CN112284543A - 一种热真空试验环境下温度场测量系统 - Google Patents
一种热真空试验环境下温度场测量系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112284543A CN112284543A CN202010982703.4A CN202010982703A CN112284543A CN 112284543 A CN112284543 A CN 112284543A CN 202010982703 A CN202010982703 A CN 202010982703A CN 112284543 A CN112284543 A CN 112284543A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- infrared
- protection cabin
- measurement
- measuring head
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 76
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 64
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 79
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 36
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 28
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 26
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 claims description 27
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 26
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 17
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 16
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 16
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 12
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000003086 colorant Substances 0.000 claims description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000035807 sensation Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/025—Interfacing a pyrometer to an external device or network; User interface
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/04—Casings
- G01J5/041—Mountings in enclosures or in a particular environment
- G01J5/042—High-temperature environment
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/06—Arrangements for eliminating effects of disturbing radiation; Arrangements for compensating changes in sensitivity
- G01J5/061—Arrangements for eliminating effects of disturbing radiation; Arrangements for compensating changes in sensitivity by controlling the temperature of the apparatus or parts thereof, e.g. using cooling means or thermostats
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/06—Arrangements for eliminating effects of disturbing radiation; Arrangements for compensating changes in sensitivity
- G01J5/068—Arrangements for eliminating effects of disturbing radiation; Arrangements for compensating changes in sensitivity by controlling parameters other than temperature
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J2005/0077—Imaging
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/06—Arrangements for eliminating effects of disturbing radiation; Arrangements for compensating changes in sensitivity
- G01J5/061—Arrangements for eliminating effects of disturbing radiation; Arrangements for compensating changes in sensitivity by controlling the temperature of the apparatus or parts thereof, e.g. using cooling means or thermostats
- G01J2005/063—Heating; Thermostating
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种热真空试验环境下温度场测量系统，包括：红外测温头控制线路，加热板控制线路，测温传感器线路，热真空环境模拟罐体，设置在热真空环境模拟罐体内的保护舱测控模块、红外测温头、柔性大视场调节机构热沉、冷板、红外加热灯阵和被测试件，以及设置在热真空环境模拟罐体外的温度场测量软件及计算机、保护舱测控温器、保护舱采集与处理系统；保护舱测控模块设置在热沉与红外加热灯阵之间；温度场测量软件及计算机和保护舱测控模块分别通过相应的线路与红外测温头、保护舱测控温器和保护舱采集与处理系统连接。本发明能够有效实现真空高低温模拟试验环境下结构机构产品、电子产品等表面非接触式大视场温度场测量。
Description
技术领域
本发明属于温度场测量技术领域，尤其涉及一种热真空试验环境下温度场测量系统。
背景技术
航天器在轨运行过程中，将经历极限温度范围-180℃～+180℃，压力低至10-5Pa的真空高低温环境。在空间真空高低温耦合环境作用下，可能带来产品结构变形与应力集中、有效载荷性能下降、电子产品可靠性等问题，甚至存在整体失效的风险。为了规避这种风险，保证航天产品在全寿命周期内所经历的空间真空高低温环境的适应性和可靠性，需要在地面研制阶段提前了解产品的环境适应性，以降低风险。因此在航天器研制阶段广泛开展真空高低温环境模拟试验，即该试验就是在地面对航天产品进行地面模拟考核，测试在模拟热真空环境下工作状态、功能、性能等，以评价其对热真空环境的适应性，验证其是否满足质量和可靠性要求。当前在航天器组件、分系统、整星研制过程中，热真空试验是必做的试验项目，并制定了相关的强制性试验标准。而热真空试验中经常出现局部过高温、过低温或者大温度梯度等现象，可能导致产品产生较大热应力，从而使试验中产品局部或者整体失效。因此准确进行热环境模拟及控制是试验成功的关键，而产品温度场的精确、全覆盖测量是实现准确热环境模拟与控制的前提。当前真空高低温模拟环境下温度测量主要采用铂电阻、热电偶等接触式温度传感器测量。接触式温度传感器只能测量部分点温度，测点有限，无法测量产品整体表面的温度场，可能无法对试验的局部超温和欠温情况进行有效监测。同时接触式传感器对产品温度传导产生影响，可能导致较大测温误差；并且接触式测温不可用于表面不可触产品或者热导系数很小的产品，并且传感器粘贴用胶带和粘贴方法对测温影响较大，试验中可能出现粘贴不牢而无法反映真实温度情况。常规红外测温仪，由于其使用环境通常为常温、常压环境，存在空间真空、高低温环境适应性的问题，难以直接用于真空高低温模拟试验环境下温度场测量。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种热真空试验环境下温度场测量系统，能够有效实现真空高低温模拟试验环境下结构机构产品、电子产品等表面非接触式大视场温度场测量。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种热真空试验环境下温度场测量系统，包括：保护舱测控模块、红外测温头、柔性大视场调节机构、红外测温头控制线路、温度场测量软件及计算机、加热板控制线路、保护舱测控温器、保护舱采集与处理系统、测温传感器线路、热真空环境模拟罐体、热沉、冷板、红外加热灯阵和被测试件；
保护舱测控模块、红外测温头、柔性大视场调节机构、热沉、冷板、红外加热灯阵和被测试件设置在热真空环境模拟罐体内；其中，保护舱测控模块设置于热沉与红外加热灯阵之间区域；红外加热灯阵设置在冷板外侧；柔性大视场调节机构的一端贯穿热沉后与热真空环境模拟罐体顶部连接，另一端与保护舱测控模块及红外测温头连接；测量时，被测试件安装在冷板上；
温度场测量软件及计算机、保护舱测控温器和保护舱采集与处理系统设置在热真空环境模拟罐体外；其中，温度场测量软件及计算机通过红外测温头控制线路与红外测温头连接，保护舱测控模块分别通过测温传感器线路、加热板控制线路与保护舱测控温器和保护舱采集与处理系统连接。
在上述热真空试验环境下温度场测量系统中，保护舱测控模块，包括：高红外透射锗玻璃片、加热板a、加热板b、红外测温头保护舱、测温传感器a和测温传感器b；
红外测温头通过接口安装于红外测温头保护舱的末端内侧；
红外测温头保护舱的末端外侧与柔性大视场调节机构前端预留的接口连接，高红外透射锗玻璃片通过密封垫镶嵌于红外测温头保护舱的前端，将红外测温头密封在红外测温头保护舱内；
加热板a和加热板b分别粘贴在红外测温头保护舱的内壁两侧；
测温传感器a和测温传感器b分别粘贴在红外测温头表面两侧。
在上述热真空试验环境下温度场测量系统中，还包括：真空穿舱接口a和真空穿舱接口b；其中，真空穿舱接口a和真空穿舱接口b设置在热真空环境模拟罐体上；
红外测温头控制线路的一端与红外测温头连接，另一端穿过真空穿舱接口a后与温度场测量软件及计算机连接；
加热板控制线路的一端分别与加热板a和加热板b连接，另一端穿过真空穿舱接口b后连接保护舱测控温器和保护舱采集与处理系统；
测温传感器线路的一端分别与测温传感器a和测温传感器b连接，另一端穿过真空穿舱接口b后连接保护舱测控温器和保护舱采集与处理系统。
在上述热真空试验环境下温度场测量系统中，红外测温头保护舱内部常压介质为干燥氮气。
在上述热真空试验环境下温度场测量系统中，高红外透射锗玻璃片的厚度为不小于5mm。
在上述热真空试验环境下温度场测量系统中，红外测温头视场垂直于被测试件的被测区域，且位于被测区域中间位置。
在上述热真空试验环境下温度场测量系统中，保护舱采集与处理系统，用于：
设定保护舱测控模块的控温目标值T0，启动控温；
获取由测温传感器a和测温传感器b采集的红外测温头的实时温度；
根据获取的红外测温头的实时温度，对保护舱加热-制冷回路、测温回路进行关联控制，将红外测温头保护舱内的环境温度始终控制为T0±3℃；
当红外测温头保护舱内的环境温度稳定在T0±3℃后，调整热沉之内、红外测温头保护舱之外区域的真空度至目标真空度Pi，并通过控制热真空环境试验系统罐体内热沉、冷板、红外加热灯阵，使试件温度至目标温度Ti。
在上述热真空试验环境下温度场测量系统中，温度场测量软件及计算机，用于：
获取不同目标温度Ti、目标真空度Pi条件下被测试件表面的红外图像Gi；其中，红外图像Gi由红外测温头透过高红外透射锗玻璃片采集得到；
对红外图像Gi进行预处理，并进行实时解算，得到被测试件表面的实时温度场信息。
在上述热真空试验环境下温度场测量系统中，温度场测量软件及计算机，还用于：
对获取的被测试件表面的所有温度场信息进行处理，利用颜色区分不同范围温度，建立基于温差的温度标尺并将温度场信息利用可视化图像呈现并保存。
在上述热真空试验环境下温度场测量系统中，加热板a、加热板b、加热板控制线路、保护舱测控温器、保护舱采集与处理系统和热沉的冷背景构成所述保护舱加热-制冷回路；测温传感器a、测温传感器b、测温传感器线路、保护舱测控温器和保护舱采集与处理系统构成所述测温回路。
本发明具有以下优点：
(1)本发明公开了一种热真空试验环境下温度场测量系统，具有操作简单、通用性强、具有场测量、非接触式等优点，能够快速实现对热真空试验环境下不同大小、尺寸、材质的各类产品的温度场测量，也适用于其他常压高低温环境下温度场测量。
(2)本发明公开了一种热真空试验环境下温度场测量系统，采用基于冷辐射背景的环境适应性控制方法，有效避免复杂的高低温防护问题，实现了“封闭结构+加热回路”对测头的有效防护，可以解决真空、高低温等环境变化对测头性能影响的问题，同时采用红外透射镜的设计，可以有效避免由于环境适应性控制导致的红外光感的变化，从而影响温度场测量的精度问题，最终实现从源头上保证了环境适应性控制前后真空高低温环境下温度场测头参数性能的一致性。
(3)本发明公开了一种热真空试验环境下温度场测量系统，采用三轴向大视场调节设计方法，通过三轴向大视场调节结构设计，实现温度场测测头三轴六自由度调节能力；采用分体式穿舱式测量的方法，将温度场测头与测控系统通过船舱接口转接，有效解决了常规方法视场受限，部分产品部分区域温度场不可测的问题。
附图说明
图1是本发明实施例中一种热真空试验环境下温度场测量系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
本发明针对常规测量方法存在的一些不足，提出了一种热真空试验环境下温度场测量系统的结构，可有效监测试件表面全场温度，满足常规结构机构产品、电子产品，以及表面不可触产品或者热导系数很小的产品温度场测量的需求，有效消除接触式传感器粘贴不牢、温度监测不全、测量不准确等带来的试验风险，同时解决特殊产品的热真空试验测温困难的问题。适用于热真空试验环境下结构机构产品、电子产品表面温度场测量，也适用于常压、低气压环境条件下物体表面温度场测量。
如图1，在本实施例中，该热真空试验环境下温度场测量系统，包括：保护舱测控模块、红外测温头1、柔性大视场调节机构2、红外测温头控制线路4、温度场测量软件及计算机5、加热板控制线路12、保护舱测控温器13、保护舱采集与处理系统14、测温传感器线路15、热真空环境模拟罐体17、热沉18、冷板19、红外加热灯阵20和被测试件21。其中，保护舱测控模块、红外测温头1、柔性大视场调节机构2、热沉18、冷板19、红外加热灯阵20和被测试件21设置在热真空环境模拟罐体17内；保护舱测控模块设置于热沉18与红外加热灯阵20之间区域；红外加热灯阵20设置在冷板19外侧；柔性大视场调节机构2的一端贯穿热沉18后与热真空环境模拟罐体17顶部连接，另一端与保护舱测控模块及红外测温头1连接；测量时，被测试件21安装在冷板19上。温度场测量软件及计算机5、保护舱测控温器13和保护舱采集与处理系统14设置在热真空环境模拟罐体17外：温度场测量软件及计算机5通过红外测温头控制线路4与红外测温头1连接，保护舱测控模块分别通过测温传感器线路15、加热板控制线路12与保护舱测控温器13和保护舱采集与处理系统14连接。通过上述设置，可以实现便捷的罐外操作罐内采集的分体式穿舱式大视场测量。
在本实施例中，保护舱测控模块具体可以包括：高红外透射锗玻璃片3、加热板a7、加热板b8、红外测温头保护舱9、测温传感器a10和测温传感器b11。其中，红外测温头1通过接口安装于红外测温头保护舱9的末端内侧；红外测温头保护舱9的末端外侧与柔性大视场调节机构2前端预留的接口连接，高红外透射锗玻璃片3通过密封垫镶嵌于红外测温头保护舱9的前端，将红外测温头1密封在红外测温头保护舱9内；加热板a7和加热板b8分别粘贴在红外测温头保护舱9的内壁两侧；测温传感器a10和测温传感器b11分别粘贴在红外测温头1表面两侧。
在本实施例中，该热真空试验环境下温度场测量系统还可以包括：真空穿舱接口a6和真空穿舱接口b16；其中，真空穿舱接口a6和真空穿舱接口b16设置在热真空环境模拟罐体17上。红外测温头控制线路4的一端与红外测温头1连接，另一端穿过真空穿舱接口a6后与温度场测量软件及计算机5连接；加热板控制线路12的一端分别与加热板a7和加热板b8连接，另一端穿过真空穿舱接口b16后连接保护舱测控温器13和保护舱采集与处理系统14；测温传感器线路15的一端分别与测温传感器a10和测温传感器b11连接，另一端穿过真空穿舱接口b16后连接保护舱测控温器13和保护舱采集与处理系统14。
在本实施例中，加热板a7、加热板b8、加热板控制线路12、保护舱测控温器13、保护舱采集与处理系统14和热沉18的冷背景构成一保护舱加热-制冷回路；测温传感器a10、测温传感器b11、测温传感器线路15、保护舱测控温器13和保护舱采集与处理系统14构成一测温回路。
优选的，保护舱采集与处理系统14，可以用于：设定保护舱测控模块的控温目标值T0，启动控温；获取由测温传感器a10和测温传感器b11采集的红外测温头1的实时温度；根据获取的红外测温头1的实时温度，对保护舱加热-制冷回路、测温回路进行关联控制，以实现对保护舱测控模块环境温度的控制，将红外测温头保护舱9内的环境温度始终控制为T0±3℃；当红外测温头保护舱9内的环境温度稳定在T0±3℃后，调整热沉18之内、红外测温头保护舱9之外区域的真空度至目标真空度Pi，并通过控制热真空环境试验系统罐体17内热沉18、冷板19、红外加热灯阵20，使试件温度至目标温度Ti。
进一步的，温度场测量软件及计算机5，可以用于：获取不同目标温度Ti、目标真空度Pi条件下被测试件21表面的红外图像Gi；对红外图像Gi进行预处理，并进行实时解算，得到被测试件21表面的实时温度场信息；对获取的被测试件21表面的所有温度场信息进行处理，利用颜色区分不同范围温度，建立基于温差的温度标尺并将温度场信息利用可视化图像呈现并保存。其中，红外图像Gi由红外测温头1透过高红外透射锗玻璃片3采集得到。
在本实施例中，主要是通过热真空环境模拟罐体17、热沉18、冷板19和红外加热灯阵20等为热沉18之内、红外测温头保护舱9之外区域提供一个热真空试验环境；以及，通过加热板a7、加热板b8、红外测温头保护舱9、测温传感器a10、测温传感器b11、加热板控制线路12、保护舱测控温器13、保护舱采集与处理系统14、测温传感器线路15和热沉18的冷背景等为红外测温头1提供一个常压、恒温环境；以及，通过柔性大视场调节机构2实现保护舱测控模块和红外测温头1三轴六自由度大视场调节；并通过红外测温头1、高红外透射锗玻璃片3和红外测温头控制线路4等实现不同热真空环境工况的大视场红外图像的获取，在经温度场测量软件及计算机5处理后获得不同热真空环境工况的被测试件表面的温度场。
其中，需要说明的是，柔性大视场调节机构2可以采用三轴向柔性设计，可实现三轴六自由度的调节，可针对不同尺寸、不同距离的被测试件灵活调整温度测量视场。红外测温头保护舱9工作状态内部为常压环境，红外测温头保护舱9内部常压介质为干燥氮气。高红外透射锗玻璃片3可以有效避免由于环境适应性控制导致的红外光感的变化，从而影响温度场测量精度的问题，可选择不小于5mm厚的高红外透射锗玻璃片3。红外测温头1视场垂直于被测试件21的被测区域，且位于被测区域中间位置。
在上述实施例的基础上，下面结合该热真空试验环境下温度场测量系统的工作流程进行说明。
在本实施例中，该热真空试验环境下温度场测量系统的工作流程，包括：
步骤1：安装被测试件21。
将被测试件21按照试验要求安装在冷板19的中间位置。其中，被测试件21可以是任意一种结构结构产品或电子产品单机。
步骤2：安装温度场测量模块。
将柔性大视场调节机构2一端贯穿热沉18后与热真空环境模拟罐体17顶部连接，另一端通过接口连接红外测温头1；将红外测温头控制线路4的一端与红外测温头保护舱9和红外测温头1连接，另一端穿过真空穿舱接口a6后与温度场测量软件及计算机5连接。
优选的，本实施例中所述的温度场测量模块的特点在于：将红外测温头1与温度场测量软件及计算机5通过真空穿舱接口a6转接，实现了便捷的罐外操作罐内测试的温度场测量。有效解决了舱外测量方法，由于环境封闭视场受限，部分产品部分区域温度场不可测的问题。
步骤3：安装保护舱测控模块。
将红外测温头保护舱9末端外侧与柔性大视场调节机构2前端预留接口连接。在红外测温头保护舱9内壁两侧分别安装加热板a7和加热板b8，加热板a7和加热板b8通过加热板控制线路12、真空穿舱接口b16与保护舱测控温器13和保护舱采集与处理系统连接14。在红外测温头1表面两侧分别粘贴测温传感器a10和测温传感器b11，与测温传感器a10和测温传感器b11通过测温传感器线路15、真空穿舱接口b16与保护舱测控温器13和保护舱采集与处理系统连接14。将安装于红外测温头1前端的高红外透射锗玻璃片3通过密封垫镶嵌于红外测温头保护舱9前端。优选的，红外测温头保护舱9的特点在于：采用内壁安装加热板a7、加热板b8，在红外测温头1表面两侧粘贴测温传感器a10、测温传感器b11，并通过连接加热板控制线路12，形成保护舱加热回路；同时，利用热沉18的冷背景完成保护舱制冷，与加热回路配合形成保护舱的加热-制冷回路。进一步的，将加热-制冷回路与保护舱测控温器13、保护舱采集与处理系统14连接，实现基于现有保护舱内真实温度对保护舱进行温度控制。
其中，加热板a7和加热板b8可以是一加热片，测温传感器a10和测温传感器b11可以是一Pt100型铂电阻温度传感器。
步骤4：调节测量视场。
在温度场测量模块及保护舱测控模块安装完成后，通过柔性大视场调节机构2调整红外测温头1与被测试件21的距离及视场角度，实现温度测量最优视场范围的调节。优选的，视场调节完成后，红外测温头保护舱9应尽可能远离红外加热灯阵20、靠近热沉18附近区域；红外测温头1视场应尽可能垂直于被测试件21的被测区域，且位于被测区域中间位置。
步骤5：启动保护舱测控模块调试与控制程序。
通电激活保护舱测控模块，保护舱测控模块启动。在保护舱采集与处理系统14界面设定保护舱测控模块控温目标值T0，启动控温。利用红外测温头1两侧的测温传感器a10和测温传感器b11实时采集红外测温头1温度，通过保护舱采集与处理系统14对保护舱加热-制冷回路、测温回路进行关联控制，将保护舱内环境温度始终控制为T0±3℃。
优选的，本实施例采用热真空穿舱技术，将加热板a7、加热板b8、红外测温头保护舱9、测温传感器a10、测温传感器b11通过加热板控制线路12、真空穿舱接口b16与保护舱测控温器13、保护舱采集与处理系统14进行穿舱转接，实现了保护舱测控模块的真空罐内与罐外的分体式穿舱式测量与控制。
步骤6：待保护舱内温度稳定至T0±3℃，执行环境控制程序，调整热真空环境模拟条件至目标温度Ti、目标真空度Pi。
步骤7：启动温度场测量程序。
在执行环境控制程序的同时，温度场测量模块通电，启动测温程序。利用红外测温头1透过高红外透射锗玻璃片3对被测试件21表面温度进行测量，并记录不同目标温度Ti、目标真空度Pi条件下被测试件表面红外图像Gi。
步骤8：温度场图像处理。
利用温度场测量软件及计算机5对红外图像Gi进行处理，去除成像质量欠佳的红外图像。
步骤9：温度场解算。
利用温度场测量软件及计算机5将不同目标温度Ti、目标真空度Pi条件下红外图像Gi进行实时解算，得到被测试件表面的实时温度场信息。
步骤10：温度场信息输出。
温度场测量软件及计算机5对被测试件表面所有温度场信息进行处理，利用颜色区分不同范围温度，建立基于温差的温度标尺并将温度场信息利用可视化图像呈现并保存，最终实现热真空环境下被测试件温度场的实时测量，获得该试件表面实时温度场T(i,x,y,z)。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种热真空试验环境下温度场测量系统，其特征在于，包括：保护舱测控模块、红外测温头(1)、柔性大视场调节机构(2)、红外测温头控制线路(4)、温度场测量软件及计算机(5)、加热板控制线路(12)、保护舱测控温器(13)、保护舱采集与处理系统(14)、测温传感器线路(15)、热真空环境模拟罐体(17)、热沉(18)、冷板(19)、红外加热灯阵(20)和被测试件(21)；
保护舱测控模块、红外测温头(1)、柔性大视场调节机构(2)、热沉(18)、冷板(19)、红外加热灯阵(20)和被测试件(21)设置在热真空环境模拟罐体(17)内；其中，保护舱测控模块设置于热沉(18)与红外加热灯阵(20)之间区域；红外加热灯阵(20)设置在冷板(19)外侧；柔性大视场调节机构(2)的一端贯穿热沉(18)后与热真空环境模拟罐体(17)顶部连接，另一端与保护舱测控模块及红外测温头(1)连接；测量时，被测试件(21)安装在冷板(19)上；
温度场测量软件及计算机(5)、保护舱测控温器(13)和保护舱采集与处理系统(14)设置在热真空环境模拟罐体(17)外；其中，温度场测量软件及计算机(5)通过红外测温头控制线路(4)与红外测温头(1)连接，保护舱测控模块分别通过测温传感器线路(15)、加热板控制线路(12)与保护舱测控温器(13)和保护舱采集与处理系统(14)连接。
2.根据权利要求1所述的热真空试验环境下温度场测量系统，其特征在于，保护舱测控模块，包括：高红外透射锗玻璃片(3)、加热板a(7)、加热板b(8)、红外测温头保护舱(9)、测温传感器a(10)和测温传感器b(11)；
红外测温头(1)通过接口安装于红外测温头保护舱(9)的末端内侧；
红外测温头保护舱(9)的末端外侧与柔性大视场调节机构(2)前端预留的接口连接，高红外透射锗玻璃片(3)通过密封垫镶嵌于红外测温头保护舱(9)的前端，将红外测温头(1)密封在红外测温头保护舱(9)内；
加热板a(7)和加热板b(8)分别粘贴在红外测温头保护舱(9)的内壁两侧；
测温传感器a(10)和测温传感器b(11)分别粘贴在红外测温头(1)表面两侧。
3.根据权利要求2所述的热真空试验环境下温度场测量系统，其特征在于，还包括：真空穿舱接口a(6)和真空穿舱接口b(16)；其中，真空穿舱接口a(6)和真空穿舱接口b(16)设置在热真空环境模拟罐体(17)上；
红外测温头控制线路(4)的一端与红外测温头(1)连接，另一端穿过真空穿舱接口a(6)后与温度场测量软件及计算机(5)连接；
加热板控制线路(12)的一端分别与加热板a(7)和加热板b(8)连接，另一端穿过真空穿舱接口b(16)后连接保护舱测控温器(13)和保护舱采集与处理系统(14)；
测温传感器线路(15)的一端分别与测温传感器a(10)和测温传感器b(11)连接，另一端穿过真空穿舱接口b(16)后连接保护舱测控温器(13)和保护舱采集与处理系统(14)。
4.根据权利要求2所述的热真空试验环境下温度场测量系统，其特征在于，红外测温头保护舱(9)内部常压介质为干燥氮气。
5.根据权利要求2所述的热真空试验环境下温度场测量系统，其特征在于，高红外透射锗玻璃片(3)的厚度为不小于5mm。
6.根据权利要求2所述的热真空试验环境下温度场测量系统，其特征在于，红外测温头(1)视场垂直于被测试件(21)的被测区域，且位于被测区域中间位置。
7.根据权利要求2所述的热真空试验环境下温度场测量系统，其特征在于，保护舱采集与处理系统(14)，用于：
设定保护舱测控模块的控温目标值T0，启动控温；
获取由测温传感器a(10)和测温传感器b(11)采集的红外测温头(1)的实时温度；
根据获取的红外测温头(1)的实时温度，对保护舱加热-制冷回路、测温回路进行关联控制，将红外测温头保护舱(9)内的环境温度始终控制为T0±3℃；
当红外测温头保护舱(9)内的环境温度稳定在T0±3℃后，调整热沉(18)之内、红外测温头保护舱(9)之外区域的真空度至目标真空度Pi，并通过控制热真空环境试验系统罐体(17)内热沉(18)、冷板(19)、红外加热灯阵(20)，使试件温度至目标温度Ti。
8.根据权利要求2所述的热真空试验环境下温度场测量系统，其特征在于，温度场测量软件及计算机(5)，用于：
获取不同目标温度Ti、目标真空度Pi条件下被测试件(21)表面的红外图像Gi；其中，红外图像Gi由红外测温头(1)透过高红外透射锗玻璃片(3)采集得到；
对红外图像Gi进行预处理，并进行实时解算，得到被测试件(21)表面的实时温度场信息。
9.根据权利要求8所述的热真空试验环境下温度场测量系统，其特征在于，温度场测量软件及计算机(5)，还用于：
对获取的被测试件(21)表面的所有温度场信息进行处理，利用颜色区分不同范围温度，建立基于温差的温度标尺并将温度场信息利用可视化图像呈现并保存。
10.根据权利要求2所述的热真空试验环境下温度场测量系统，其特征在于，加热板a(7)、加热板b(8)、加热板控制线路(12)、保护舱测控温器(13)、保护舱采集与处理系统(14)和热沉(18)的冷背景构成所述保护舱加热-制冷回路；测温传感器a(10)、测温传感器b(11)、测温传感器线路(15)、保护舱测控温器(13)和保护舱采集与处理系统(14)构成所述测温回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010982703.4A CN112284543B (zh) | 2020-09-17 | 2020-09-17 | 一种热真空试验环境下温度场测量系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010982703.4A CN112284543B (zh) | 2020-09-17 | 2020-09-17 | 一种热真空试验环境下温度场测量系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112284543A true CN112284543A (zh) | 2021-01-29 |
| CN112284543B CN112284543B (zh) | 2022-03-04 |
Family
ID=74419988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010982703.4A Active CN112284543B (zh) | 2020-09-17 | 2020-09-17 | 一种热真空试验环境下温度场测量系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112284543B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113252267A (zh) * | 2021-05-26 | 2021-08-13 | 西安交通大学 | 测量板类零件在梯度温度场中动响应的装置及测量方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080224044A1 (en) * | 2005-06-09 | 2008-09-18 | Semprimoschnig Christoph | Equipment for Non-Contact Temperature Measurement of Samples of Materials Arranged Under Vacuum |
| CN203428046U (zh) * | 2013-07-25 | 2014-02-12 | 中国科学院武汉物理与数学研究所 | 小型化真空热环境模拟装置 |
| CN107727237A (zh) * | 2017-09-05 | 2018-02-23 | 北京航天长征飞行器研究所 | 一种地面热试验低温目标红外辐射测量装置及方法 |
| CN207894628U (zh) * | 2018-02-02 | 2018-09-21 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种火星表面环境模拟试验装置 |
| CN111043978A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-04-21 | 北京卫星制造厂有限公司 | 一种多目dic变形场测量装置和方法 |
| CN210862275U (zh) * | 2019-11-11 | 2020-06-26 | 韶山润泽新能源科技有限公司 | 一种真空炉用测温装置 |
-
2020
- 2020-09-17 CN CN202010982703.4A patent/CN112284543B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080224044A1 (en) * | 2005-06-09 | 2008-09-18 | Semprimoschnig Christoph | Equipment for Non-Contact Temperature Measurement of Samples of Materials Arranged Under Vacuum |
| CN203428046U (zh) * | 2013-07-25 | 2014-02-12 | 中国科学院武汉物理与数学研究所 | 小型化真空热环境模拟装置 |
| CN107727237A (zh) * | 2017-09-05 | 2018-02-23 | 北京航天长征飞行器研究所 | 一种地面热试验低温目标红外辐射测量装置及方法 |
| CN207894628U (zh) * | 2018-02-02 | 2018-09-21 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种火星表面环境模拟试验装置 |
| CN210862275U (zh) * | 2019-11-11 | 2020-06-26 | 韶山润泽新能源科技有限公司 | 一种真空炉用测温装置 |
| CN111043978A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-04-21 | 北京卫星制造厂有限公司 | 一种多目dic变形场测量装置和方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 郭赣等: "真空热试验的温度测量系统", 《航天器环境工程》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113252267A (zh) * | 2021-05-26 | 2021-08-13 | 西安交通大学 | 测量板类零件在梯度温度场中动响应的装置及测量方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112284543B (zh) | 2022-03-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6415034B2 (ja) | 航空機構造体の遠隔検査のためのシステム及び方法 | |
| CN108896305B (zh) | 铝壳体轴承座热力耦合应变测量系统和测量方法 | |
| EP1643225A1 (en) | Emissivity measuring device | |
| CN112284543B (zh) | 一种热真空试验环境下温度场测量系统 | |
| CN111043978B (zh) | 一种多目dic变形场测量装置和方法 | |
| CN104181200A (zh) | 空间结构的损伤热像检测方法 | |
| TW201832030A (zh) | 工具機環境溫度影響之熱補償方法 | |
| KR20170000731A (ko) | 초음파 적외선 열화상을 이용한 금속의 미세 결함 검출시스템 | |
| CN104359939A (zh) | 高低温低压环境下手部散热能力模拟装置 | |
| CN109324079B (zh) | 一种基于超声的材料热膨胀系数的测量方法 | |
| CN102778475A (zh) | 一种上下恒温参数辨识法测固-固接触热阻 | |
| CN110146550B (zh) | 基于电阻抗成像的复合材料高温部件氧化程度监测方法 | |
| CN106546813B (zh) | 一种大冷量低温制冷系统功率标定装置及方法 | |
| CN113029080A (zh) | 一种隧道裂缝深度的非接触移动式快速测量方法与装置 | |
| TWI669502B (zh) | 利用紅外線熱影像檢測熱管品質之裝置與方法 | |
| CN116242878A (zh) | 热防护材料性能一体化测试系统及方法 | |
| CN106679818B (zh) | 光滑表面温度分布的测量装置及方法 | |
| Spring et al. | Infrared thermography: a versatile nondestructive testing technique | |
| Zhang et al. | An iterative algorithm to improve infrared thermographic systems’ accuracy in temperature field measurement of aluminum alloys | |
| CN209342253U (zh) | 一种温度监测装置 | |
| CN204043811U (zh) | 一种导热系数仪标准测温板 | |
| Ho et al. | Infrared thermal measurement system for evaluating model-based thermal displays | |
| CN109813866A (zh) | 非饱和冻土基质势的测量系统与测量方法 | |
| CN113125333B (zh) | 一种用于航天器结构稳定性试验的高低温箱 | |
| TWI279531B (en) | Automatic measurement system with multi-dimensional temperature parameters |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |