瞬态辐射光纤高温计系统研制

　　0　引言

　　20世纪80年代以来,欧美等国竞相研究瞬态辐射测温技术,主要用来解决高温及超高温目标真实温度及热物性的动态测量。1982年,Cashdollar等[1]研制成了PbSe作为探测器的6波长辐射测温系统,用以测量在粉尘爆炸过程中粉尘粒子及气体的温度;1984年Kato等[2]研制了4通道高温计并对一些固体高能炸药的爆温进行了测量。1992年Cezairliyan[3]等研制成了亚毫秒级的6波长瞬态辐射测温系统,在脉冲加热下测量了铌金属试样的亮度温度。1998年Leal等[4]利用亚微秒级6通道辐射测温系统研究了硝基甲烷的SDT过程,并测得其爆轰温度为3 600 K±25 K.国内对于辐射测温系统的研究也比较早,1985年西安近代化学研究所的HE等[5]研制出了两个波长的比色高温计系统并对TNT炸药的爆温进行了测量。1988年王贵朝等[6]研制了响应时间小于20 ns、温度测量误差小于5%的6波长瞬态光学高温计系统,并用NaI晶体作样品进行了动态试验测量。1997年罗教明[7]研制了一台响应时间优于5 ns的4通道瞬态辐射高温计,并用NaCl晶体作样品测量了其在36~60 GPa冲击压力下的辐射光谱历史。

　　高能炸药爆温对于研究起爆过程中炸药向爆轰产物的转变、反应能量的释放、化学反应速率及精细的数值模拟计算都具有非常重要的作用。但由于爆炸瞬间形成的温度很高(一般约2 000~6 000 K),温度变化极快,而且爆炸时破坏性很大,因此直接用热电偶等电学传感器类测量是不太可能的,为了深入研究高能炸药的爆轰辐射特性,准确测定炸药爆轰温度,研制了一台瞬态辐射光纤高温计。它在设计上相对于以前的辐射光纤高温计做了以下改进:1)采用了光纤分束器将被测光源发光通过同一根光纤分束至6个不同通道,保证了高温计采集的光是目标光源同一点发光;2)采用的光电倍增管阳极上升时间均小于3 ns,因此该系统的响应时间优于3 ns.

　　1　瞬态辐射光纤高温计原理和组成

　　瞬态辐射光纤高温计是利用光电转换技术,测试高温辐射体在特定波长下其辐亮度随时间变化过程,然后以普朗克热辐射理论为基础,将待测光源的辐亮度与标准光源的辐亮度进行比较,从而测得待测光源温度的一种光学仪器。它主要由光纤、窄带滤光片和光电倍增管等组成。光纤接收信号光并分成6路,经窄带滤光片限定波长并将一定带宽的光送入光电倍增管,光电倍增管产生随时间变化的电压信号并由示波器记录。图1为瞬态辐射光纤高温计结构示意图,表1为其主要技术参数。

　　由于高温计的响应时间主要由光电倍增管阳极上升时间决定,从表1可以看出,采用的光电倍增管阳极上升时间均小于3 ns,因此该系统的响应时间优于3 ns.