[发明专利]一种用于航空发动机涡轮叶片温度监测的集成光路装置

说明书

本发明提供一种用于航空发动机涡轮叶片温度监测的集成光路装置，所述集成光路系统，用于测量涡轮叶片的表面温度，包含三波段测温光路、燃气光谱分析光路、数据采集处理系统和主控制器。被测叶片发出的红外辐射经过本光路系统后分成两部分：第一部分进入三波段测温光路后被光电探测器接收，并经过滤波电路、放大电路处理后由数据采集处理系统分析；第二部红外辐射进入燃气光谱分析光路，分析出燃气的吸收峰，并由切换控制器切换测温光路中滤光片轮的切换。本集发明可提供燃气光谱分析功能，并且根据分析燃气的吸收光谱，根据需要切换测温所用的波段，可避开燃气的吸收峰，减少测量误差，并可根据使用场合，切换滤光镜片，提供单波段、双波段、三波段测温的功能。

技术领域

本发明涉及一种光路系统，具体说是一种用于温度测量的光路系统，更具体说是一种航空发动机涡轮叶片表面温度监测光路系统。

背景技术

随着航空发动机向高推重比、高涵道比、高涡轮进口温度方向发展，对发动机的动力要求越来越大。发动机的涡轮进口温度已经从第三代发动机推重比8.0一级的1477℃发展到第四代发动机推重比10.0一级的1704℃。目前国外涡轮叶片温度测量产品所能监测到的涡轮叶片温度也仅能达到1400℃，无法满足高推重比的发动机温度监测要求，使得航空发动机涡轮叶片温度难以测量的问题更加突出。

辐射测温目前在航空发动机涡轮叶片测量领域是最佳的选择，并且占有重要的地位。该技术在工作时既不干扰目标表面也不干扰周围介质的表面温度，对于一些旋转物体、高速运动物体或腐蚀性强的物体。但是目前的辐射测温技术使用的光学结构单一，不具备燃气光谱分析和波段选择功能，无法完全消除高温燃气带来的测量误差。

发明内容

本发明主要解决的技术问题，就是提出一种用于航空发动机涡轮叶片温度监测的集成光路系统，解决目前辐射测温技术中使用的光路结构、功能单一造成测量误差大的问题。

解决以上技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种用于航空发动机涡轮叶片温度监测的集成光路装置,该装置包括：数据采集装置、数据处理装置、切换控制器、主控制器，所述主控制器控制数据采集装置、数据处理装置、切换控制器的工作；所述数据采集装置为如下结构：涡轮叶片辐射光线首先通过窗片(2)经过准直镜准直形成主光路；通过分束镜从主光路中分出一条支路，该支路光线经过第一聚焦镜后输入光谱仪；然后采用第一分色镜从接下来的主光路中分出一条支路，该支路光线经过第二聚焦镜聚焦后通过第一滤光片轮上的滤光片，输入第一探测器；再然后采用第二分色镜从接下来的主光路中分出一条支路，该支路光线经过第三聚焦镜后通过第二滤光片轮上滤光片，输入第二探测器；最后的主光路经过第四聚焦镜后通过第三滤光片轮上的滤光片，输入第三探测器；其特征在于所述光谱仪获得数据传输给数据处理装置，所述切换控制器控制各滤光片轮选择合适的滤光片。

进一步的，所述准直镜与窗口镜片材料均为ZnSe，准直镜的焦距为80mm～100mm，直径为25.4mm，镀0.4um～5um波段的增透膜；第一分色镜反射波段为0.4um～1um可见近红外，透射波段为1～5um；第二分色镜的反射波段为1um～3um的短波红外，透射波段为3～5um中波红外；第二聚焦镜的材料为熔融石英，焦距为50mm，直径为25.4mm；第三聚焦镜的材料为CaF，焦距为50mm，直径为25.4mm；第四聚焦镜的材料为ZnSe，焦距为50mm，直径为25.4mm。

进一步的，所述的各滤光片轮包含5个滤光片带宽在短波红外1～3um内，带宽分别为1.6um±50nm、1.8um±50nm、2.3um±50nm、2.5um±50nm、3um±50nm。

进一步的，所述第一探测器为Si光电探测器，第二探测器为InGaAs光电探测器，第三探测器为HgCdTe光电探测器。