[發明專利]一種基于三波段輻射光測量渦輪葉片溫度及發射率的方法

有效

• 申請號: 201710455116.8
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107328478B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 王超;胡俊;張澤展;楊洋;王飛;張晨貴;姜晶;段英;蔣洪川;耿慧遠;王躍明
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 張楊

該發明公開了一種基于三波段輻射光測量渦輪葉片溫度及發射率的方法，屬于輻射測溫技術領域，應用在航空發動機渦輪葉片表面溫度測量。通過測量渦輪葉片輻射光線在短、中、長三個波段的輻射能量，然后設定調節變量，計算出渦輪葉片在各波段的真實輻射能量，在利用兩個波段的真實輻射能量計算出渦輪葉片在多個計算溫度，根據得到的多個渦輪葉片的溫度的大小對調節變量進行適當的調整，直至滿足結束計算的條件，得到了渦輪葉片的真實溫度，再利用真實溫度和黑體計算出渦輪葉片在當前工作條件下的發射率，該計算渦輪葉片表面溫度和發射率的方法，能極大的提高渦輪葉片表現溫度的測量精度，并且計算量小，能達到到實時測量的要求。

技術領域

本發明屬于輻射測溫技術領域，應用在航空發動機渦輪葉片表面溫度測量。

背景技術

航空發動機渦輪葉片表面溫度的精確測量一直是制約我國研制高性能、高推重比發動機的關鍵。渦輪葉片作為發動機最為重要的熱端部件，也是渦輪發動機工作溫度最高的地方，其耐高溫能力是發動機高溫工作的必要保障。渦輪葉片需要在高溫、高壓條件下做高速旋轉，承受的機械載荷、氣動載荷和溫度載荷非常復雜，運行環境最為惡劣，使得渦輪轉子特別是渦輪葉片產生各種形式失效破壞，目前，渦輪進口溫度已達到了2000K左右，比高壓渦輪葉片金屬材料的熔點高400K。精確的測量渦輪葉片的表面溫度，可以為航空發動機的運行狀態控制提供直觀依據，為航空發動機渦輪葉片的研制、應力應變分析、壽命預測提供理論支持，滿足航空發動機的試驗監測和科學研究的要求。

但要實現在高溫、高壓、高負荷、每分鐘10000轉葉片的高精度溫度測量是一個非常困難的科學問題。目前溫度測量技術主要分為兩大類：一類是接觸式測溫，另一類是非接觸式測溫。接觸式測溫技術雖然已經發展很成熟，但普遍存在發動機改裝難度大、需要通過構件拆卸才能判讀其溫度、對目標溫度場分布造成較大的影響、測點較少，難以獲得關鍵數據等問題，渦輪內部溫度高、空間狹小、葉片高速運轉等一系列不利的測量環境，使得傳統的接觸式測量不能滿足發動機研發的迫切需求。而非接觸式測溫技術主要是以熱輻射測溫為主，熱輻射測溫技術提供了一種既不干擾表面也不干擾周圍介質的表面溫度測量方法，具有分辨率高、靈敏度高、可靠性強、響應時間短、能測量快速變化的溫度場、測溫范圍廣、測量距離可調、測量目標面積可以很小等優點。輻射測溫法在工程測溫領域占有重要的地位，對于一些旋轉物體，高速運動物體或腐蝕性強的物體，在其溫度不可能接觸測量的情況下，輻射測溫是最佳的選擇。

針對渦輪葉片復雜的工作的環境，一般采用非接觸式輻射溫度測量方法，通過前端光路實現葉片輻射信息的采集，傳送至相應的探測器進行電壓與溫度的處理轉換。實際工作環境中，紅外輻射測溫系統接收到的輻射能并非全部由被測葉片發出，其中有一部分來源于工作環境中其他高溫部件發出的紅外輻射在葉片被測點上的反射能量。一般這些輻射源為葉片周圍的火球、燃燒室爐壁、被測葉片鄰近葉片、漂浮在葉片上空的高溫燃氣等。

這些反射能量混入葉片本身的輻射能被采集后將對測量結果造成誤差，必須進行濾除或算法處理。得到葉片的輻射信息后需要代入給提輻射公式推出葉片的溫度，其中作為一個連續變化的未知量也需要同時測得。現今市面上針對發動機葉片溫度測量的儀器是采用單波長和預設發射率的方式對發動機葉片進行溫度測量，其測試無法避免燃燒室其他背景輻射源的反射誤差，而且單波長的發射率也存在一定的測量誤差。因此，如何消除背景輻射源和發射率對渦輪葉片的溫度測量精度有重大意義。

發明內容

本發明的主要目的是為針對現有渦輪葉片測溫儀器無法消除其他背景輻射源，單波長預設發射率誤差大的問題，提出一種基于三波段輻射光測量渦輪葉片溫度及發射率的方法，以實現發動機渦輪葉片的表面溫度和發射率的測量。

本發明技術方案為一種基于三波段輻射光測量渦輪葉片溫度及發射率的方法；該方法包括：

步驟1：建立輻射模型：

段波段：E_s＝E_sb+E_sr