[发明专利]吸气式光纤法珀总温探针及其测量系统

说明书

本发明公开了吸气式光纤法珀总温探针及其测量系统，包括L型管道、光纤法珀传感器、法珀支撑钢管和真空泵；L型管道包括进气道和引气管；进气道内部从上到下依次具有稳流通道、收敛通道、喉部和扩张通道；引气管连接在进气道下端，并与进气道的扩张通道连通；法珀支撑钢管头部伸入在进气道的收敛通道中，下端从进气道底部穿出；光纤法珀传感器安装在进气道的收敛通道中；工作时，通过真空泵对引气管进行抽气，进气道入口处收敛通道的风速处于一个相对高速且稳定的状态，当收敛段达到超临界状态时，法珀传感器周围的局部对流换热系数增大至一个稳定值，并不受来流静压和流速波动的影响，从而提升总温探针的测温速度、测温精度和稳定性。

技术领域

本发明属于温度传感测量领域技术领域，具体涉及吸气式光纤法珀总温探针及其测量系统。

背景技术

瞬态温度是燃烧、高速传热等应用场合下高温流场及耐温器件热力学分析的重要参数，对瞬态温度的高速动态准确测量在航空航天、燃气轮机、导弹炸药等国防工业的诸多领域具有至关重要的作用。如航空发动机研制中，需对进气道出口、转子级间等部位的气流温度进行高速动态测试；在导弹燃气射流、弹药爆炸、枪炮管内外壁等武器研究中，也都涉及瞬态温度测试。这些场合具有温度高、温变范围大且变化速度快、测量环境恶劣、难以重复等特点，对测量要求极高，难度极大。针对这些测试需求，目前普遍采用的电测法，如微细热电偶、微细热丝等测温方式，在强度可靠性、抗干扰、响应速度等方面，均存在一定缺陷，难以满足高速、恶劣工况的测量需求。而光纤传感技术则具有抗干扰、体积小、高精度、高可靠性等优势，可适应一些恶劣环境条件下温度测量的需求。其中，光纤法珀测温技术在常规测温场合已有大量应用。但在常规应用中，大部分都采用双光纤在套管内接插形成空气腔，或双光纤直接熔接形成本征腔。采用这种结构的探针感温区相对较大，导致热容大，难以适应高速动态测温的需求，必须进行针对性改进，才能满足上述特种应用环境的测试需求。

发明内容

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，吸气式光纤法珀总温探针，包括L型管道、光纤法珀传感器、法珀支撑钢管和真空泵。

所述L型管道包括进气道和引气管。

所述进气道内部从上到下依次具有稳流通道、收敛通道、喉部和扩张通道。

所述引气管连接在进气道下游，并与进气道的扩张通道连通。

所述法珀支撑钢管头部伸入在进气道的收敛通道中，其下端穿过进气道的扩张通道，并从引气管头部穿出。

所述光纤法珀传感器安装在法珀支撑钢管上，并位于进气道的收敛通道中。所述光纤法珀传感器的光纤从法珀支撑钢管尾部引出后，穿出引气管，并沿程固定在引气管的外壁上。

所述真空泵安装在引气管尾部。工作时，通过所述真空泵对引气管进行抽气。

进一步，所述光纤法珀传感器包括热敏标准具、反射金属铝膜和入射金属镍膜。

所述反射金属铝膜为不透明金属膜，厚度为100nm。所述反射金属铝膜连接在所述热敏标准具上端。

所述入射金属镍膜为半透明金属膜，厚度为10nm。所述入射金属镍膜连接在热敏标准具下端。

进一步，所述热敏标准具的材质为ZnSe，热敏标准具厚度为1.5μm。

进一步，所述引气管尾部的外壁上设置有螺纹。所述引气管通过螺纹连接有测试探针支杆。所述真空泵的进气管道连接在测试探针支杆尾部。

进一步，本发明还公开一种基于吸气式光纤法珀总温探针的测量系统，所述吸气式光纤法珀总温探针的光纤法珀传感器与测量仪相连。

所述测量仪包括光源、耦合器、光谱仪和计算机。

所述耦合器的输入端通过光纤与光源连接。所述耦合器的耦合端与光纤法珀传感器的光纤连接。所述耦合器的输出端通过光纤连接光谱仪。所述光谱仪与计算机连接。