炮口瞬态温度信号采集装置及方法与流程

本发明涉及一种信号采集装置及方法，特别涉及一种炮口瞬态温度信号采集装置及方法。

背景技术：

参照图2。现有的炮口瞬态温度信号采集装置包括小型热电偶、补偿导线和波形记录仪。小型热电偶的测量端安装在炮口指定区域的瞬态温度测试点上，输出端接补偿导线的一端，补偿导线的另一端接波形记录仪的输入端。小型热电偶采用测量端结点直径0.4mm、偶丝直径0.2mm、响应时间150ms、灵敏度为0.041mV/℃的K型热电偶，用于将被测温度信号转换为微弱的电信号，补偿导线实现小型热电偶与波形记录仪的连接、以及微弱电压信号的远距离传输，波形记录仪实现对微弱电压信号的采集、存储。采用该装置进行炮口瞬态温度信号采集，测得温度信号上升时间为0.398s，峰值电压为28.368mV，转化为温度差值为691.9℃，以初始温度26.6℃计算，测得峰值温度为718.5℃。公知的炮口瞬态温度上升时间为ms级、峰值温度1000℃以上，因此现有技术存在对炮口瞬态温度信号的峰值动态响应时间长、测试误差大的问题。

现有技术的不足之处在于：瞬态温度峰值测试误差大。由于小型热电偶测量端结点直径相对较大、偶丝直径相对较粗、热电偶热惰性较大，再加上波形记录仪温度采集模块的采样率仅为500S/s、带宽仅为100Hz，因此，采集装置动态响应时间较长，不能及时反映被测瞬态温度的快速变化，不能有效捕获瞬态温度的峰值，瞬态温度峰值测试误差大。

技术实现要素：

为了克服现有炮口瞬态温度信号采集装置测试瞬态温度峰值精度差的不足，本发明提供一种炮口瞬态温度信号采集装置及方法。装置包括补偿导线、微小型快速响应热电偶、温度适配器和高性能数据采集系统。方法中，所述微小型快速响应热电偶，采用测量端结点直径0.1mm、偶丝直径0.079mm的结构，实现对瞬态温度信号10ms内的快速响应，所述温度适配器实现长距离补偿导线输出端的温度变化自适应补偿，所述高性能数据采集系统通过1MS/s/CH采样率实现对被测信号100倍频率的不失真采集、以及电压温度信号的双通道测试。提高了对瞬态温度信号的快速响应能力、高速采样能力和峰值捕获能力，减小了瞬态温度峰值测试误差，提高了瞬态温度峰值的测试精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种炮口瞬态温度信号采集装置，包括补偿导线，其特点是还包括微小型快速响应热电偶、温度适配器和高性能数据采集系统。所述微小型快速响应热电偶的测量端安装于炮口的瞬态温度测试点上，输出端接补偿导线输入端，补偿导线的输出端一路直接接高性能数据采集系统的电压通道输入端，输出端另一路通过温度适配器接高性能数据采集系统的温度通道输入端。微小型快速响应热电偶将被测温度信号转换为微弱的电信号，补偿导线用于同型号热电偶与温度适配器的连接和信号远距离传输，温度适配器用于补偿导线输出端温度变化的自适应补偿，高性能数据采集系统实现对被测信号的高速采集和电压温度信号双通道测试。

一种基于上述炮口瞬态温度信号采集装置测量炮口瞬态温度的方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、采集装置指标、参数选用。

所述微小型快速响应热电偶选用K型，测量端结点直径0.4～0.1mm，偶丝线径0.2～0.079mm，响应时间150～10ms，灵敏度0.041mV/℃，测量范围-20℃～1370℃，测量精度±0.75％量程。所述补偿导线选用K型，单根长度60m。所述温度适配器选用具有温度适配器自动识别、热电偶输出端温度变化自动补偿的功能。所述高性能数据采集系统选用每通道采样率1MS/s/CH，分辨率16bit，16通道同步采集。

步骤二、采集装置联接、参数设置。

微小型快速响应热电偶的测量端安装于炮口瞬态温度测试点上，输出端接补偿导线输入端，补偿导线的输出端一路直接接高性能数据采集系统的电压通道输入端，输出端另一路与温度适配器电连接后接高性能数据采集系统的温度通道输入端。

高性能数据采集系统开机自检后，设置采样率为1MS/s/CH，测试方式为电压，电压范围为±100mV，低通频率为300kHz，耦合方式为直流，激励电压为0V，输出偏置为0％，温度范围为-20℃～1370℃。

步骤三、温度信号采集、存储与显示。

火炮射击前，采用监测模式完成电压、温度初始值的测量。火炮射击中，采用存储模式自动采集温度信号。火炮射击后，启动停止模式，自动存储并显示所测数据。调整电压信号下限显示值为-10mV、上限显示值为60mV，温度信号下限显示值为-100℃、上限显示值为1500℃。

步骤四、数据测量、数据处理。

数据测量采用一对垂直光标进行。移动两个垂直光标在波形的两个不同关注点上，屏幕上自动显示出两关注点间的时间差值、电压差值和温度差值。

电压通道的温度测量值，等于两关注点电压差值mV除以温度传感器的灵敏度mV/℃、再加上温度初始值；温度通道的测量值，等于两关注点的温度差值加上温度初始值。

本发明的有益效果是：本发明的装置包括补偿导线、微小型快速响应热电偶、温度适配器和高性能数据采集系统。方法中，所述微小型快速响应热电偶，采用测量端结点直径0.1mm、偶丝直径0.079mm的结构，实现对瞬态温度信号10ms内的快速响应，所述温度适配器实现长距离补偿导线输出端的温度变化自适应补偿，所述高性能数据采集系统通过1MS/s/CH采样率实现对被测信号100倍频率的不失真采集、以及电压温度信号的双通道测试。提高了对瞬态温度信号的快速响应能力、高速采样能力和峰值捕获能力，减小了瞬态温度峰值测试误差，提高了瞬态温度峰值的测试精度。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明炮口瞬态温度信号采集装置的框图。

图2是背景技术炮口瞬态温度信号采集装置的框图。

具体实施方式

参照图1。本发明炮口瞬态温度信号采集装置包括补偿导线，还包括微小型快速响应热电偶，温度适配器和高性能数据采集系统。微小型快速响应热电偶的测量端安装于炮口指定位置的瞬态温度测试点上、输出端接补偿导线输入端，补偿导线的一路输出端直接接高性能数据采集系统的电压通道输入端、另一路输出端与温度适配器电连接后接高性能数据采集系统的温度通道输入端。在火炮射击前采用监测模式获取电压、温度的初始值，在火炮后射击中、射击后采用存储模式分别进行瞬态温度信号的自动采集、自动存储与自动显示，数据测量采用一对垂直光标自动测量出两关注点间的时间差值、电压差值、温度差值，针对电压通道的数据处理，温度测量结果等于两关注点的电压差值除以热电偶的灵敏度、再加上温度初始值，针对温度通道的数据处理，温度测量结果等于两关注点的温度差值加上温度初始值。

一种采用上述炮口瞬态温度信号采集装置采集炮口瞬态温度信号的方法，其具体步骤如下：

步骤一，采集装置指标、参数选用。

微小型快速响应热电偶，选用型号K型，测量端结点直径0.1mm，偶丝直径0.079mm，响应时间不大于10ms，灵敏度0.041mV/℃，测量范围-20℃～1370℃，测量精度±0.75％量程。补偿导线，选用型号K型，单根长度60m。温度适配器，选用使具有温度适配器自动识别、热电偶输出端温度变化自动补偿的功能。高性能数据采集系统，选用每通道采样率1MS/s/CH，分辨率16bit，16通道同步采集。

步骤二，采集装置联接、参数设置。

微小型快速响应热电偶的测量端安装于炮口指定位置的瞬态温度测试点上、输出端接补偿导线输入端，补偿导线的一路输出端直接接高性能数据采集系统的电压通道输入端、另一路输出端与温度适配器电连接后接高性能数据采集系统的温度通道输入端。

高性能数据采集系统开机自检后，设置采样率为1MS/s/CH，测试方式为电压，电压范围为±100mV，低通频率为300kHz，耦合方式为直流，激励电压为0V，输出偏置为0％，温度范围为-20℃～1370℃。

步骤三，温度信号采集、存储与显示。

火炮射击前，采用监测模式完成电压、温度初始值的测量。火炮射击中，采用存储模式使温度信号被自动采集。火炮射击后，启动停止模式，所测得数据被自动存储、自动显示。调整电压信号下限显示值为-10mV、上限显示值设为60mV，温度信号下限显示值为-100℃、上限显示值为1500℃，使两路波形清晰显示。

步骤四，数据测量、数据处理。

数据测量：采用一对垂直光标进行测量。将光标1移动到波形初始值的第一个关注点上，将光标2移动到波形峰值的另一个关注点上，屏幕上依次显示出第一个关注点的测量值、第二个关注点的测量值、两关注点的测量差值、两关注点的时间差值。

数据计算：对于电压通道的测量值，温度测量结果等于关注点的电压差值(mV)除以温度传感器的灵敏度(mV/℃)、再加上温度初始值。对于温度通道的测量值，温度测量结果等于关注点的温度差值加上温度初始值。

本实施例中，高性能数据采集系统电压通道所测电压差值为47.99mV，转换为温度差值为47.99/0.041＝1170.5℃，以温度初始值39.6℃计算，峰值温度为1170.5℃+39.6℃＝1210.1℃；温度通道所测温度差值为1180.9℃，峰值温度为1180.9℃+39.6℃＝1220.5℃，电压温度双通道对同一温度测得的平均值为1215.3℃。

本发明一是采用微小型快速响应热电偶代替普通小型热电偶，实现热电偶结点直径由0.4mm至0.1mm、偶丝线径由0.2mm至0.079mm、响应时间由150ms至10ms，从而提高了对瞬态温度信号的快速响应能力、快速提取能力；二是采用高性能数据采集系统代替波形记录仪，实现测试采集率由500S/s/CH至1MS/s/CH，以及电压通道、温度通道的同步测试，从而提高了对瞬态变化温度信号的快速捕获能力；三是较现有技术，实现同一射击条件下炮口瞬态温度峰值测试结果由718.5℃至1215.3℃，以峰值温度实际值1270℃计算，提高瞬态峰值温度测试精度由43.4％至4.3％。