[发明专利]一种基于三波段辐射光测量涡轮叶片温度及发射率的方法

说明书

该发明公开了一种基于三波段辐射光测量涡轮叶片温度及发射率的方法，属于辐射测温技术领域，应用在航空发动机涡轮叶片表面温度测量。通过测量涡轮叶片辐射光线在短、中、长三个波段的辐射能量，然后设定调节变量，计算出涡轮叶片在各波段的真实辐射能量，在利用两个波段的真实辐射能量计算出涡轮叶片在多个计算温度，根据得到的多个涡轮叶片的温度的大小对调节变量进行适当的调整，直至满足结束计算的条件，得到了涡轮叶片的真实温度，再利用真实温度和黑体计算出涡轮叶片在当前工作条件下的发射率，该计算涡轮叶片表面温度和发射率的方法，能极大的提高涡轮叶片表现温度的测量精度，并且计算量小，能达到到实时测量的要求。

技术领域

本发明属于辐射测温技术领域，应用在航空发动机涡轮叶片表面温度测量。

背景技术

航空发动机涡轮叶片表面温度的精确测量一直是制约我国研制高性能、高推重比发动机的关键。涡轮叶片作为发动机最为重要的热端部件，也是涡轮发动机工作温度最高的地方，其耐高温能力是发动机高温工作的必要保障。涡轮叶片需要在高温、高压条件下做高速旋转，承受的机械载荷、气动载荷和温度载荷非常复杂，运行环境最为恶劣，使得涡轮转子特别是涡轮叶片产生各种形式失效破坏，目前，涡轮进口温度已达到了2000K左右，比高压涡轮叶片金属材料的熔点高400K。精确的测量涡轮叶片的表面温度，可以为航空发动机的运行状态控制提供直观依据，为航空发动机涡轮叶片的研制、应力应变分析、寿命预测提供理论支持，满足航空发动机的试验监测和科学研究的要求。

但要实现在高温、高压、高负荷、每分钟10000转叶片的高精度温度测量是一个非常困难的科学问题。目前温度测量技术主要分为两大类：一类是接触式测温，另一类是非接触式测温。接触式测温技术虽然已经发展很成熟，但普遍存在发动机改装难度大、需要通过构件拆卸才能判读其温度、对目标温度场分布造成较大的影响、测点较少，难以获得关键数据等问题，涡轮内部温度高、空间狭小、叶片高速运转等一系列不利的测量环境，使得传统的接触式测量不能满足发动机研发的迫切需求。而非接触式测温技术主要是以热辐射测温为主，热辐射测温技术提供了一种既不干扰表面也不干扰周围介质的表面温度测量方法，具有分辨率高、灵敏度高、可靠性强、响应时间短、能测量快速变化的温度场、测温范围广、测量距离可调、测量目标面积可以很小等优点。辐射测温法在工程测温领域占有重要的地位，对于一些旋转物体，高速运动物体或腐蚀性强的物体，在其温度不可能接触测量的情况下，辐射测温是最佳的选择。

针对涡轮叶片复杂的工作的环境，一般采用非接触式辐射温度测量方法，通过前端光路实现叶片辐射信息的采集，传送至相应的探测器进行电压与温度的处理转换。实际工作环境中，红外辐射测温系统接收到的辐射能并非全部由被测叶片发出，其中有一部分来源于工作环境中其他高温部件发出的红外辐射在叶片被测点上的反射能量。一般这些辐射源为叶片周围的火球、燃烧室炉壁、被测叶片邻近叶片、漂浮在叶片上空的高温燃气等。

这些反射能量混入叶片本身的辐射能被采集后将对测量结果造成误差，必须进行滤除或算法处理。得到叶片的辐射信息后需要代入给提辐射公式推出叶片的温度，其中作为一个连续变化的未知量也需要同时测得。现今市面上针对发动机叶片温度测量的仪器是采用单波长和预设发射率的方式对发动机叶片进行温度测量，其测试无法避免燃烧室其他背景辐射源的反射误差，而且单波长的发射率也存在一定的测量误差。因此，如何消除背景辐射源和发射率对涡轮叶片的温度测量精度有重大意义。

发明内容

本发明的主要目的是为针对现有涡轮叶片测温仪器无法消除其他背景辐射源，单波长预设发射率误差大的问题，提出一种基于三波段辐射光测量涡轮叶片温度及发射率的方法，以实现发动机涡轮叶片的表面温度和发射率的测量。

本发明技术方案为一种基于三波段辐射光测量涡轮叶片温度及发射率的方法；该方法包括：

步骤1：建立辐射模型：

段波段：E_s＝E_sb+E_sr