[发明专利]航空发动机尾气的温度和组分同时测量的方法和系统

权利要求书

1.一种航空发动机尾气的温度和组分同时测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、激光发射模块发射第一激光；所述第一激光包括n束激光，n为大于等于1的整数；其中n与航空发动机尾气中待测定组分的个数相同；所述第一激光的n束激光的中心波长分别根据待测定组分中每个组分的分子光谱吸收特性一一对应选择；

S2、激光合波和会聚模块将所述第一激光合成一束，形成第二激光；

S3、所述第二激光照射进入航空发动机尾气的探测区域；所述待测定组分的每个组分吸收与其对应的中心波长的激光；未被完全吸收的激光从所述航空发动机尾气的探测区域出来形成第三激光；

S4、分波模块将所述第三激光根据所述中心波长分成包括n束激光的第四激光；

S5、光电处理模块将所述第四激光的n束激光分别进行光电转换，提取出n个与待测定组分中每个组分一一对应的二次谐波信号和入射光强信号；

S6、数据采集分析模块利用所述二次谐波信号和入射光强信号计算航空发动机尾气的温度和待测组分中每个组分的浓度。

2.根据权利要求1所述的航空发动机尾气的温度和组分同时测量的方法，其特征在于，步骤S6包括：

所述航空发动机尾气的温度计算包括：选取所述待测定组分中任意一个组分M，根据组分M对应的二次谐波信号中的任意两个相邻吸收峰高度P_2f(v₀₁)、P_2f(v₀₂)得到比值式中P_2f(v₀₁)表示从组分M对应的第四激光光束中提取的频率为v₀₁的激光的吸收峰高度；P_2f(v₀₁)表示从组分M对应的第四激光光束中提取的频率为v₀₂的激光的吸收峰高度；根据预先标定的比值R与温度的单值函数关系计算得到航空发动机尾气的温度。

所述待测定组分中每一组分的浓度计算包括：取每一组分对应的二次谐波信号的任意一个吸收峰高度P_2f(v)，与平均入射光强进行比值该比值与对应组分的浓度成正比关系，计算得到对应组分的浓度；其中P_2f(v)表示从对应组分的第四激光光束中提取的频率为v的激光的吸收峰高度。

3.根据权利要求1所述的航空发动机尾气的温度和组分同时测量的方法，其特征在于，

所述激光发射模块包括激光控制器和可调谐半导体激光器；

所述激光控制器通过向可调谐半导体激光器注入驱动电流和控制可调谐半导体激光器的温度，调节所述可调谐半导体激光器发射的第一激光中的n束激光的中心波长，并控制第一激光的n束激光波长随驱动电流的周期性变化范围。

所述可调谐半导体激光器发射包括n束激光的第一激光。

4.根据权利要求3所述的航空发动机尾气的温度和组分同时测量方法，其特征在于，所述驱动电流信号的波形为锯齿波叠加高频正弦波；所述锯齿波频率为1～500Hz；所述高频正弦波频率为1000～10000Hz。

5.如权利要求1所述的航空发动机尾气的温度和组分同时测量的方法，其特征在于，所述光电处理模块包括光电探测器、锁相放大器和低通滤波器；

所述光电探测器分别将第四激光中的n束激光进行光电转换；

所述锁相放大器分别提取第四激光中的n束激光的二次谐波信号；

所述低通滤波器分别获取第四激光中的n束激光的入射光强信号。