[發明專利]吸氣式光纖法珀總溫探針及其測量系統

有效

• 申請號: 202010123265.6
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN111879435B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 劉顯明;單智超;陳昱如;章鵬;雷小華;候孟;陳偉民
• 申請（專利權）人: 重慶大學;中國航發四川燃氣渦輪研究院
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G01K1/14;G01K1/08
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔

本發明公開了吸氣式光纖法珀總溫探針及其測量系統，包括L型管道、光纖法珀傳感器、法珀支撐鋼管和真空泵；L型管道包括進氣道和引氣管；進氣道內部從上到下依次具有穩流通道、收斂通道、喉部和擴張通道；引氣管連接在進氣道下端，并與進氣道的擴張通道連通；法珀支撐鋼管頭部伸入在進氣道的收斂通道中，下端從進氣道底部穿出；光纖法珀傳感器安裝在進氣道的收斂通道中；工作時，通過真空泵對引氣管進行抽氣，進氣道入口處收斂通道的風速處于一個相對高速且穩定的狀態，當收斂段達到超臨界狀態時，法珀傳感器周圍的局部對流換熱系數增大至一個穩定值，并不受來流靜壓和流速波動的影響，從而提升總溫探針的測溫速度、測溫精度和穩定性。

技術領域

本發明屬于溫度傳感測量領域技術領域，具體涉及吸氣式光纖法珀總溫探針及其測量系統。

背景技術

瞬態溫度是燃燒、高速傳熱等應用場合下高溫流場及耐溫器件熱力學分析的重要參數，對瞬態溫度的高速動態準確測量在航空航天、燃氣輪機、導彈炸藥等國防工業的諸多領域具有至關重要的作用。如航空發動機研制中，需對進氣道出口、轉子級間等部位的氣流溫度進行高速動態測試；在導彈燃氣射流、彈藥爆炸、槍炮管內外壁等武器研究中，也都涉及瞬態溫度測試。這些場合具有溫度高、溫變范圍大且變化速度快、測量環境惡劣、難以重復等特點，對測量要求極高，難度極大。針對這些測試需求，目前普遍采用的電測法，如微細熱電偶、微細熱絲等測溫方式，在強度可靠性、抗干擾、響應速度等方面，均存在一定缺陷，難以滿足高速、惡劣工況的測量需求。而光纖傳感技術則具有抗干擾、體積小、高精度、高可靠性等優勢，可適應一些惡劣環境條件下溫度測量的需求。其中，光纖法珀測溫技術在常規測溫場合已有大量應用。但在常規應用中，大部分都采用雙光纖在套管內接插形成空氣腔，或雙光纖直接熔接形成本征腔。采用這種結構的探針感溫區相對較大，導致熱容大，難以適應高速動態測溫的需求，必須進行針對性改進，才能滿足上述特種應用環境的測試需求。

發明內容

為實現本發明目的而采用的技術方案是這樣的，吸氣式光纖法珀總溫探針，包括L型管道、光纖法珀傳感器、法珀支撐鋼管和真空泵。

所述L型管道包括進氣道和引氣管。

所述進氣道內部從上到下依次具有穩流通道、收斂通道、喉部和擴張通道。

所述引氣管連接在進氣道下游，并與進氣道的擴張通道連通。

所述法珀支撐鋼管頭部伸入在進氣道的收斂通道中，其下端穿過進氣道的擴張通道，并從引氣管頭部穿出。

所述光纖法珀傳感器安裝在法珀支撐鋼管上，并位于進氣道的收斂通道中。所述光纖法珀傳感器的光纖從法珀支撐鋼管尾部引出后，穿出引氣管，并沿程固定在引氣管的外壁上。

所述真空泵安裝在引氣管尾部。工作時，通過所述真空泵對引氣管進行抽氣。

進一步，所述光纖法珀傳感器包括熱敏標準具、反射金屬鋁膜和入射金屬鎳膜。

所述反射金屬鋁膜為不透明金屬膜，厚度為100nm。所述反射金屬鋁膜連接在所述熱敏標準具上端。

所述入射金屬鎳膜為半透明金屬膜，厚度為10nm。所述入射金屬鎳膜連接在熱敏標準具下端。

進一步，所述熱敏標準具的材質為ZnSe，熱敏標準具厚度為1.5μm。

進一步，所述引氣管尾部的外壁上設置有螺紋。所述引氣管通過螺紋連接有測試探針支桿。所述真空泵的進氣管道連接在測試探針支桿尾部。

進一步，本發明還公開一種基于吸氣式光纖法珀總溫探針的測量系統，所述吸氣式光纖法珀總溫探針的光纖法珀傳感器與測量儀相連。

所述測量儀包括光源、耦合器、光譜儀和計算機。

所述耦合器的輸入端通過光纖與光源連接。所述耦合器的耦合端與光纖法珀傳感器的光纖連接。所述耦合器的輸出端通過光纖連接光譜儀。所述光譜儀與計算機連接。