[發明專利]航空發動機尾氣的溫度和組分同時測量的方法和系統

在審

• 申請號: 201611191211.3
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN108204957A
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發明（設計）人: 莫小寶;胡學功
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G01K13/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發明公開了一種航空發動機尾氣的溫度和組分同時測量的方法和系統。本發明方法由激光發射模塊發射待測定組分強吸收的第一激光；然后經由激光合波與會聚模塊將所述第一激光會聚成第二激光，并使所述第二激光進入航空發動機尾氣探測區域被待測定組分吸收；被吸收后剩余的第三激光由分波模塊按照波長分開成第四激光，再由光電處理模塊對第四激光進行光電轉換并提取二次諧波信號和入射光強信號；最后由數據采集分析模塊對得到的信號進行分析，基于TDLAS技術反演出航空發動機尾氣的溫度、以及所述待測定組分的濃度。本發明方法和系統能夠同時測量溫度和組分濃度等參數，具有非接觸式，實時在線測量的優點。

技術領域

本發明涉及一種氣體非接觸式測量領域，具體涉及一種航空發動機尾氣的溫度和組分同時測量的方法和系統。

背景技術

傳統的溫度測量手段，因探頭干擾流場、引起激波破壞流場或因探頭的催化作用，均可使測量不精確。因此一般采用一些非接觸式的測量手段來進行測量。非接觸式方式對傳感器耐熱性能無特殊要求，避免了傳感器和被測目標的相互干擾，測溫范圍大，無熱慣性，響應速度較快，可以測量微小目標的溫度，滿足眾多場合對溫度測量范圍和精度的要求。常用的非接觸式溫度測量方式有全輻射測溫儀、亮度測溫儀、基于彩色CCD三基色的測溫技術、拉曼散射技術、基于干涉特性的激光測溫技術和基于衍射特性的激光測溫技術等。對于尾氣組分測量，目前，主要是取樣方式檢測。除此以外，還有平面激光誘導熒光PLIF和傅里葉紅外光譜FTIR等技術。但是這些技術要么設備投資高，系統設計和數據處理復雜，對設計和操作水平要求高，要么不能同時對溫度和組分進行測量。亟須更為先進的溫度和組分測量技術，以便為航空發動機的研發提供翔實的實驗支撐數據，為污染物的排放評估提供參考依據。

可調諧半導體激光吸收光譜技術(TDLAS)起源于20世紀70年代，其技術具有高靈敏度、快速響應和多組分多參量同時測量等優點，在許多領域有著潛在的重要應用價值，主要應用有：獲得分子結構的信息、研究氣體動力學過程和痕量氣體監測分析。利用TDLAS技術對航空發動機尾氣溫度和成分進行測量具有其它方法不具備的優勢，能為航空發動機尾氣實時解析提供有效的方法，從而為航空發動機視情維修和機場大氣環境污染評估提供依據。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明解決現有測量技術不能多參數多變量同時測量的缺點，提供一種非接觸式、成本低廉、結構簡單的對航空發動機尾氣的溫度和組分濃度同時測量的方法及系統。

(二)技術方案

本發明的技術方案如下：

本發明提供了一種航空發動機尾氣的溫度和組分同時測量的方法，包括以下步驟：

S1、激光發射模塊發射第一激光；所述第一激光包括n束激光，n為大于等于1的整數；其中n與航空發動機尾氣中待測定組分的個數相同；所述第一激光的n束激光的中心波長分別根據待測定組分中每一個組分的分子光譜吸收特性一一對應選擇；

S2、激光合波和會聚模塊將所述第一激光合成一束，形成第二激光；

S3、所述第二激光照射進入航空發動機尾氣的探測區域，所述待測定組分的每個組分吸收與其對應的中心波長的激光；未被完全吸收的剩余激光從所述航空發動機尾氣的探測區域出來形成第三激光；

S4、分波模塊將所述第三激光根據所述中心波長分成包括n束激光的第四激光；

S5、光電處理模塊將所述第四激光的n束激光分別進行光電轉換，提取出n個與待測定組分中每一個組分一一對應的二次諧波信號和入射光強信號；

S6、數據采集分析模塊利用所述二次諧波信號和入射光強信號計算航空發動機尾氣的溫度和待測組分中每一個組分的濃度。