[发明专利]基于正电子湮灭技术的航空发动机燃烧室温度场检测装置和方法

权利要求书

1.基于正电子湮灭技术的航空发动机燃烧室温度场检测装置，其特征在于：包括气溶胶发生装置、可调节发动机固定装置和γ光子探测装置；所述气溶胶发生装置用于将核素混合物制备为气溶胶颗粒；所述可调节发动机固定装置用于固定待测发动机，并调节发动机于γ光子探测装置的有效视野之内；所述γ光子探测装置用于检测正电子衰变时产生的γ光子信号并进行图像重建，获取发动机燃烧室温度场。

2.根据权利要求1所述基于正电子湮灭技术的航空发动机燃烧室温度场检测装置，其特征在于：所述气溶胶发生装置包括容器、进气接头、进气喷嘴、出气喷嘴、加料口、空气压缩机、加料装置和控制器；所述加料装置通过加料口向容器通入核素混合物，所述进气喷嘴位于容器内部，该进气喷嘴通过进气接头与空气压缩机相连，从而向容器内通入压缩气体，所述出气喷嘴用于排除容器内生成的气溶胶颗粒，所述加料装置和空气压缩机的运行由控制器控制。

3.根据权利要求2所述基于正电子湮灭技术的航空发动机燃烧室温度场检测装置，其特征在于：所述气溶胶发生装置与待测发动机的距离应大于等于50cm，且出气喷嘴设置于发动机的中轴线位置。

4.根据权利要求2所述基于正电子湮灭技术的航空发动机燃烧室温度场检测装置，其特征在于：所述出气喷嘴的喷嘴孔径为可调节孔径，调节范围为0.1mm-0.5mm。

5.根据权利要求1所述基于正电子湮灭技术的航空发动机燃烧室温度场检测装置，其特征在于：所述γ光子探测装置包括γ光子探测器阵列以及与之连接的计算机；所述γ光子探测器阵列为由若干γ光子探测器构成的环形阵列，安装时位于待测发动机的外侧，并紧贴于发动机外壁。

6.根据权利要求5所述基于正电子湮灭技术的航空发动机燃烧室温度场检测装置，其特征在于：所述γ光子探测器包括闪烁晶体、光电倍增管和准直器。

7.基于正电子湮灭技术的航空发动机燃烧室温度场检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据发动机燃烧室温度场在线监测的具体检测要求，选取具有活度的正电子核素⁶⁸Ga与气相二氧化硅充分混合均匀，从而制备得到带有放射性核素标记的二氧化硅粉末；

将带有放射性核素标记的二氧化硅粉末置于气溶胶发生装置中，使其成为正电子发射源；

将待测发动机固定在可调节发动机固定装置上，使发动机位于γ光子探测装置的中心；

启动待测发动机，同时开启气溶胶发生装置，产生气溶胶颗粒，根据待测发动机的直径设置气溶胶颗粒产生的范围直径；

放射性核素在待测发动机内部衰变的过程中发射正电子，同时与负电子产生湮灭反应，释放一对方向相反、且能量相同的γ光子对，通过γ光子探测装置进行在线动态检测，获取γ光子数据；

对获取到的γ光子数据进行筛选、校正及噪声抑制，并进行图像重建，利用图像处理方法获取发动机燃烧室的温度场信息。

8.根据权利要求7所述基于正电子湮灭技术的航空发动机燃烧室温度场检测方法，其特征在于，放射性核素68Ga的活度范围为10mCi/L—30mCi/L。

9.根据权利要求7所述基于正电子湮灭技术的航空发动机燃烧室温度场检测方法，其特征在于，通过设置能量窗口对采集到的γ光子进行筛选校正，保留能量为485KeV—537KeV的γ光子数据。

10.根据权利要求7所述基于正电子湮灭技术的航空发动机燃烧室温度场检测方法，其特征在于，通过正电子图像的灰度值得到发动机燃烧室的温度场：

其中，t为高温下发动机燃烧室温度，α为发动机燃烧室外壁材料的线膨胀系数，μ_m为发动机燃烧室外壁材料的质量吸收系数，ρ为发动机燃烧室外壁材料的密度，d₁、d₂为初始温度下设发动机燃烧室外径、内径，t₀为初始温度，g和g′分别为初始温度下和高温下所得的正电子图像的灰度。