航空发动机蓝宝石光纤测温技术研究

在航空发动机的研制和使用中,温度参数测试技术的研究具有重要意义。因其恶劣的工作环境和狭窄的安装空间,准确高效且耐高温的测试方法非常有限,所以迫切需要研究新的测温技术。近年来,蓝宝石光纤成为高温测试的主流材料,从航空发动机温度测试需求出发,介绍了基于蓝宝石光纤的测温技术,包括光纤光栅测温技术、光纤法珀测温技术、黑体辐射测温技术以及光纤超声测温技术。重点阐述了这些技术的测试原理、测试系统及优缺点,并对其在航空发动机应用的可行性进行了分析,最后对蓝宝石光纤温度测试技术的未来研究方向进行了展望,为后续的研究和应用奠定了基础。

瞬态表面温度传感器超高温外推测试技术研究

提出利用外推法拓宽蓝宝石光纤黑体腔高温传感器测量范围,通过分析蓝宝石光纤黑体腔的导热规律建立了瞬态受热的黑体腔外推模型,利用分离变量法对外推模型进行求解,得到传感器的测温上限为3 005℃.设计完成了外推方法的实验验证,利用大功率高频可调制CO2激光脉冲作为1 500℃高温阶跃输入信号测得该传感器时间常数为10-2s数量级。利用同一激光脉冲作为热源、用该传感器和校准过的高速红外测温仪同时测得的黑体腔内外膜层温度变化曲线,验证了外推模型及方法的正确性。

蓝宝石光纤黑体腔瞬态高温传感器测量系统特性参数研究

基于普朗克辐射定律溅射陶瓷薄膜的蓝宝石光纤黑体腔传感器能在恶劣的环境下工作,测温范围为900～2 000℃。基于集中热容假设建立了某蓝宝石光纤黑体腔传热数学模型,分析了黑体腔陶瓷膜层材料热物性与其响应速度间的关系,表现为:膜层厚度越小,其热响应速度越高。为测量该传感器的动态响应时间,使用了高功率激光脉冲作为1 500℃高温阶跃输入信号测得时间常数为10^(-2)s数量级。设计了能适应恶劣环境工作的传感器铠装结构。采用高温均热金属熔池实现了传感器的静态标定,从而解决了此类传感器在工程应用中的标定问题。利用该瞬态高温传感器成功地测量了某导弹发射箱前框的瞬态表面高温。

蓝宝石光纤传感器在瞬态高温测量中的应用

介绍一种蓝宝石光纤黑体腔瞬态高温传感器及测试系统。测试系统由蓝宝石光纤传感器、锥度光纤、传光光纤、窄带滤光片、光电探测器、数据采集装置及处理软件组成。将在端部具有黑体腔的蓝宝石光纤装在不锈钢螺塞状的紧凑壳体中,用耐高温有机硅涂料填补间隙防止漏光,系统在氧乙炔焰加热均热金属块熔池附近的恒温区进行静态标定,采用了阶跃上升的CO2激光束对黑体感温腔加热,测量系统的动态响应时间。实验表明该系统响应时间在10-2s数量级,能在恶劣环境的下对800～1900℃瞬态高温进行测量。

基于分离变量法的瞬态高温外推测试研究

提出了一种利用蓝宝石光纤黑体腔温度传感器外推测量高温的新方法,建立了测量瞬态高温的黑体腔外推模型,利用分离变量法对其求解.在此基础上,利用CO2激光器模拟瞬态高温热源,用传感器和高速红外测温仪同时测量黑体腔内外膜层温度变化情况.实验结果表明:利用分离变量法求得的外温度和红外测温仪测得的温度在变化趋势及峰值方面表现出了比较好的一致性,从而证明了外推模型的正确性.同时,利用Ansys软件对黑体腔的瞬态受热传热过程进行仿真,从反面验证了外推模型的正确性.

蓝宝石高温光纤传感器研究

基于黑体辐射原理 ,研制成新型蓝宝石高温光纤传感器及光纤温控仪 ,对蓝宝石光纤高温传感头的热辐射特性进行了理论分析 .经标定 ,仪器的测温范围为 60 0 -180 0℃ ,可分辨温度优于 0 .1℃ ,空间分辨率约为 1.5cm ,可用于科研和工业生产中特殊环境下的温度测量 .

SSPM在蓝宝石光纤黑体腔瞬态高温传感器中的应用

介绍了一种基于黑体全辐射原理的蓝宝石光纤黑体腔高温传感器,从黑体腔制作和微光信号探测方面进行了分析,测试了固态光电倍增管（Solid-State Photomultiplier,SSPM）的输入输出特性,并给出了实验结果.实验结果表明：由于采用新型光电探测器和膜层材料,大大提高了传感器的测温范围和信噪比.该高温传感器的测试范围上限大于2 000℃,响应时间小于100 ms,能够满足科研和工业生产中特殊环境下的温度测量.

蓝宝石衍生光纤及传感器研究进展

蓝宝石衍生光纤(sapphire-derived fiber,SDF)具有机械强度良好、耐高温等性能,在高温传感、分布式应力传感等方面有广阔应用前景.该文首先简要介绍了蓝宝石衍生光纤的基本特性,然后结合该课题组近几年在该方向的研究进展,对基于蓝宝石衍生光纤的布拉格光栅、法布里-珀罗腔、长周期光栅和马赫-曾德尔干涉仪进行重点讨论,分析了基于蓝宝石衍生光纤传感器的工作原理和实现方法.

基于蓝宝石光纤的黑体腔瞬态高温传感器设计

介绍了一种将接触式和非接触式相结合的蓝宝石光纤黑体腔瞬态高温高温传感器,从黑体腔制作和微光信号探测方面进行了详细分析,最后给出了实验结果.实验结果表明,由于采用新型光电探测器和膜层材料,大大提高了传感器的测温范围和信噪比.该高温传感器的测试范围上限大于2 000℃,响应时间小于100 ms,能够满足科研和工业生产中特殊环境下的温度测量.

SPM光电探测技术及应用

硅光电倍增管SPM具有增益高（106）、体积小、工作电压低（~30V）、电磁干扰小等优点，特别适合应用于微光探测和体积要求小的光电探测领域。SPM具有的高灵敏度和微元结构，使其在单光子探测和计数领域得到了很好的应用。该文介绍了硅光电倍增管的基本原理、基本结构，研究了其主要的特性参数---动态范围和偏置电压。并应用SPM构建了蓝宝石光纤黑体腔高温测试系统，对系统的响应时间进行了测试，得到其平均响应时间为36.67ms。

光纤温度传感器在热加工生产中的应用

介绍蓝宝石光纤高温传感器的基本原理和光信号的处理原理 。

用于燃气涡轮机高温测量的光纤高温计

涡轮前燃气温度测量具有环境恶劣、污染严重等不利因素。高速燃气不但会给测量引入额外的速度误差，而且在高温燃气形成的强温度场作用下，光纤自身热辐射会极大地影响高温计的分辨率和精确度。针对涡轮前燃气测温的特殊条件，讨论了黑体式蓝宝石光纤高温计的几个关键技术，并分析和实验了双光纤补偿法克服强温度场影响的效果。

蓝宝石单晶光纤高温传感头的热辐射分析

蓝宝石单晶光纤高温传感器是近年来发展的一项高技术成就,本文介绍其基本原理后,着重从理论上分析传感头的热辐射特性,给出了满足理想黑体辐射状态的传感头设计的基本参数,并以实验研究验证了理论分析的结果。

基于FPGA的恶劣环境下瞬态高温存储测试系统

在航空、航天发动机、核工业和爆炸试验测试中,有许多研究对象需要测量的是高压、高冲击条件下的瞬态(<1ms)高温(2000℃～3000℃),其工作特点是温度高,变化快,且常为不可重复性过程,而且伴随着很强的电磁干扰,测量条件非常恶劣,技术难度很高。由于蓝宝石(A12O3)单晶物理化学性能稳定,机械强度好、硬度高、绝缘、耐腐蚀、折射率大,在0.3～4.0μm波段范围内透光性很好,拉伸强度2200MPa,熔点高达2045℃。为了解决传统测温方法的不足,本文采用了蓝宝石单晶光纤黑体腔温度传感器来采集前端温度,与FPGA精确控制下的低功耗、微体积的测试电路一起灌封在高强度耐高温壳体当中,它们所组成的存储测试系统成功地解决了恶劣环境下瞬态高温测试存在的大量问题。

基于MSP430的瞬态高温传感器设计

介绍了一种将接触式和非接触式相结合的蓝宝石光纤黑体腔瞬态高温传感器。测试系统由蓝宝石光纤传感器、窄带滤光片、光电探测器、信号处理模块、MSP430、数据存储及处理软件组成,并从黑体腔形成和微光信号探测方面进行了分析。利用MSP430的控制能力实现智能化,并采用了USB接口与计算机通信。实验表明黑体腔在高温下具有稳定的性能,能够满足高温下的恶劣环境需求。该设计具有超低功耗、体积小、和设计简便等优点,应用范围更广泛。

蓝宝石光纤高温Fabry-Perot传感器综述

蓝宝石为晶体材料,其熔点为2045℃,具有高强度、高耐热性、高抗腐蚀性等良好的高温物理化学性能。单晶蓝宝石光纤可以在高于1000℃的超高温下传输光信号,基于其制作的蓝宝石光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)传感器耐超高温、本征安全,适用于危险、恶劣的环境中,近年来,得到广泛研究,已研制出用于超高温环境的蓝宝石光纤温度、压力、振动传感器。文章综述了蓝宝石光纤F-P传感器的研究进展,介绍了课题组在蓝宝石光纤传感技术方面的研究成果,最后对传感器的研制提出了改进建议。

导弹燃气流瞬态温度测量系统设计

介绍了采用蓝宝石黑体腔光纤作为传感器的导弹燃气流瞬态温度测量系统的测量原理、系统组成,阐述了其硬件功能模块设计,给出了软件设计算法及蓝宝石黑体腔光纤高温计的标定方法.

高温光纤传感头热辐射特性研究

蓝宝石单晶光纤高温传感器是近年来发展起来的一项高技术成就。本文在介绍其基本原理后,用空腔灰体理论分析传感头的热辐射特性,给出了接近理想黑体辐射状态的传感头设计的基本参数,并以实验验证了理论分析的结果。