CN107884076B - 小口径转管火炮旋转身管表面温度在线测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小口径转管火炮旋转身管表面温度在线测试装置及方法，用于解决现有温度测试装置实用性差的技术问题。技术方案是所述装置包括数据采集系统、安装调节架、在线式红外探测器、耐高温电缆、分离式电子变换器和现场红外校准仪。在线式红外探测器用于身管表面温度信号的非接触提取；耐高温电缆用于250℃环境温度下的温度信号传输；分离式电子变换器，通过带有按键和背光LCD显示的智能操作面板，实现对目标发射率、下限温度、上限温度、响应时间、输出电压等的参数设置和远程监控；现场红外校准仪用于全套测试装置的在线温度校准。该装置能够实现旋转身管表面在发射前、发射中及发射后全过程的温度参量测试，实用性好。

Description

小口径转管火炮旋转身管表面温度在线测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种小口径转管火炮旋转身管表面温度在线测试装置，还涉及一种小口径转管火炮旋转身管表面温度在线测试方法。

背景技术

小口径转管火炮发射时，其旋转身管外表面温度不应大于400℃，否则会影响发射性能。由于被测多根身管是围绕同一轴心进行高速旋转、且每根被测身管圆形外表面的有效探测面积很小，因此要求测温设备：一是应采用非接触式测温法，二是最小可探测面积要足够小，三是响应时间要短，四是测温量程相对要低，五是要满足在线式测试等。

文献1“专利申请号为201611035664.7的中国发明专利”公开了一种转管火炮目标发射率双通道标定装置及方法。该装置由粘贴式快速响应热电偶、手持温度校准器构成接触式测试通道，由手持红外测温仪构成非接触测试通道，分别实现对基准点的温度测量及目标点的发射率标定。该方法为射后人工静态测温法，适用于转管火炮发射完毕处于静止状态下身管外表面的温度测量及发射率标定，能够为动态射击条件下旋转身管外表面温度的在线测试提供了目标发射率参数依据，但不能实现射击状态下的身管外表面温度的在线测试。

文献2“专利申请号为201510468817.6的中国发明专利”公开了一种火炮高速比色红外测温装置及方法。该装置由中温高速比色红外温度传感器、高温高速比色红外温度传感器、取样电路和多通道数据采集系统组成。中温、高温高速比色红外温度传感器，采用两波段红外探测器技术，实现中温区、高温区温度信号的提取，并调理成模拟电流信号输出，通过取样电路转换为模拟电压信号，输入到多通道数据采集系统进行信号采集和处理。该装置适用于中温区、高温区的温度信号测试，两种高速比色红外温度传感器的适用测温范围分别为400～1000℃、900～2500℃，针对低温测量量程下限较高，因此，不能满足转管火炮身管表面温度0～400℃的测温范围要求。

现有技术的不足之处在于：温度数据测试不完整，所测数据仅为发射后的数据、非全过程的完整数据。由于采用射后人工静态测温法，仅能获取转管火炮发射后静止状态下的身管表面温度，不能实现射击前、射击中、射击后的全过程在线测量。另外，如射击后转管火炮内还有剩余弹药，测试过程还存在不安全隐患等。

发明内容

为了克服现有温度测试装置实用性差的不足，本发明提供一种小口径转管火炮旋转身管表面温度在线测试装置及方法。所述装置包括数据采集系统、安装调节架、在线式红外探测器、耐高温电缆、分离式电子变换器和现场红外校准仪。在线式红外探测器用于身管表面温度信号的非接触提取；耐高温电缆用于250℃环境温度下的温度信号传输；分离式电子变换器，通过带有按键和背光LCD显示的智能操作面板，实现对目标发射率、下限温度、上限温度、响应时间、输出电压等的参数设置和远程监控；现场红外校准仪用于全套测试装置的在线温度校准。该装置能够实现旋转身管表面在发射前、发射中及发射后全过程的温度参量测试，提升了数据测试的完整性；同时，全过程在线式测试，提高了测试过程的安全性，实用性好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种小口径转管火炮旋转身管表面温度在线测试装置，包括数据采集系统和安装调节架，其特点是：还包括在线式红外探测器、耐高温电缆、分离式电子变换器和现场红外校准仪。在线式红外探测器通过M4标准安装螺母固定在安装调节架上，所述的在线式红外探测器的光轴与被测火炮旋转身管平行；在线式红外探测器的输出端通过耐高温电缆接分离式电子变换器的输入端，分离式电子变换器的输出端接数据采集系统的输入端。现场红外校准仪提供升温范围50～500℃、测温误差为0.8℃、稳定度为0.3℃和目标发射率为0.95的标准温度源。

所述的耐高温电缆采用8mm外径的金属护套、M12×1.5的公制螺纹进行电缆封装，实现环境温度250℃下的温度信号传输。

所述的数据采集系统采用1MS/s/CH的采集率，实现对被测信号的高速采集、存储、处理和显示。

一种小口径转管火炮旋转身管表面温度在线测试方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、选用测试装置指标、参数。

在线式红外探测器，光谱响应2.3μm，测量范围50℃-600℃，动态响应时间1ms，光学分辨率22:1，最小测量目标0.5mm。

耐高温电缆，电缆直径2.8mm，金属护套外径8mm，封装公制螺纹M12×1.5，适用外部环境温度250℃。

分离式电子变换器，工作电压8-36VDC，输出方式0-5V，发射率范围0.1-1.1，温度分辨率0.1℃，测量精度0.3％读数，温度单位℃，瞄准方式为激光瞄准，适用外部环境温度-25-85℃。

数据采集系统，采样率1MS/s/CH，分辨率16bit，通道数16通道。

安装调节架，探测器标准安装螺孔M4×1，高度500mm～1650mm，俯仰、水平可调，俯仰调节角度0-180°，水平调节角度0-360°，最大承载重量12kg。

现场红外校准仪，升温范围50～500℃，分辨率0.1℃，最大测温误差0.8℃，最大稳定度0.3℃，目标发射率0.95。

步骤二、测试装置安装联接、参数设置。

将在线式红外探测器通过M4×1螺母固定在安装调节架上，对安装调节架进行水平、垂直距离调节，使在线式红外探测器的光轴与每根被测身管平行、探测面与每根身管测试点的距离D为5m，则探测视场S为0.23m；

在线式红外探测器的输出端接耐高温电缆的一端，耐高温电缆的另一端接分离式电子变换器的输入端，分离式电子变换器的输出端接数据采集系统的输入端。

设置现场红外校准仪的预置温度为300℃，目标发射率为0.95，对现场红外校准仪进行升温、保温。

接通分离式电子变换器的15V工作电源，设置温度输出信号为0～5V，发射率为0.95，透射率为1，响应时间为1ms，温度下限值为50℃，温度上限值为400℃，温度灵敏度为70℃/V，温度单位为℃，峰值保持为不激活，激光瞄准开关为打开。

设置数据采集系统的采集率为1MHz/CH，触发方式为自动触发，采集通道为通道1，电压量程为5V。

步骤三、测试装置现场校准、激光瞄准。

现场校准：将安装调节架水平逆时针旋转90°，并对高度、俯仰角和水平角进行调节，使在线式红外探测器的激光点对准现场红外校准仪的黑体炉圆心。待现场红外校准仪的炉温持续稳定在300℃±0.3℃时，对测试装置进行现场校准。直接读取此时数据采集系统的电压差值U，则校准误差△等于电压差值U乘以温度传感器的灵敏度70、加上温度下限值50、再减去温度实际值300℃。

△＝U×70+50－300

激光瞄准：将安装调节架水平顺时针旋转90°，将在线式红外探测器的激光点对准被测身管外径的被测点，对安装调节架架进行高度、俯仰角和水平角微调，使激光点正好与被测点相重合，测量、记录此时的探测距离D和探测视场S，探测距离D和探测视场S的单位均为m。

步骤四、全过程温度信号在线采集。

火炮发射前，进行测温装置的机械安装与电联接，在温度信号还未到来时，数据采集系统采用监测模式，自动完成身管温度初始值的测量。

火炮发射时，多根身管会围绕同一圆心进行高速旋转，随着火炮射击发数的增多，每根身管的温度都会持续上升。由于测试装置的探测面一直对准着每根身管上的每个测试点，所以，一旦温度信号到来时，数据采集系统采用存储触发模式，自动采集、记录、显示被测温度信号。

火炮发射后，温度信号仍在变化，数据采集系统仍采用存储触发模式，继续对温度信号进行采集，直至获取温度全部有效数据才结束采集，并对已采集的数据进行存储、调用和回放。

步骤五、数据测量、数据处理。

数据测量：采用一对垂直光标进行测量。在回放的温度波形数据上，将光标1移动到波形初始值的第一个关注点上，将光标2移动到波形峰值的另一个关注点上，屏幕上依次显示出第一个关注点的测量值、第二个关注点的测量值、两关注点的测量差值以及两关注点的时间差值。

数据计算：温度测量结果T等于关注点的电压差值U′乘以温度传感器的灵敏度70，再加上温度下限值50，减去校准误差△。

T＝U′×70+50-△

式中，校准误差△为1.4℃，数据采集系统所测电压差值为4.6V，转换为温度差值为4.6×70+50－1.4﹦370.6℃。

本发明的有益效果是：所述装置包括数据采集系统、安装调节架、在线式红外探测器、耐高温电缆、分离式电子变换器和现场红外校准仪。在线式红外探测器用于身管表面温度信号的非接触提取；耐高温电缆用于250℃环境温度下的温度信号传输；分离式电子变换器，通过带有按键和背光LCD显示的智能操作面板，实现对目标发射率、下限温度、上限温度、响应时间、输出电压等的参数设置和远程监控；现场红外校准仪用于全套测试装置的在线温度校准。该装置能够实现旋转身管表面在发射前、发射中及发射后全过程的温度参量测试，提升了数据测试的完整性；同时，全过程在线式测试，提高了测试过程的安全性，实用性好。

与背景技术相比较，在线式红外探测器实现外形尺寸28mm×14mm、重量40g的小型化，同时提高响应时间由250ms至1ms、降低最小可探测目标由2mm至0.5mm、扩展红外在线测温下限温度由400℃至50℃，耐高温电缆提高适用外部环境温度由75℃至250℃，分离式电子变换器通过智能操作面板实现远程参数设置、激光瞄准控制，现场红外校准仪可在测试现场快速生成温度上限500℃、测温误差0.8℃、稳定度0.3℃的标准温度源，实现全套测试装置的现场快速校准。

以下结合附图和实施例详细说明本发明。

附图说明

图1是本发明小口径转管火炮旋转身管表面温度在线测试装置框图。

图中，D-探测距离，S-探测视场。

具体实施方式

以下实施例参照图1。

装置实施例。

本发明小口径转管火炮旋转身管表面温度在线测试装置，包括数据采集系统和安装调节架，还包括在线式红外探测器、耐高温电缆、分离式电子变换器和现场红外校准仪。在线式红外探测器安装在安装调节架上、使其探测面与被测点间的探测距离D为5m，在线式红外探测器的输出端通过耐高温电缆接分离式电子变换器的输入端，分离式电子变换器的输出端接数据采集系统的输入端，现场校准时将在线式红外探测器的探测面瞄准现场红外校准仪的黑体炉圆心。在转管火炮发射前采用监测模式获取温度信号的下限值，在转管火炮后发射中、发射后均采用存储模式分别进行旋转身管表面温度信号的自动采集、自动存储与自动显示，数据测量采用一对垂直光标自动测量出两关注点间的时间差值、电压差值，温度测量结果等于两关注点的电压差值乘以在线式红外探测器的灵敏度、再分别加上温度下限值和温度修正值。

方法实施例。

步骤一、测试装置指标、参数选用。

选用情况如下：

在线式红外探测器，光谱响应2.3μm，测量范围50℃-600℃，动态响应时间1ms，光学分辨率22:1，外形尺寸28mm×14mm，重量40g，最小可测量目标0.5mm。

耐高温电缆，电缆直径2.8mm，金属护套外径8mm，封装公制螺纹M12×1.5，可适用外部环境温度250℃。

分离式电子变换器，工作电压8-36VDC，输出方式0-5V，发射率范围0.1-1.1，温度分辨率0.1℃，测量精度0.3％读数，温度单位℃，瞄准方式为激光瞄准，适用外部环境温度-25-85℃。

数据采集系统，采样率1MS/s/CH，分辨率16bit，通道数16通道。

安装调节架，探测器标准安装螺孔M4×1，高度500mm～1650mm，俯仰、水平可调，俯仰调节角度0-180°，水平调节角度0-360°，自重6.8kg，最大承载重量12kg。

现场红外校准仪，升温范围50～500℃，分辨率0.1℃，最大测温误差0.8℃，最大稳定度0.3℃，目标发射率0.95，重量1.8kg。

步骤二、测试装置安装联接、参数设置。

将在线式红外探测器通过M4×1螺母固定在安装调节架上，对安装调节架进行水平、垂直距离调节，使在线式红外探测器的光轴与每根被测身管平行、探测面与每根身管测试点的距离D为5m，则探测视场S为0.23m；

在线式红外探测器的输出端接耐高温电缆的一端，耐高温电缆的另一端接分离式电子变换器的输入端，分离式电子变换器的输出端接数据采集系统的输入端。

设置现场红外校准仪的预置温度为300℃，目标发射率为0.95，对现场红外校准仪进行升温、保温。

接通分离式电子变换器的15V工作电源，设置温度输出信号为0～5V，发射率为0.95，透射率为1，响应时间为1ms，温度下限值为50℃，温度上限值为400℃，温度灵敏度为70℃/V，温度单位为℃，峰值保持为不激活，激光瞄准开关为打开。

设置数据采集系统的采集率为1MHz/CH，触发方式为自动触发，采集通道为通道1，电压量程为5V。

步骤三、测试装置现场校准、激光瞄准。

现场校准：将安装调节架水平逆时针旋转90°，并进行高度、俯仰角、水平角等的调节，使在线式红外探测器的激光点对准现场红外校准仪的黑体炉圆心。待现场红外校准仪的炉温持续稳定在300℃±0.3℃时，则可对测试装置进行现场校准。直接读取此时数据采集系统的电压差值U(V)，则校准误差△等于电压差值U(V)乘以温度传感器的灵敏度(70℃/V)、加上温度下限值(50℃)、再减去温度实际值(300℃)。

△＝U×70+50－300

激光瞄准：再将安装调节架水平顺时针旋转90°，将在线式红外探测器的激光点对准被测身管外径的被测点，再对安装调节架架进行高度、俯仰角、水平角等的微调，使激光点正好与被测点相重合，测量、记录此时的探测距离D、探测视场S，单位均为m。

步骤四、全过程温度信号在线采集。

火炮发射前，按图1所示进行测温装置的机械安装与电联接，此时温度信号还未到来时，数据采集系统采用监测模式，自动完成身管温度初始值的测量。

火炮发射时，多根身管会围绕同一圆心进行高速旋转，随着火炮射击发数的增多，每根身管的温度都会持续上升。由于测试装置的探测面一直对准着每根身管上的每个测试点，所以，一旦温度信号到来时，数据采集系统采用存储触发模式，自动采集、记录、显示被测温度信号。

火炮发射后，温度信号仍在变化，数据采集系统仍采用存储触发模式，继续对温度信号进行采集，直至获取温度全部有效数据才结束采集，并对已采集的数据进行存储、调用、回放等。

步骤五、数据测量、数据处理。

数据测量：采用一对垂直光标进行测量。在回放的温度波形数据上，将光标1移动到波形初始值的第一个关注点上，将光标2移动到波形峰值的另一个关注点上，屏幕上依次显示出第一个关注点的测量值、第二个关注点的测量值、两关注点的测量差值、两关注点的时间差值。

数据计算：温度测量结果T等于关注点的电压差值U′(V)乘以温度传感器的灵敏度(70℃/V)、再加上温度下限值(50℃)、减去校准误差△。

T＝U′×70+50℃-△

本实施例中，校准误差△为1.4℃，数据采集系统所测电压差值为4.6V，转换为温度差值为4.6×70+50－1.4﹦370.6℃。

本发明一是采用非接触、在线式、低温短波段的红外探测器，提高测温响应时间由250ms至1ms、缩小最小可探测目标由2mm至0.5mm、扩展红外在线测温下限温度由400℃至50℃；二是采用耐高温电缆，提高测试装置适用外部环境温度由75℃至250℃；三是采用现场红外校准仪，实现温度范围50℃-500℃、最大测温误差0.8℃、最大稳定度0.3℃的现场温度源信号快速生成，以及测试装置的现场快速校准；四是较背景技术，变旋转身管表面温度射后人工静态测试为全过程在线式自动测试，提高了测试数据的完整性、测试过程的安全性。

Claims (1)

1.一种小口径转管火炮旋转身管表面温度在线测试方法，所用装置包括数据采集系统和安装调节架，还包括在线式红外探测器、耐高温电缆、分离式电子变换器和现场红外校准仪；在线式红外探测器通过M4标准安装螺母固定在安装调节架上，所述的在线式红外探测器的光轴与被测火炮旋转身管轴线相垂直；在线式红外探测器的输出端通过耐高温电缆接分离式电子变换器的输入端，分离式电子变换器的输出端接数据采集系统的输入端；现场红外校准仪提供升温范围50～500℃、测温误差为0.8℃、稳定度为0.3℃和目标发射率为0.95的标准温度源，所述测试方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、选用测试装置指标、参数；

在线式红外探测器，光谱响应2.3μm，测量范围50℃-600℃，动态响应时间1ms，光学分辨率22:1，最小测量目标0.5mm；

耐高温电缆，电缆直径2.8mm，金属护套外径8mm，封装公制螺纹M12×1.5，适用外部环境温度250℃；

分离式电子变换器，工作电压8-36VDC，输出方式0-5V，发射率范围0.1-1.1，温度分辨率0.1℃，测量精度0.3％读数，温度单位℃，瞄准方式为激光瞄准，适用外部环境温度-25-85℃；

数据采集系统，采样率1MS/s/CH，分辨率16bit，通道数16通道；

安装调节架，探测器标准安装螺孔M4×1，高度500mm～1650mm，俯仰、水平可调，俯仰调节角度0-180°，水平调节角度0-360°，最大承载重量12kg；

现场红外校准仪，升温范围50～500℃，分辨率0.1℃，最大测温误差0.8℃，最大稳定度0.3℃，目标发射率0.95；

步骤二、测试装置安装联接、参数设置；

将在线式红外探测器通过M4×1螺母固定在安装调节架上，对安装调节架进行水平、垂直距离调节，使在线式红外探测器的光轴与每根被测身管平行、探测面与每根身管测试点的距离D为5m，则探测视场S为0.23m；

在线式红外探测器的输出端接耐高温电缆的一端，耐高温电缆的另一端接分离式电子变换器的输入端，分离式电子变换器的输出端接数据采集系统的输入端；

设置现场红外校准仪的预置温度为300℃，目标发射率为0.95，对现场红外校准仪进行升温、保温；

接通分离式电子变换器的15V工作电源，设置温度输出信号为0～5V，发射率为0.95，透射率为1，响应时间为1ms，温度下限值为50℃，温度上限值为400℃，温度灵敏度为70℃/V，温度单位为℃，峰值保持为不激活，激光瞄准开关为打开；

设置数据采集系统的采集率为1MHz/CH，触发方式为自动触发，采集通道为通道1，电压量程为5V；

步骤三、测试装置现场校准、激光瞄准；

现场校准：将安装调节架水平逆时针旋转90°，并对高度、俯仰角和水平角进行调节，使在线式红外探测器的激光点对准现场红外校准仪的黑体炉圆心；待现场红外校准仪的炉温持续稳定在300℃±0.3℃时，对测试装置进行现场校准；直接读取此时数据采集系统的电压差值U，则校准误差△等于电压差值U乘以温度传感器的灵敏度70℃/V、加上温度下限值50℃、再减去温度实际值300℃；

△＝U×70+50－300

激光瞄准：将安装调节架水平顺时针旋转90°，将在线式红外探测器的激光点对准被测身管外径的被测点，对安装调节架进行高度、俯仰角和水平角微调，使激光点正好与被测点相重合，测量、记录此时的探测距离D和探测视场S，探测距离D和探测视场S的单位均为m；

步骤四、全过程温度信号在线采集；

火炮发射前，进行测温装置的机械安装与电联接，在温度信号还未到来时，数据采集系统采用监测模式，自动完成身管温度初始值的测量；

火炮发射时，多根身管会围绕同一圆心进行高速旋转，随着火炮射击发数的增多，每根身管的温度都会持续上升；由于测试装置的探测面一直对准着每根身管上的每个测试点，所以，一旦温度信号到来时，数据采集系统采用存储触发模式，自动采集、记录、显示被测温度信号；

火炮发射后，温度信号仍在变化，数据采集系统仍采用存储触发模式，继续对温度信号进行采集，直至获取温度全部有效数据才结束采集，并对已采集的数据进行存储、调用和回放；

步骤五、数据测量、数据处理；

数据测量：采用一对垂直光标进行测量；在回放的温度波形数据上，将光标1移动到波形初始值的第一个关注点上，将光标2移动到波形峰值的另一个关注点上，屏幕上依次显示出第一个关注点的测量值、第二个关注点的测量值、两关注点的测量差值以及两关注点的时间差值；

数据计算：温度测量结果T等于关注点的电压差值U′乘以温度传感器的灵敏度70℃/V，再加上温度下限值50℃，减去校准误差△；

T＝U′×70+50-△

式中，校准误差△为1.4℃，数据采集系统所测电压差值为4.6V，转换为温度差值为4.6×70+50－1.4﹦370.6℃。