[发明专利]小口径转管火炮旋转身管表面温度在线测试装置及方法

摘要

本发明公开了一种小口径转管火炮旋转身管表面温度在线测试装置及方法，用于解决现有温度测试装置实用性差的技术问题。技术方案是所述装置包括数据采集系统、安装调节架、在线式红外探测器、耐高温电缆、分离式电子变换器和现场红外校准仪。在线式红外探测器用于身管表面温度信号的非接触提取；耐高温电缆用于250℃环境温度下的温度信号传输；分离式电子变换器，通过带有按键和背光LCD显示的智能操作面板，实现对目标发射率、下限温度、上限温度、响应时间、输出电压等的参数设置和远程监控；现场红外校准仪用于全套测试装置的在线温度校准。该装置能够实现旋转身管表面在发射前、发射中及发射后全过程的温度参量测试，实用性好。

主权项

1.一种小口径转管火炮旋转身管表面温度在线测试方法，所用装置包括数据采集系统和安装调节架，还包括在线式红外探测器、耐高温电缆、分离式电子变换器和现场红外校准仪；在线式红外探测器通过M4标准安装螺母固定在安装调节架上，所述的在线式红外探测器的光轴与被测火炮旋转身管轴线相垂直；在线式红外探测器的输出端通过耐高温电缆接分离式电子变换器的输入端，分离式电子变换器的输出端接数据采集系统的输入端；现场红外校准仪提供升温范围50～500℃、测温误差为0.8℃、稳定度为0.3℃和目标发射率为0.95的标准温度源，所述测试方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、选用测试装置指标、参数；在线式红外探测器，光谱响应2.3μm，测量范围50℃‑600℃，动态响应时间1ms，光学分辨率22:1，最小测量目标0.5mm；耐高温电缆，电缆直径2.8mm，金属护套外径8mm，封装公制螺纹M12×1.5，适用外部环境温度250℃；分离式电子变换器，工作电压8‑36VDC，输出方式0‑5V，发射率范围0.1‑1.1，温度分辨率0.1℃，测量精度0.3％读数，温度单位℃，瞄准方式为激光瞄准，适用外部环境温度‑25‑85℃；数据采集系统，采样率1MS/s/CH，分辨率16bit，通道数16通道；安装调节架，探测器标准安装螺孔M4×1，高度500mm～1650mm，俯仰、水平可调，俯仰调节角度0‑180°，水平调节角度0‑360°，最大承载重量12kg；现场红外校准仪，升温范围50～500℃，分辨率0.1℃，最大测温误差0.8℃，最大稳定度0.3℃，目标发射率0.95；步骤二、测试装置安装联接、参数设置；将在线式红外探测器通过M4×1螺母固定在安装调节架上，对安装调节架进行水平、垂直距离调节，使在线式红外探测器的光轴与每根被测身管平行、探测面与每根身管测试点的距离D为5m，则探测视场S为0.23m；在线式红外探测器的输出端接耐高温电缆的一端，耐高温电缆的另一端接分离式电子变换器的输入端，分离式电子变换器的输出端接数据采集系统的输入端；设置现场红外校准仪的预置温度为300℃，目标发射率为0.95，对现场红外校准仪进行升温、保温；接通分离式电子变换器的15V工作电源，设置温度输出信号为0～5V，发射率为0.95，透射率为1，响应时间为1ms，温度下限值为50℃，温度上限值为400℃，温度灵敏度为70℃/V，温度单位为℃，峰值保持为不激活，激光瞄准开关为打开；设置数据采集系统的采集率为1MHz/CH，触发方式为自动触发，采集通道为通道1，电压量程为5V；步骤三、测试装置现场校准、激光瞄准；现场校准：将安装调节架水平逆时针旋转90°，并对高度、俯仰角和水平角进行调节，使在线式红外探测器的激光点对准现场红外校准仪的黑体炉圆心；待现场红外校准仪的炉温持续稳定在300℃±0.3℃时，对测试装置进行现场校准；直接读取此时数据采集系统的电压差值U，则校准误差△等于电压差值U乘以温度传感器的灵敏度70℃/V、加上温度下限值50℃、再减去温度实际值300℃；△＝U×70+50－300激光瞄准：将安装调节架水平顺时针旋转90°，将在线式红外探测器的激光点对准被测身管外径的被测点，对安装调节架进行高度、俯仰角和水平角微调，使激光点正好与被测点相重合，测量、记录此时的探测距离D和探测视场S，探测距离D和探测视场S的单位均为m；步骤四、全过程温度信号在线采集；火炮发射前，进行测温装置的机械安装与电联接，在温度信号还未到来时，数据采集系统采用监测模式，自动完成身管温度初始值的测量；火炮发射时，多根身管会围绕同一圆心进行高速旋转，随着火炮射击发数的增多，每根身管的温度都会持续上升；由于测试装置的探测面一直对准着每根身管上的每个测试点，所以，一旦温度信号到来时，数据采集系统采用存储触发模式，自动采集、记录、显示被测温度信号；火炮发射后，温度信号仍在变化，数据采集系统仍采用存储触发模式，继续对温度信号进行采集，直至获取温度全部有效数据才结束采集，并对已采集的数据进行存储、调用和回放；步骤五、数据测量、数据处理；数据测量：采用一对垂直光标进行测量；在回放的温度波形数据上，将光标1移动到波形初始值的第一个关注点上，将光标2移动到波形峰值的另一个关注点上，屏幕上依次显示出第一个关注点的测量值、第二个关注点的测量值、两关注点的测量差值以及两关注点的时间差值；数据计算：温度测量结果T等于关注点的电压差值U′乘以温度传感器的灵敏度70℃/V，再加上温度下限值50℃，减去校准误差△；T＝U′×70+50‑△式中，校准误差△为1.4℃，数据采集系统所测电压差值为4.6V，转换为温度差值为4.6×70+50－1.4﹦370.6℃。