哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
阴极表面温度是真空弧等离子体放电过程中一个重要参数, 对真空弧等离子体的形成、 电极腐蚀预测、 热传导以及离子源的寿命都有重要影响。 真空弧离子源的阴极具有目标小, 放电过程快等特点, 其温度的测量, 对于时间分辨率和空间分辨率要求都很高, 阴极表面温度的测量技术的欠缺, 使得仅靠理论解析获得的结果难以得到验证。 并且等离子体放电过程中测量仪器极易受到弧光的影响, 如何避免放电过程中等离子体的辐射也是采用辐射法测量阴极表面温度要考虑的问题。 这无疑给其温度场的测试研究带来困难。 针对脉冲真空弧等离子体开展阴极表面温度测试实验有着重要意义, 在分析了真空弧等离子体放电特性以及背景辐射特性和等离子体放电阴极测温的实际需求, 本文基于高速CCD相机研制了一种新型的多光谱高温计。 该高温计采用单色高速CCD相机, 主要避免RGB彩色相机不能完全滤除背景辐射的弧光。 为使用单色CCD相机实现多光谱辐射测温, 设计了高温计的光学系统, 该系统采用4孔径分光系统。 将4种不同波长的滤光片嵌入到1个滤光片中。 该研究设计的高温计可用于2 000~6 000 K的等离子体温度测量。 并在中国工程物理研究院电子工程研究所进行现场测试, 测试过程中将研制的高温计, 通过外部触发形式对等离子体放电过程进行跟踪拍摄, 高温计完全拍摄到等离子体放电过程。 利用真空弧等离子体金属电极阴极放电的实测数据对高温计进行了验证。 实验结果表明, 设计的新型多光谱高温计能够用于测量真空弧等离子体放电时阴极温度场信息, 测量的温度值低于放电电极的沸点温度, 与等离子体放电过程中出现气化现象相符, 说明高温计测的是等离子体放电阴极的温度。
等离子体 金属电极放电 真温 多光谱高温计 高温测量 Plasma Discharge of metal electrode True temperature Multi-spectral pyrometer High temperature measurement
1 烟台大学机电汽车工程学院, 山东 烟台 264005
2 凉山矿业股份有限公司, 四川 会理 615141
3 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
现有的多光谱高温计的测量下限均大于1 173 K(900 ℃), 不适用于新型火箭羽焰真温测量范围的要求(900~2 700 K)。 为了解决现有的多光谱高温计无法测量1 173 K以下羽焰真温的问题, 研制了用于固体火箭发动机羽焰真温测量的宽量程多光谱高温计。 该多光谱高温计采用了并联光电探测器阵列相邻像元的方法, 并且创建了基于对数函数的900~1 173 K温区的温度标定方法, 从而拓宽了高温计的温度测量范围。 针对某型号固体火箭发动机羽焰的三个目标点进行了现场测量, 实验结果验证了该高温计的有效性。
真温 多光谱高温计 羽焰 宽量程 温度标定 True temperature Multi-spectral pyrometer Engine plume Wide-range Temperature calibration 光谱学与光谱分析
2018, 38(9): 2860
1 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 西安航天动力测控技术研究所, 陕西 西安 710025
针对光纤式多光谱高温计波长标定中由于光纤耦合导致信号太弱而无法获得有效波长的问题, 基于普朗克定律, 充分结合不同标定温度点的标定值的比值, 提出了一种由温度标定数据来确定有效波长的方法。 相比于传统的有效波长标定方法, 新方法避免了耗时复杂的波长标定过程可以快速获取有效波长。 分别采用仿真和实验两种手段来验证新方法的可行性和有效性。 仿真结果表明所提出的新方法可行并且具有一定的抗随机误差能力, 所得有效波长计算的真温值与实际值的相对误差小于0.7%。 实验结果表明提出的新方法能够得到各个通道的有效波长值, 进一步验证了该方法的有效性。 所提出的新方法也可应用于其他多光谱高温计, 为多光谱高温计的研制和应用提供了理论基础。
标定 有效波长 多光谱高温计 真温 Calibration Effective wavelength Multi-spectral pyrometer True temperature 光谱学与光谱分析
2017, 37(8): 2352
1 哈尔滨理工大学测控技术与仪器黑龙江省高校重点实验室, 黑龙江 哈尔滨150080
2 哈尔滨理工大学工程电介质及其应用技术教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨150080
3 哈尔滨工业大学仪器科学与技术专业, 黑龙江 哈尔滨150001
两种多光谱高温计无源温区标定方法, 即依据图形相似性原理的标定方法和依据高温计传递函数的标定方法。 为验证两种方法的实用性, 通过对黑体辐射出度加入不同大小的随机误差模拟不同测量精度的多光谱高温测量系统, 对这两种方法的抗干扰能力进行了研究。 实验结果证明, 依据图形相似原理的标定方法具有强抗随机误差能力, 适用于随机误差较大的测量系统。 当随机误差很小时, 其精度低于依据传递函数的标定方法, 但当随机误差增加到一定范围, 其精度远高于后者。 基于高温计传递函数的标定方法虽在一定的随机误差范围内具有高的外推标定精度, 但抗随机误差能力较弱, 适用于随机误差小的测量系统。
高温测量 多光谱高温计 无源温区标定 抗随机误差能力 High-temperature measurement Multi-spectral pyrometer Non-source temperature calibration Anti-random error ability 光谱学与光谱分析
2013, 33(6): 1723
哈尔滨工业大学仪器科学与技术专业, 黑龙江 哈尔滨 150001
目前, 高温测量中, 多光谱高温计具有高分辨率与高信噪比的优点, 但无源温区(大于3 000 ℃)标定方法的发展却远滞后于多光谱高温计制造水平, 并已严重影响高温计的测量精度和应用范围。 为突破高温测量领域中无源温区标定方法的瓶颈, 文章提出了一种多光谱高温计无源温区的标定方法。 此方法利用已知温度点的多光谱高温计的输出电压U建立了一种基于幂函数的温度-电压(T-U)模型。 在此基础上应用导数最小二乘法对模型参数求解, 实现对无源温区的标定。 理论和实测数据都验证了此方法的有效性与精度。 在多光谱高温测量应用的光谱范围(0.4~1.1 μm)内, 对精度优于3‰, 1%和3%的无源温区标定范围做出理论上的划分。
高温测量 多光谱高温计 无源温区标定 导数外推 High-temperature measurement Multi-spectral pyrometer Non-source temperature calibration Derivative extrapolation
1 中国兵器工业第213研究所, 陕西 西安710061
2 西安微电机研究所, 陕西 西安710077
利用瞬态光谱辐射仪分析了火工烟火药剂燃烧火焰辐射光谱分布, 介绍了多光谱辐射测温技术的工作原理。 结合火工烟火药剂燃烧火焰特征光谱分布状况设计研制了具有12个工作通道的多光谱辐射测温系统, 测试者可根据被测火焰光谱辐射分布状况选择合适的工作通道进行分析计算。 该系统由光学部分, 电路部分, 数据采集部分及数据处理部分组成。 文章以黑火药为例, 应用该系统对其燃烧火焰的辐射能量进行了测定, 经过迭代计算后给出黑火药燃烧温度随时间的变化曲线。 实验证明, 在分析被测火焰特征光谱分布的前提下, 选择合适的光谱工作通道, 多光谱辐射测温系统能够很好地应用于火工烟火药剂燃烧温度的测定, 为火工烟火药剂燃烧输出特性的研究奠定了基础。
多光谱辐射测温系统 火工烟火药剂 燃烧温度 Multi-spectral pyrometer system Pyrotechnics Burning flame temperature 光谱学与光谱分析
2010, 30(8): 2062
