一種火焰溫度測量裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術屬于一種測量裝置，具體涉及一種火焰溫度測量裝置。目的是提供一種使用簡單、可靠性高、測量精度高、并可用于各種場合的火焰溫度測量裝置。該裝置包括：包括位于火焰兩側的激光信號發射系統和光信號采集系統，并且在激光信號發射系統和光信號采集系統之間置有信號處理分析系統；所述激光信號發射系統按激光發射路徑依次包含調制信號函數發生器、激光器控制器、激光器、光纖耦合器、光纖和準直出射器；所述光信號采集系統按照光路依次包含準直入射器、光纖、分束器、探測器和數據采集器。該裝置使用簡單，測量過程中無需標定；不存在運動部件，穩定可靠；且適用于于各類型發動機或工業燃燒場合中。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于一種測量裝置，具體涉及一種適用于層流和湍流火焰的溫度測量裝置，特別是航空、航天、機動車等各類型發動機工作過程中燃燒火焰的溫度監測，以及工業鍋爐的燃燒火焰溫度監測。
技術介紹
現有的火焰溫度測量裝置大多針對工業燃燒領域的鍋爐火焰測量，且只能測量定常溫度，無法測量溫度高、變化快的火焰實時溫度數值。專利號為ZL87209128. 7的技術通過技術改進，實現了柴油機燃燒火焰溫度的實時測量功能，但其采用的光調制方法帶有運動部件，長時間使用的可靠性難以保證。另外，標準溫度燈的輻射與火焰輻射也是不同的，用標準溫度燈進行標定時必然會引入未知的系統誤差，影響測量精度。 綜上，火焰溫度測量需要考慮環境惡劣、測量精度高、穩定可靠等設計要求。
技術實現思路
本技術的目的是提供一種使用簡單、可靠性高、測量精度高、并可用于各種場合的火焰溫度測量裝置。本技術所采用的技術方案是一種火焰溫度測量裝置，包括位于火焰兩側的激光信號發射系統和光信號采集系統，并且在激光信號發射系統和光信號采集系統之間置有信號處理分析系統；所述激光信號發射系統按激光發射路徑依次包含調制信號函數發生器、激光器控制器、激光器、光纖耦合器、光纖和準直出射器；信號函數發生器產生載波信號，將載波信號輸入激光器控制器，從而使激光器的輸入光強隨載波信號變化，激光器發射的激光束經過光纖耦合器后進入光纖，再經準直出射器射出；所述光信號采集系統按照光路依次包含準直入射器、光纖、分束器、探測器和數據采集器；經過火焰的激光束由準直入射器收集，經光纖進入分束器；經過分束器后得到的子光束發射到探測器中，探測器輸出的信號再經數據采集器輸入信號處理分析系統。如上所述的一種火焰溫度測量裝置，其中所述信號處理分析系統包含模數轉換器、計算機和數模轉換器；其中計算機經過數模轉換器向所述信號發生器和激光器控制器發出控制指令；同時，計算機也接收由數據采集器經過模數轉換器發來的接收光強信號，進行分析計算，得到火焰溫度。如上所述的一種火焰溫度測量裝置，其中所述光信號采集系統中包含的探測器為至少兩個。如上所述的一種火焰溫度測量裝置，其中所述激光信號發射系統中至少包含兩組激光驅動器和激光器。如上所述的一種火焰溫度測量裝置，其中在所述激光信號發射系統與火焰之間以及光信號采集系統和火焰之間還置有防護系統；在所述防護系統的封閉防護系統外殼內置有準直出射器或準直入射器，并且在防護系統外殼上有三處開口，一處用于通過光纖，一處用于加入氮氣，第三處用于放置光學窗口。如上所述的一種火焰溫度測量裝置，其中所述光學窗口選用厚度為Icm的石英材料，透光面積為20cm2。本技術的有益效果是本技術公開的裝置使用簡單，測量過程中無需標定；不存在運動部件，穩定可靠；由于光路采用光纖及準直收發系統，能夠耐受高溫、高壓、振動等惡劣環境條件，使本裝置可安裝于各類型航空、航天、機動車發動機或工業燃燒場合中。附圖說明圖I為本技術提供的一種火焰溫度測量裝置的基本原理圖；圖2為圖I中激光信號發射系統組成框圖；圖3為圖I中光信號采集系統組成框圖；圖4為圖I中信號處理分析系統組成框圖；圖5為本技術提供的一種火焰溫度測量裝置的具體組成框圖；圖6為一種防護系統剖面圖；其中，I、激光信號發射系統，2、光信號采集系統，3、信號處理分析系統，4、防護系統，11、調制信號函數發生器，12、激光器控制器，13、激光器，14、光纖稱合器，15、光纖，16、準直出射器，21、準直入射器，22、分束器，23、探測器，24、數據采集器，31、數模轉換器，32、計算機，33、模數轉換器,41、防護殼體,42、光學窗口。具體實施方式以下結合附圖和實施例對本技術提出的一種火焰溫度測量裝置進行介紹如圖I所示，一種火焰溫度測量裝置包括位于火焰兩側的激光信號發射系統I和光信號采集系統2，并且在激光信號發射系統I和光信號采集系統2之間置有信號處理分析系統3。在激光信號發射系統I與火焰之間以及光信號采集系統2和火焰之間還置有防護系統4，避免火焰周圍的環境因素對測量裝置的硬件造成損壞。如圖2所示，激光信號發射系統I按激光發射路徑依次包含調制信號函數發生器11、激光器控制器12、激光器13、光纖耦合器14、光纖15和準直出射器16 ;信號函數發生器11產生載波信號，將載波信號輸入激光器控制器12，從而使激光器13的輸入光強隨載波信號變化，這就增強了測量的抗干擾能力。為了提高火焰溫度測量的準確性，可以采用至少兩組激光驅動器12和激光器13，用來產生不同波長的激光束，這些激光束經過光纖耦合器14后進入光纖15，再經準直出射器16射出。如圖3所示，光信號采集系統2按照光路依次包含準直入射器21、光纖15、分束器22、探測器23和數據采集器24 ;經過火焰的激光束由準直入射器21收集，經光纖15進入分束器22 ;光信號采集系統2中可以包含至少兩個探測器23。在分束器22中，根據發射系統中激光波長的種類將激光束分成對應個數的子光束，再將這些子光束發射到對應的探測器23中，探測器23輸出的信號再經數據采集器24輸入信號處理分析系統3。如圖4所示，信號處理分析系統3包含模數轉換器33、計算機32和數模轉換器31 ；計算機32經過數模轉換器31向信號發生器11和激光器控制器12發出控制指令，確定載波信號參數及激光驅動參數等，保證激光器發出測量所需的激光束；同時，計算機32也接收由數據采集器24經過模數轉換器33發來的接收光強信號，進行分析計算，得到火焰溫度。圖5給出了一種火焰溫度測量裝置的具體組成框圖；在本實施例中，信號發生器11產生IOKHz的鋸齒波載波信號，并采用兩組激光驅動器12和激光器13，用來產生中心波長為1400nm左右的兩種激光束；這兩束激光束經過光纖耦合器14后進入光纖15，再經準直出射器16出射；激光束經過火焰后由準直入射器21收集，經光纖15進入分束器22 ;分束器22根據發射系統中激光波長的種類將激光束分成2個子光束，再將這些子光束發射到對應的紅外探測器23中，探測器23輸出的信號再經數據采集器24輸入模數轉換器33。計算機32接收模數轉換器33發來的接收光強信號，進行分析計算，得到火焰溫度。計算機32也經過數模裝換器31和激光器控制器12發出控制指令。準直出射器16與火焰之間以及準直入射器21與火焰之間均置有防護系統4。 如圖6所示，在防護系統4的封閉防護系統外殼41內置有準直出射器16或準直入射器21，并且在防護系統外殼41上有三處開口，一處用于通過光纖15，一處用于加入氮氣(箭頭方向)吹掃來避免測量裝置受到輻射熱的危害，第三處用于放置光學窗口 42，光學窗口 42選用厚度為Icm的石英材料，透光面積為20cm2。測量時，需要將在防護系統4中的準直出射器16和準直入射器21調整到共線的姿態，并保證激光束橫穿被測量火焰的待測位置。這樣，火焰溫度測量裝置就進入到了工作狀態，計算機采集到光強變化信號之后，由以下公式進行計算r S1(J0) Γ he /r 廠"/1 i Vi =—~—exp--(Et -E^)--- S2(T0) \ kK ! ^{τ T0)_其中，R為兩個波長吸收譜線的積分面積之比，Ttl為參考溫度，T為待測溫度，S本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種火焰溫度測量裝置，包括位于火焰兩側的激光信號發射系統（1）和光信號采集系統（2），并且在激光信號發射系統（1）和光信號采集系統（2）之間置有信號處理分析系統（3）；其特征在于：所述激光信號發射系統（1）按激光發射路徑依次包含調制信號函數發生器（11）、激光器控制器（12）、激光器（13）、光纖耦合器（14）、光纖（15）和準直出射器（16）；信號函數發生器（11）產生載波信號，將載波信號輸入激光器控制器（12），從而使激光器（13）的輸入光強隨載波信號變化，激光器（1）發射的激光束經過光纖耦合器（14）后進入光纖（15），再經準直出射器（16）射出；所述光信號采集系統（2）按照光路依次包含準直入射器（21）、光纖（15）、分束器（22）、探測器（23）和數據采集器（24）；經過火焰的激光束由準直入射器（21）收集，經光纖（15）進入分束器（22）；經過分束器（22）后得到的子光束發射到探測器（23）中，探測器（23）輸出的信號再經數據采集器（24）輸入信號處理分析系統（3）。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：周濤，周魁，姚宏寶，
申請(專利權)人：中國航天科工集團第三研究院第八三五八研究所，
類型：實用新型
國別省市：