[發明專利]一種基于雙光梳全光纖系統監測航空發動機燃燒場的方法

有效

• 申請號: 201910988351.0
• 申請日: 2019-10-17
• 公開（公告）號: CN110736623B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 付博;徐立軍;尚策;曹章;張程宏;張宏宇
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01M15/05
• 分類號: G01M15/05
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種基于雙光梳全光纖系統監測航空發動機燃燒場的方法，系統包括：具有固定頻率差的兩臺光頻梳、分束器、燃燒室監測裝置、光纖合束器、光電探測器和信號處理模塊。其中，一臺光頻梳作為測量光頻梳，用于得到采樣信號；另一臺光頻梳作為參考光頻梳，用于得到差頻信號；燃燒室監測裝置用于得到多路采集信號；分束器用于對光頻梳分束；光纖合束器用于將兩束光纖合為一束；光電探測器用于對兩路光頻梳拍頻；信號處理模塊用于對采樣得到的差頻信號實時分析，得到燃燒室內氣體組分濃度的各項參數變化情況。本發明結構緊湊、方法簡單，雙光梳全光纖系統大幅度地提高了系統的可集成性，同時可以實現對航空發動機燃燒場的實時、準確監測。

(一)技術領域

本發明涉及激光技術領域和燃燒診斷領域，尤其是涉及一種雙光梳全光纖系統監測航空發動機燃燒場技術領域。

(二)背景技術

航空發動機燃燒室是飛機的“心臟”，是航空發動機的核心部件之一。航空發動機燃燒室的反應復雜，并可能伴隨著不穩定燃燒，這對于航空發動機的穩定工作具有潛在的危害，有效的燃燒診斷技術可以對其燃燒過程中的關鍵參數進行準確測量，根據測量得到的數據，進而改善航空發動機的構造。光學診斷技術是燃燒診斷領域中可靠的技術之一,利用激光吸收光譜可以實現對燃燒室溫度、壓力和組分濃度等參數的測量。然而，傳統的吸收光譜測量裝置包括棱鏡、光柵、傅里葉變換光譜儀和單頻激光器等，其光譜分辨率較低，探測靈敏度不高，頻率測量精度及測量速度不高。

基于上述背景，現有的用激光吸收光譜監測航空發動機燃燒場的方法還有待進一步優化。

(三)發明內容

有鑒于此，本發明的提出了一種基于雙光梳全光纖系統監測航空發動機燃燒場的方法，結構簡單，同時能夠實現寬帶、高分辨率、高靈敏度的快速測量，提高系統的可集成性。

第一方面，本發明實施例提供了一種基于雙光梳全光纖系統監測航空發動機燃燒場的方法，包括：具有固定頻率差的兩臺光頻梳，第一光頻梳和第二光頻梳，燃燒室監測裝置，光纖合束器，分束器，光電探測器和信號處理模塊；其中，第一光頻梳作為測量光頻梳，用于通過航空發動機燃燒室出口待測氣體樣品池得到采樣信號；第二光頻梳作為參考光頻梳，用于得到差頻信號；燃燒室監測裝置用于得到多路采樣信號；兩個分束器分別與第一光頻梳和第二光頻梳相連，用于對光頻梳進行分束；光纖合束器用于將兩束光纖合并為一束；光電探測器用于對兩個光頻梳拍頻；信號處理模塊與光電探測器相連，用于對采集的數據實時分析。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，上述第一光頻梳與一個分束器連接，用于把第一光頻梳的輸出光譜分成光強不同的兩束；光強較小的一路與第二光頻梳合束后與光電探測器相連，用于得到標準差頻信號；光強較大的一路與燃燒室監測裝置的光纖輸入端口相連，用于得到采樣信號光。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，上述燃燒室監測裝置為八面體裝置，包括8個分別嵌在八面體的八條棱上的光纖輸入端口，32個均勻分布在八個面上的耦合輸出端口；光纖輸入端口用于與傳輸第一光頻梳的光纖相連；耦合輸出端口與光纖相連，用于輸出信號光。

結合第一方面的第二種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，上述八面體燃燒室監測裝置的光纖輸入端口包括光纖準直器和分束器；光纖準直器用于將光纖中傳輸的光轉變成準直光；分束器用于獲得扇形分布的多路光強相同的激光光束。

結合第一方面的第二種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，其中，上述耦合輸出端包括光纖準直器，用于將通過燃燒室檢測裝置后的第一光頻梳耦合至光纖中。

結合第一方面的第二種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第五種可能的實施方式，其中，均勻分布在八個面上的耦合輸出端口不限于32個。