[发明专利]基于波长调制光谱的电弧风洞漏水故障诊断测量系统

权利要求书

1.基于波长调制光谱的电弧风洞漏水故障诊断测量系统，其特征在于：包括：信号发生模块、激光控制器、激光输出模块、激光发射模块、光学测量片、激光接收模块、数据采集模块和数据分析模块；

所述光学测量片安装在喷管出口，且光学测量片与喷管出口平齐安装，光学测量片的发射端和接收端安装激光发射模块和激光接收模块；

信号发生模块产生频率f2的锯齿波和频率f1的正弦信号的叠加信号，传输给激光控制器，激光控制器调节激光输出模块的波长，激光输出模块输出的激光信号经激光发射模块输出自由激光并通过外部喷管出口的超声速气流，所述超声速气流由外部电弧加热器对进入的试验介质进行加热，再经外部喷管膨胀加速后在外部喷管的出口形成；所述f1＞f2；

透过超声速气流的激光信号经激光接收模块接收，接收后的激光信号被数据采集模块采集，进行光电转换，将激光信号转换为电信号并送至数据分析模块；数据分析模块对电信号进行实时分析和处理，依据光谱信号强度的变化判定外部电弧加热器的运行是否异常。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述数据分析模块判定外部电弧加热器的运行是否异常的具体过程为：

1)获得所述电信号的单周期信号；

2)对上述电信号单周期信号进行二次谐波分析，获得所述超声速气流中的水蒸气的2f信号；

3)选取所述2f信号中水蒸气中心波长位置的2f信号强度值，获得所述中心波长位置2f信号强度值随时间变化的曲线；

当所述中心波长位置2f信号强度值维持在一个预设的稳定范围内时，判定外部电弧加热器设备运行正常；当所述中心波长位置2f信号强度值突然增加，并连续N个周期均超过设定阈值A2，说明外部电弧加热器漏水，判定设备运行异常并关停设备。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述判定周期N≥1，当N设定为1时，通过一个周期判定设备运行状态；当N设定为≥2时，更加准确的判定设备运行情况，避免误报。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述阈值A2＝N₂×A1，N₂＝10-100；A1为所述预设的稳定范围的中心值。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述激光发射模块包含准直透镜和位移调节装置；准直透镜将所述激光信号进行准直，准直透镜整体布置在位移调节装置上，通过位置、角度的调节，保证准直后的激光信号通过所述光学测量片的光学通道。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述激光接收模块包含短焦距透镜、窄带滤波片、探测器和位移调节装置；所述激光信号通过光学测量片后，首先通过窄带滤波片进行滤波处理，滤掉所述超声速气流的背景辐射发光，然后激光信号通过短焦距透镜聚焦后被探测器接收；短焦距透镜安装在位移调节装置上，激光信号的接收过程中通过位移调节装置进行微调，保证聚焦后的激光信号被探测器接收。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述光学测量片采用紫铜材料，内部布置多路冷却水道，两侧布置有同轴线光学测量孔，两侧测量孔通过O型密封圈和螺栓与激光发射模块和激光接收模块一体安装。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述数据采集模块为测试专用箱，测试专用箱进行电磁屏蔽封装和阻尼隔震，内置多通道数据采集板卡，数据采集板卡的采集带宽10MS/s-100MS/s。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述激光输出模块为窄带宽DFB半导体激光器，其输出激光中心波长为7185cm^-1，或6807cm^-1，或7444cm^-1，或7154cm^-1。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：正弦信号的频率f1和锯齿波信号频率f2满足f1＝N*f2,N＝10-100。