[發明專利]高速氣流光纖總溫傳感器及其測溫系統

無效

• 申請號: 201210183412.4
• 申請日: 2012-06-06
• 公開（公告）號: CN102692278A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 趙輝;趙宇;彭剛;侯曄星;徐清宇;王高;周漢昌;王楠楠
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01J5/60
• 分類號: G01J5/60
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及高速氣流光纖總溫傳感器及其測溫系統。

背景技術

在航空、航天等科技研究、生產、試驗和應用過程中，溫度是需要測試的基本參量之一。特別是航空發動機在研制過程中，需要測量進氣道、燃燒室、燃燒室等位置的氣流總溫；導彈和火箭等航天器上也需要用溫度傳感器來測量其發動機的氣流溫度，溫度參數對發動機的性能及工作效率有著重要的影響。因此航空發動機的溫度測量不但要求更加準確，還需要獲得整個溫度場的瞬態變化信息，同時要考慮氣流對溫度傳感器的影響。這就對測量發動機總溫的方法及溫度傳感器的性能，測溫范圍及溫度精確度提出了新的要求。

光纖溫度傳感器同熱電偶相比，在溫度測量中有著很大的優點，光纖溫度傳感器具有傳統熱電偶溫度計所不及的高溫穩定性。隨著光纖技術的迅速發展，研究和開發精確度高、性能穩定、成本低的光纖總溫傳感器具有廣闊的應用前景。

20世紀80年代，比色測溫技術開始興起，該技術利用兩種波長信號比較的方法很好地消除了發射率及環境的影響，有效地提高了測溫精度，在生產、科學研究等方面有著廣泛的應用。尤其是航空發動機的氣流總溫測試時，被測量目標為高速流動的燃料、空氣及爆轟產物的氣、固、液多相混合物，其組成成分及發射率隨時間迅速變化，采用單色輻射測溫法和全輻射測溫法會給測溫精度帶來很大的誤差，應用比色測溫技術能夠較好地減少目標發射率對測溫精度的影響，從而得到被測目標的溫度。

發明內容

本發明專利提出一種高速氣流光纖總溫傳感器及其測溫系統。

一種用于測量高速氣流總溫的光纖總溫傳感器，在傳感器的外面加裝一圓筒形滯止室(11)，氣流從進氣口(12)進入滯止室(11)，在滯止室(11)中受到第一次阻滯，流速下降，氣流的動能受到第一次轉換，在滯止室(11)內，低速流動的氣流又受到光纖探針(13)的第二次阻滯，使氣流的大部分動能轉換成熱能，最終在出氣口(16)流出。在氣流總溫測量中，為了提高溫度恢復系數，減小速度誤差，設計了帶滯止罩的光纖總溫傳感器。由于在光纖傳感器的的外面加裝了一個屏蔽滯止罩，形成一個阻滯室，氣流進人滯止罩后，經過滯止罩和光纖探針的兩次滯止后，使得氣流的大部分動能轉換成熱能。從而有效的提高了整個傳感器的溫度恢復系數。并能在被測氣流速度波動的一定范圍內保持提高復溫系數值不變或變化極小。

所述的光纖總溫傳感器，滯止室(11)的外徑為12mm，內徑為10mm，長度為52mm；在距滯止室(11)頂端3mm處，開有圓形進氣口(12)，進氣口(12)半徑大小為10mm。傳感器的出氣口(16)位于滯止室(11)直徑方向正對進氣口(12)的另一端，距滯止室(11)頂端20mm，半徑大小為5mm；底塞15頂端距滯止室(11)頂端的距離為25mm；光纖探針(13)直徑0.9mm，距離滯止室(11)頂端的距離為20mm。

所述的氣流總溫測試系統，光纖探針(13)的外面有一層藍寶石保護管(17)，藍寶石保護管(17)和傳感器底塞(15)是通過螺紋(14)固定。

所述的光纖總溫傳感器，通過脈沖激光濺射沉積法對光纖探針(13)前端進行鍍膜，制作成光纖黑體腔；利用脈沖激光濺射沉積鍍膜系統對光纖前端進行鍍膜。由于脈沖激光具有高能量密度，使得激光濺射沉積方法可以蒸發金屬、陶瓷等多種材料，解決難熔材料的薄膜沉積問題，在脈沖激光濺射沉積鍍膜系統內部將光纖前端制備成黑體腔。由于沉積室的高真空度或者純度，加上靈活的換靶裝置，使制備多元素膜、多層膜、復合膜和實現膜的摻雜非常方便。