瞬时多光谱爆温测量系统

　　0　引言

　　炸药爆温是指炸药爆炸时放出的能量将爆炸产物加热到的最高温度.它存在时间短、温度高,因此是炸药的多个爆轰参量中最难测量也是唯一一个没有标准的量.所以它的直接测量对火炸药的研究很重要.

　　近年来爆温测量的研究主要集中于采用双波长色温测量法.1995年由Rusian Federsl Nu-clear Center的M.D.Tarasov等人提出的双波长光导纤维高温计1,由英国皇家军事科学院的M.P.B Laird在16届国际弹道会议上提出的爆温的光学测量方法,Xianchu H在1995年第八届国际爆炸物研计会上提出的双色温高温计2以及其它用光电法测爆温的装置3就都采用的是这种方法,即测量两个不同波长的辐亮度之比.但目标光谱发射率在这两波长处相等的假设使计算温度与真实温度之间存在了较大的误差.

　　为避免不同波长上强度比测量的误差,日本研究者提出了对可见光区域的整个辐射谱进行测量的方案4,借助光谱仪和带有硅探测器的多通道光学分析(OMA)来纪录辐射谱.应用这种分布温度测量方法测定非灰目标的温度时,测量误差也主要取决于光谱发射率随波长的变化.近年在美国得到广泛应用的是快响应(时间常数≤10μs)六通道光学高温计.它将选定的六个波长段的辐亮度测定值与标准光源的热辐射谱进行对比,认为光谱发射率也未知并在求解它的过程中得到测量温度值.

　　总结以上现今常用的多种辐射测温方法可知:色温度测量方法因为将测量目标在选择的波段上辐射特性近似为灰体辐射而存在着较大的原理误差,六通道光学高温计从测量原理上尽量的消除了这种误差,全光谱辐射测温系统在采用测量仪器和手段上的进步从另一个方面为提出新的测温系统扩展了思路.结合这些测量方案的优缺点,新型爆温测量装置就极有可能实现.同时随着武器和火药研究的进一步发展,不仅要求得到炸药爆炸稳定后爆炸产物的爆温,还需要能描绘出在整个爆轰过程中(尤其是化学反应区)温度的变化,因此仅测出炸药爆炸时的平均或某一瞬时的温度己不能满足要求.而以往的测量系统都只能测量某时刻的温度,无法完成在同一次爆炸过程中的多时刻测量,并且不能实时的进行数据处理,测量结果不直观.因此为满足这一客观要求,我们设计了一种新型的爆温测量系统,即瞬时多光谱爆温测量系统.

　　1　瞬时多光谱爆温测量系统(TMDT)原理与结构

　　1.1　多光谱测温原理

　　多光谱测温法是利用被测目标在多个光谱下的辐射测量信息,经过数据处理得到目标的真温和光谱发射率.TMDT就是利用该原理通过对爆轰波在可见光范围内辐射光的探测实现大范围温度(预定为3000K～5000K)的测量.系统的测温范围和光谱范围决定了在原理推导中采用维恩近似公式代替普朗克定律作为测温的基本原理公式.根据维恩近似公式,绝对黑体的光谱辐照度为,式中λ为波长,T为绝对温度.