一种用于强辐射环境下的点温仪测试抗干扰装置的制作方法

1.本发明属于测量测试技术领域，具体涉及一种用于强辐射环境下的点温仪测试抗干扰装置。


背景技术：

2.高超声速飞行器在临近空间巡航速度超过5马赫，机动或再入过程中速度超过15马赫，面临着严酷的气动加热，飞行过程中，其大面积区域温度超过1000摄氏度，端头、翼前缘等区域温度超过2000摄氏度。因此，在研制过程中，需要对热端部件开展地面高温试验，验证结构的可靠性和安全性。
3.目前，地面试验中多采用辐射加热方式。利用石英灯阵列加热，可以使试验件表面温度达到1200摄氏度。最新的碳基加热器，可以使试验件表面温度超过2000摄氏度。对试验温度测量，一方面需要准确获得试验件表面的温度；另一方面不能对辐射加热的温度场造成太大影响。红外点温仪由于非接触、响应快、可便携、可测小目标、对温度场无干扰等优点，是地面高温试验中广泛使用的一种测温方式，其原理是利用物体热辐射来快速获得物理的温度。
4.在实际试验测试过程中，试验件或防隔热设备在高温下产生的烟尘阻挡、高温气氛等均会对红外辐射测量过程带来干扰，现有技术考虑了红外辐射在大气中的传输效应，通过对采集到的信号进行处理和修正来降低背景干扰，但是对于采用辐射加热的方式的超高温试验中，石英灯和碳基加热器会产生剧烈的热辐射，试验件以及夹具表面对热源辐射还会产生反射，使得待测试验件处于强辐射环境中，严重影响基于红外辐射原理的点温仪的测温精度，常用的信号处理和修正的方法对于强辐射干扰环境下信号修正效果较为有限，不足以消除强辐射环境对红外点温仪测温精度的影响，需要进行改进。


技术实现要素：

5.本发明提供一种用于强辐射环境下的点温仪测试抗干扰装置，目的是消除或降低高温辐射加热造成的强辐射环境对红外点温仪测温精度影响的问题。
6.本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
7.一种用于强辐射环境下的点温仪测试抗干扰装置，包括抗干扰装置主体和液冷循环系统，抗干扰装置主体采用不透光材料制成，抗干扰装置主体为空心柱状，包括抗干扰测量光路和换热通道，抗干扰测量光路为贯穿抗干扰装置主体的通孔，换热通道沿抗干扰测量光路轴向设置，液冷循环系统采用比热容大的液态冷却介质，连接换热通道并形成循环回路。
8.进一步地，抗干扰装置主体为空心圆柱状，内部圆柱形通孔作为抗干扰测量光路。
9.进一步地，换热通道设置在抗干扰装置主体的侧壁内，换热通道的入口设置在换热通道的出口下方，换热通道的入口和换热通道的出口通过软管连接到液冷循环系统。
10.进一步地，换热通道的入口和换热通道的出口分别设置在抗干扰装置主体同一端
的两侧，换热通道的入口和换热通道的出口形状一致，均为空心圆柱状，凸出抗干扰装置主体的外表面。
11.进一步地，抗干扰装置主体侧壁内的换热通道包括两路分支，冷却介质进入换热通道的入口后，在抗干扰装置主体远离换热通道的入口的一端分为两股，分别流到抗干扰装置主体上方后，重新汇合成一股并经换热通道的出口流出。
12.进一步地，抗干扰装置主体采用不透光的金属材料，通过3d打印工艺制成。
13.进一步地，抗干扰测量光路的内壁采用吸光涂料进行涂黑。
14.进一步地，液冷循环系统采用蒸馏水作为冷却介质。
15.本发明所取得的有益技术效果是：
16.可以从物理上隔绝高温辐射加热所带来的强辐射环境对红外点温仪测温精度的影响，并减弱防隔热设备在高温下产生的烟尘阻挡，同时可以方便地安装于地面高温试验系统，具有良好的适配性。可实现消除或大幅降低高温辐射加热造成的强辐射环境对红外点温仪测温精度影响，解决了现有技术存在的问题，具有突出的实质性特点和显著的进步。
附图说明
17.图1是本发明其中一种具体实施例的结构示意图；
18.图2是图1的左视图；
19.图3是本发明其中一种具体实施例使用时的安装位置示意图；
20.附图标记：1、试验件；2、反光板；3、石英灯阵列；4、抗干扰装置主体；5、水冷通路；6、测量光路；7、点温仪；41、冷却水入口；42、冷却水出口。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明要求保护的范围。
22.一种用于强辐射环境下的点温仪测试抗干扰装置，包括抗干扰装置主体、固定装置和液冷循环系统，抗干扰装置主体采用不透光材料加工且具有一定的厚度，满足隔离辐射和保证强度的需求，同时为液冷循环系统提供换热通道，抗干扰装置主体为空心柱状，包括抗干扰测量光路和换热通道两部分，贯穿抗干扰装置主体的通孔构成抗干扰测量光路，作为试验件热辐射通过抗干扰装置传输到点温仪光学采集测量装置的空间通路。抗干扰测量光路的内壁采用吸光涂料进行涂黑，进一步增强隔离辐射的效果。换热通道沿抗干扰测量光路轴向设置，入口和出口位于抗干扰测量光路的同侧，入口设置在出口下方，目的是保证冷却水流动的稳定性，避免空气进入形成空泡。
23.固定装置根据实际使用环境进行选择，若采用抱箍、绑带等固定方式，则只需要将抗干扰装置主体调整好位置后固定即可。若采用夹具、螺栓等固定方式，抗干扰装置主体上还需增加相应的安装夹具、螺纹、钉孔等结构。固定装置仅起到固定作用，采用不同的固定方式对使用效果并无影响，没有实质性的区别。
24.液冷循环系统根据实际需要选用比热容大的液态冷却介质，从下方入口流入，经
沿抗干扰测量光路轴向设置的换热通道进行充分热交换后，从上面的出口流出，经外部循环冷却系统降温后循环使用，并对冷却介质的温度和流动的压力进行控制。
25.如图1、图2所示，一种用于强辐射环境下的点温仪测试抗干扰装置具体实施例，包括抗干扰装置主体4、固定装置(图中未示出)和液冷循环系统(图中仅示出换热通道及接口)，本具体实施例中抗干扰装置主体4采用不透光的金属材料，通过3d打印工艺制成，也可采用机械加工和焊接方式制成，需要注意冷却水路的密封性，防止漏水。
26.本具体实施例中抗干扰装置主体4为空心圆柱状，长度为200mm，外部直径为60mm，内部圆柱形通孔直径为30mm，内壁采用吸光涂料进行涂黑，作为抗干扰测量光路，换热通道设置在抗干扰装置主体4的侧壁内，采用蒸馏水作为冷却介质，换热通道的冷却水入口41和冷却水出口42均为空心圆柱状，分别设置在抗干扰装置主体4同一端的两侧，冷却水入口41在冷却水出口42下方，本具体实施例中冷却水入口41和冷却水出口42形状一致，内外径分别为10mm和15mm，凸出抗干扰装置主体4的高度为20mm，用于连接冷却水管。
27.本具体实施例中冷却水入口41设置在冷却水出口42下方是为了保证冷却水流动的稳定性，避免空气进入形成空泡。冷却水进入冷却水入口41后，在抗干扰装置主体4远离冷却水入口41的一端分为两股，目的是增大接触面积，提高冷却效果，两股冷却水分别流到抗干扰装置主体4上方后，重新汇合成一股并经冷却水出口42流出。本具体实施例中冷却水入口41和冷却水出口42之间连接到外部的循环冷却系统，对冷却水的温度和流动的压力进行控制，保证冷却效果。也可以连接到容量较大的储水箱，形成循环，只是冷却效果受到影响，并无实质性的区别。
28.本具体实施例所取得的有益技术效果是：
29.将点温仪的测量光路从包含强辐射的热试验环境中物理分离出来，抗干扰装置一端靠近试验件，另一端靠近点温仪，使热源辐射无法进入到抗干扰装置内部的抗干扰测量光路中，从而避免了热源辐射对测量信号的直接干扰。
30.此外，本具体实施例中抗干扰测量光路的内壁采用吸光涂料进行涂黑，少量试验件反射的热源辐射将在抗干扰装置内部被吸收，难以传播到点温仪，避免了反射辐射对测量型号的干扰。
31.同时，试验中防隔热材料产生的烟尘也被隔离在抗干扰装置外部，不会对试验件热辐射造成散射，进一步减少了对测量信号的干扰。
32.如图3所示，下面以采用石英灯阵列加热的高温试验为例，对本具体实施例的使用方法进行详细的说明：
33.步骤一、安装试验装置
34.采用本具体实施例进行石英灯阵列加热的高温试验系统主要包括七部分：试验件1、反光板2、石英灯阵列3、抗干扰装置、水冷通路5、测量光路6和点温仪7。反光板2内设置有独立的水冷系统，避免热量向石英灯阵列3后方传播，反光板2在石英灯阵列3中部区域加工有安装孔，用于固定抗干扰装置。
35.抗干扰装置通过反光板2中部的安装孔固定在试验件1和点温仪7之间，抗干扰装置、测量光路6和点温仪7同轴设置，反光板2设置在石英灯阵列3靠近点温仪7的一侧，水冷通路5连接抗干扰装置的冷却水入口41和冷却水出口42，位于反光板2和点温仪7之间。
36.试验前，首先安装好试验件1，然后将抗干扰装置主体4通过安装孔安装在反光板2
上，抗干扰装置主体4的一端接近试验件1表面但保持一定距离不接触，在不影响试验件1位移和变形的前提下，抗干扰装置主体4和试验件1表面之间的距离越小，抗干扰效果越好。
37.安装完成后，检查防隔热装置和电缆电路系统是否符合试验安全要求。
38.步骤二、打开水冷系统
39.试验件1和抗干扰装置安装完成后，打开反光板2的水冷系统和抗干扰装置的循环水冷系统，检查水路是否连通、是否有漏水现象。注意抗干扰装置的冷却水路从下方流入、上方流出，保证水流的平稳性。
40.步骤三、调试点温仪
41.安装点温仪7，调整位置以保证测量光路6通畅，并校准好点温仪7的参数。
42.步骤四、开始试验并进行测试
43.根据试验剖面进行点亮石英灯阵列3，进行加热。试验剖面可以包含多种载荷，如静力、振动、噪声等。同时进行点温仪7测量，实时记录测试数据。
44.步骤五、试验结束
45.确认达到试验目的后，关闭石英灯阵列3，让试验件1和试验系统自然冷却，直到降至室温后，关闭试验系统和抗干扰装置的循环水冷系统，拆下抗干扰装置。
46.综上，本具体实施例可以从物理上隔绝高温辐射加热所带来的强辐射环境对红外点温仪测温精度的影响，并减弱防隔热设备在高温下产生的烟尘阻挡，同时可以方便地安装于地面高温试验系统，具有良好的适配性。与现有技术相比，取得的有益效果包括：
47.1、抗干扰效果显著
48.将测量光路从强辐射试验环境中物理分离出，从原理上避免热源辐射、试验件反射辐射等对点温仪测量精度的干扰，同时也降低了烟尘的对测量的干扰。
49.2、适用性强
50.具有水冷通路，使用温度环境不受限，可适用于各类高温试验，如热冲击、热振动、热噪声等。
51.3、操作简单
52.只需要在试验前进行安装，便可以显著降低点强辐射环境、烟尘等对点温仪测量的干扰，无需进行测量数据修正和后处理。