[实用新型]航空发动机燃气成分及浓度监测系统

说明书

本实用新型公开一种航空发动机燃气成分及浓度监测系统，属于气体检测的技术领域，包括信号发射装置、信号接受装置、防护装置、光源系统以及控制系统；信号发射装置和信号接受装置分别设置在航空发动机燃烧室相对的两侧；防护装置包括密封设置在航空发动机燃烧室相对两侧上的石英光学窗口以及分别设置在信号发射装置和信号接受装置外的保护罩；石英光学窗口可通过光的光谱范围为1000‑5500nm；光源系统包括可调谐半导体激光器以及光纤耦合器；控制系统包括光电探测器、信号放大器、锁相解调模块以及存储模块；信号发射装置通过光纤与光纤耦合器电连接；信号接受装置通过同轴电缆与光电探测器电连接。该系统实现了对航空发动机燃气进行原位检测。

技术领域

本实用新型涉及气体检测的技术领域，特别是涉及一种航空发动机燃气成分及浓度监测系统。

背景技术

航天器在发射或在轨工作期间，需要检测发动机燃烧室内的气体成分，用于识别、判断发动机是否工作正常，给出燃料最优控制。发动机燃气的有害成分主要有CH化合物，NO化合物，NH化合物及颗粒物；其中CH化合物是燃料的主要成分，其在燃气中的含量反映发动机的燃烧效率；NO化合物是高温富氧条件下的产物，反映发动机的健康状况；NH化合物是CH化合物与NO化合物反应产物，对其检测可实现对发动机的污染控制。发动机燃烧室极限温度下燃气成分及浓度的直接测试能力，是解决发动机排放主动控制和污染控制的难题，可极大推动航空发动机技术的革新和发展，为发动机的障诊断和状态监测提供新思路。

但是常规气体传感器无法在高温、高压、高流速和多相流恶劣环境下工作。目前航空发动机燃气分析主要是利用取样装置把燃气引入测量仪表进行成分分析，再通过燃气成分数据计算燃烧效率、燃烧温度以及污染物排放等参数的一种测量方法，无法实现高温恶劣环境中燃气成分的原位检测。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种航空发动机燃气成分及浓度监测系统，以改善现有技术难以对航空发动机燃气进行原位检测的技术问题。

本实用新型提供一种航空发动机燃气成分及浓度监测系统，该系统基于可调谐半导体激光吸收光谱技术实施；包括信号发射装置、信号接受装置、防护装置、光源系统以及控制系统；信号发射装置和信号接受装置分别设置在航空发动机燃烧室相对的两侧；防护装置包括密封设置在航空发动机燃烧室相对两侧上的石英光学窗口以及分别设置在信号发射装置和信号接受装置外的由钢铁材质制成的保护罩；石英光学窗口可通过光的光谱范围为1000-5500nm；光源系统包括设置有三个激光通道的可调谐半导体激光器以及与可调谐半导体激光器电连接的光纤耦合器；三个激光通道分别发射波长为1.6um、1.5 um和5.2um的光束分别作为CH4、NH3和NO的吸收光；控制系统包括光电探测器、与光电探测器电连接的信号放大器、与信号放大器电连接的锁相解调模块以及与锁相解调模块电连接的存储模块；信号发射装置通过光纤与所述光纤耦合器电连接；信号接受装置通过同轴电缆与光电探测器电连接。

具体地，可调谐半导体激光器为可调谐分布反馈激光器。

进一步地，英光学窗口能够承受的最低温度为1700℃，最低压强为30Mp。

进一步地，信号发射装置和信号接受装置均通过法兰固定在航空发动机燃烧室相对的两侧；石英光学窗口密封设置在法兰上。

进一步地，保护罩上设置有供光纤和/或同轴电缆穿过的穿线孔。

与现有技术相比，本实用新型的优势在于：