[发明专利]一种耐高温可调谐激光吸收光谱探头结构

说明书

本发明属于探头安装技术领域，涉及一种耐高温可调谐激光吸收光谱探头结构，包括：探头端部，耐高温宝石窗口，准直器固定架，准直器调节架，准直器，保护罩；该探头的端部为蓝宝石窗口，石墨垫片，可承受1500℃以上的长时间高温。准直器调节架具备光线的扭转和俯仰调节功能，准直器将光纤内的激光源准直为直径1mm左右的红外激光光束。保护罩具有氮气吹除接口，保护内部的准直器和光纤等光学元器件。该探头的耐温高，结构紧凑，直径小，是TDLAS技术用于高温燃气测量的敏感单元组件，该装置保证了传感器高适应性，高可靠性和高精度，是高温燃气测试系统的重要组成部分，是实现燃烧室内部温度及组分场测试的必备组件。

技术领域

本发明属于探头安装技术领域，涉及一种小型化耐高温可调谐激光吸收光谱(TDLAS)探头结构，用于高温、高震动等复杂环境。

背景技术

在航空航天发动机中，高温环境下的燃气温度、组分浓度等状态量的测量对于了解发动机内部的燃烧情况非常重要，同时也是燃烧组织和结构优化的重要依据。基于可调谐激光吸收光谱(TDLAS)的高温燃气测试技术是利用待测区域的分子对入射光产生吸收，并根据吸收后光强的变化情况来推算出气体温度及浓度，具有非接触式、多状态参数、量程宽、精度高、动态响应好、小型化等特点，可以实现温度、组分浓度、压强、密度等参数的测量，特别适用于高温恶劣环境的气体参数检测，因此研究基于可调谐激光吸收光谱的高温燃气测试技术对保障运行安全、提高发动机性能和能源利用效率具有重要意义，可满足国内对高温环境下实时检测燃气温度及组分浓度的军事需求。探头作为基于可调谐激光吸收光谱(TDLAS)的高温燃气测试系统的核心部件，它需要安装在发动机壁面，其尺寸、耐高温性能以及其在高振动条件下的适用性(包括抗震、光路易调节)是该探头的关键。

发明内容

本发明的目的是：公开一种耐高温可调谐激光吸收光谱探头结构，以提高航空发动机燃气在线检测技术的精度及稳定性。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一种耐高温可调谐激光吸收光谱探头结构，所述的耐高温可调谐激光吸收光谱探头结构包括：探头端部1，耐高温宝石窗口3，准直器固定架5，准直器调节架6，准直器7，保护罩8；

所述探头端部1内部前端密封安装有耐高温宝石窗口3，后端与准直器固定架5连接；

所述准直器7安装在准直器调节架6上，准直器调节架6具备光线的扭转和俯仰调节功能,安装在准直器固定架5上；准直器7将光纤内的激光源准直为空间红外激光光束，准直器7与光纤连接；

所述保护罩8安装在准直器固定架5外围，用于保护准直器7和与准直器7相连的光纤用，准直器7、准直器调节架6位于保护罩8内部。

所述耐高温宝石窗口3与探头端部1之间安装有密封垫片，并通过窗口压环4密封固定。

所述密封垫片为环形的石墨垫片2。保证窗口与螺纹间的高温密封。

所述耐高温宝石窗口3为蓝宝石窗口。所述蓝宝石窗口的材料为单晶蓝宝石，上下表面有2°-3°楔角。主要作用是隔绝发动机高温燃气进入到探头内部的准直器、光纤附近。

所述窗口压环4为环形结构，材料为高温合金，环形中空为激光光路。

所述探头端部1材质为高温合金。

所述准直器7为成品。用于将激光器光源连接至探头部，防止激光器受到高温干扰，二者距离最大可达100米。

优选地，所述保护罩8内部通有干燥空气或惰性气体。

优选地，所述准直器固定架5为硬铝材料，与准直器调节架6螺纹连接。

所述准直器调节架6为顶丝、弹簧结构的机械调节架，硬铝材料，可以调节扭转俯仰角度，角度范围为±3°。