[發明專利]基于流場溫度測量的測溫探頭及測溫系統

在審

• 申請號: 202110954477.3
• 申請日: 2021-08-19
• 公開（公告）號: CN113654681A
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 吳鋒;張雁;錢偉中;張志宏;楊彩瓊;張世雅
• 申請（專利權）人: 中國航發四川燃氣渦輪研究院;電子科技大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G01K1/143
• 代理公司: 成都華風專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 張巨箭

本發明公開了基于流場溫度測量的測溫探頭及測溫系統，屬于測溫技術領域，包括導熱套管、熒光溫敏材料層和耐高溫氧化物晶體光纖，熒光溫敏材料層設于導熱套管內，耐高溫氧化物晶體光纖與熒光溫敏材料層接觸；所述導熱套管的導熱率大于200W/mK。本發明采用耐高溫氧化物晶體光纖，抗干擾能力強，且耐高溫，能夠適應強電場、強磁場的航空發動機寬跨度測溫環境；采用導熱率高的導熱套管快速響應溫度場的變化，實現對流場溫度變化的追蹤，進而實現復雜氣流場溫度高頻響應，滿足溫度畸變高溫升率等航空發動機特種試驗溫度測量需求。

技術領域

本發明涉及測溫技術領域，尤其涉及基于流場溫度測量的測溫探頭及測溫系統。

背景技術

航空發動機作為現代飛機的動力之源，正不斷向更高性能、更高推重比發展，這使得高性能航空發動機的工作溫度越來越高。航空發動機進口總溫畸變，會引起發動機性能惡化，嚴重會造成發動機熄火。因此溫度畸變試驗在發動機的研制過程中尤為重要。在溫度畸變試驗中，流場條件十分復雜，發動機進口溫度變化十分劇烈，溫升率極高。因此，準確測量發動機進口動態溫度對研究發動機的性能極為重要。針對航空發動機溫度畸變的復雜環境，研究人員嘗試用各種測溫技術來測量發動機進口溫度，主要有熱電偶、晶體、紅外輻射測溫等手段，但是目前這些測溫技術都存在各種不足，結果難以令人滿意。

熒光溫度傳感技術從20世紀80年代開始受到人們的關注，熒光型溫度傳感器的基本工作原理為：在一定條件下，熒光發射體的熒光強度﹑熒光壽命﹑熒光光譜波長位置的變化與所處環境溫度、壓力等參數相關，通過檢測熒光發射體的熒光強度﹑熒光壽命與熒光光譜波長位置的變化可知熒光發射體所處環境溫度壓力等參數，因此各種熒光材料可應用于溫度、壓力等參數的傳感測量。然而現有熒光溫度傳感器應用于航空發動機復雜流場條件時，仍然存在熒光動態測溫頻響低的問題，無法滿足溫度畸變高溫升率等航空發動機特種試驗溫度測量需求。

發明內容

本發明的目的在于克服現有測溫技術存在的動態測溫頻響低的問題，提供了一種基于流場溫度測量的測溫探頭及測溫系統。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：基于流場溫度測量的測溫探頭，包括導熱套管、熒光溫敏材料層和耐高溫氧化物晶體光纖，熒光溫敏材料層設于導熱套管內，耐高溫氧化物晶體光纖與熒光溫敏材料層接觸；所述導熱套管的導熱率大于200W/mK。

在一示例中，所述導熱套管為金剛石套管。

在一示例中，所述金剛石套管厚度為0.5-1mm，長度為5-10mm。

在一示例中，所述熒光溫敏材料層為稀土摻雜氧化物熒光材料、過渡族離子摻雜熒光材料中任意一種。

在一示例中，所述熒光溫敏材料層的厚度為0.3-0.5μm。

在一示例中，所述耐高溫氧化物晶體光纖為藍寶石、釔鋁石榴石、尖晶石中任意一種。

在一示例中，所述測溫探頭還包括黏膠劑，用于填充耐高溫氧化物晶體光纖與導熱套管之間在導熱套管開口處的間隙。

在一示例中，所述測溫探頭還包括光纖連接器，光纖連接器與耐高溫氧化物晶體光纖連接。

需要進一步說明的是，上述各示例對應的技術特征可以相互組合或替換構成新的技術方案。

本發明還包括一種基于流場溫度測量的測溫系統，包括如上述任一示例所述的測溫探頭，測溫系統還包括Y型光纖、熒光激發光源、熒光信號處理子系統，測溫探頭、熒光激發光源、熒光信號處理子系統分別連接至Y型光纖一端。

在一示例中，所述測溫系統還包括截止濾光片，Y型光纖經所述截止濾光片與熒光信號處理子系統連接。

與現有技術相比，本發明有益效果是：