固體推進(jìn)劑煙霧光學(xué)透過率測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種固體推進(jìn)劑煙霧光學(xué)透過率測(cè)量方法，解決了煙箱法煙霧光學(xué)透過率測(cè)量精度較低的問題。在紅外、可見光和激光波長(zhǎng)范圍內(nèi)分別布置經(jīng)專業(yè)計(jì)量檢定單位定值過的8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)衰減片，以不同波長(zhǎng)的光的透過率定值作為標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。將固體推進(jìn)劑試樣置于燃燒室內(nèi)，點(diǎn)火(或加熱)產(chǎn)生煙霧，采用光學(xué)透過率表征煙霧濃度的大小。本發(fā)明通過獲得不同波長(zhǎng)的光在不同衰減段內(nèi)的透過率修正系數(shù)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)的分段線性校準(zhǔn)，提高了系統(tǒng)的測(cè)量精度。本發(fā)明適用于固體推進(jìn)劑、發(fā)射藥及包覆層等材料在一定條件下產(chǎn)生的煙霧的光學(xué)透過率測(cè)量，對(duì)于低特征信號(hào)推進(jìn)劑研究具有重要的意義。
【專利說明】固體推進(jìn)劑煙霧光學(xué)透過率測(cè)量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固體推進(jìn)劑【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種固體推進(jìn)劑煙霧光學(xué)透過率測(cè)量方法。

【背景技術(shù)】
[0002]固體推進(jìn)劑及其包覆材料在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生大量的煙霧和火焰，直接影響導(dǎo)彈的制導(dǎo)和隱身性能。固體推進(jìn)劑煙霧水平是低特征信號(hào)推進(jìn)劑的研制和生產(chǎn)過程中必須嚴(yán)格控制的重要指標(biāo)，建立推進(jìn)劑煙霧水平科學(xué)測(cè)量和評(píng)價(jià)方法是制導(dǎo)武器研制中的重要內(nèi)容。
[0003]衡量推進(jìn)劑的煙霧水平，一般采用它對(duì)制導(dǎo)信號(hào)如雷達(dá)波信號(hào)衰減、紅外(或可見光、激光)光學(xué)透過率進(jìn)行表征。煙霧光學(xué)透過率測(cè)量方法多采用比較成熟的風(fēng)道法和煙箱法。風(fēng)道法對(duì)煙霧的測(cè)量只能在發(fā)動(dòng)機(jī)工作的短短幾秒內(nèi)進(jìn)行，煙霧因?yàn)槲闪鞯拇嬖诙植疾痪?，重現(xiàn)性差，所以該方法精度不高；而且該方法只能測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)工作階段的光學(xué)透過率，而二次煙的產(chǎn)生一般在發(fā)動(dòng)機(jī)工作結(jié)束幾秒鐘以后出現(xiàn)，所以該方法不適用于二次煙光學(xué)透過率測(cè)量。而煙箱法測(cè)量具有所需試樣少、制樣要求低、操作方便、費(fèi)用小等諸多優(yōu)點(diǎn)，至今仍廣泛應(yīng)用于低特征信號(hào)推進(jìn)劑研究中。但在前期實(shí)際操作中由于缺乏有效的校準(zhǔn)技術(shù)而導(dǎo)致測(cè)量精度不高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種固體推進(jìn)劑煙霧光學(xué)透過率測(cè)量方法，以克服現(xiàn)有煙箱法存在的測(cè)量精度不高的缺陷。
[0005]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)過程如下:
[0006]固體推進(jìn)劑煙霧光學(xué)透過率測(cè)量方法，包括測(cè)量前的準(zhǔn)備、系統(tǒng)校準(zhǔn)、測(cè)量、測(cè)量數(shù)據(jù)處理以及測(cè)量結(jié)果表述共五個(gè)步驟。
[0007]步驟一、測(cè)量前的準(zhǔn)備:環(huán)境溫度為10°C?30°C，相對(duì)濕度為40%?70%;切取圓柱體或長(zhǎng)方體藥塊，中心鉆Φ0.9mm的通孔，每組5個(gè)試樣，并編號(hào)；
[0008]步驟二、系統(tǒng)校準(zhǔn):接通電源，開啟系統(tǒng)，預(yù)熱30min，將承力托安裝在燃燒室上，打開氮?dú)鈿庠矗瑢⑷紵业呐艢忾y門關(guān)閉，進(jìn)氣閥門打開，充入氮?dú)?，使燃燒室?nèi)壓強(qiáng)達(dá)到
7.0MPa±0.5MPa，關(guān)閉進(jìn)氣閥門，保持3min，將由專業(yè)計(jì)量檢定單位定值過的8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)衰減片分別置于光路中，以不同波長(zhǎng)光的透過率定值作為標(biāo)準(zhǔn)值；利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得不同波長(zhǎng)的光的透過率測(cè)量值，每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)衰減片透過率標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)應(yīng)一個(gè)透過率測(cè)量值，以標(biāo)準(zhǔn)值為橫坐標(biāo)，測(cè)量值為縱坐標(biāo)作圖得到工作曲線，由此可獲得不同波長(zhǎng)的光在不同衰減段內(nèi)的透過率修正系數(shù)，完成測(cè)量系統(tǒng)的分段線性校準(zhǔn)；每次測(cè)量前都要進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)；
[0009]步驟三、測(cè)量:將鎳鉻絲穿過稱量好的試樣，點(diǎn)火線夾在承力托的接線柱上，避免與坩堝接觸，以免形成短路而導(dǎo)致點(diǎn)火失敗；將放好試樣的承力托安裝在燃燒室內(nèi)，打開點(diǎn)火控制器的檢通開關(guān)；打開氮?dú)鈿庠?，將燃燒室的排氣閥門關(guān)閉，進(jìn)氣閥門打開，充入氮?dú)?，關(guān)閉進(jìn)氣閥門；當(dāng)信號(hào)放大器輸出電壓穩(wěn)定后，設(shè)置采樣率和采樣時(shí)間，采樣率不低于lOOsps，采集時(shí)間120s，啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集，1s后點(diǎn)火；關(guān)閉檢通開關(guān)和點(diǎn)火開關(guān)，保存測(cè)量數(shù)據(jù)；打開排氣閥門，卸下承力托，對(duì)燃燒室窗口及蓋上的殘?jiān)M(jìn)行清理；測(cè)量結(jié)束，關(guān)閉電源，用鏡頭紙擦拭燃燒室的視窗、光入射窗口及光接收窗口，儀器設(shè)備蓋好防塵罩；
[0010]步驟四、測(cè)量數(shù)據(jù)處理:
[0011](I)通過實(shí)際測(cè)量獲得推進(jìn)劑煙霧紅外、可見光和激光的透過率隨時(shí)間變化的曲線.-^4 ，
[0012](2)光學(xué)透過率計(jì)算
[0013]—束單色光通過一定濃度和范圍的煙霧后，由于煙霧吸收、散射了一部分光能，透射光的強(qiáng)度減弱，光學(xué)透過率按式(I)計(jì)算:

【權(quán)利要求】
1.固體推進(jìn)劑煙霧光學(xué)透過率測(cè)量方法，其特征在于包括以下五個(gè)步驟: 步驟一、測(cè)量前的準(zhǔn)備:環(huán)境溫度為10°c~30°C，相對(duì)濕度為40%~70%;切取圓柱體或長(zhǎng)方體藥塊，中心鉆Φ0.9mm的通孔，每組5個(gè)試樣，并給試樣編號(hào)； 步驟二、系統(tǒng)校準(zhǔn):接通電源，開啟系統(tǒng)，預(yù)熱30min，將承力托安裝在燃燒室上，打開氮?dú)鈿庠矗瑢⑷紵业呐艢忾y門關(guān)閉，進(jìn)氣閥門打開，充入氮?dú)?，使燃燒室?nèi)壓強(qiáng)達(dá)到7.0MPa±0.5MPa，關(guān)閉進(jìn)氣閥門，保持3min，將由專業(yè)計(jì)量檢定單位定值過的8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)衰減片分別置于光路中，以不同波長(zhǎng)光的透過率定值作為標(biāo)準(zhǔn)值；利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得不同波長(zhǎng)的光的透過率測(cè)量值，每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)衰減片透過率標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)應(yīng)一個(gè)透過率測(cè)量值，以標(biāo)準(zhǔn)值為橫坐標(biāo)，測(cè)量值為縱坐標(biāo)作圖得到工作曲線，由此可獲得不同波長(zhǎng)的光在不同衰減段內(nèi)的透過率修正系數(shù)，完成測(cè)量系統(tǒng)的分段線性校準(zhǔn)；每次測(cè)量前都要進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)；步驟三、測(cè)量:將鎳鉻絲穿過稱量好的試樣，點(diǎn)火線夾在承力托的接線柱上，避免與坩堝接觸，以免形成短路而導(dǎo)致點(diǎn)火失??；將放好試樣的承力托安裝在燃燒室內(nèi)，打開點(diǎn)火控制器的檢通開關(guān)；打開氮?dú)鈿庠?，將燃燒室的排氣閥門關(guān)閉，進(jìn)氣閥門打開，充入氮?dú)?，關(guān)閉進(jìn)氣閥門；當(dāng)信號(hào)放大器輸出電壓穩(wěn)定后，設(shè)置采樣率和采樣時(shí)間，采樣率不低于lOOsps，采集時(shí)間120s，啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集，1s后點(diǎn)火；關(guān)閉檢通開關(guān)和點(diǎn)火開關(guān)，保存測(cè)量數(shù)據(jù)；打開排氣閥門，卸下承力托，對(duì)燃燒室窗口及蓋上的殘?jiān)M(jìn)行清理；測(cè)量結(jié)束，關(guān)閉電源，用鏡頭紙擦拭燃燒室的視窗、光入射窗口及光接收窗口，儀器設(shè)備蓋好防塵罩； 步驟四、測(cè)量數(shù)據(jù)處理: (1)通過實(shí)際測(cè)量獲得推進(jìn)劑煙霧紅外、可見光和激光的透過率隨時(shí)間變化的曲線； (2)光學(xué)透過率計(jì)算 一束單色光通過一定濃度和范圍的煙霧后，由于煙霧吸收、散射了一部分光能，透射光的強(qiáng)度減弱，光學(xué)透過率按式(I)計(jì)算:
τ 一光學(xué)透過率，以百分?jǐn)?shù))表示， P 一光束透過有煙霧燃燒室的光強(qiáng)值，單位為坎德拉(Cd)， Po —光束透過無煙霧燃燒室的光強(qiáng)值，單位為坎德拉(Cd); 由式(I)得出的光學(xué)透過率為煙霧產(chǎn)生前后光強(qiáng)的比值，在實(shí)際測(cè)量中，光強(qiáng)度經(jīng)過光電接收器后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓值，當(dāng)工作曲線為線性時(shí)，式(I)可用式(2)表示:
V一光束透過有煙霧燃燒室的光強(qiáng)在接收器處轉(zhuǎn)換的電壓值，單位為伏(V)， Vtl —光束透過無煙霧燃燒室的光強(qiáng)在接收器處轉(zhuǎn)換的電壓值，單位為伏(V)； (3)推進(jìn)劑煙霧光學(xué)透過率計(jì)算 選取Os~1s時(shí)間段所有點(diǎn)的電壓值，按式(3)計(jì)算其均值T
^一接收器電壓數(shù)據(jù)在Os~1s時(shí)間段的平均電壓值，單位為伏特(V)， N1—接收器電壓數(shù)據(jù)在Os~1s時(shí)間段的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)目， \一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得的傳感器電壓值，單位為伏特(V)； 選取80s~120s時(shí)間段所有點(diǎn)的電壓值，按式⑷計(jì)算其均值P:
F—接收器電壓數(shù)據(jù)序列在80s~120s時(shí)間段的平均電壓值，單位為伏特(V)， N2—接收器電壓數(shù)據(jù)序列在80s~120s時(shí)間段的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)目， Ns—接收器電壓數(shù)據(jù)在80s~120s時(shí)間段的起始序號(hào)； 按式(5)計(jì)算單個(gè)試樣煙霧光學(xué)透過率測(cè)量值τ ' 1:
τ ' i —單個(gè)試樣煙霧光學(xué)透過率測(cè)量值，以百分?jǐn)?shù)(％ )表示； 由標(biāo)定的工作曲線，對(duì)飛丨1進(jìn)行修正，得到煙霧光學(xué)透過率τ?; (4)推進(jìn)劑煙霧光學(xué)透過率平均值計(jì)算 推進(jìn)劑煙霧光學(xué)透過率按式(6)計(jì)算:
?一推進(jìn)劑煙霧光學(xué)透過率平均值，以百分?jǐn)?shù))表示， η—有效測(cè)量數(shù)目； 步驟五、測(cè)量結(jié)果表述: 平行測(cè)量5個(gè)試樣的煙霧光學(xué)透過率，依據(jù)格拉布斯(Grubbs)準(zhǔn)則，在置信度為95%時(shí)，若無異常數(shù)據(jù)，采用5個(gè)試樣有效數(shù)據(jù)的平均值來表述推進(jìn)劑煙霧光學(xué)透過率測(cè)量結(jié)果，有效位數(shù)保留至小數(shù)點(diǎn)后一位；若有一個(gè)異常數(shù)據(jù)，剔除該異常數(shù)據(jù)并補(bǔ)做I個(gè)試樣；若連續(xù)補(bǔ)做2個(gè)試樣都有異常值，則這組數(shù)據(jù)無效，重新開始測(cè)量；若有兩個(gè)及以上數(shù)據(jù)，則這組數(shù)據(jù)無效，重新開始測(cè)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體推進(jìn)劑煙霧光學(xué)透過率測(cè)量方法，其特征在于所述的切取圓柱體或長(zhǎng)方體藥塊質(zhì)量100mg±5mg。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體推進(jìn)劑煙霧光學(xué)透過率測(cè)量方法，其特征在于所述的不同波長(zhǎng)的光，其波長(zhǎng)范圍為:可見光(0.4 μ m~0.7 μ m),紅外(1.8 μ m~2.6 μ m, 3 μ m~5 μ m, 8 μ m ~14 μ m)，激光(0.808 μ m、1.064 μ m、10.6 μ m)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體推進(jìn)劑煙霧光學(xué)透過率測(cè)量方法，其特征在于所述的由專業(yè)計(jì)量檢定單位定值過的8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)衰減片，其紅外透過率標(biāo)準(zhǔn)值分別為2.7%、4.7% ,11.9%,32.9%,53.8%,67.9%,83.3% 91.9%, π:見光透過率標(biāo)準(zhǔn)值分別為1.0%,2.8%U0.3%,32.1%,52.9%,64.2%,78.8%和 90.5%，激光透過率標(biāo)準(zhǔn)值分別為2.1%、4.0%、11.0%,31.6%,52.9%,66.0%,81.7%和 91.5%0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體推進(jìn)劑煙霧光學(xué)透過率測(cè)量方法，其特征在于所述的測(cè)量壓強(qiáng)，通過氮?dú)獬淙肓靠刂圃?.1MPa?15MPa范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體推進(jìn)劑煙霧光學(xué)透過率測(cè)量方法，其特征在于在實(shí)際測(cè)量時(shí)，光強(qiáng)度經(jīng)過光電接收器后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓值，當(dāng)工作曲線為線性時(shí)，光的透過百分率可由80s?120s光束透過有煙霧燃燒室的光強(qiáng)在接收器處轉(zhuǎn)換的點(diǎn)電壓平均值與Os?1s光束透過無煙霧燃燒室的光強(qiáng)在接收器處轉(zhuǎn)換的點(diǎn)電壓平均值的比值來表示，由標(biāo)定的工作曲線對(duì)其進(jìn)行修正，得到煙霧的光學(xué)透過率。
【文檔編號(hào)】G01N21/59GK104165868SQ201410422748
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】孫美, 趙鳳起, 儀建華, 王長(zhǎng)健, 許毅, 孫志華, 劉科祥, 羅陽, 裴慶, 安亭, 王宏, 李猛 申請(qǐng)人:西安近代化學(xué)研究所