专利名称：高速气流光纤总温传感器及其测温系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及高速气流光纤总温传感器及其测温系统。
背景技术：
在航空、航天等科技研究、生产、试验和应用过程中，温度是需要测试的基本參量之一。特别是航空发动机在研制过程中，需要測量进气道、燃烧室、燃烧室等位置的气流总温；导弹和火箭等航天器上也需要用温度传感器来測量其发动机的气流温度，温度參数对发动机的性能及工作效率有着重要的影响。因此航空发动机的温度測量不但要求更加准确，还需要获得整个温度场的瞬态变化信息，同时要考虑气流对温度传感器的影响。这就对测量发动机总温的方法及温度传感器的性能，测温范围及温度精确度提出了新的要求。光纤温度传感器同热电偶相比，在温度測量中有着很大的优点，光纤温度传感器 具有传统热电偶温度计所不及的高温稳定性。随着光纤技术的迅速发展，研究和开发精确度高、性能稳定、成本低的光纤总温传感器具有广阔的应用前景。20世纪80年代，比色测温技术开始兴起，该技术利用两种波长信号比较的方法很好地消除了发射率及环境的影响，有效地提高了测温精度，在生产、科学研究等方面有着广泛的应用。尤其是航空发动机的气流总温测试时，被测量目标为高速流动的燃料、空气及爆轰产物的气、固、液多相混合物，其组成成分及发射率随时间迅速变化，采用单色辐射测温法和全辐射测温法会给测温精度带来很大的误差，应用比色测温技术能够较好地減少目标发射率对测温精度的影响，从而得到被测目标的温度。
发明内容
本发明专利提出ー种高速气流光纤总温传感器及其测温系统。一种用于測量高速气流总温的光纤总温传感器，在传感器的外面加装一圓筒形滞止室(11)，气流从进气ロ(12)进入滞止室(11)，在滞止室(11)中受到第一次阻滞，流速下降，气流的动能受到第一次转换，在滞止室(11)内，低速流动的气流又受到光纤探针(13)的第二次阻滞，使气流的大部分动能转换成热能，最終在出气ロ(16)流出。在气流总温测量中，为了提高温度恢复系数，减小速度误差，设计了带滞止罩的光纤总温传感器。由于在光纤传感器的的外面加装了一个屏蔽滞止罩，形成一个阻滞室，气流进人滞止罩后，经过滞止罩和光纤探针的两次滞止后，使得气流的大部分动能转换成热能。从而有效的提高了整个传感器的温度恢复系数。井能在被测气流速度波动的一定范围内保持提高复温系数值不变或变化极小。所述的光纤总温传感器，滞止室(11)的外径为12mm，内径为10mm，长度为52mm ；在距滞止室(11)顶端3mm处，开有圆形进气ロ(12)，进气ロ(12)半径大小为10mm。传感器的出气ロ(16)位于滞止室(11)直径方向正对进气ロ(12)的另一端，距滞止室(11)顶端20mm,半径大小为5mm ;底塞15顶端距滞止室(11)顶端的距离为25mm ;光纤探针(13)直径O. 9mm，距离滞止室(11)顶端的距离为20mm。
所述的气流总温测试系统，光纤探针(13)的外面有ー层蓝宝石保护管(17)，蓝宝石保护管(17)和传感器底塞(15)是通过螺纹(14)固定。所述的光纤总温传感器，通过脉冲激光溅射沉积法对光纤探针(13)前端进行镀膜，制作成光纤黑体腔；利用脉冲激光溅射沉积镀膜系统对光纤前端进行镀膜。由于脉冲激光具有高能量密度，使得激光溅射沉积方法可以蒸发金属、陶瓷等多种材料，解决难熔材料的薄膜沉积问题，在脉冲激光溅射沉积镀膜系统内部将光纤前端制备成黑体腔。由于沉积室的高真空度或者纯度，加上灵活的换靶装置，使制备多元素膜、多层膜、复合膜和实现膜的掺杂非常方便。所述光纤总温传感器的气流总温测试系统，所述光纤总温传感器接收的光谱经过传输光纤的传递到达第一三端环形器的1 — 2端ロ稱合到FBGl的入射端，FBGl的反射光波由第一三端环形器的2 — 3端ロ将波长为A1的光传输到光电探测器(I)，进行光电转换；同样，FBGl的透射光谱由第二三端环形器的I — 2端ロ传输到FBG2的入射端，由FBG2产生的反射光波波长为λ 2，该反射光波经过第二三端环形器的2 —3端ロ到达光电探測器 (2)，这两个光电探测器完成光电转换得到两种不同波长的电信号，两个不同波长的电信号经过信号处理电路经比色测温后，得到所测的温度值。采用光纤布拉格光栅代替传统的滤光片，实现两种不同波长的窄带滤波，由光纤三端环形器将光波传输到光电探测器，经光电转换得到两种不同波长的电信号，电信号经过信号处理电路处理后，利用比色法进行测温。设计了科学合理的气流滞止室，将黑体腔光纤安放在滞止室内做成光纤总温传感器。气流总温测试系统采用两个不同波长的光纤布拉格光栅作为滤波器，利用比色测温原理对气流总温进行測量。所述的气流总温测试系统，所述比色测温的方法为设温度为T的高温物体在波长为λ P λ 2下的单色辐射出射度分别为Μ( λ ρ Τ)，MUpT)，则波长X1, λ 2处辐射功率的比值R(T)
权利要求
1.一种用于測量高速气流总温的光纤总温传感器，其特征在于，在传感器的外面加装一圓筒形滞止室(11)，气流从进气ロ(12)进入滞止室(11)，在滞止室(11)中受到第一次阻滞，流速下降，气流的动能受到第一次转换，在滞止室(11)内，低速流动的气流又受到光纤探针(13)的第二次阻滞，使气流的大部分动能转换成热能，最終在出气ロ(16)流出。
2.根据权利要求I所述的光纤总温传感器，其特征在于，滞止室(11)的外径为12mm，内径为10mm，长度为52mm;在距滞止室(11)顶端3mm处，开有圆形进气ロ(12)，进气ロ(12)半径大小为IOmm;传感器的出气ロ(16)位于滞止室(11)直径方向正对进气ロ(12)的另一端，距滞止室(11)顶端20mm,半径大小为5mm ;底塞(15)顶端距滞止室(11)顶端的距离为25mm ;光纤探针(13)直径O. 9mm,距离滞止室(11)顶端的距离为20mm。
3.根据权利要求I所述的气流总温测试系统，其特征在于，光纤探针(13)的外面有一层蓝宝石保护管(17)，蓝宝石保护管(17)和传感器底塞(15)通过螺纹(14)固定。
4.根据权利要求I所述的光纤总温传感器，其特征在于，通过脉冲激光溅射沉积法对光纤探针(13)前端进行镀膜，制作成光纤黑体腔。
5.根据权利要求1-4任一所述光纤总温传感器的气流总温测试系统，其特征在于，所述光纤总温传感器接收的光谱经过传输光纤的传递到达第一三端环形器的I — 2端ロ耦合到FBGl的入射端,FBGl的反射光波由第一三端环形器的2 — 3端ロ将波长为λ j的光传输到光电探测器(I)，进行光电转换；同样，FBGl的透射光谱由第二三端环形器的I — 2端ロ传输到FBG2的入射端，由FBG2产生的反射光波波长为λ 2，该反射光波经过第二三端环形器的2 — 3端ロ到达光电探测器(2)，这两个光电探测器完成光电转换得到两种不同波长的电信号，两个不同波长的电信号经过信号处理电路经比色测温后，得到所测的温度值。
6.根据权利要求5所述的气流总温测试系统，其特征在于，所述比色测温的方法为 设温度为T的高温物体在波长为A1, λ 2下的单色辐射出射度分别为MU1,ThM^1,Τ)，则波长λ P λ 2处辐射功率的比值R(T) 当假设两波长的光谱发射率ε (λρΤ) ε (λ2，τ)吋， 此时测得的温度就叫做比色温度T。，物体的真实温度T与比色温度T。的误差为 在已知两波长的情况下，知道R(T)就能得到比色温度T。，再经发射率修正就可以知道物体的实际温度。
全文摘要
本发明公开了一种测量高速气流总温的光纤总温传感器及其测温系统。在传感器的外面加装一圆筒形滞止室(11)，气流从进气口(12)进入滞止室(11)，在滞止室(11)中受到第一次阻滞，流速下降，气流的动能受到第一次转换，在滞止室(11)内，低速流动的气流又受到光纤探针(13)的第二次阻滞，使气流的大部分动能转换成热能，最终在出气口(16)流出。设计了科学合理的气流滞止室，将黑体腔光纤安放在滞止室内做成光纤总温传感器。气流总温测试系统采用两个不同波长的光纤布拉格光栅作为滤波器，利用比色测温原理对气流总温进行测量。
文档编号G01J5/60GK102692278SQ20121018341
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月6日 优先权日2012年6月6日
发明者侯晔星, 周汉昌, 彭刚, 徐清宇, 王楠楠, 王高, 赵宇, 赵辉 申请人:中北大学