固体推进剂烟雾光学透过率测量方法

摘要

本发明公开了一种固体推进剂烟雾光学透过率测量方法，解决了烟箱法烟雾光学透过率测量精度较低的问题。在红外、可见光和激光波长范围内分别布置经专业计量检定单位定值过的8个标准衰减片，以不同波长的光的透过率定值作为标准值对测量系统进行校准。将固体推进剂试样置于燃烧室内，点火(或加热)产生烟雾，采用光学透过率表征烟雾浓度的大小。本发明通过获得不同波长的光在不同衰减段内的透过率修正系数，实现测量系统的分段线性校准，提高了系统的测量精度。本发明适用于固体推进剂、发射药及包覆层等材料在一定条件下产生的烟雾的光学透过率测量，对于低特征信号推进剂研究具有重要的意义。

主权项

固体推进剂烟雾光学透过率测量方法，其特征在于包括以下五个步骤：步骤一、测量前的准备：环境温度为10℃～30℃，相对湿度为40％～70％；切取圆柱体或长方体药块，中心钻Ф0.9mm的通孔，每组5个试样，并给试样编号；步骤二、系统校准：接通电源，开启系统，预热30min，将承力托安装在燃烧室上，打开氮气气源，将燃烧室的排气阀门关闭，进气阀门打开，充入氮气，使燃烧室内压强达到7.0MPa±0.5MPa，关闭进气阀门，保持3min，将由专业计量检定单位定值过的8个标准衰减片分别置于光路中，以不同波长光的透过率定值作为标准值；利用数据采集系统获得不同波长的光的透过率测量值，每一个标准衰减片透过率标准值对应一个透过率测量值，以标准值为横坐标，测量值为纵坐标作图得到工作曲线，由此可获得不同波长的光在不同衰减段内的透过率修正系数，完成测量系统的分段线性校准；每次测量前都要进行系统校准；步骤三、测量：将镍铬丝穿过称量好的试样，点火线夹在承力托的接线柱上，避免与坩埚接触，以免形成短路而导致点火失败；将放好试样的承力托安装在燃烧室内，打开点火控制器的检通开关；打开氮气气源，将燃烧室的排气阀门关闭，进气阀门打开，充入氮气，关闭进气阀门；当信号放大器输出电压稳定后，设置采样率和采样时间，采样率不低于100sps，采集时间120s，启动数据采集，10s后点火；关闭检通开关和点火开关，保存测量数据；打开排气阀门，卸下承力托，对燃烧室窗口及盖上的残渣进行清理；测量结束，关闭电源，用镜头纸擦拭燃烧室的视窗、光入射窗口及光接收窗口，仪器设备盖好防尘罩；步骤四、测量数据处理：(1)通过实际测量获得推进剂烟雾红外、可见光和激光的透过率随时间变化的曲线；(2)光学透过率计算一束单色光通过一定浓度和范围的烟雾后，由于烟雾吸收、散射了一部分光能，透射光的强度减弱，光学透过率按式(1)计算：$\tau =\frac{P}{P_0}\times 100\%...\left(1\right)$式中：τ－光学透过率，以百分数(％)表示，P－光束透过有烟雾燃烧室的光强值，单位为坎德拉(cd)，P₀－光束透过无烟雾燃烧室的光强值，单位为坎德拉(cd)；由式(1)得出的光学透过率为烟雾产生前后光强的比值，在实际测量中，光强度经过光电接收器后转换为相应的电压值，当工作曲线为线性时，式(1)可用式(2)表示：$\tau =\frac{P}{P_0}\times 100\%=\frac{V}{V_0}\times 100\%...\left(2\right)$式中：V－光束透过有烟雾燃烧室的光强在接收器处转换的电压值，单位为伏(V)，V₀－光束透过无烟雾燃烧室的光强在接收器处转换的电压值，单位为伏(V)；(3)推进剂烟雾光学透过率计算选取0s～10s时间段所有点的电压值，按式(3)计算其均值：$\overline{V_0}=\frac{1}{N_1}\underset{i=0}{\overset{N_1-1}{\Sigma }}{V}_i...\left(3\right)$式中：―接收器电压数据在0s～10s时间段的平均电压值，单位为伏特(V)，N₁―接收器电压数据在0s～10s时间段的数据点数目，V_i―数据采集系统获得的传感器电压值，单位为伏特(V)；选取80s～120s时间段所有点的电压值，按式(4)计算其均值：$\bar{V}=\frac{1}{N_2}\underset{i=N_s}{\overset{N_s+N_2-1}{\Sigma }}{V}_i...\left(4\right)$式中：―接收器电压数据序列在80s～120s时间段的平均电压值，单位为伏特(V)，N₂―接收器电压数据序列在80s～120s时间段的数据点数目，N_s―接收器电压数据在80s～120s时间段的起始序号；按式(5)计算单个试样烟雾光学透过率测量值τ′_i：${\tau }_i^{\prime }=\frac{\bar{V}}{{\bar{V}}_0}\times 100\%...\left(5\right)$式中：τ′_i―单个试样烟雾光学透过率测量值，以百分数(％)表示；由标定的工作曲线，对τ′_i进行修正，得到烟雾光学透过率τ_i；(4)推进剂烟雾光学透过率平均值计算推进剂烟雾光学透过率按式(6)计算：$\bar{\tau }=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\tau }_i...\left(6\right)$式中：―推进剂烟雾光学透过率平均值，以百分数(％)表示，n―有效测量数目；步骤五、测量结果表述：平行测量5个试样的烟雾光学透过率，依据格拉布斯(Grubbs)准则，在置信度为95％时，若无异常数据，采用5个试样有效数据的平均值来表述推进剂烟雾光学透过率测量结果，有效位数保留至小数点后一位；若有一个异常数据，剔除该异常数据并补做1个试样；若连续补做2个试样都有异常值，则这组数据无效，重新开始测量；若有两个及以上数据，则这组数据无效，重新开始测量。