[发明专利]利用可调谐激光二极管进行温度和压力测量的系统和方法

说明书

技术领域

本文所公开的主题涉及压力测量，并且特别地涉及热气体路径中的压力测量。

背景技术

在电的产生中利用燃气涡轮机。典型的燃气涡轮机包含压缩机以吸入并压缩空气。压缩的空气与燃料组合并且在燃烧室（或燃烧器）中燃烧以生成热气流。提供热气体到涡轮部分，在那里该热气体引起转子的转动。转子又为发电机提供机械能以产生电。

热气流的温度和压力可影响涡轮的操作。因此，已经开发了若干不同类型的温度和压力测量传感器。典型的压力传感器包含膜片压力计和应变计。压力的改变引起膜片变形并且变形由应变计来测量。由于涡轮内部的热，压力传感器包含位于涡轮外部的换能器以及涡轮内的将气体引入换能器的探头。

发明内容

根据本发明的一个方面，公开了一种使用可调谐二极管激光器测量气体中的动态压力的系统。此方面的系统包含激光传送系统，其包含可调谐二极管激光器并且配置为通过气体传送由可调谐二极管激光器生成的激光，以及激光接收系统，其配置为在激光已经穿过气体后接收激光以从所接收的激光生成吸收峰。激光接收系统配置为基于吸收峰中的一个的扩展来估计压力中的改变。

根据本发明的另一方面，公开了一种使用可调谐二极管激光器测量气体的温度和压力的方法。方法包含使具有三个不同频率的激光穿过气体；在该激光已经穿过气体后在三个不同频率的每个频率处测量激光的强度；从所测量的强度形成第一、第二以及第三峰值曲线；为第一和第二峰值曲线确定线强度；以及基于第三峰值曲线的宽度中的改变来估计气体的动态压力改变。

这些以及其它优点和特征从以下描述结合附图将变得更明显。

附图说明

被认为是本发明的主题在说明书的总结的权利要求中已特别指出并且清楚地要求保护。本发明的上文的和其它特征、以及优点从下文的详细描述结合附图是明显的，在附图中：

图1图示根据一个实施例的可调谐二极管激光器系统；

图2图示吸收峰上的压力的展宽效应；

图3是将吸收峰的展宽的量与压力中的改变相关的图表；以及

图4是图示根据一个实施例的确定气体的温度和压力的方法的流程图。

详细描述以示例的方式参考附图解释了本发明的实施例以及优点和特征。

具体实施方式

本发明的实施例针对利用可调谐激光二极管来测量涡轮中的温度和压力的系统和方法。在一个实施例中，选择三个不同吸收峰。利用峰值中的两个来测量涡轮中气体的温度并且利用第三峰值的扩展的量来测量气体的压力。

现在参考图1，用于测量涡轮中的温度和压力的系统100包含激光传送系统102和激光接收系统104。激光传送系统102以光的形式提供激光能量到样本室106。样本室106可包含气体形式的材料，其可以是静态或移动的。在说明性实施例中，样本室106是气体涡轮系统的一部分并且可以在例如由气体涡轮系统的燃烧室提供的热气体路径中形成。在一个实施例中，安排和配置激光传送系统102以便其可提供激光而不影响材料通过样本室的材料流。

由激光传送系统102提供的激光通过样本室106中的材料行进并且由激光接收系统104接收。激光接收系统104可包含元件，该元件允许其接收激光、跨频带确定其强度以及从强度确定样本室106中的气体的温度和压力中的一个或两者。

样本室106中的气体可引起吸收由激光传送系统102提供的激光的某些波长。因此，如果气体吸收通过其传送的一个或多个波长，则激光接收系统104将仅接收传送进样本室106的激光的一部分。

在一个实施例中，激光传送系统102包含激光产生器108，其提供激光到耦合到样本室106的激光输入110。在所图示的实施例中，激光产生器108和激光输入110彼此分离并且通过输入传送线112彼此耦合。输入传送线112可以是光导纤维线缆或可以承载激光的其它连接器。当然，激光产生器108和激光输入110可以形成为单个元件并且输入传送线112被省略或者包含于该单个元件内。

激光输入110耦合到样本室106以便其可引导其从输入传送线112接收的激光通过样本室106中的气体的至少一部分并且以便激光的至少一部分可以由激光接收系统104检测。在一个实施例中，激光输入110耦合到样本室106以便其不改变或者以其它方式影响通过样本室106的气流。