[发明专利]适用于磷光比光强法的光谱-温度标定装置及标定方法

说明书

本发明公开了一种适用于磷光比光强法的光谱‑温度标定装置及标定方法。所述光谱‑温度标定装置包括：激光光源、激光传输系统、双色系统、加热系统、辐射光传输系统、信号采集系统和数据处理系统；所述加热系统包括加热炉、待测样品和热电偶；所述待测样品放置在加热炉内的夹具上；待测样品表面涂覆有磷光涂层；所述热电偶焊接在待测样品背面；所述加热炉安装有一个光学窗口。本发明利用加热炉及其配套光学通道为待测样品提供可控高温环境及光路传输通道，有效模拟航空发动机高温环境，能够测得样品磷光特性随温度的变化规律，为比光强法测温提供基础数据支持；并且通过双色系统的巧妙设置，大大简化了实验装置。

技术领域

本发明涉及非接触固体表面温度测量技术领域，特别是涉及一种适用于磷光比光强法的光谱-温度标定装置及标定方法。

背景技术

航空发动机涡轮前温度直接决定着航空发动机整机的效率和输出功，因此实际航空发动机要提高推力和热效率就必须提高涡轮前温度。然而涡轮前温度提高的同时，也对涡轮盘、涡轮叶片等热端部件的设计提出了极高要求。在设计阶段，航空发动机热端部件的温度水平和温度梯度直接决定了热端部件的安全性和使用寿命，而温度水平和温度梯度则取决于高温部件的冷却设计和发动机热分析系统的精度，这就离不开热端部件表面温度的准确获取。在使用以及维护方面，实时温度测量可以用来监测热防护系统、关键部件的实时性能，及时排故，提升航空发动机的可靠性及安全性，并能够预测关键组件的剩余寿命。

然而受复杂燃气环境、高温、高转速等苛刻条件影响，航空发动机涡轮叶片、涡轮盘等高温固体表面温度的准确获取，是当今航空测量技术中的一大难题。传统的测温技术均存在一定的缺陷。红外测温法由于受到发光火焰、反射辐射、表面发射率变化以及光学系统清洁度低等因素限制，其应用十分困难；热电偶受到造价、对待测部件干扰、不利于更换拆卸以及引线等因素的影响，且只能实现单一点测温。

磷光测温法可以有效克服上述问题，并且不受航空发动机复杂燃气成分的影响。该技术是利用掺杂了镧系元素的陶瓷具有随温度变化的发光特性进行测温。为了测量表面温度，将一层此类涂料涂在材料表面上，用紫外光等激发光源照射，通过对受激光情况的测量即可获取表面温度。

比光强法是磷光测温法的一种，涂层受到激发时，会辐射出磷光，其辐射光的光强分布随温度的变化而改变，辐射光中两个不同波长处的光强的比值与温度存在特定的函数关系。因此，实际应用时需要对光强比与温度的对应关系进行标定。

当前用于荧光/磷光光谱分析的仪器主要是荧光分光光度计，但其设备结构复杂，且无法为样品提供可控高温环境，不能获得样品磷光特性随温度的变化规律，不适用于比光强法测温。因此开发设计一种能够实现样品温度可控且温度上限较高，能够适用于比光强测温法的标定装置是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于磷光比光强法的光谱-温度标定装置及标定方法，以解决当前用于荧光/磷光光谱分析的仪器设备结构复杂，且无法为样品提供可控高温环境，不能获得样品磷光特性随温度的变化规律，不适用于比光强法测温的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种适用于磷光比光强法的光谱-温度标定装置，所述光谱-温度标定装置包括：激光光源、激光传输系统、双色系统、加热系统、辐射光传输系统、信号采集系统和数据处理系统；

所述激光光源用于产生激发待测样品磷光的激光；所述激光传输系统位于所述激光光源的出射光路上；所述双色系统分别位于所述激光传输系统的反射光路和所述加热系统的出射光路上；所述加热系统位于所述双色系统的反射光路上；所述辐射光传输系统位于所述双色系统的透射光路上；所述信号采集系统位于所述辐射光传输系统的出射光路上；所述信号采集系统分别与所述激光光源和所述数据处理系统连接；

所述加热系统包括加热炉、待测样品和热电偶；所述待测样品放置在所述加热炉内的夹具上；所述待测样品表面涂覆有磷光涂层；所述热电偶焊接在所述待测样品背面；所述加热炉面向所述双色系统的一侧设置有光学窗口。