[发明专利]一种等离子体压力传感器及压力传感系统

说明书

本发明实施例公开了一种等离子体压力传感器及压力传感系统，该等离子体压力传感器包括：放电电极和绝缘支撑件；放电电极的个数为两个；绝缘支撑件用于固定和隔离两个所述放电电极；在射频交流电压驱动下，两个放电电极之间，以及，绝缘支撑件的表面产生等离子体。本发明实施例突破了超燃冲压发动机隔离段和航空燃气涡轮发动机高压压气机的高温和高频环境的测量瓶颈，达到了2000K和MHz频响级别的压力场测量能力。

技术领域

本发明实施例涉及气体放电和气动热力学领域，尤其涉及一种等离子体压力传感器及压力传感系统。

背景技术

超音速飞行器和军用战斗机的设计与制造水平对国防安全和国家能源战略需求起着至关重要的作用。为了实现超音速飞行器的高超音速飞行，需要研发先进的高超声速燃烧冲压发动机，而影响其性能的关键组成部分，是位于超声速进气道和燃烧室之间的一段气流通道，称为隔离段。为了实现军用战斗机的垂直起降和高机动性，则需要研发大推重比(即15以上量级)的航空燃气涡轮发动机，而影响其性能至关重要的组成部分，是具有强逆压梯度特性的高压压气机部件。

隔离段和高压压气机的内部非定常流动机理是提高两类发动机性能的关键。隔离段的流场测试最突出的问题是高温环境下的动态压力测量。例如，当飞行器飞行速度为马赫数10时，隔离段内最大滞止温度将大于2000K。并且，由于燃烧室的存在会导致其壁面温度不均，进而会改变隔离段内的激波串或伪激波结构，影响隔离段的抗反压能力，因此，亟需发展能够在此高温环境下工作，测量激波结构的压力测试技术。高压压气机中流场测试最难解决的是高压环境下的高频脉动压力测量。例如，某型号航空发动机高压压气机压力接近20个大气压，排叶片数为105个，转速为18000rpm，则叶片通过频率为31.5KHz。如果再考虑采集精确性及倍频准则，则最终需要传感器至少具备MHz级别的响应频率。如果想要在上述恶劣复杂的环境中获取强三维非定常流动信息，则需要压力传感器在适于高温(即大于2000K)和高压(即20-30bar)的环境测试基础上，同时具备捕捉高频脉动压力(即MHz及以上)的能力。上述对现有的动态压力测量技术提出了挑战。

目前，广泛应用的动态压力传感器主要包括压阻式压力传感器、压电式压力传感器和电容式传感器等。其中，虽然可适用于高温环境测试的压阻式压力传感器所适用的环境温度能够达到1300K或更高。例如，蓝宝石法-珀腔光纤式压力传感器和碳化硅法-珀腔光纤式高温压力传感器等，但由于其敏感元件受到质量惯性的影响，上述三类压力传感器的最高可用频响均不能超过500KHz，因此，无法满足冲压发动机隔离段和航空涡轮发动机的高压压气机中的高频测试需求。由此可见，基于传统的测压原理已经很难突破温度和频响的瓶颈，需要寻求新的原理实现高温和高频条件下的动态压力测试需求。

发明内容

本发明实施例提供了一种等离子体压力传感器及压力传感系统，以突破超燃冲压发动机隔离段和航空燃气涡轮发动机高压压气机的高温和高频环境的测量瓶颈，实现高温和高频环境下的压力测量。

第一方面，本发明实施例提供了一种等离子体压力传感器，该等离子体压力传感器包括：放电电极和绝缘支撑件；所述放电电极的个数为两个；两个所述放电电极间隔设置于所述绝缘支撑件上；

所述绝缘支撑件用于固定和隔离两个所述放电电极；

在射频交流电压驱动下，两个所述放电电极之间，以及，所述绝缘支撑件的表面产生等离子体。

进一步的，所述放电电极超出所述绝缘支撑件的端面的范围是大于等于0.1mm且小于等于0.5mm。

进一步的，两个所述放电电极之间的间隔由测量压力范围确定。

进一步的，所述两个放电电极之间的间隔由测量压力范围确定，包括：

如果测量压力小于等于0.05MPa且小于等于0.5MPa，则设置两个所述放电电极之间的间隔大于等于10μm且小于等于100μm；