[发明专利]燃气发生器光学全直射式水位传感器

说明书

技术领域

本发明涉及传感器应用技术领域，特别是一种专门用于测量燃气发生器冷却罐水位的传感器，具体是一种燃气发生器光学全直射式水位传感器。

背景技术

飞行器发射动力装置的核心为燃气发生器，它主要由燃剂发生罐和冷却罐两部分组成，燃剂发生罐主要产生燃气，冷却罐中装有冷却水，燃气会通过冷却罐导槽从而推进飞行器动作。1000℃以上高温燃气经过冷却罐时会使水产生气化作用，从而使冷却罐中水位发生变化，通过测验冷却罐中水位的变化情况可以研究燃气和水混合物的相对规律，对燃气发生器的研制具有指导性意义。

飞行器在发射瞬间会产生高温、高压等极端环境，且燃气的工作过程一般在100ms内完成，需要传感器的响应速度足够快，同时燃剂燃烧过程为黑色颗粒状烟雾气体，对常规光学传感器不敏感。目前，应用较多的水位传感器主要包括电容式、浮子式、压力式、超声波、雷达式和激光式等等，不同的水位传感器其工作原理、适用条件不尽相同，例如：电容式水位传感器能满足高温高压环境，但是其响应速度远远不够；浮子式水位传感器应用最为广泛，技术成熟，可靠性高, 但环境适用性较差；气泡式和雷达式水位传感器为新型水位传感器，目前也有一定范围的应用，可靠性较好，但设备昂贵，安装条件受限；激光式水位传感器技术尚不成熟，可靠性较差，适用环境有限。因此，现有的水位传感器基本满足不了上述测试环境需求。

截止目前，燃气发生器冷却罐中的水位测试几乎处于空白。为了研究燃气发生器燃剂燃烧规律，其冷却罐中的水位测量迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前飞行器发射瞬间燃气发生器冷却罐内水位测量难的问题，而提供一种燃气发生器光学全直射式水位传感器。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种燃气发生器光学全直射式水位传感器，包括光源、光电探测器、信号调理器和固定工装；固定工装包括底板，底板的一端穿插固定有第一安装柱、另一端穿插固定有第二安装柱；光源封装于第一安装柱位于底板以上的柱段内，并且紧邻底板设置，第一安装柱上开设有供光源照出的透光口；光电探测器封装于第二安装柱位于底板以上的柱段内，第二安装柱上沿其轴向开设有正对光源照射方向的透光槽，光源照射出的光穿过透光槽直射在光电探测器的光敏面上；信号调理器设于底板下方，信号调理器通过传输电缆分别与第一安装柱内的光源以及第二安装柱内的光电探测器连接。

使用时，将本发明传感器安装于燃气发生器的冷却罐内，并使得第二安装柱内的光电探测器的光敏面上下贯穿水面到水底。飞行器在发射时，会使得冷却罐内水面上方的部分充满不透光的烟雾气体，所以光源发出的光只能在水中传输而无法照射到水面上方。由于基于光源直射原理，光源和光电探测器的距离（即第一安装柱和第二安装柱的距离）只需满足光源的入射角小于90°即可，光源发出的光可照射到光电探测器在水中的光敏面上，光电探测器在水面上方的光敏面无法照射到，因此，光电探测器光敏面的受光高度与冷却罐中的水位高度为一一对应关系，固其输出电流与水位高度可以构建简单的一维函数关系。将光电探测器输出的电流信号通过传输电缆连接信号调理器，把微弱的电流信号转换成标准电压信号，然后再进行采集、存储、处理等。通过对检测电压信号的变化，即可得到冷却罐内水位的变化情况。信号调理器主要完成两方面的功能，一方面给光源进行供电，另一方面完成光电探测器输出电流信号的调理放大。

作为优选的技术方案，所述的光电探测器由若干个PSD光电器件串联组成。单个PSD光电器件的探测长度为34mm，所以为了满足冷却罐内的水位深度，可以通过串联多个PSD光电器件来达到要求，将串联后的PSD光电器件的光敏面贯彻于水面到水底即可。

作为优选的技术方案，所述的光源采用LED红光光源。

作为优选的技术方案，该水位传感器能够承受800℃以上瞬态高温和2MPa以上高压，抗冲击过载不小于2万g，测量响应速度优于1us。

本发明水位传感器设计科学、结构简单、安装方便、设备成本低廉，能够满足燃气发生器点火瞬间的特殊环境，利用简单的光电原理可实现冷却罐内水位的精确测量。同时本发明水位传感器系统响应速度快、可靠性高、抗过载能力强，传感部分的光源和光学探测器距离可调，不受容器大小的约束，是一种理想的专用水位测量仪器，填补了特殊环境下燃气发生器冷却罐水位测试的空白。

附图说明

此处的附图用来提供对本发明的进一步说明，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用来解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。