双屏吸气式蓝宝石光纤高温传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高温测量用的温度传感器，涉及一种双屏吸气式蓝宝石光纤高温传感器，适用于1300K?2000K温区进行气流温度测量。
【背景技术】
[0002]目前，测量高温气流温度所用的传感器，一般采用铂铑系列的热电偶，所能测量的最高温度为2000K，而目前在航空、航天、核工业等领域，所涉及的温度测量环境也越来越复杂，一些存在电磁干扰的气流高温测量场合，由于传统测温的热电偶很容易受到干扰，缺乏准确有效的测温手段。
[0003]随着辐射测温技术的发展，国内外许多研究机构研制了带光纤探头的辐射温度计，但大部分传感器测温范围低，响应速度慢，远不能满足瞬态温度测量的要求。国内的相关研究工作多集中在静态高温测试中，用于气流温度测量的动态测试研究仍处于空白。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提出一种适用于1300K?2000K温区进行气流温度测量的双屏吸气式蓝宝石光纤高温传感器。
[0005]本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0006]本发明的一种双屏吸气式蓝宝石光纤高温传感器，包括:黑体空腔、蓝宝石光纤、屏蔽罩、分光探测系统、传输光纤、光电转换及数据处理系统、耦合器I和耦合器II。
[0007]其连接关系为:
[0008]所述黑体空腔套接在蓝宝石光纤一端的外面；蓝宝石光纤的另一端与耦合器I的输入端连接；黑体空腔和蓝宝石光纤固定于屏蔽罩的内部。耦合器I的输出端与分光探测系统的输入端固定连接；分光探测系统的输出端与耦合器II的输入端固定连接；耦合器II的输出端与传输光纤的输入端固定连接；传输光纤的输出端与光电转换及数据处理系统的输入端连接。
[0009]所述黑体空腔材料选用与蓝宝石光纤热膨胀系数相同的氧化锆含量高于50%的非金属氧化物；黑体空腔为圆柱状，其插入温场的长径比不小于10，以保证黑体空腔具有较高的有效发射率。
[0010]所述屏蔽罩为双屏蔽吸气式屏蔽罩；屏蔽罩的外壁面上设计有进气孔和出气孔，进气孔和出气孔的面积之比为1?6。对于来流马赫数低于0.3的情况，屏蔽罩的进气孔和出气孔的面积比取1 ;对于来流马赫数在0.3?0.6的情况，屏蔽罩的进气孔和出气孔的面积比取2?4 ;对于来流马赫数高于0.6的情况，屏蔽罩的进气孔和出气孔的面积比取5?
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[0011]所述屏蔽罩采用贵金属铀铭材料。
[0012]所述传输光纤采用直径1_的单芯多模石英光纤，传输光纤与耦合器I接头外表面涂覆密封胶，避免漏光。传输光纤的头部处于不超过500Κ的低温区。
[0013]所述分光探测系统采用半反半透的分光模式，分光探测系统中的探测器选用硅探测器，波长为850nm?1050nm ;分光探测系统与耦合器I和耦合器II的接头外表面涂覆密封胶。
[0014]所述耦合器II与传输光纤的接头外表面涂覆密封胶。
[0015]所述光电转换及数据处理系统的主要功能是对输入信号做光电转换，然后对光电转换后的信号进行调理、放大与运算处理，得到测量温度。
[0016]有益效果
[0017]本发明提出的一种双屏吸气式蓝宝石光纤高温传感器，具有以下优点:
[0018]①以与蓝宝石光纤热膨胀系数接近并且发射率不太低的以氧化锆为主的非金属氧化物制成的黑体空腔作为高温传感器的受感部，用石英光纤传递信号，并用半反半透的分光模式与探测器相结合，结构紧凑，性能可靠。
[0019]②在黑体空腔外面设计有双屏蔽结构的屏蔽罩，并通过理论分析与数值计算，保证在测量高温气流温度时具有较小的综合测温误差，使之能应用于高温气流环境并保持足够的热强度，具有耐温高、抗氧化、抗电磁干扰、准确度高等优点，能够解决此前无法解决的高温测量问题。
【附图说明】
[0020]图1为本发明具体实施例中双屏吸气式蓝宝石光纤高温传感器的组成结构图；
[0021]1-黑体空腔、2-蓝宝石光纤、3-屏蔽罩、4-分光探测系统、5-传输光纤、6_光电转换及数据处理系统、7-耦合器1、8-耦合器II。
【具体实施方式】
[0022]以下将结合附图和实施实例对本发明技术方案作进一步地详述:
[0023]本实施例中双屏吸气式蓝宝石光纤高温传感器，其结构如图1所示，包括:黑体空腔1、蓝宝石光纤2、屏蔽罩3、分光探测系统4、传输光纤5、光电转换及数据处理系统6、耦合器I 7和耦合器II 8。
[0024]其连接关系为:
[0025]黑体空腔1套接在蓝宝石光纤2—端的外面；蓝宝石光纤2的另一端与耦合器I 7的输入端连接；黑体空腔1和蓝宝石光纤2固定于屏蔽罩3的内部。耦合器I 7的输出端与分光探测系统4的输入端固定连接；分光探测系统4的输出端与耦合器II 8的输入端固定连接；耦合器II 8的输出端与传输光纤5的输入端固定连接；传输光纤5的输出端与光电转换及数据处理系统6的输入端连接。
[0026]黑体空腔1材料选用与蓝宝石光纤2热膨胀系数相同的氧化锆含量高于50 %的非金属氧化物；黑体空腔1为圆柱状，其插入温场的长径比不小于10，以保证黑体空腔1具有较高的有效发射率。
[0027]屏蔽罩3为双屏蔽吸气式屏蔽罩；屏蔽罩3的外壁面上设计有进气孔和出气孔，进气孔和出气孔的面积之比为1?6。对于来流马赫数低于0.3的情况，屏蔽罩3的进气孔和出气孔的面积比取1 ;对于来流马赫数在0.3?0.6的情况，屏蔽罩3的进气孔和出气孔的面积比取2?4 ;对于来流马赫数高于0.6的情况，屏蔽罩3的进气孔和出气孔的面积比取5?6。屏蔽罩3采用贵金属铀铭30。
[0028]分光探测系统4采用半反半透的分光模式，分光探测系统4中的探测器选用硅探测器，波长为850nm?1050nm ;分光探测系统4与親合器I 7和親合器II 8的接头外表面涂覆密封胶。
[0029]传输光纤5采用直径1_的单芯多模石英光纤，传输光纤5与耦合器I 7接头外表面涂覆密封胶，避免漏光。传输光纤5的头部处于不超过500K的低温区。
[0030]親合器II 8与传输光纤5的接头外表面涂覆密封胶。
[0031]光电转换及数据处理系统6基于单片机或DSP，其主要功能是对输入信号做光电转换，然后对光电转换后的信号进行调理、放大与运算处理，得到测量温度。
[0032]以上所述为本发明的较佳实施例，本发明不应该局限于该实施案例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
【主权项】
1.一种双屏吸气式蓝宝石光纤高温传感器，其特征在于:其包括:黑体空腔(I)、蓝宝石光纤(2)、屏蔽罩(3)、分光探测系统(4)、传输光纤(5)、光电转换及数据处理系统(6)、耦合器I (7)和耦合器II⑶； 其连接关系为: 所述黑体空腔(I)套接在蓝宝石光纤(2) —端的外面；蓝宝石光纤(2)的另一端与耦合器I (7)的输入端连接；黑体空腔(I)和蓝宝石光纤(2)固定于屏蔽罩(3)的内部；耦合器I (7)的输出端与分光探测系统(4)的输入端固定连接；分光探测系统(4)的输出端与耦合器II (8)的输入端固定连接；耦合器II (8)的输出端与传输光纤(5)的输入端固定连接；传输光纤(5)的输出端与光电转换及数据处理系统(6)的输入端连接。2.如权利要求1所述的一种双屏吸气式蓝宝石光纤高温传感器，其特征在于:所述黑体空腔(I)材料选用与蓝宝石光纤(2)热膨胀系数相同的氧化锆含量高于50%的非金属氧化物；黑体空腔⑴为圆柱状，其插入温场的长径比不小于10，以保证黑体空腔⑴具有较高的有效发射率。3.如权利要求1或2所述的一种双屏吸气式蓝宝石光纤高温传感器，其特征在于:所述屏蔽罩(3)为双屏蔽吸气式屏蔽罩；屏蔽罩(3)的外壁面上设计有进气孔和出气孔，进气孔和出气孔的面积之比为I?6。4.如权利要求3所述的一种双屏吸气式蓝宝石光纤高温传感器，其特征在于:对于来流马赫数低于0.3的情况，屏蔽罩(3)的进气孔和出气孔的面积比取I ;对于来流马赫数在0.3?0.6的情况，屏蔽罩(3)的进气孔和出气孔的面积比取2?4 ;对于来流马赫数高于0.6的情况，屏蔽罩(3)的进气孔和出气孔的面积比取5?6。5.如权利要求1或2所述的一种双屏吸气式蓝宝石光纤高温传感器，其特征在于:所述屏蔽罩(3)采用贵金属铂铑材料。6.如权利要求1或2所述的一种双屏吸气式蓝宝石光纤高温传感器，其特征在于:所述传输光纤(5)采用直径Imm的单芯多模石英光纤，传输光纤(5)与耦合器I (7)接头外表面涂覆密封胶，避免漏光。7.如权利要求1或2所述的一种双屏吸气式蓝宝石光纤高温传感器，其特征在于:传输光纤(5)的头部处于不超过500K的低温区。8.如权利要求1或2所述的一种双屏吸气式蓝宝石光纤高温传感器，其特征在于:所述分光探测系统(4)采用半反半透的分光模式，分光探测系统(4)中的探测器选用硅探测器，波长为850nm?1050nm。9.如权利要求1或2所述的一种双屏吸气式蓝宝石光纤高温传感器，其特征在于:所述分光探测系统(4)与耦合器I (7)和耦合器II (8)的接头外表面涂覆密封胶；所述耦合器II (8)与传输光纤(5)的接头外表面涂覆密封胶。10.如权利要求1或2所述的一种双屏吸气式蓝宝石光纤高温传感器，其特征在于:所述光电转换及数据处理系统(6)的主要功能是对输入信号做光电转换，然后对光电转换后的信号进行调理、放大与运算处理，得到测量温度。
【专利摘要】本发明属于高温测量用的温度传感器，涉及一种双屏吸气式蓝宝石光纤高温传感器，适用于1300K～2000K温区进行气流温度测量。本发明采用带黑体空腔的蓝宝石光纤、贵金属屏蔽罩、单芯多模石英光纤、光电转换以及数据处理系统等组成高温传感器。为保证高温气流温度测量时的准确度，贵金属屏蔽罩设计成双屏吸气式的结构，以减小其传热误差和速度误差。它具有测量温度准确、响应快、抗电磁干扰能力强等优点，能够解决1300K～2000K温区的高温高速气流环境下的高温测量问题。
【IPC分类】G01K11/32
【公开号】CN105333974
【申请号】CN201510900836
【发明人】武建红, 赵俭, 金振涛, 王鹏, 马兰, 王松涛
【申请人】中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年12月8日