第22卷第5 期

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1、第22卷第5期海军航空工程学院学报Vol.22No.52007年9月JournalofNavalAeronauticalEngineeringInstituteSep.2007文章编号：1673−1522（2007）05-0559−03导弹燃气流瞬态温度测量系统设计高政民，张克军，董敬文（92941部队，辽宁葫芦岛125000）摘要：介绍了采用蓝宝石黑体腔光纤作为传感器的导弹燃气流瞬态温度测量系统的测量原理、系统组成，阐述了其硬件功能模块设计，给出了软件设计算法及蓝宝石黑体腔光纤高温计的标定方法。关键词：燃气流；瞬态

2、温度；光纤传感器；蓝宝石黑体腔中图分类号：TJ760.6文献标志码：A国外致力于表面温度测试研究已有很长历史，据采集部分采集，采集得到的数据，由专用测温软早在1886年HenryLechtaelier采用铂丝和铂铑合金件处理得出发射筒前框的温度—时间曲线及其温度[2]丝配组，成功地进行了高温测量。尔后热电偶测温最大值。技术得到迅速发展。经过几十年的发展，热电偶测压管光纤黑体腔温技术已趋成熟。然而在武器装备的研制和生产中，有许多研究对象需要测量的是瞬态温度，如枪炮膛内火药气体的温度、身管内外壁的瞬态温度、火箭及导弹燃气

3、射流温度、爆炸与爆轰温度等等。这些瞬态温度测量的共同特点是温度高、变化快、伴有压螺传感器保护外壳传感器头发射箱前框高压或高速气体流动、一次性过程居多。因此，测量条件非常苛刻，技术难度高，尽管目前已经开发图1蓝宝石黑体腔光纤传感器安装示意图出适用于不同温度范围和不同响应速度的多种热电偶温度传感器，但在这领域的理论研究和实践仍不1.2系统组成[1]能满足测量瞬时高温的需要。本文介绍了一种采导弹燃气流瞬态温度测量系统就是针对导弹发用蓝宝石黑体腔光纤作为传感器的导弹燃气流瞬态射过程中，为获取导弹助推器燃气流中心点温度或温度测

4、量系统的测量原理及软硬件设计方法。温度分布而研究开发的温度测量系统，它由蓝宝石1测量系统设计及原理黑体腔光纤传感器、传导光纤、光电探测器及其适配电路、数据采集装置及测温软件等部分组成，如1.1测量原理图2所示。在导弹燃气流的温度测点上，固定安装蓝宝石黑体腔发射箱前框黑体腔光纤传感器，传感器通过螺纹与安装挡板支蓝宝石光纤光电探测器架上的传感器安装螺纹可靠连接，如图1所示。传感器外有充以隔热材料的金属保护套管，以防止高速、高压燃气气流对传感器的烧蚀作用。在蓝宝石黑体腔光纤传感器的辐射光信号输出端与传导光纤传导光纤数据采集

5、装置相连，辐射光信号传导至光电探测器件，由光电探测器将光信号转变为电信号，经适调、处理，由数图2瞬态表面高温测量方案示意图收稿日期：2007-03-14作者简介：高政民（1965−），男，工程师，大学。·560·海军航空工程学院学报第22卷1.3硬件功能模块设计图4为光纤感温腔腔口有效发射率理论计算结果。1.3.1蓝宝石黑体腔光纤传感器蓝宝石黑体腔目前主要有两种制作方法，一种是以蓝宝石单晶光纤为基体，在其一端溅射铱贵金属感温介质薄膜，构成体积微小的感温黑体腔（热传感头）。为防止金属在高温下挥发，在腔外壁一般再蒸镀一层

6、Al2O3保护膜，如图3所示。另一种是在蓝宝石单晶光纤的一端涂覆高发射率的感温介质陶图4光纤感温腔腔口有效发射率瓷薄层，并经高温烧结形成微型光纤感温腔，这种感温介质必须能满足耐高温、稳定性好、且与蓝宝从图中可看出，当选择的光纤感温腔膜层材料石单晶光纤基体结合牢固等一系列苛刻的要求，因[3]发射率ε大于0.5，感温腔结构尺寸L/D大于10时，腔此必须经过反复试验和筛选。口有效发射率E0就非常接近1，而且是一个稳定的保护膜蓝宝石单晶光纤石英光纤值，这样蓝宝石光纤感温腔就可以被看作为一光纤黑体腔。考虑到实际使用时蓝宝石光纤

7、应有足够的强度，选择用于高温传感的蓝宝石光纤的直径一般为0.7~1.27mm左右，光纤感温腔的长度应大于铱膜光纤连接器7~12.7mm，这个尺寸一般已能满足实际应用场合图3蓝宝石光纤黑体腔示意对探头空间分辨率的要求。实验测定了光纤黑体腔820nm波段（带宽为30nm）辐射强度随温度变化当燃气流测点的高温热辐射聚于感温腔上时，与理论值一致。由于感温腔的膜层很薄，蓝宝石光纤基体细小热容蓝宝石光纤传感器的热响应主要由形成光纤黑量极小，所以感温腔与热源很快处于热平衡状态，体腔的介质膜层厚度和介质材料的热导率决定，介若光纤感温

8、腔的轴向长度尺寸足够小，则可以认为质材料可以为耐高温金属膜或高温陶瓷涂层，厚度处于热平衡状态下的感温腔是一等温腔。光纤感温一般为几个µm～几十个µm，金属膜光纤黑体腔热腔的内表面为感温介质与单晶光纤的界面，在高温响应快，高温陶瓷黑体腔制作方便，抗氧化性好，条件下，感温介质的内表面将形成晶粒状边界沟槽，热响应比金属膜腔稍差，能满足大多数测温场合的