[发明专利]吸气式光纤光栅总温探针及其测量系统

说明书

本发明公开了吸气式光纤光栅总温探针及其测量系统，包括L型管道、光纤光栅传感器、光栅支撑钢管和真空泵；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；光栅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；光纤光栅传感器位于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状态，当收敛段达到超临界状态时，光栅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技术领域，具体涉及吸气式光纤光栅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，均存在一定的缺陷，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，光纤光栅测温技术在常规测温场合已有大量应用，但在上述的特种测试场合中，其本身结构、以及以其为感温元件的总温探针结构，都无法适应在高速动态温度场中稳定测温的需求，必须进行针对性改进才能满足要求。

发明内容

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

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。

所述光栅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。

所述光纤光栅传感器安装在光栅支撑钢管上，并位于进气道的收敛通道中。所述光纤光栅传感器的光纤从光栅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，所述吸气式光纤光栅总温探针的光纤光栅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光栅传感器的光纤连接。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。

在测量时，将所述吸气式光纤光栅总温探针置于动态测温环境中，开启真空泵进行抽气，并按计算好的抽吸压力和流量使进气道的喉部达到声速状态。入射光从光源中输出，进入耦合器的输入端后，经耦合器的耦合端传播至光纤光栅传感器。光被光纤光栅传感器反射后，输出至耦合器。所述耦合器的输出端输出光至光谱仪。所述光谱仪将探测到的光谱信息传输至计算机，计算机将光谱信息解调计算后转化为实时温度数据，并通过计算机的数据二次处理程序对实测温度数据进行修正。

本发明的技术效果是毋庸置疑的，具有如下优点：