[发明专利]一种固体火箭推进剂挥发气体光纤无损在线监测装置

说明书

一种固体火箭推进剂挥发气体光纤无损在线监测装置，包括光源、光分路器、气室、双通道光谱仪及ARM嵌入式解调模块，光源发出的光经传输光纤传输到光分路器，光分路器将光源传输过来的光分为参考光和进入气室的信号光，气室上部和下部分别通过进气通道和出气通道与固体火箭推进剂连通，双通道光谱仪用于接收参考光和从气室出来的信号光，ARM嵌入式解调模块对双通道光谱仪进行信号的实时采集和气体浓度的数据解调。本发明的优点是：成本低，响应快，省时省力，稳定性好，本证安全，通过对推进剂贮存中老化挥发出的二氧化氮气体进行检测，预测推进剂组分化学迁移现象以及失效模式的未来化学状态，从而实现对固体火箭发动机药柱推进剂的无损检测。

技术领域：

本发明涉及火箭技术领域，尤其是指一种固体火箭推进剂挥发气体光纤无损在线监测装置。

背景技术：

固体火箭发动机的贮存问题一直备受关注，在寿命周期内发动机推进剂药柱和壳体不能分离，且要求10年不能分解发动机。和平时期，随着贮存时间的推移，库存发动机逐渐超期，为避免过早地更换、销毁发动机而造成浪费，或盲目使用已经失效的发动机而造成严重的事故，因此，对固体火箭发动机健康状态进行评估有着非常重大意义。

目前，对固体火箭发动机健康状态采用的评估方法是每隔三年把发动机的壳体打开，采用目测方法根据推进剂的颜色来判断是否失效；难以判断时，就从发动机大块的药柱上切割取样做进一步的力学试验，通过检测推进剂的延伸率，来判断发动机的有效性。如果正常，再用填充物填充，采取这种有损检测方法会造成添加填充物与整块药柱性能不一致的问题，使发动机药柱推进剂的燃烧值受到影响。这类寿命评估方法包括解剖发动机、静态点火和实弹试射等一些破坏性方法，评估成本非常高、机动性小、且耗时费力。

固体火箭推进剂的化学成分主要有丁羟基、粘合剂以及其它助燃剂，随着贮存时间的延长将发生老化；药柱在存放和训练过程中，因受光、热和空气中水分的作用，粘合剂会与丁羟基等主要成份发生化学反应，产生NO、NO2等氮氧化物气体，其成分发生迁移，能量性能燃速、热值等下降，化学性能和物理性能较大程度上发生了变化，收缩率和强度等性能下降，势必会影响固体火箭发动机的内弹道性能。当力学性能、理化性能恶化到难以接受的程度，固体推进剂失效，发动机报废。通过检测推进剂材料老化过程释放的NO2气体浓度，判断评估固体火箭推进剂的健康状态。传统的电化学方法安培法，即使用基于电化学反应原理的气体传感器测量时，主要是通过分析物在电化学反应中对二氧化氮气体的消耗而产生的微小电流进行检测，该方法需要消耗二氧化氮气体且传感器产生电流，存在很大安全隐患，不适用于固体火箭推进剂挥发气体的无损在线检测，不能满足测量要求。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是，提供一种评估成本低，响应快，省时省力，稳定性好，本证安全，可以在不对固体火箭发动机造成损伤的前提下，通过对推进剂贮存中老化挥发出的二氧化氮气体进行检测，预测推进剂组分化学迁移现象以及失效模式的未来化学状态，从而实现对固体火箭发动机药柱推进剂的无损检测的固体火箭推进剂挥发气体光纤无损在线监测装置

本发明的技术解决方案是，提供一种固体火箭推进剂挥发气体光纤无损在线监测装置，该在线监测装置包括：

光源，其发出的光经传输光纤传输到光分路器；

光分路器，其将光源传输过来的光分为两路，一路光进入气室作为信号光，另一路光作为参考光；

气室，其上部通过进气通道与固体火箭推进剂连通，下部通过出气通道与固体火箭推进剂连通，所述进气通道上设置有第一阀，所述出气通道上设置有第二阀和采样泵；

双通道光谱仪，其接收光分路器分出的一路参考光和从气室出来的信号光；

ARM嵌入式解调模块，其对双通道光谱仪进行信号的实时采集和气体浓度的数据解调。

优选地，本发明所述的一种固体火箭推进剂挥发气体光纤无损在线监测装置，其中，光源可为中心波长455nm、5W功率的蓝光LED光源。