多光谱辐射测温技术测量火工烟火药剂燃烧温度的探讨

朱凯 严志明 许浩(沈阳理工大学特种能源技术与工程专业, 辽宁 沈阳 110159)

多光谱辐射测温技术测量火工烟火药剂燃烧温度的探讨

朱凯 严志明 许浩(沈阳理工大学特种能源技术与工程专业, 辽宁 沈阳 110159)

为了对火工烟火药剂实际的燃烧火焰温度进行准确的测量，依照多光谱有关辐射测温技术方面的工作原理，研制有关的多光谱高温计；根据二次测量的相关数据处理方法，明确了燃烧火焰的实际温度。实验证明，这种多光谱高温计在火工烟火药剂有关燃烧温度方面的测定效果非常好，并且稳定性也很高。

多光谱辐射测温技术；火工烟火药剂；燃烧温度

1 火工烟火药剂燃烧辐射光谱分析

火工烟火药剂方面的燃烧反应过程非常复杂，其主要部分是连续谱带，并且在燃烧过程中会产生特征谱。对火工烟火药剂有关燃烧辐射特性方面的分析研究，给多光谱辐射有关测温系统方面的测试通道设定打下了基础。

2 多光谱辐射测温原理

多光谱辐射相关测温技术，实际上就是在一个仪器当中制成多个相关的光谱通道，凭借多个光谱的有关物体辐射亮度来测量具体的信息，尝试利用合理的数据处理来算出物体的温度以及材料光谱发射率。有关多光谱辐射相关测温方法的具体原理如下，假如多波长高温计存在n个通道，那么仪器处于第i个工作波长的时候，其输出信号能够表示成：

式中： Aλi是和波长有关，但是和温度无关的一个检定常数，它和这种波长下探测器的几何尺寸、光学元件透光率、光谱响应率，还有第一辐射常数等存在一定联系； ε( λi，T)是温度达到T时的目标光谱发射率；C2是普朗克有关第二辐射常数；而λi是第i个相关的有效工作波长。因为发射率和环境因素以及目标源所具有的物理特性等有关因素之间存在一定联系，相同的物质如果处于不同的波长会出现不同的发射率，因此温度测量方面的关键，就是对发射率问题进行正确的处理。

3 多光谱辐射测温系统

3.1 硬件系统

多光谱高温计包括数据处理部分、数据采集部分、电路部分以及光学部分。

多光谱高温计有关亮温方程标定方面应用的是整百度标定法，亮温指的就是假如在某一波长下，实际物体的光谱辐射亮度和绝对黑体的光谱辐射亮度一样，那么黑体温度就叫做测试对象实际的亮度温度，其标定方程式如下所示：

在式(2)当中：Q=Vi/Vo，Vi是各通道测量的实际电压值，而Vo是个通道之内最大的有关测量电压值，Tb是亮温，A、B、C是相关的标定方程系数。凭借最小二乘法来拟合对应的标定方程，构建电压和亮温之间互相对应的关系，得到的标定曲线见图1。

图1

在发射率方面的处理，是对多波长测温精度产生影响的一个主要因素。笔者选定根据二次测量的有关数据处理方法，也就是利用对两个不同温度位置的有关测量数据进行处理，从而求得被测目标的光谱发射率和真温，这种方法不对发射率和波长之间存在的函数关系进行任何限制，但是要求发射率实际选定的波长处和温度之间存在近似相同的有关线性关系，具体如下：

式中：T0是某个初始温度；而ε0i是波长为λi，并且温度是T0时的有关光谱发射率。

就具体的物体而言，发射率会根据温度的变化而产生变化的情况是客观存在的，因此上述假设对于一定温区以及一定波长范围之内是完全成立的。

4 结语

多光谱辐射相关测温技术，对于火工烟火药剂有关燃烧火焰温度方面的测量当中的应用，对传统测试方法当中容易出现数据丢失的问题进行了有效的解决，为火工烟火药剂有关燃烧输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础支持。

[1]李占英，席兰霞，刘举鹏，郭崇星，刘春建，刘欢杨.多光谱辐射测温法应用于测定火工烟火药剂燃烧温度[J].含能材料,2012,(04):103.

[2]刘樵子，李占英.瞬态光谱测量技术与多光谱辐射测温技术的巧妙结合——用于测定火工药剂的燃烧温度[J].红外,2013,(02):168.

①朱凯，男，河北石家庄，本科，辽宁省沈阳市沈阳理工大学。②严志明，男，山东，本科，辽宁省沈阳市沈阳理工大学。③许浩，男，内蒙古，本科，辽宁省沈阳市沈阳理工大学。