设计的红外温度场满足下列技术指标：

1）测量能力：提供火箭发动机试验过程温度场分布趋势图。并可单独提供8路测点温度和8路区域面积的精确温度数据和曲线图。

2）TCP传输方式，可以长时间稳定传输，传输帧频0～30 帧/秒可调。

3）测温范围：-20～400 ℃（标准）-40～2 000 ℃（可扩展）；测温方式：自动测温。

4）工作环境温度：-20～50 ℃；抗震性、抗冲击性，抗电磁干扰能力达到恶劣环境下国家标准。

5）数据处理功能：录制、回放、温度-时间趋势分析，温度段百分比-时间趋势分析，温度段平均温度-时间趋势分析，十等温色、独立开窗等。

6）具有任意多点同时测温能力，能捕捉温度趋势曲线上瞬间某时刻的红外图片，并自动生成红外报告，可对整个试验过程中的某一小段独立进行详细分析。

温度段百分比-时间趋势分析：趋势分析可以显示一个时间周期内，任意温度段随时间或其他因素变化的规律，如图2所示。

提供最多十个等温色标，即最多可以同时选择十个温度段，分别采用不同的颜色进行显示。

图2 温度段百分比-时间趋势分析示意图
Fig.2 Tendency analysis of temperature percent versus time

红外图像在温度跨度比较大的时候，在红外图片上要同时看到高温物体和低温物体很困难。在看清高温物体时，低温物体就消隐掉了；看清低温物体时，高温物体就饱和掉了。为了同时看清高温和低温物体，开发了独立开窗技术。

不同材料因对辐射的吸收或反射性能不同，它们的发射性能也应不同。一般情况下温度低于300 K时，金属氧化物的发射率大于0.8。目前国内在常温条件下发动机各部件材质辐射率还没有准确的数据。为了准确获取发动机不同部位的材质辐射率，选取在相同环境条件（拍摄距离、环境温度、湿度、大气压）下，采用接触法来获取同一型号发动机关键部位材质的辐射率。运用辐射的光谱分布规律-普朗克辐射定律和斯蒂文-波尔兹曼定律将大量的红外数据与同部位接触式传感器数据进行比对计算，反复验证在同一波长的红外辐射率，研究规律，并确定比较准确的红外辐射率。如火箭发动机使用的铝材表面进行阳极化处理，包括泵壳、汽蚀管、阀门壳等。其余材料主要是不锈钢，包括所有管路、燃气发生器、涡轮集气环、涡轮排气管（蒸发器）、降温器等。 确定了不同部位材质辐射率后，将红外数据与传感器数据的相对误差控制在5%之内，基本满足测量准确性要求。

在相同环境（拍摄距离、环境温度、湿度、大气压）条件下辐射率获取方法如下：设置红外波段：8～14 μm，视场角24°×18°，空间分辨率1.3 mrad，温度分辨率0.08 ℃，在30 ℃时帧频 50 Hz，工作环境温度-20～50 ℃，环境湿度≤95%，存贮环境温度-40～70 ℃等条件。选用接触法，既在同一型号发动机各关键部位粘贴铂电阻温度传感器，传感器测量数据与红外热成像测量数据运用辐射的光谱分布规律-普朗克辐射定律和斯蒂文-波尔兹曼定律进行计算，获得材料的辐射率。

普朗克辐射定律是指一个绝对温度为T(K)的黑体，单位表面积在波长λ附近单位波长间隔内向整个半球空间发射的辐射功率(简称为光谱辐射度)Mλb (T)与波长λ、温度T满足公式

式中：Wλ为光谱辐射分布；λ为波长，μm；T为绝对温度，K；C₁为第一辐射常数，取3.741 8；C₂为第二辐射常数，取1.438 8。

斯蒂文-波尔兹曼定律是指为了求出黑体的全部辐射量，将式（1）在整个波长（0--∝）内积分。黑体的辐射能量和绝对温度的4次方成正比，通过黑体的辐射量用公式（2）求出黑体的温度。黑体是指吸收所有入射光线而不反射或透射的物体，即黑体所吸收的红外线能量与发射红外线能量相等。

式中σ为斯蒂文-波尔兹常数，σ=π⁴C₁/(15C₂⁴)=5.669 7×10^-8×W/(m²·k⁴)。

将大量的红外数据与同部位传感器数据进行比对计算，反复验证在同一波长的红外辐射率，可得在相同条件下辐出度的比值。

发动机在任意方向上的辐射强度与观测方向相对于辐射表面法线夹角的余弦成正比。此定律表明，黑体在辐射表面法线方向的辐射最强。因此，实际做红外采集时，应尽可能选择在被测目标表面法线方向进行。

任何实际物体表面都不是绝对光滑的，总会表现为不同的表面粗糙度。因此，这种不同的表面形态，对反射率造成影响，从而影响发射率的数值。影响的大小同时取决于材料的种类。例如，对于非金属电介质材料，发射率受表面粗糙度影响较小或无关。但是，对于金属材料而言，表面粗糙度将对发射率产生较大影响。另外，除了表面粗糙度外，一些人为因素，如施加润滑油及其他沉积物(如涂料等)，也会明显影响物体的发射率。

在相同工作环境下，通过红外热图与热电偶同时测量了某材质表面温度，通过比较，红外测热数据与热电偶测热数据最大相差9％，存在差异主要是由材质发射率、红外热像仪测量精度(测温范围的2％)、热电偶的测温精度等原因引起。因此，红外温度测温与热电偶传感器测量结果具有一定的偏差。

大气对红外辐射有吸收、散射等物理过程，对物体红外辐射强度会有衰减作用，称之为消光。大气的消光作用与波长相关，有明显的选择性。红外在大气中有三个波段区间能基本完全透过，称之为大气窗口，分为近红外（0.76 ~1.1 μm），中红外（3~5 μm），远红外（8~14 μm）。即使工作在大气窗口内，大气对红外辐射还是有消光作用，特别是水蒸气对红外辐射的影响最大。因此，在测试时，最好在湿度小于85%以下，距离越近越好。

将获得较为精确的辐射率和消弱影响红外精度的因素后，所得红外热成像数据与接触传感器数据进行对比，可知，红外数据与传感器数据的相对误差调整在5%之内（表2）。

表2 某型号试验某测点温度数据比对表
Tab.2 Comparison of temperature data at a measuring point of a test

红外测温系统建立后参加了多次热试车，与传统的测温传感器数据比较，数据误差在5%之内（表3）。