[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

说明书

本发明公开了一种航空发动机尾气的温度和组分同时测量的方法和系统。本发明方法由激光发射模块发射待测定组分强吸收的第一激光；然后经由激光合波与会聚模块将所述第一激光会聚成第二激光，并使所述第二激光进入航空发动机尾气探测区域被待测定组分吸收；被吸收后剩余的第三激光由分波模块按照波长分开成第四激光，再由光电处理模块对第四激光进行光电转换并提取二次谐波信号和入射光强信号；最后由数据采集分析模块对得到的信号进行分析，基于TDLAS技术反演出航空发动机尾气的温度、以及所述待测定组分的浓度。本发明方法和系统能够同时测量温度和组分浓度等参数，具有非接触式，实时在线测量的优点。

技术领域

本发明涉及一种气体非接触式测量领域，具体涉及一种航空发动机尾气的温度和组分同时测量的方法和系统。

背景技术

传统的温度测量手段，因探头干扰流场、引起激波破坏流场或因探头的催化作用，均可使测量不精确。因此一般采用一些非接触式的测量手段来进行测量。非接触式方式对传感器耐热性能无特殊要求，避免了传感器和被测目标的相互干扰，测温范围大，无热惯性，响应速度较快，可以测量微小目标的温度，满足众多场合对温度测量范围和精度的要求。常用的非接触式温度测量方式有全辐射测温仪、亮度测温仪、基于彩色CCD三基色的测温技术、拉曼散射技术、基于干涉特性的激光测温技术和基于衍射特性的激光测温技术等。对于尾气组分测量，目前，主要是取样方式检测。除此以外，还有平面激光诱导荧光PLIF和傅里叶红外光谱FTIR等技术。但是这些技术要么设备投资高，系统设计和数据处理复杂，对设计和操作水平要求高，要么不能同时对温度和组分进行测量。亟须更为先进的温度和组分测量技术，以便为航空发动机的研发提供翔实的实验支撑数据，为污染物的排放评估提供参考依据。

可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)起源于20世纪70年代，其技术具有高灵敏度、快速响应和多组分多参量同时测量等优点，在许多领域有着潜在的重要应用价值，主要应用有：获得分子结构的信息、研究气体动力学过程和痕量气体监测分析。利用TDLAS技术对航空发动机尾气温度和成分进行测量具有其它方法不具备的优势，能为航空发动机尾气实时解析提供有效的方法，从而为航空发动机视情维修和机场大气环境污染评估提供依据。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明解决现有测量技术不能多参数多变量同时测量的缺点，提供一种非接触式、成本低廉、结构简单的对航空发动机尾气的温度和组分浓度同时测量的方法及系统。

(二)技术方案

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种航空发动机尾气的温度和组分同时测量的方法，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一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；未被完全吸收的剩余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一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一个组分的浓度。