师钰璋王 高∗李志玲张梅菊黄漫国梁晓波

(1.中北大学信息与通信工程学院，山西 太原 030051；2.中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西 太原 030051；3.北京长城航空测控技术研究所，北京 100022；4.状态监测特种传感技术航空科技重点实验室，北京 100022)

1957年10月苏联成功发射第一颗人造地球卫星，开创了人类航天的新纪元[1]。随着航天技术的发展和国家战略需求的推动，弹道导弹、载人航天器等的飞行速度达到了数马赫。受高空飞行气动加热的影响，高超声速飞行器、航天器发动机附近表面形成高速、高热流密度加热，达到几十MW/m2量级[2]。飞行器的热防护措施受表面加载的热流密度影响，需精确获取运行环境中飞行器各个阶段的热流密度。圆箔式、薄膜式等类型的高速热流传感器被广泛应用于航空、航天领域的热流密度监测中[3－7]。

为了准确测量随时间快速变化的热流密度，必须在实验室环境中测试热流传感器，了解传感器的动态特性。传统热流传感器动态测试方法主要有以下几种，如表1所示。其中，传统激光器法[8]大多采用机械斩波器、负阶跃热流信号等激励热流传感器，不适用于测试高速辐射热流传感器。光纤输出半导体激光器具有电光转换效率高、输出激光可高速调制、光斑相对均匀[9]、功率密度大、可实现激光的柔性传输[10]等优点，是理想的辐射热流源。

表1 热流传感器动态特性测试方法

本文利用光纤输出高功率半导体激光器作为辐射热流源，通过微透镜阵列光学系统实现激光输出光斑的均匀化，采用信号调理电路和采集系统完成热流传感器输出信号的处理与采集。……