CN109632148A - 一种复杂试验现场温度校准系统及方法 - Google Patents

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常莹
张永攀
赵华
马车
白伟
杨建�
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Abstract

本发明涉及一种复杂试验现场温度校准系统及方法，校准系统包括红外热像测量系统、恒温热源、比色及多波长测温装置与计算机；红外热像测量系统、比色及多波长测温装置与计算机连接；采用间接法测量原理，通过比色及多波长测温装置在热试车时刻测量红外热像仪视场内的同一恒温热源上的温度测点，经过各自的图像处理系统获得由比色及多波长测温系统测量的热源测点温度以及包含上述测点在内的红外温度场热图，将两组温度数据上传至现场校准软件进行比对，即可获得校准系数实现红外热像温度场测量系统的现场校准。解决了发动机试验环境下温度场准确测量的技术问题，可实现发动机试车过程中对温度场参数进行实时校准。

Description

一种复杂试验现场温度校准系统及方法
技术领域
本发明涉及温度参数测量技术领域，具体而言，涉及一种复杂环境下温度场实时校准系统及方法。
背景技术
航天液体发动机地面试验时，温度场参数的测量能够为发动机结构强度设计、冷却模式设计以及热防护设计提供重要参考数据。目前，在发动机试验过程中，发动机关键部组件结构壁面温度场测量主要采用红外热像仪进行测量，在测量前，需要对红外热像仪送回实验室进行检定和校准，缺乏现场校准手段和方法。由于试车过程中存在较为强烈的震动和热辐射，利用在实验室进行检定和校准红外热像仪进行温度场测量时，现场环境对温度场测量准确度存在比较大的影响。
发明内容
为了解决发动机试验环境下温度场准确测量的技术问题，本发明提供一种复杂环境下温度场实时校准系统及方法，可实现发动机试车过程中对温度场参数进行实时校准。
本发明技术方案是提供一种复杂试验现场温度校准系统，包括红外热像测量系统，其特殊之处在于：还包括恒温热源、比色及多波长测温装置与计算机；上述红外热像测量系统、比色及多波长测温装置与计算机连接；
上述红外热像测量系统、恒温热源及比色及多波长测温装置均位于被测目标所在的温场中；
上述红外热像测量系统用于测量被测目标及恒温热源的温度，并将数据传输至计算机；
上述比色及多波长测温装置用于测量恒温热源的温度，并将数据传输至计算机；
计算机内存储校准程序，校准程序在处理器中运行时，进行以下步骤：
1)、对比比色及多波长测温装置所测恒温热源的温度与红外热像测量系统所测恒温热源的温度，获得红外热像测量系统温度偏差；
2)、将步骤1)获取的温度偏差反馈至红外热像测量系统实现校准。
进一步地，比色及多波长测温装置与红外热像测量系统距恒温热源的距离及被测目标的距离相同。
进一步地，上述恒温热源包括恒温热源主体及包裹在恒温热源主体外部的防护层；
上述防护层包括防水层、减震层及防爆层。
进一步地，上述恒温热源还包括设置在恒温热源主体底部的隔震垫。
进一步地，上述防水层包括PVC塑料纸；上述减震层包括珍珠棉层、石棉布层及减震海绵层；上述防爆层包括防水防爆外壳。
进一步地，上述恒温热源主体包括机箱、黑体头及设置在机箱内部的散热片、加热及测温装置与半导体片；上述散热片通过固定机构固定，散热片与机箱内壁之间设置有减震弹簧；上述加热及测温装置与半导体片周围填充保温隔震材料；上述黑体头通过法兰固定在机箱外部，黑体头的一侧与半导体片接触，用于传导的半导体片的温度。
进一步地，上述加热及测温装置为控温铂电阻；所述法兰为聚甲醛法兰。
本发明还提供一种利用上述的复杂试验现场温度校准系统实现校准的方法，包括以下步骤：
S1：在被测目标起动瞬间，同时触发比色及多波长测温装置与红外热像测量系统；
S2：对比比色及多波长测温装置所测恒温热源的温度与红外热像测量系统所测恒温热源的温度，获得红外热像测量系统温度偏差；
S3：根据步骤S2获取的温度偏差，校准红外热像测量系统对红外热像测量系统的示值误差进行修正。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供的复杂环境下温度场实时校准系统及方法，解决了发动机试验现场环境对红外热像仪测量准确度的影响问题，测量范围为40℃～800℃，测量准不确定度可控制在2％以内。
2、本发明通过减震和热防护的结构设计，研制了适用于试车现场强震动、强热辐射环境的标准恒温热源，满量程范围内温度的均匀度最大为1.4/℃，抗震强度30g。该装置具有构思巧妙、实现简单，测量结果准确可靠的优点。
附图说明
图1为校准系统现场校准示意图；
图2为恒温热源爆炸图；
图3为恒温热源总装图(视角一)；
图4为恒温热源总装图(视角二)；
图5为恒温热源内部结构图。
图中附图标记为：1-红外热像测量系统，2-恒温热源，3-比色及多波长测温装置，4-计算机，5-被测目标；
21-恒温热源主体，22-PVC塑料纸层，23-珍珠棉层，24-石棉布层，25-减震海绵层，26-防水防爆外壳，27-螺母，28-螺栓，29-隔震垫，30-机箱，31-半导体片辐射面，32-散热片，33-加热及测温装置，34-半导体片，35-固定机构，36-减震弹簧，37-保温隔震材料，38-聚甲醛法兰，39-热源支架，40-底座，41-风扇。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
现场校准系统主要完成热试车现场环境下红外热像测量系统1中红外热像仪的测温示值误差参数校准，主要包括红外热像测量系统1、恒温热源2、比色及多波长测温装置3与计算机4；红外热像测量系统1、比色及多波长测温装置3均与计算机4连接；红外热像测量系统1、恒温热源2及比色及多波长测温装置3均位于被测目标所在的温场中；红外热像测量系统1用于测量被测目标及恒温热源2的温度，并将数据传输至计算机4。采用间接法校准原理：通过比色及多波长测温装置3在热试车时刻测量红外热像仪视场内的同一恒温热源2上的温度测点，经过各自的图像处理系统获得由比色及多波长测温系统测量的热源测点温度以及包含上述测点在内的红外温度场热图，将两组温度数据上传至进算计进行比对，即可获得校准系数实现红外热像温度场测量系统的现场校准。
从图2及图3可以看出，本实施例恒温热源2包括恒温热源主体21及包裹在恒温热源主体21外部的防护层；防护层从内到外依次为：PVC塑料纸层22、珍珠棉层23、石棉布层24、减震海绵层25、防水防爆外壳26、珍珠棉层23、PVC塑料纸层22及石棉布层24；恒温热源主体21底部还设置有隔震垫29。从图5可以看出，恒温热源主体21包括机箱30、黑体头及设置在机箱30内部的散热片32、加热及测温装置33与半导体片34；本实施例中加热及测温装置33为控温铂电阻；控温铂电阻与半导体片34的辐射面接触，用于测量传递半导体片34的温度；控温铂电阻从原理上即是恒温热源2的加热装置也是热源的测温热电偶，其测量的内部环境温度和半导体片34温度基本一致，即是测量半导体片34的温度；输出温度可以通过连接电脑直接在上位机软件上设置也可以通过铂电阻上连接的SRS11A控温表或者SR23型控温表设置温度。控制电路板连接在控温表上整合在外部的控制箱内。散热片32通过固定机构35固定，散热片32与机箱30内壁之间设置有减震弹簧36；散热片32只是一端通过固定机构35固定，在另一端与加热铂电阻、半导体片34连接时，在试车时高达30g强度的强震环境下，减震弹簧36起缓冲保护黑体头的作用。加热及测温装置33与半导体片34周围填充保温隔震材料37；黑体头通过聚甲醛法兰38固定在机箱30外部，黑体头的一侧与半导体片辐射面31接触，其发射率为一个固定值，用于传导的半导体片34的温度。在红外热像测量系统1和比色及多波长测温装置3测量黑体头时不会因为不同材料的在不同温度下的发射率不同从而影响测温精度。
具体校准时，将恒温热源2架设于距离推力室、发生器、涡轮盘等关键位置足够近处参与试车，将其温度设置在校准范围内的某一固定值；比色及多波长测温装置3与红外热像仪安置于距离恒温热源2和被测发动机相同距离处进行测量；在发动机起动瞬间，点火信号同时触发比色及多波长测温装置3、红外热像测量系统1，确保两套装置时基同步；比色及多波长测温装置3测量恒温热源2的温度，红外热像测量系统1记录包含恒温热源2与推力室、发生器、涡轮盘等关键位置在内的红外热图；将比色及多波长测温系统测量的热源温度以及包含上述测点在内的红外温度场热图上传至现场计算机4，对比比色及多波长测温装置3所测恒温热源2的温度与红外热像测量系统1所测恒温热源2的温度，获得红外热像测量系统1温度偏差；将该温度偏差回传至红外热像测量系统1中的参数控制系统中，对红外热像仪的示值误差进行修正，即可完成红外热像测量系统1的实时、现场校准。

Claims (8)

1.一种复杂试验现场温度校准系统，包括红外热像测量系统(1)，其特征在于：还包括恒温热源(2)、比色及多波长测温装置(3)与计算机(4)；所述红外热像测量系统(1)、比色及多波长测温装置(3)与计算机(4)连接；
所述红外热像测量系统(1)、恒温热源(2)及比色及多波长测温装置(3)均位于被测目标所在的温场中；
所述红外热像测量系统(1)用于测量被测目标及恒温热源(2)的温度，并将数据传输至计算机(4)；
所述比色及多波长测温装置(3)用于测量恒温热源(2)的温度，并将数据传输至计算机(4)；
计算机(4)内存储校准程序，校准程序在处理器中运行时，进行以下步骤：
1)、对比比色及多波长测温装置(3)所测恒温热源(2)的温度与红外热像测量系统(1)所测恒温热源(2)的温度，获得红外热像测量系统(1)温度偏差；
2)、将步骤1)获取的温度偏差反馈至红外热像测量系统(1)实现校准。
2.根据权利要求1所述的复杂试验现场温度校准系统，其特征在于：比色及多波长测温装置(3)与红外热像测量系统(1)距恒温热源(2)的距离及被测目标的距离相同。
3.根据权利要求1所述的复杂试验现场温度校准系统，其特征在于：所述恒温热源(2)包括恒温热源主体(21)及包裹在恒温热源主体(21)外部的防护层；
所述防护层包括防水层、减震层及防爆层。
4.根据权利要求3所述的复杂试验现场温度校准系统，其特征在于：还包括设置在恒温热源主体(21)底部的隔震垫(29)。
5.根据权利要求3所述的复杂试验现场温度校准系统，其特征在于：所述防水层包括PVC塑料纸层(22)；所述减震层包括珍珠棉层(23)、石棉布层(24)及减震海绵层(25)；所述防爆层包括防水防爆外壳(26)。
6.根据权利要求3所述的复杂试验现场温度校准系统，其特征在于：所述恒温热源主体(21)包括机箱(30)、黑体头及设置在机箱(30)内部的散热片(32)、加热及测温装置(33)与半导体片(34)；所述散热片(32)通过固定机构(35)固定，散热片(32)与机箱(30)内壁之间设置有减震弹簧(36)；所述加热及测温装置(33)与半导体片(34)周围填充保温隔震材料(37)；所述黑体头通过法兰固定在机箱(30)外部，黑体头的一侧与半导体片辐射面(31)接触，用于传导的半导体片(34)的温度。
7.根据权利要求6所述的复杂试验现场温度校准系统，其特征在于：所述加热及测温装置(33)为控温铂电阻；所述法兰为聚甲醛法兰(38)。
8.利用权利要求1-7任一所述的复杂试验现场温度校准系统实现校准的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在被测目标起动瞬间，同时触发比色及多波长测温装置(3)与红外热像测量系统(1)；
S2：对比比色及多波长测温装置(3)所测恒温热源(2)温度与红外热像测量系统(1)所测恒温热源(2)的温度，获得红外热像测量系统(1)温度偏差；
S3：根据步骤S2获取的温度偏差，校准红外热像测量系统(1)对红外热像测量系统(1)的示值误差进行修正。
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