[发明专利]一种电弧加热器冷却水微泄漏诊断系统

说明书

本发明实施例公开了一种电弧加热器冷却水微泄漏诊断系统，包括电弧加热器、辐射测量夹片、喷管和数据处理单元，电弧加热器，辐射测量夹片，收集电弧加热器的电弧室内的高温气体辐射发光；辐射测量夹片，收集的高温气体辐射发光进入分成两路的Y型石英光纤，两路的Y型石英光纤收集的高温气体辐射发光分别经过两个不同中心波长的窄带滤波片后传输至两台光电倍增管，经光电倍增管进行光电转换后，窄带辐射信号转换为电压信号传输至数据处理单元进行分析处理，得到两台光电倍增管实时输出的电压值，实现在电弧加热器微量漏水发生时的快速、准确诊断，从而大幅提升设备运行的安全性。

技术领域

本发明实施例涉及飞行器地面气动热试验研究技术领域，具体涉及一种电弧加热器冷却水微泄漏诊断系统。

背景技术

电弧加热器可以复现飞行器高速飞行时的主要热参数(总焓、热流等)，自上世纪五十年代以来，一直是高超声速飞行器防热材料筛选和热防护系统考核的首选试验设备。电弧加热器通过加载在电极两端的高电压产生电弧并加热试验气体，由于高电压、大电流加载在电极上产生的巨大热流及加热器内高温气体冲刷等因素的综合作用，必然会导致电弧加热器电极及其金属部件的烧蚀。为提高电弧加热器工作可靠性，普遍并配合磁场旋转弧根、多电极分流技术等提高电弧加热器的抗烧蚀能力，即便如此，烧蚀量积累导致电弧加热器烧穿漏水的风险依然存在。若发生漏水故障，高压冷却水会迅速进入电弧加热器，造成其内部短路进而导致电弧加热器内部严重烧伤甚至烧毁。因此，如何在大功率电弧加热器的苛刻运行条件下，通过有效测量手段准确判定电弧加热器电极漏水故障前期-微量漏水时刻，从而及时关停试验系统是非常有意义的。

传统的电流电压波动监测、壁面压力传感器、流场录像等诊断手段反应滞后、灵敏度低，对于精准判断微量漏水无能为力，发现漏水故障时加热器已严重烧损。电弧加热器急需更为准确、可靠、有效的在线监测手段。近年来，基于发射光谱技术对于流场多参数实时诊断能力和对流场无干扰的优点，已被尝试应用于电弧加热器运行状态监测和漏水故障诊断，并取得一定成果。

2015年，中国航天空气动力技术研究院的林鑫等使用光电倍增管配合窄带滤波片的实验方案，通过分析铜原子发射光谱实时变化，实现电弧加热器烧损程度的在线诊断，但流场中铜粒子含量的变化与是否发生漏水故障不存在直接关系，目前仅可对电弧加热器的维修保养提供参考，不能直接用于电弧加热器漏水故障判定。2016和2018年，林鑫使用光纤配合光谱仪的实验方案，分别通过准确辨析氢原子、氧原子发射谱线及相对强度变化，开展电弧加热器漏水故障诊断，证明了该技术方案的可行性和发展潜力，但该技术的测量精度和测量频率完全依赖于所用光纤光谱仪的性能，而光谱仪分光、采集、分析、处理的特点导致其在连续输出模式的测量频率要远远低于光电探测器，此外该方法需要对所用光谱仪软件进行二次开发才能实现在线测量能力，这无疑又降低了时间响应和增加了系统复杂程度。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种电弧加热器冷却水微泄漏诊断系统，判定准确、快速响应、灵敏度高、成本低廉的电弧加热器冷却水微泄漏诊断系统，可解决现在电弧加热器微量漏水发生时的快速、准确诊断，大幅提升设备运行的安全性的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种电弧加热器冷却水微泄漏诊断系统，包括电弧加热器、辐射测量夹片、喷管和数据处理单元，电弧加热器，通过前电极和后电极放电击穿产生电弧进而对试验气体加热，形成高温流场；

辐射测量夹片，收集电弧加热器的电弧室内的高温气体辐射发光，高温气体经喷管膨胀加速后在喷管出口形成高温流场；

辐射测量夹片，收集的高温气体辐射发光进入分成两路的Y型石英光纤，两路的Y型石英光纤收集的高温气体辐射发光分别经过两个不同中心波长的窄带滤波片后传输至两台光电倍增管，经光电倍增管进行光电转换后，窄带辐射信号转换为电压信号传输至数据处理单元进行分析处理，得到两台光电倍增管实时输出的电压值。