Vo，Vi是各通道測量的實際電壓值，而Vo是個通道之內最大的有關測量電壓值，Tb是亮溫，A、B、C是相關的標定方程系數。憑借最小二乘法來擬合對應的標定方程，構建電壓和亮溫之間互相對應的關系，得到的標定曲線見圖1。

圖1

在發射率方面的處理，是對多波長測溫精度產生影響的一個主要因素。筆者選定根據二次測量的有關數據處理方法，也就是利用對兩個不同溫度位置的有關測量數據進行處理，從而求得被測目標的光譜發射率和真溫，這種方法不對發射率和波長之間存在的函數關系進行任何限制，但是要求發射率實際選定的波長處和溫度之間存在近似相同的有關線性關系，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時的有關光譜發射率。

就具體的物體而言，發射率會根據溫度的變化而產生變化的情況是客觀存在的，因此上述假設對于一定溫區以及一定波長范圍之內是完全成立的。

4 結語

多光譜輻射相關測溫技術，對于火工煙火藥劑有關燃燒火焰溫度方面的測量當中的應用，對傳統測試方法當中容易出現數據丟失的問題進行了有效的解決，為火工煙火藥劑有關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.瞬態光譜測量技術與多光譜輻射測溫技術的巧妙結合——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。②嚴志明，男，山東，本科，遼寧省沈陽市沈陽理工大學。③許浩，男，內蒙古，本科，遼寧省沈陽市沈陽理工大學。