[发明专利]基于光纤传感器的陶瓷基复合材料结构温度测试方法

权利要求书

1.基于光纤传感器的陶瓷基复合材料结构温度测试方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、对待安装的光纤传感器进行温度标定，获得标定曲线；

1)、将标准温度传感器与光纤传感器放置于高温炉中，确保两者处于同一等温线上，光纤传感器连接解调仪表及上位机，标准温度传感器连接温度计；

2)、设置多个标定温度点；在各标定温度点下，记录标准温度传感器温度示值与光纤传感器输出光学量数值；自然降温至室温；重复测试多次以上；

3)、对步骤一2)得到的多组标准热电偶示值与光纤传感器的输出光学量数值进行二次项拟合，得到温度-光学量函数关系式：

λ_n＝a_nT²+b_nT+c_n

式中：λ_n为光纤传感器的输出光学量数值，T为标准热电偶示值，n为标定试验循环次数；a_n、b_n、c_n为系数；

将标定温度点分别带入到每一次的试验的温度-输出光学量函数关系式中，得到标定点下的光纤传感器的输出光学量数值，对光纤传感器的输出光学量数值取平均值，标定温度点与对应温度点下的光纤传感器的输出光学量数值平均值二次项拟合，得到光纤传感器的标定曲线：

λ＝Aλ²+Bλ+C；

式中，λ为光纤传感器的输出光学量数值；A、B、C为传感器标定曲线函数系数。

步骤二、通过基于等离子的热喷涂安装工艺将柔性光纤传感器固定安装在零件表面；

步骤三、利用高温炉对安装有光纤传感器的零件进行温度加载和测试；

将零件置于高温炉中，进行温度加载，记录各温度点下的传感器输出的光学量数值；

步骤四、数据处理，计算得到零件结构温度；

将步骤三得到的光学量数值代入步骤一得到的标定曲线中，得到该输出光学量数值对应的温度值，即该零件结构的温度。

2.如权利要求1所述基于光纤传感器的陶瓷基复合材料结构温度测试方法，其特征在于：步骤二的具体实现方式为：

预处理：对零件进行清洁处理，使用酒精对零件待安装区域进行刷洗，刷洗后使用清洁压缩空气吹干；

过渡层制备：使用金属遮蔽工装对零件不安装区域进行遮蔽防护，通过连接工装安装在低压等离子喷涂系统真空舱内的零件转台或旋转轴上，采用热膨胀系数比基材稍大且高温抗氧化、抗渗透性能良好的纯Si粉，通过机械手夹持的低压等离子喷枪在零件表面的待安装区域喷涂Si过渡层，喷涂至设定的涂层厚度；

过渡层热处理：零件过渡层喷涂完成后，去除防护工装，放入真空热处理炉内进行真空扩散处理；

中间层制备：按照设计需要进行中间层制备(也可无中间层)，通过多轴机械手夹持的大气等离子喷枪在零件表面的待安装区域喷涂中间层，涂层材料采用热膨胀系数高于Si过渡层、热稳定性较高的3Al₂O₃-2SiO₂粉末，喷涂过程中使用压缩空气对零件其他部分进行冷却，喷涂至设定的涂层厚度；

光纤传感器保护与固定：使用无残胶石棉胶带将光纤安装部位在待安装区域内两边固定，保持光纤整体平整，再使用热喷涂高温胶带和防护工装覆盖石棉胶带表面和光纤的其他部分；

安装面层制备：通过多轴机械手夹持的大气等离子喷枪在零件表面的待安装区域喷涂光纤安装面层，涂层材料采用热膨胀系数高于Si过渡层和3Al₂O₃-2SiO₂中间层、隔热和抗CMAS腐蚀性能良好的硅酸盐陶瓷粉末，喷涂过程中使用压缩空气对零件其他部分进行冷却，喷涂至设定的涂层厚度；

后处理：将所有喷涂防护物去除，检查光纤安装部位及区域，使用酒精擦洗胶带残留物，用压缩空气吹干后包装，完成光纤传感器安装。

3.如权利要求1或2所述基于光纤传感器的陶瓷基复合材料结构温度测试方法，其特征在于：在步骤三的零件背面同时安装标准热电偶，所述标准热电偶采集到的温度用于与步骤四光纤传感器计算得到的温度进行对比，以验证光纤传感器测试与计算结果的准确性。