一种用于高超声速低密度风洞稳定段的水冷聚光光纤探针的制作方法

本发明属于高超声速风洞试验技术领域，具体涉及一种用于高超声速低密度风洞稳定段的水冷聚光光纤探针。

背景技术：

在高超声速风洞，特别是高超声速低密度风洞和电弧风洞等高温高压风洞设备中，稳定段内的气体是高温高压气体，测量稳定段内气体的发射光谱或吸收光谱时，需要安装专用的光纤探针。现有的光纤探针没有冷却装置导致光纤探针容易烧损，还没有聚光能力导致光纤探针的光收集效率低，无法满足测量要求，当前亟需发展一种专用于高超声速低密度风洞稳定段的水冷聚光光纤探针。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于高超声速低密度风洞稳定段的水冷聚光光纤探针。

本发明的用于高超声速低密度风洞稳定段的水冷聚光光纤探针，其特点是，所述的光纤探针的轴线上从前至后依次安装有光学玻璃、凸透镜和光纤，光学玻璃的两侧安装有密封圈ⅰ；凸透镜和光纤外套装有保护套管，保护套管的前端顶紧光学玻璃后方的密封圈ⅰ，保护套管的后端设置有凸台；光学玻璃和保护套管外套装有外壳，外壳内设置有冷却水通道，冷却水通道通过安装在外壳上的冷却水接头连接外置的冷却水系统，外壳的后端与保护套管后端的凸台通过连接螺母连接，外壳的后端与保护套管后端的凸台之间通过密封圈ⅲ密封；外壳的中部设置有台阶，台阶处套装有套螺母。

所述的密封圈ⅰ为铜密封圈或碳纤维密封圈。

所述的光学玻璃为白宝石或者蓝宝石。

所述的凸透镜的像距位于光纤前端面的中心。

所述的冷却水通道为环形通道，环形通道内设置有与光纤探针的轴线平行的导流板；或者所述的冷却水通道为螺旋形通道。

所述的冷却水接头的进水压力范围为1mpa～5mpa。

本发明的用于高超声速低密度风洞稳定段的水冷聚光光纤探针中的导流板具有冷却水导流和提高外壳强度的作用。

本发明的用于高超声速低密度风洞稳定段的水冷聚光光纤探针采用夹层水冷方式和凸透镜聚光方式解决了光纤探针烧损问题，提高了光纤探针的光收集效率，能够将压力高达10mpa、温度高达9000k的高超声速低密度风洞稳定段的高温高压气体产生的光引出至光学测量仪器上，为测量提供了设备基础。

本发明的用于高超声速低密度风洞稳定段的水冷聚光光纤探针结构简单，可靠性强，适用于工程推广。

附图说明

图1为本发明的用于高超声速低密度风洞稳定段的水冷聚光光纤探针的结构示意图；

图2为本发明的用于高超声速低密度风洞稳定段的水冷聚光光纤探针中的冷却水通道结构示意图；

图3为本发明的用于高超声速低密度风洞稳定段的水冷聚光光纤探针的安装图(主视图)；

图4为本发明的用于高超声速低密度风洞稳定段的水冷聚光光纤探针的安装图(侧视图)；

图中，1.水冷接头2.法兰3.直水道4.环形水道5.测试接头6.水冷聚光光纤探针；

61.外壳62.密封圈ⅰ63.光学玻璃64.凸透镜65.光纤66.密封圈ⅱ67.套螺母68.冷却水通道69.冷却水接头70.密封圈ⅲ71.连接螺母。

具体实施方案

下面结合附图详细说明本发明。

如图1所示，本发明的用于高超声速低密度风洞稳定段的水冷聚光光纤探针的轴线上从前至后依次安装有光学玻璃63、凸透镜64和光纤65，光学玻璃63的两侧安装有密封圈ⅰ62；凸透镜64和光纤65外套装有保护套管，保护套管的前端顶紧光学玻璃63后方的密封圈ⅰ62，保护套管的后端设置有凸台；光学玻璃63和保护套管外套装有外壳61，外壳61内设置有冷却水通道68，冷却水通道68通过安装在外壳61上的冷却水接头69连接外置的冷却水系统，外壳61的后端与保护套管后端的凸台通过连接螺母71连接，外壳61的后端与保护套管后端的凸台之间通过密封圈ⅲ70密封；外壳61的中部设置有台阶，台阶处套装有套螺母67。

所述的密封圈ⅰ62为铜密封圈或碳纤维密封圈。

所述的光学玻璃63为白宝石或者蓝宝石。

所述的凸透镜64的像距位于光纤65前端面的中心。

如图2所示，所述的冷却水通道68为环形通道，环形通道内设置有与水冷聚光光纤探针的轴线平行的导流板；或者所述的冷却水通道68为螺旋形通道。

所述的冷却水接头69的进水压力范围为1mpa～5mpa。

实施例1

本实施例将本发明的用于高超声速低密度风洞稳定段的水冷聚光光纤探针安装在水冷测试法兰上。

如图3所示，水冷测试法兰包括水冷接头1、法兰2、直水道3、环形水道4和测试接头5；

所述的法兰2为一个圆环，圆环中心的空腔用于通过高超声速低密度风洞气流，在圆环的环壁内，设置有环形水道4，在环形水道4上开有均布的两个垂直于环形水道4的直水道3，直水道3上连接有水冷接头1，一个水冷接头1外接冷却水进水管道，另一个水冷接头1外接冷却水出水管道；在圆环的环壁上均布有用于连接固定高超声速低密度风洞稳定段的螺栓孔，在圆环的环壁外表面一侧设置有凸台，另外一侧设置有对应的凹台，凸台上开有环形密封槽，环形密封槽内安装有密封圈，凸台和凹台用于水冷测试法兰与高超声速低密度风洞稳定段连接时的定位和密封。

所述的法兰2的圆环厚度范围为20mm～50mm。

所述的水冷接头1、法兰2和测试接头5的材质为不锈钢。

所述的水冷接头1的进水压力范围为1mpa～5mpa。

在环形水道4上还开有均布的两个垂直于环形水道4的通孔，通孔上连接有测试接头5；测试接头5通过套螺母67连接水冷聚光光纤探针6，连接处用密封圈ⅱ66密封。

如果需要测量发射光谱，将一个水冷聚光光纤探针6用盲板堵上，另外一个水冷聚光光纤探针6的光纤65连接外接的光谱仪，通过ccd相机获得发射光谱图。

如果需要测量吸收光谱，将一个水冷聚光光纤探针6的光纤65连接外接的激光器，激光器提供入射光源；另外一个水冷聚光光纤探针6的光纤65连接外接的光谱仪，通过ccd相机获得吸收光谱图。