[发明专利]一种爆炸火焰燃烧速度和温度测量装置及测量方法

说明书

本发明涉及爆炸场的测试分析领域，更具体而言，涉及一种爆炸火焰燃烧速度和温度测量装置及测量方法。采用高速CCD能够对爆炸火焰进行高速清晰成像，对爆炸火焰图像进行分析比较，实现爆炸火焰燃烧速度的测量分析；采用超高速光谱分析技术，核心在于采用弹光调制干涉模块，具有微秒量级的超高速干涉信号获取速度，能够实现爆炸燃烧光谱测量。该测量装置及方法获得爆炸火焰的燃烧场图像和光谱信息，能够同时实现爆炸火焰燃烧速度和温度的测量，并且实现了燃烧速度和温度的非接触遥测、无运动部件、抗震性好、环境适应性强。该爆炸火焰燃烧速度和温度的测量装置及方法，稳定、快速、环境适应性强和具备遥测能力的爆炸场火焰燃烧速度和温度同时测量。

技术领域

本发明涉及爆炸场的测试分析领域，更具体而言，涉及一种爆炸火焰燃烧速度和温度测量装置及测量方法。

背景技术

通过对燃烧、爆炸试验过程进行测试研究，不仅能够获得爆炸、燃烧场温度、燃烧产物等信息，还能够进一步获得含能材料的分子结构特性与能量、感度性能之间的变换规律，掌握燃烧、爆炸过程演变规律，以及能量转变和利用的最佳方法，最终有效地指导新型炸药，火工品，爆破器材的设计与制造，以及防止燃烧、爆炸过程所带来的对炮管、喷口的烧蚀，对人员和设施的危害等。炸药爆炸属单次事件过程，存在时间短、瞬态温度较高(一般约2000℃-6000℃)，温度变化极快，并且由于爆炸场内具有高温、高压、高速气流，并伴有化学反应等诸多特点，使得爆炸温度难以准确测量。

目前，非接触测温方法具有红外测温、比色测温、多光谱测温等方法。红外测温法具有较快的测量速率，但该方法实现的关键在于获得所测目标的发射率，但由于燃烧、爆炸场的极端环境，其真实目标发射率很难获得，制约了对未知发射率目标温度的测量，并且红外测温无法满足爆炸场超高温的测量需求。比色测温法无需知道被测目标发射率，但由于火炸药爆炸、燃烧时难免有各种离子谱及特征谱，会对测量结果产生干扰。多光谱测温法利用测量多个光谱的辐射亮度进而解算温度，具有较高的温度测量精度和较大的温度测量上限，特别适用于燃烧、爆炸温度测量。但是目前光谱测量技术无法同时实现高光谱分辨率、高光谱测量速率、宽光谱范围的光谱测量，使得现有多光谱测温方法的测量精度、速率和范围有限，进而限制了该技术在爆炸试验瞬态温度和爆炸过程演变规律测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种爆炸火焰燃烧速度和温度测量装置及测量方法，利用高速CCD相机完成爆炸火焰燃烧场分布测试，利用超高速光谱仪完成爆炸辐射光谱测试，进而完成爆炸温度测试，最终提供一种实时、超高速、高精度和高灵敏的爆炸火焰燃烧速度和温度的测量装置及方法。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种爆炸火焰燃烧速度和温度的测量装置，包括卡塞格林望远镜、长波通二向色镜、高速CCD、第一离轴抛物镜、第二离轴抛物镜、第三离轴抛物镜、金反射镜、第一红外偏振片、弹光调制干涉模块、第四离轴抛物镜、第二红外偏振片、高速红外探测器、数据采集与控制模块和电脑PC端；

爆炸场燃烧火焰发出的光经卡塞格林望远镜收集进入测量装置，长波通二向色镜将光束分为可见光与红外光，可见光部分被反射汇聚到高速CCD，高速CCD对爆炸过程进行高速图像采集，高速CCD对爆炸过程进行高速图像采集，并经USB将采集的图像传输至电脑PC端；红外光部分进入超高速光谱测量装置，其具体过程为红外光经离轴抛物镜准直缩束并反射至金反射镜，经金反射镜反射至第一红外偏振片，经偏振后入射弹光调制干涉模块，经弹光调制干涉模块调制后出射至第四离轴抛物镜，经反射进入第二红外偏振片出射获得高频干涉信号，经高速红外探测器接收后，传输至数据采集与控制模块，转换为数字信号后传输至电脑PC端。

进一步地，所述卡塞格林望远镜口径≥250mm，为了获得较高的测量灵敏度，尽可能的提高入射系统的光通量，焦距可调。

进一步地，所述高速CCD的帧频速度≥5000fps。