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防热材料热性能的好坏直接影响着飞行器的安全性能,在飞行器设计中至关重要。为防止气动加热对昂贵飞行器造成的损伤甚至毁坏,迫切需求地面模拟设备和高温测量系统对飞行器驻点防热材料进行高温测量。风洞是研究气流与物体相对运动、相互作用规律的地面模拟设备,被称为航空航天的先行官;温度是影响材料性能的重要参数和指标,飞行器驻点的温度测量,有助于合理选择飞行器的防热材料。受中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所委托,哈尔滨工业大学自动检测与过程系统研究所(D&CS)承担了风洞试验中各种材料驻点温度测量的研制工作,对提高飞行器安全可靠性能,促进高精度温度测量技术的发展具有重要的现实意义。模拟状态下的飞行器往往在高电压、大电流以及其它危险情况下运行,无法依靠传统的人工接触式检测方法,同时系统的应用背景电弧风洞配有透射3~5μm波段的红外窗口。本文以红外比色测温相关理论为基础,采用改进的比色算法实现被测目标的温度测量,这种方法可以削弱光路中水蒸气、尘埃等杂质的干扰,也可以减少被测表面发射率变化带来的影响,成本低,精度高,具有其他发射率补偿技术无可比拟的优点。本课题的主要工作有硬件、软件系统的设计和调试,仪器的标定实验、视场测试和现场实验。硬件系统分为光路和电路两部分:被测目标发出的热辐射由光学瞄准头取样后,通过镀有半反半透膜的平面镜,分光后再由红外探测器转换成电信号;电信号经前置放大器,锁相放大器,由数据采集卡USB-7360采集到上位机嵌入式系统PC104内存储和进行数据处理。软件系统采用LabVIEW图形化编程工具,其特点是简单易学,开发速度快。仪器的标定采用能量法,提高标定精度,进而提高测量精度。系统选用典型响应波段为3~5μm的红外探测器,完全覆盖电弧风洞窗口,适用可见光干扰较大的测量环境,实现距离1m有效探测面为φ1mm的测量,距离系数达到1000:1;系统巧妙地设计了消杂散光方案,完善了光路系统。整个系统工作稳定,抗干扰能力强。