[发明专利]一种航空发动机涡轮叶片光谱温度测量方法

说明书

本发明属于红外光谱分析技术领域，通过光学探针采集来自航空发动机涡轮叶片光谱辐射强度分布，通过红外光谱测量系统，提出窄带光谱窗算法对测量光谱强度曲线进行拟合，利用Mahalanobis距离系数设定温度范围内与窄带光谱窗距离最近的光谱反演温度，在不需要预设发射率模型的前提下实现涡轮叶片温度的精确测量。相较于传统的涡轮叶片测量装置具有测量精度较高、体积小巧等优点，对提高航空发动机涡轮叶片工作稳定性具有重要意义。

技术领域

本发明属于红外光谱技术领域，具体涉及一种基于谱窗移动的航空发动机涡轮叶片光谱温度测量方法。

背景技术

随着航空工业的发展，发动机推力、比重等性能不断提高，涡轮叶片运行时的温度也随之升高。由于长期工作在高温高压的极端环境中，导致涡轮叶片可靠工作寿命减少、材料强度降低，因此对航空发动机涡轮叶片温度精确测量的需求越来越迫切。由于传统的接触式高温计已无法适应如此严苛的工作环境，因此响应速度快、测温上限高、动态范围广的辐射测温技术在涡轮叶片温度测量领域得到了广泛关注，提高辐射测温精度对航空发动机稳定安全运行具有重要的意义。

发明内容

本发明为解决航空发动机涡轮叶片温度测量的问题。通过光学探针采集来自航空发动机运行中涡轮叶片的热辐射信号，通过红外光谱仪接收，本发明基于谱窗移动的航空发动机涡轮叶片光谱温度测量方法，通过测量被测物体在光谱响应波段范围内的光谱辐射强度，使用窄带光谱窗算法对测量光谱强度曲线进行拟合，利用Mahalanobis距离系数搜索设定温度范围内与窄带光谱窗距离最近的光谱反演温度。为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

一种航空发动机涡轮叶片光谱温度测量方法，包括：

S1、获取涡轮叶片在光谱仪响应波段内的光谱辐射强度分布：

其中，ε(λ_i,T)为涡轮叶片的表面发射率；

k(λ_i)为光谱测量系统的增益函数；

b(λ_i)为光谱测量系统的偏置函数；

V(λ_i,T)为光谱仪每个通道的输出响应值；

S2、将选取的光谱窗口波段划分为多个窄带光谱窗，获取在光谱窗内涡轮叶片归一化后光谱辐射强度矩阵；

其中，T₀为涡轮叶片的真实温度值；

Y_s(λ_m,T₀)光谱辐射强度矩阵；

m为窄带光谱窗的序号；

S3、计算每个光谱窗内满足归一化光谱辐射强度矩阵与归一化标准普朗克强度矩阵之间的距离最小时的d_m(T_N)对应的温度值T(m)，即为该光谱窗内的测量温度值：

其中，d_m(T_N)为两个矩阵向量的Mahalanobis距离；

S4、将所有窄带光谱窗内计算温度取平均值可以得到最终反演温度为：

其中，I为光谱响应波段数；

J为矩阵向量维数。

优选地，在步骤S1和步骤S2之间还包括对获取的光谱进行降噪处理，消除发动机震动等环境因素对光谱测量的影响。

优选地，步骤2包括以下步骤：