[發明專利]基于光譜辨識的高溫高速氣流中顆粒在線檢測方法及裝置

在審

• 申請號: 202011357549.8
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112611566A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 宋子軍;石小江;趙涌;袁世輝;宋國堃;胡月
• 申請（專利權）人: 中國航發四川燃氣渦輪研究院
• 主分類號: G01M15/14
• 分類號: G01M15/14;G01M9/06;G01N15/00;G01N21/25
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 王世磊

本發明屬于風洞試驗或航空發動機試驗領域，具體涉及基于光譜辨識的高溫高速氣流中顆粒在線檢測方法及裝置。該方法包括：從尾噴流內采集光；將光由散射光變為平行光；從平行光中提取指定波長的光；若提取到，則軟件報警，告知尾噴流內存在顆粒物；對平行光進行多光譜檢測，檢測是否存在發動機內部構件的磨損顆粒物成分。

技術領域

本發明屬于風洞試驗或航空發動機試驗領域，具體涉及基于光譜辨識的高溫高速氣流中顆粒在線檢測方法及裝置。

背景技術

航空發動機氣路部件，由于長期工作在惡劣的環境下，使其成為故障的主要發生源。在發動機內部摩擦副的相互作用、高速旋轉的葉片與機匣內表面的摩擦等狀態下，都可能產生顆粒物，并隨機的出現在尾噴流場中，這些顆粒物蘊含著航空發動機運行狀態及其磨損狀態的重要信息。高溫高速燃氣流中顆粒物的在線檢測，是航空發動機研制試驗中，發動機狀態檢測與安全控制的重要手段和有效途徑。

目前國內對航空發動機尾噴流顆粒物的監測主要依靠視頻圖像進行定性的人工判斷。由于噴口氣流溫度高、流速快，監測到的顆粒圖像拖尾嚴重，有些單個、零星的顆粒(火星)通過普通攝像機很難捕捉到，更難于確定顆粒的材料以及產生的部位。

因此，基于光譜辨識的高溫高速氣流中顆粒物材料成份在線檢測方法，通過對發動機尾噴流場顆粒物進行光譜分析，判別顆粒物的成分，并通過實驗測定獲得氣路部件材料成份與光譜特征的對應關系，可實現發動機尾噴流場中顆粒物的來源在線檢測和自動報警，對于發動機試驗及運行安全具有重大的工程實用價值。

發明內容

發明目的：本發明的目的主要在于解決發動機尾噴燃氣流場中顆粒物材料成份的辨識和自動報警的難題，實現發動機試驗運行狀態的準確評估，為試驗安全運行提供技術支持。同時實現發動機氣路部件的損傷部位的預估，為故障診斷提供技術支持。

技術方案：

一種基于光譜辨識的高溫高速氣流中顆粒在線檢測方法，包括：

從尾噴流內采集光；

將光由散射光變為平行光；

從平行光中提取指定波長的光；

若提取到，則軟件報警，告知尾噴流內存在顆粒物；

對平行光進行多光譜檢測，檢測是否存在發動機內部構件的磨損顆粒物成分。

從平行光中提取指定波長的光，包括：

將平行光按照波長進行分段；

對分段后的平行光進行濾波，得到指定波長的光。

對平行光進行多光譜檢測，包括：

基于預設的顆粒材料成份與光譜特征的對應關系，采用窄帶寬濾波實現對氣路中顆粒物材料成份譜線的識別。

對平行光進行多光譜檢測之前，所述方法還包括：

通過實驗手段測試已知顆粒材料發射光譜特征，建立顆粒物材料成份與光譜特征的對應關系。

一種基于光譜辨識的高溫高速氣流中顆粒在線檢測裝置，包括：

第一準直器、第二準直器、光柵、濾波片、單光譜響應模塊、多光譜檢測模塊、計算器，以及數據采集、處理與控制模塊；

其中，尾噴流內采集到的光分為兩路，一路經過第一準直器、光柵、濾波片、單光譜響應模塊，一路經過第二準直器和多光譜檢測模塊；計算機通過數據采集、處理與控制模塊分別與單光譜響應模塊和多光譜檢測模塊通信。

數據采集、處理與控制模塊用于當接收到單光譜響應模塊發送的報警時，控制多光譜檢測模塊檢測。

濾波片的個數與顆粒物需要檢測的成分個數相同。