[发明专利]一种高度集成的宽角度光纤气动探针

说明书

本发明公开了一种高度集成的宽角度光纤气动探针，包括探头和支杆，所述探头与支杆的一端连接形成探针，所述探头呈半球形结构，所述探头的表面开设有气孔，所述探头内部设置有气体通道，所述气体通道与气孔连通，所述气体通道内均设置有光纤传感器，所述支杆的内部设置有光纤通道和定位平面，所述光纤通道与探头内的气体通道连通，所述光纤通道内设置有光纤，所述光纤与外界光源、光谱分析仪相连，所述光纤通道之间相互独立密闭。在满足多孔多角度的同时保证探针的小尺寸，在满足三维测量的基础上，保证高空间分别率和动态灵敏度，同时加工和维护成本低。

技术领域

本发明属于燃气轮机叶轮机械三维非定常流场气动测试技术领域，尤其涉及一种高度集成的宽角度光纤气动探针。

背景技术

多孔探针被广泛应用于测量流场的总压、静压等多种气动参数。随着对叶轮机械内部流动测量要求的提升，全三维非定常流场的高精度测量变得越来越重要，真实场景下，叶轮机械内部流场非常复杂，这给动态测量带来了很大挑战。气动探针技术是目前最成熟最普遍的接触式动态测量技术，然而，在应用探针测量时，往往只能测量某个方向的气动参数，或需要通过位移机构往复扫描测量，由此将导致风洞运行成本增加和测量时间加剧。目前多使用梳状或耙状多孔气动探针，此种类型的探针不仅设计加工难度大，而且尺寸大，使得探针受到的气动力增大，带来流场阻塞和扰动。为了减小探针堵塞效应，提高分辨率，探针小型化十分重要，目前设计倾向虚拟多传感器探针，虽然通过一定的数据处理，也可以得到完整流量信息，但要直接测量流场的随机波动，需要真正意义上的多孔多角度探针。目前多孔探针探头的几何形状有圆柱形，球形等，测压孔也有三孔，四孔，五孔，七孔，测压孔越多所能获取的流场物理量就越多，但复杂的结构将增大探头的尺寸，使得空间分别率下降。

当前，亟需发展一种高度集成的宽角度光纤气动探针。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种高度集成的宽角度光纤气动探针，在满足多孔多角度的同时保证探针的小尺寸，在满足三维测量的基础上，保证高空间分别率和动态灵敏度，同时加工和维护成本低。

本发明提供如下技术方案：

一种高度集成的宽角度光纤气动探针，包括探头和支杆，所述探头与支杆的一端连接形成探针，所述探头呈半球形结构，所述探头的表面开设有气孔，所述探头内部设置有气体通道，所述气体通道与气孔连通，所述气体通道内均设置有光纤传感器，所述支杆的内部设置有光纤通道和定位平面，所述光纤通道与探头内的气体通道连通，所述光纤通道内设置有光纤，所述光纤与外界光源、光谱分析仪相连，所述光纤通道之间相互独立密闭。

优选的，所述探头的表面设置有五个气孔，所述探头的内部设置有五个气体通道，所述探头的表面半径为d，五个气孔半径分别为d/4，中心孔与四个孔间的垂直距离为d/12。

优选的，所述探针头部、支杆和光纤通道的材质均为不锈钢，具有良好的圆度和直线度。

优选的，所述探头球体最宽处半径大于与圆柱体支杆连接的截面半径，充分利用探头的空间，集成五个角度。

优选的，所述光纤传感器为光纤Fabry-Perot传感器，即F-P型光纤传感器。

优选的，F-P型光纤传感器由光纤微泡，F-P腔和单模光纤组成，光纤微泡和SMF镀以高反射膜，光纤微泡与SMF构成的F-P腔长度为L，微泡端面与SMF端面严格平行，当入射光从SMF一端射入，在光纤微泡端面反射，反射光与SMF的入射光相遇，将形成光波干涉，气孔与光纤微泡相连，当气体进入气孔，压力将导致光纤微泡产生震动，微泡端部震动导致F-P腔长度L发生改变，引起光波干涉发生改变，改变的参量与为腔长度L相关，由此将测压孔感受的压力引致光纤F-P传感器进行测量。

优选的，所述的光纤微泡直径为400-600μm，气孔直径为400-600μm，探针直径为1-3㎜，实现了探针的小型化。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：