[发明专利]一种基于激光色散光谱的温度和振幅遥测系统与方法

说明书

本发明提出一种基于激光色散光谱的温度和振幅遥测系统与方法，包括激光发射模块、电光调制器、分束器、准直镜、透射反射一体化光学模块、光电探测器、数据采集处理模块、气体池、原向反射器件等。在对温度和振幅遥测时，光通过电光调制器的强度调制后经分束器分为两路，一路直接输入光电探测器作为参考相位信号。另一路经过原向反射器件将通过气体池的光束原路回射，并通过透射反射一体化光学模块会聚到光电探测器，最后通过数据采集处理模块计算距离引起的相位变化和色散引起的相位变化，分别用于计算振幅和温度。本发明结构简单，实现容易，可以进行长期稳定的无源式测量，可用于航空航天等领域关键零件壁面的热振测试，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明提出一种基于激光色散光谱的温度和振幅遥测系统与方法，属于非接触遥测技术领域，该方法可对于航空航天等领域关键零件壁面进行高精度热振协同遥测。

背景技术

在航空发动机、超级发动机和重型燃气轮机等主要设备的开发和设计的试验验证中。所涉及的一些关键零件壁面受到燃烧引起的高温和机械振动引起的高频振动的影响。这些可能导致热振动耦合现象，从而削弱设备外壁结构的疲劳抗力，降低其疲劳寿命。此外，高温和振动通常同时存在，但是现阶段对这些参数的测量往往是分离的。因此，热振参数的联合测量是必然趋势。在过去的研究中对于温度和振动的测量比较孤立，对于温度和振动的测量都可以分为接触式和非接触式两种。

对于振动的测量，接触式的振动测量手段主要为加速计，比如2017年Mahmood等在《传感器和执行器A：物理》(Sensors and Actuators A:Physical)第263卷第530页的论文《基于多能级UV-LIGA的柔性MEMS加速度计的设计、制备与表征》(Design,fabrication andcharacterization of flexible MEMS accelerometer using multi-Level UV-LIGA)中介绍了一种在最高温度为350℃的条件下工作的柔性MEMS加速度计，并用于不同电镀厚度金属的振动频率测量，该传感器结构比较简单，但是只能实现较低温度较低频率得测量，测量参数单一。2021年Xiong等在《IEEE传感器杂志》(IEEE Sensors Journal)第21卷第5819页得论文《利用静电弹簧软化效应提高MEMS谐振加速度计的灵敏度》(UsingElectrostatic Spring Softening Effect to Enhance Sensitivity of MEMS ResonantAccelerometers)中介绍了在高精度测量中具有广泛的应用前景的微机械谐振加速度计，该传感器具有高灵敏度、频率输出、大动态响应范围等优点，这类传感器为了增大灵敏度会设计多级微杠杆，这也导致了结构复杂性增加问题，且高温环境会影响电路设备得稳定性，无法进行高温环境下的测量。