[其他]具有一组组合光学探测器的双光谱光学高温计

说明书

本发明涉及的是光学高温计，尤其是关于具有一组组合光学探测器的双光谱光学高温计。

光学高温计已为众知。并广泛地应用在航空发动机上。双光谱光学高温计已被用来测量正在运转的喷气发动机的涡轮叶片的温度。利用两个光谱频带，高温计能在由叶片所发射的光能量和燃烧火焰的反射能量之间提供所需的鉴别。

由Gebhart等人在美国专利4，222，663号所公开的双光谱光学高温计中，来自涡轮叶片的光提供给二个具有不同的光谱频带的高温计，其输出信号经连续处理后，能对反射能量的大小提供一个估计。一般，二个高温计都用硅光学探测器，因此具有相同的固有光谱频带。一个光学滤波器，它的滤波通频带是硅频带的一部分，并装置于其中一条光束的光学途径上，以在二个高温计之间产生一光谱频带差。在已有技术的双光谱光学高温计中，第一个未经滤波的高温计的光谱频带为0.4到1.1微米，第二个经滤波的高温计的光谱频带为0.4到0.85微米。

采用由相似的光谱频带材料制成的二个探测器也需要附加的光学部件来把接收到的光分离开来，并引导两个光束，这些附加的光学部件必须精细地校正，并且要求在喷气发动机处在恶劣的环境下而不被污染。此外，因这些光学附件的反射损耗会进一步减弱那些弱的短波长的光。结果在短波长可得到的有限的光学能量只在由光学探测器所提供的电信号里产生一个很差的信噪比。这个问题当二个光探测器都用硅时，所产生的整个光谱频带的重迭，就变得更为严重了。

本发明的目的是提供一种在双光谱光学高温计应用的组合探测器组件。本发明的另一个目的是提供一种以组合探测器组件为特征的双光谱光学高温计。

按照本发明，用来接收从远距离目标来的具有某一光谱宽度的光束的组合探测器组件包括一个适于接收目标光束的仪器罩，装置在这个仪器罩内的第一探测器，它吸收从目标光束来的、选定为目标光束光谱宽度一部分的第一光谱宽度的第一光学分量，提供与其等效的电信号。剩余的光束通过第一探测器到了第二探测器，也留在仪器罩内，提供与剩余的光束等效的电信号。

按照本发明的另一个方向，用来测量远距离目标温度的，具有一组组合探测器组件的双光谱光学高温计包括一个光导，用来接收来自目标的光束。这个光束具有某一光谱宽度，包括来自目标的发射分量和来自于估计等效于黑体温度的火球的反射分量。仪器罩适合于接收光导。双光谱光学高温计的特征为装置在仪器罩内的第一探测器，用来接收目标光束，并从其中吸收选定为目标光束光谱宽度的一部分的某一光谱宽度的第一光学分量，同时使光束的剩余部分通过。第一探测器提供与第一光学分量等效的电信号。第二探测器也装置在仪器罩内，接收光束的剩余部分，提供与其等效的第二个电信号。这个高温计内还包括一个信号处理器，它接收第一和第二探测器的信号，同时也接收表示第一分量光谱宽度的信号和估计等效于黑体的火球温度的信号。信号处理器产生一个表示来自第一电信号的等效于黑体温度的温度信号，也产生来自第二探测器信号的、表示等效于黑体温度的温度信号。此外，信号处理器根据可估计的等效于黑体的火球温度和第一分量光谱宽度所表示的信号，从第一和第二温度信号的差提供一个温度校正信号。信号处理器还根据第一温度信号和温度校正信号之间的差异提供一个补偿的温度信号。

图1是按照本发明所提供的具有一组组合探测器组件的双光谱光学高温计的简化方块图的示意图;

图2是在图1光学高温计中使用的一组组合探测器组件的剖面图;

图3是说明在图2探测器组件中所用的光学探测器材料的响应特征曲线。

首先参看图1，按照本发明提供的具有一组组合探测器组件的双光谱高温计的简化方块图的图示，双光谱高温计10包括装配在喷气发动机的机壳14内的探针12。这个探针应可装在光学上能视测到的目标上，如旋转的涡轮叶片16和18。

在一个正在运转的喷气发动机中，涡轮的叶片达到一个相当高的温度，这样它们本身就发射辐射，其光谱分布是温度的函数，如果发射率作了校正，通常能用众所周知“黑体”或“灰体”近似来表示。此外，从喷气发动机燃烧火焰或火球来的光也反射出来到涡轮叶片上，构成目标光束的一部分。火球的温度比涡轮叶片的温度要高，因此，两种光束的和就产生了一种等效黑体光谱能量分布，这种分布发出比实际涡轮叶片的温度要高得多的温度。