一种用于航空发动机高温实时光纤检测系统

1.本实用新型涉及装备检测领域，特别涉及一种用于航空发动机高温实时光纤检测系统。


背景技术：

2.航空装备水平是反映国家航空能力，衡量综合国力的重要标志，航空发动机作为这些装备的核心部件，它的健康状态直接决定了空天装备能否正常稳定运行。
3.航空技术的快速发展，对发动机的涡轮进口温度、效率和可靠性等提出了更高要求，这使得航空航天发动机的工作环境变得愈发恶劣。例如，航天发动机在启动后涡轮排气温度可瞬间达到760℃，而停机后急剧降低至-196℃。同时，随着发动机推重比不断增加，发动机工作温度也不断提高，预计第五代航空发动机推重比达15时，涡轮叶片进口温度将高达2000℃。在高温、高压、高转速的工况下，叶片表面将产生巨大的热负荷与热梯度，导致叶片发生材料蠕变、断裂等故障，这将劣化发动机的工作性能，影响其工作寿命。
4.因此，如何运用可靠有效的传感技术在极端恶劣环境中对航空发动机温度实时精确监测，是现阶段十分重要的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种用于航空发动机高温实时光纤检测系统，具有传感器的测量数据免受材料应变影响，并提高其温度灵敏度的优点。
6.本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
7.一种用于航空发动机高温实时光纤检测系统，包括贴片式光纤高温传感器、解调仪和上位机，所述贴片式光纤高温传感器与解调仪连接，所述解调仪与上位机连接，所述贴片式光纤高温传感器用于检测航空发动机内部的高温，并转化为光信号，所述解调仪用于接收光信号并将其转化为电信号，所述上位机用于接收电信号，并根据电信号显示航空发动机内部温度情况。
8.作为优选，所述贴片式光纤高温传感器包括光纤光栅和金属基片，所述光纤光栅的两端均设有金属镀层，所述光纤光栅位于金属基片上，两个所述金属镀层均与金属基片焊接固定，所述金属镀层抬高光纤光栅，以使光纤光栅悬空固定于金属基片上。
9.作为优选，所述光纤光栅呈曲线形，所述光纤光栅弯曲处的曲率半径为5mm。
10.作为优选，所述金属基片与所述解调仪之间的光纤光栅上套设有金属导管，所述金属导管用于保护光纤光栅。
11.作为优选，所述金属基片的长度为28mm，所述金属基片的宽度为10mm，所述金属基片的厚度为2mm。
12.本实用新型的有益效果为：本方案通过金属镀层与激光焊接技术，将表面金属化并经过高温光栅再生的光纤光栅封装于金属基片上，使得传感器在航空发动机高温、强振环境下封装结构不失效。
13.光纤光栅经过光栅高温再生处理，并且以弯曲悬空结构在金属基片上布置，可以提高传感器测量精度，较小应变等参量造成的温度测量误差，且传感器在-50℃～800℃跨零度温度范围内有效使用。
附图说明
14.图1为实施例的系统示意图。
15.图2为实施例中的光纤传感器结构图。
16.图3为实施例中贴片式光纤高温传感器的尺寸结构图。
17.附图标记：101、贴片式光纤高温传感器；102、解调仪；103、上位机；201、光纤光栅；202、金属镀层；203、金属保护管；204、金属基片。
具体实施方式
18.以下所述仅是本实用新型的优选实施方式，保护范围并不仅局限于该实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案应当属于本实用新型的保护范围。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底部”和“顶部”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
19.参见图1和图2，一种用于航空发动机高温实时光纤检测系统，包括：
20.贴片式光纤高温传感器101，贴片式光纤高温传感器101与航空发动机连接，用于检测航空发动机内部高温，并通过光信号的方式输出；
21.解调仪102，与贴片式光纤高温传感器101连接。解调仪102可以接收光纤高温传感器输出的光信号，并对光信号进行解调，将其转化为电信号；
22.上位机103，与解调仪102连接。上位机103可以接收解调仪102输出的电信号，根据电信号，在上位机103上显示出航空发动机内温度情况；
23.其中，贴片式光纤高温传感器101包括光纤光栅201和金属基片204，光纤光栅201布置于金属基片204上方。光纤光栅201是感应航空发动机内部温度变化的重要元件，为了确保光纤光栅201的精度，选用普通ⅰ型光纤光栅201，并对其进行高温光栅再生处理，避免光纤光栅201在高温测试时出现光谱擦除，从而大幅提高贴片式光纤高温传感器101的高温测量能力。
24.光纤光栅201两端设置有金属镀层202，金属镀层202的材料为镍，即金属镀层202为镍镀层，金属镀层202可以通过激光焊接的方式与金属基片204固定连接，可以防止因为航空发动机内部的高温、强振的等原因导致传感器封装失效，提高贴片式光纤高温传感器101在高温环境下的封装可靠性。
25.金属镀层202可以对光纤光栅201的两端进行固定，并且，由于金属镀层202自身的厚度，可以将光纤光栅201抬高，使得光纤光栅201悬空在金属基片204的上方。且光纤光栅201位于金属基片204上方的部分为曲线形，其弯曲处的半径为5mm。光纤光栅201以弯曲悬空结构在金属基片204上布置，可以避免受到材料应变影响，提高贴片式光纤高温传感器101对温度的测量精度。
26.金属基片204与解调仪102之间的光纤光栅201上套设有金属导管，金属导管用于
保护光纤光栅201，防止航空发动机高温损坏传感器传输光纤，导致光信号无法传输至解调仪102。
27.光纤光栅201弯曲悬空布置与金属基片204上，光纤光栅201中心波长漂移与周围环境物理场参数变化的关系为：
[0028][0029]
其中，δλ是光纤光栅fbg中心波长的变化量，λ是光纤光栅fbg在自然状态下的中心波长，ρe是有弹光系数，δε是光纤光栅fbg的应变变化量，α是光纤光栅fbg的热膨胀系数，η是热光系数，δt是温度变化量。光纤光栅201弯曲悬空的布置方式可保证其测量数据免受材料应变影响并提高其温度灵敏度。
[0030]
参见图3，金属基片204的长度为28mm，宽度为10mm，厚度为2mm，整块金属基片204尺寸小、厚度薄、感温性能好、结构简单便于加工。
[0031]
工作原理：通过光纤传输信号，使得该传感器具有很强的抗电磁干扰能力；光纤光栅201弯曲悬空的布置方式可保证其测量数据免受材料应变影响并提高其温度灵敏度；光纤光栅201两端通过金属化镀层及激光焊接的固定封装方式使得传感器不会在高温环境长时间工作过程中出现封装失效，保证传感器可在-50℃～800℃跨零度温度范围内有效使用。
[0032]
以上所述的具体实施例，对本实用新型解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于航空发动机高温实时光纤检测系统，包括贴片式光纤高温传感器(101)、解调仪(102)和上位机(103)，其特征在于，所述贴片式光纤高温传感器(101)与解调仪(102)连接，所述解调仪(102)与上位机(103)连接，所述贴片式光纤高温传感器(101)用于检测航空发动机内部的高温，并转化为光信号，所述解调仪(102)用于接收光信号并将其转化为电信号，所述上位机(103)用于接收电信号，并根据电信号显示航空发动机内部温度情况。2.根据权利要求1所述的一种用于航空发动机高温实时光纤检测系统，其特征在于，所述贴片式光纤高温传感器(101)包括光纤光栅(201)和金属基片(204)，所述光纤光栅(201)的两端均设有金属镀层(202)，所述光纤光栅(201)位于金属基片(204)上，两个所述金属镀层(202)均与金属基片(204)焊接固定，所述金属镀层(202)抬高光纤光栅(201)，以使光纤光栅(201)悬空固定于金属基片(204)上。3.根据权利要求2所述的一种用于航空发动机高温实时光纤检测系统，其特征在于，所述光纤光栅(201)呈曲线形，所述光纤光栅(201)弯曲处的曲率半径为5mm。4.根据权利要求3所述的一种用于航空发动机高温实时光纤检测系统，其特征在于，所述金属基片(204)与所述解调仪(102)之间的光纤光栅(201)上套设有金属导管，所述金属导管用于保护光纤光栅(201)。5.根据权利要求2所述的一种用于航空发动机高温实时光纤检测系统，其特征在于，所述金属基片(204)的长度为28mm，所述金属基片(204)的宽度为10mm，所述金属基片(204)的厚度为2mm。

技术总结
本实用新型公开了一种用于航空发动机高温实时光纤检测系统，包括贴片式光纤高温传感器、解调仪和上位机，贴片式光纤高温传感器与解调仪连接，解调仪与上位机连接，贴片式光纤高温传感器用于检测航空发动机内部的高温，并转化为光信号，解调仪用于接收光信号并将其转化为电信号，上位机用于接收电信号，并根据电信号显示航空发动机内部温度情况，本实用新型结构合理，通过耐高温的贴片式光纤高温传感器能够获得航空发动机内部的温度，并将其传递出来，通过解调后，在上位机处进行监控。在上位机处进行监控。在上位机处进行监控。


技术研发人员：李天梁 郑宇恒
受保护的技术使用者：绍兴市上虞区武汉理工大学高等研究院
技术研发日：2022.11.18
技术公布日：2023/8/2