[发明专利]一种高温流场环境下模型表面辐射率测量装置及方法

说明书

本发明提供了一种高温流场环境下模型表面辐射率测量装置及方法，该装置包括红外热成像仪、CCD相机和控制模块；红外热成像仪用于采集高温流场环境下的模型表面的温度；CCD相机用于采集高温流场环境下的模型表面的RGB图像；控制模块与红外热成像仪和CCD相机连接，用于获取CCD相机采集的RGB图像并进行处理，根据RGB图像得到模型表面的温度分布数据，结合红外热成像仪采集的温度以及辐射率和温度之间的对应关系，计算高温流场环境下的模型表面的辐射率分布数据。本发明能够获得高温流场环境下模型表面辐射率分布情况。

技术领域

本发明涉及空间环境地面模拟技术领域，特别涉及一种高温流场环境下模型表面辐射率测量装置及方法。

背景技术

辐射率是用来描述实际物体辐射特性的物理量，其数值大小处在0到1之间。理想黑体的辐射率为1，辐射率小于1且不随波长改变的物体称为灰体。精确测量材料表面辐射率，对研究高超声速飞行器端头的辐射特性，以及飞行器红外预警、制导、隐身等应用都有着重大意义。

目前，现有的辐射率研究多在温度较低的条件下进行(温度通常低于1000K)，然而在高超声速飞行器再入大气层过程中，飞行器头部的温度可达到2200K甚至更高，若进行高温流场环境下复现，传统的辐射率测量方法在这样的温度水平下测量误差大，且传统的辐射率测量装置一般有着复杂的光路系统，需要设置参考黑体。

因此，需要一种能够精确、快捷地测量高温流场环境下物体辐射率的装置及方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种高温流场环境下模型表面辐射率测量装置及方法，能够精确测量高温流场环境下模型表面辐射率，以便研究高超声速飞行器在大气层中实际飞行时辐射率。

第一方面，本发明实施例提供了一种高温流场环境下模型表面辐射率测量装置，包括：

红外热成像仪，用于采集高温流场环境下的模型表面的温度；

CCD相机，用于采集高温流场环境下的模型表面的RGB图像；

控制模块，与所述红外热成像仪和所述CCD相机均连接，用于获取所述CCD相机采集的RGB图像并进行处理，根据RGB图像得到模型表面的温度分布数据，结合所述红外热成像仪采集的温度以及辐射率和温度之间的对应关系，计算高温流场环境下的模型表面的辐射率分布数据。

在一些可能的实施方式中，所述CCD相机的镜头前设有衰减片。

在一些可能的实施方式中，所述控制模块用于根据比色测温的原理对RGB图像进行处理，得到模型表面的温度分布数据。

在一些可能的实施方式中，所述控制模块计算高温流场环境下的模型表面的辐射率分布数据，利用如下表达式：

ε2＝ε1×(T1/T2)⁴；

其中，ε1表示所述红外热成像仪中设置的固定辐射率，ε2表示计算得到辐射率，T1表示所述红外热成像仪采集的温度，T2表示根据RGB图像得到的模型表面的温度，T1、T2的单位均为K。

第二方面，本发明实施例还提供了一种高温流场环境下模型表面辐射率测量方法，采用如上述任一项所述的高温流场环境下模型表面辐射率测量装置实现，包括：

设置红外热成像仪和CCD相机的工作参数，令所述红外热成像仪和所述CCD相机同步进行采集；

开启高温流场，获取所述红外热成像仪采集的模型表面的温度，以及所述CCD相机采集的模型表面的RGB图像；

对所述CCD相机采集的RGB图像进行处理，根据RGB图像得到模型表面的温度分布数据；

结合所述红外热成像仪采集的温度、根据RGB图像得到的温度分布数据，以及辐射率和温度之间的对应关系，计算高温流场环境下的模型表面的辐射率分布数据。