[发明专利]高速气流光纤总温传感器及其测温系统

权利要求书

1.一种用于测量高速气流总温的光纤总温传感器，其特征在于，在传感器的外面加装一圆筒形滞止室(11)，气流从进气口(12)进入滞止室(11)，在滞止室(11)中受到第一次阻滞，流速下降，气流的动能受到第一次转换，在滞止室(11)内，低速流动的气流又受到光纤探针(13)的第二次阻滞，使气流的大部分动能转换成热能，最终在出气口(16)流出。

2.根据权利要求1所述的光纤总温传感器，其特征在于，滞止室(11)的外径为12mm，内径为10mm，长度为52mm；在距滞止室(11)顶端3mm处，开有圆形进气口(12)，进气口(12)半径大小为10mm；传感器的出气口(16)位于滞止室(11)直径方向正对进气口(12)的另一端，距滞止室(11)顶端20mm，半径大小为5mm；底塞(15)顶端距滞止室(11)顶端的距离为25mm；光纤探针(13)直径0.9mm，距离滞止室(11)顶端的距离为20mm。

3.根据权利要求1所述的气流总温测试系统，其特征在于，光纤探针(13)的外面有一层蓝宝石保护管(17)，蓝宝石保护管(17)和传感器底塞(15)通过螺纹(14)固定。

4.根据权利要求1所述的光纤总温传感器，其特征在于，通过脉冲激光溅射沉积法对光纤探针(13)前端进行镀膜，制作成光纤黑体腔。

5.根据权利要求1-4任一所述光纤总温传感器的气流总温测试系统，其特征在于，所述光纤总温传感器接收的光谱经过传输光纤的传递到达第一三端环形器的1→2端口耦合到FBG1的入射端，FBG1的反射光波由第一三端环形器的2→3端口将波长为λ₁的光传输到光电探测器(1)，进行光电转换；同样，FBG1的透射光谱由第二三端环形器的1→2端口传输到FBG2的入射端，由FBG2产生的反射光波波长为λ₂，该反射光波经过第二三端环形器的2→3端口到达光电探测器(2)，这两个光电探测器完成光电转换得到两种不同波长的电信号，两个不同波长的电信号经过信号处理电路经比色测温后，得到所测的温度值。

6.根据权利要求5所述的气流总温测试系统，其特征在于，所述比色测温的方法为：

设温度为T的高温物体在波长为λ₁，λ₂下的单色辐射出射度分别为M(λ₁，T)，M(λ₁，T)，则波长λ₁，λ₂处辐射功率的比值R(T)：

R(T)=M(λ1,T)M(λ2,T)=ϵ(λ1,T)ϵ(λ2,T)(λ2λ1)5exp[C2T(1λ2-1λ1)]---(3)]]>

当假设两波长的光谱发射率ε(λ₁，T)≈ε(λ₂，T)时，

R(T)=(λ2λ1)5eC2T(1λ2-1λ1)---(4)]]>

此时测得的温度就叫做比色温度T_c，物体的真实温度T与比色温度T_c的误差为：

1T-1Tc=λ1λ2C2(λ2-λ1)ln(ϵ(λ1,T)ϵ(λ2,T))---(5)]]>

在已知两波长的情况下，知道R(T)就能得到比色温度T_c，再经发射率修正就可以知道物体的实际温度。