[发明专利]一种采集涡轮叶片三波段辐射信息的方法

说明书

本发明公布了一种采集涡轮叶片三波段辐射信息的方法，属于航空发动机测量技术领域。由于高温燃气流的热辐射对涡轮叶片温度测量造成了误差，所以本发明采用光谱仪进行燃气成分与浓度测量，得到燃气吸收率与叶片辐射与波长的关系，使用两大原则避开燃气吸收峰进行波段的选择，最后采用三波段测温方法进行温度测量。光路中通过主控制器控制切换反射镜移出与否来进行燃气光谱分析与叶片温度测量切换工作，并由燃气光谱分析控制短波红外测温光路滤光片的切换。本发明不仅用同一套光路系统通过切换反射镜进行燃气光谱分析和三波段叶片测温，实现了燃气成分与涡轮叶片温度同时测量，并且消除了高温燃气辐射对温度测量的影响，极大地提高了测温精度。

技术领域

本发明属于航空发动机测量技术领域，公布了一种针对航空发动机涡轮叶片温度测量波段选择方法。

背景技术

发动机运行过程中，经过压气机压缩的气体在燃烧室与燃油剧烈燃烧，产生的高温燃气膨胀冲击动力叶片，带动叶片转动的同时使得叶片温度快速上升。实际测试过程中，通过在发动机涡轮一级叶片附近机匣上设置微孔，插入高温计的探针进行测量。探针位于叶片的上方，高温燃气在叶片和探针之间快速流动，因此，叶片发射出的辐射信息需要经过高温燃气才能到达探针被探测器接收。这个过程中，高温燃气不仅会对叶片的辐射信号进行吸收，导致探测器接收到的辐射强度偏低，同时，视径上的高温燃气流也可能混入叶片辐射，导致温度输出高于实际值。这样使得最终探测器接收到的辐射信号不是叶片真实的辐射，测温精度存在误差。其中，吸收量的多少与燃气的温度数值、成分与浓度以及其在某波长段的辐射强度有关。因此，高温燃气的成分与浓度分析是提高测温精度的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种准确采集涡轮叶片三波段辐射信息的方法，通过燃气成分与浓度分析，准确计算出最适合测量涡轮叶片温度的3个辐射光波段，从而达到避开燃气吸收峰，选择温度测量波段，减小测温误差的目的。

本发明采用光谱仪首先得出发动机内部各燃烧气体的基本成分与浓度信息，对测温波段进行分步选择。波段的选取应依据两个原则：(1)在测温波段各种气体的总吸收率尽可能低；即叶片辐射信息透过高温燃气层时辐射能衰减尽可能小(2)对应的波段处叶片辐射尽可能大，便于后期的信息滤波和去噪。第一步，通过光谱仪得到燃烧气体的成分，依据不同气体对辐射光信号的吸收特性，得出不同波段下燃气对辐射能量的吸收率，避开燃气高吸收波段。第二步，初步得到了测温窗口，选择的窗口位于气体低吸收率波段，需要考虑不同气体的浓度。相对而言，在低吸收波段，气体对于辐射信息的吸收比较小，但气体的浓度太高，吸收率也会成倍增长，因此，需要对低吸收波段更进一步精细选择，使得低吸收波段对应的气体浓度较低，保证叶片辐射信息在透过时损失量最小。最后计算出吸收率最小的3个波段，从而从这3个波段采集计算涡轮叶片温度的数据，达到发明目的。因而本发明技术方案为：一种采集涡轮叶片三波段辐射信息的方法，该方法包括：

步骤1：采集涡轮叶片表面辐射光，采用光谱仪对辐射光进行分析，计算出燃气中的气体成分及对应浓度；通过HITEMP光谱数据库查到各种燃气对辐射光随波长变化的吸收率N。

步骤2：在线下采用公式：a＝K·ECL+b计算出不同浓度下对应的燃气吸光系数；其中a表示某一种气体一定浓度下的吸光系数，K，b为常数因子，E表示气体相对横截面积，C为浓度，L为光程长度；

步骤3：采用如下公式计算在不同辐射波长和各成分气体不同浓度时涡轮燃气对辐射光的吸收量；

其中a_i表示第i种气体的吸光系数，i为涡轮燃气包含的各成分气体的编号；

步骤4：采用如下公式得到辐射量与辐射光波长之间的系；