[实用新型]航空发动机尾气的温度和组分同时测量的系统

说明书

技术领域

本实用新型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。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型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系统。

(二)技术方案

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型还提供了一种航空发动机尾气的温度和组分同时测量的系统，包括激光发射模块、激光合波和会聚模块、分波模块、光电处理模块和数据采集分析模块；所述激光发射模块用于发射第一激光；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；所述激光合波和会聚模块用于将所述第一激光合成一束，形成第二激光，并使所述第二激光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所述第二激光中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；所述分波模块用于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；所述光电处理模用于将所述第四激光的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；所述数据采集分析模块用于根据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。

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。所述驱动电流信号是锯齿波叠加一个高频正弦波；所述锯齿波频率为1～500Hz；所述高频正弦波频率为1000～10000Hz。

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；所述光电探测器用于分别将第四激光中的n束激光进行光电转换；所述锁相放大器用于分别提取第四激光中的n束激光的二次谐波信号；所述低通滤波器用于分别获取第四激光中的n束激光的入射光强信号。