【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)屬于轉(zhuǎn)子葉片溫度監(jiān)測(cè)，具體涉及一種用于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子葉片溫度的標(biāo)定方法。
技術(shù)介紹
1、相比于傳統(tǒng)測(cè)量條件，航空發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)葉片具有高溫、高負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速等特點(diǎn)，如此苛刻的測(cè)試環(huán)境，對(duì)傳統(tǒng)的溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)提出了更高要求。傳統(tǒng)的熱電偶測(cè)溫技術(shù)對(duì)高速運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)，通常采用填埋安裝，由于葉片厚度方向的溫度梯度，測(cè)量點(diǎn)溫度難以與表面保持一致，因而無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量葉片表面溫度，此外還會(huì)造成試件表面的破損。而采用金屬蒙皮焊接固定又會(huì)導(dǎo)致熱電偶受感部周?chē)嬖诳p隙，造成較大的接觸熱阻。因此它還不適應(yīng)在造價(jià)昂貴且安裝精度要求嚴(yán)格的葉片表面進(jìn)行測(cè)溫。近年來(lái)高速發(fā)展的紅外熱像測(cè)溫技術(shù)雖然以其非接觸的特點(diǎn)被用于燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部溫度測(cè)量，但是實(shí)際測(cè)溫過(guò)程中有著眾多的影響因素，主要有發(fā)射率、背景噪聲、光路上的吸收與散射、紅外熱像儀的穩(wěn)定性。上述因素的影響程度隨測(cè)量條件的不同而變化,很難保證測(cè)量的可靠性。因此，為了能夠有效地監(jiān)測(cè)航發(fā)內(nèi)部高溫部件和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子葉片的實(shí)時(shí)溫度狀態(tài)，亟需發(fā)展一種新型的高精度、高分辨率、非接觸、受環(huán)境因素干擾小、瞬態(tài)響應(yīng)的溫度檢測(cè)技術(shù)。熒光測(cè)溫是一種利用熒光分子發(fā)射光譜特性來(lái)測(cè)量溫度的方法。熒光測(cè)溫具有非接觸性、高靈敏度、寬測(cè)溫范圍、高精度、在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、可單點(diǎn)可面陣溫度探測(cè)的優(yōu)點(diǎn)。相比于接觸式的熱電偶測(cè)溫，熒光測(cè)溫克服了干擾流場(chǎng)、破壞被測(cè)件等缺點(diǎn)。相比于紅外測(cè)溫，熒光測(cè)溫是利用熒光材料的本征特性進(jìn)行溫度探測(cè)，不受發(fā)射率的影響，測(cè)溫精度高。綜上所述，熒光測(cè)溫是一種非常有潛力的溫度測(cè)量技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景。通過(guò)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子葉片溫度的標(biāo)定方
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
2、本專(zhuān)利技術(shù)要解決的技術(shù)問(wèn)題是：模擬高速轉(zhuǎn)子葉片的設(shè)計(jì)和制造是一個(gè)復(fù)雜而精密的工程，需要深入考慮多個(gè)學(xué)術(shù)領(lǐng)域的因素，以最大程度地還原航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的實(shí)際運(yùn)行工況，并確保葉片在高速旋轉(zhuǎn)條件下具有卓越的性能和可靠性。基于熒光測(cè)溫技術(shù)對(duì)模擬高速轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)行溫度測(cè)量，需要解決系統(tǒng)間的同步觸發(fā)問(wèn)題，針對(duì)不同的轉(zhuǎn)速計(jì)算探測(cè)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間和重復(fù)頻率。面向動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子葉片溫度的標(biāo)定方法和裝置構(gòu)建，具體應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：
3、(1)模擬轉(zhuǎn)子葉片模塊設(shè)計(jì)：基于轉(zhuǎn)子葉片高速旋轉(zhuǎn)線速度來(lái)設(shè)計(jì)模型的關(guān)鍵部件，包括葉片數(shù)量和尺寸以及轉(zhuǎn)子盤(pán)的尺寸；基于動(dòng)力學(xué)平衡原理，結(jié)合葉片數(shù)量設(shè)計(jì)粘合熒光溫敏傳感涂層的數(shù)量、位置和大小。
4、(2)光信號(hào)發(fā)射與接收模塊設(shè)計(jì)：將模擬轉(zhuǎn)子葉片作為測(cè)量目標(biāo)，需要考慮不同轉(zhuǎn)速條件下的響應(yīng)頻率。通過(guò)系統(tǒng)性的頻率分析和調(diào)整，以確保測(cè)量設(shè)備的響應(yīng)頻率與粘合溫敏傳感涂層葉片旋轉(zhuǎn)速度的同步性。
5、(二)技術(shù)方案
6、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)提供一種用于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子葉片溫度的標(biāo)定方法，所述標(biāo)定方法基于標(biāo)定裝置來(lái)實(shí)施，所述標(biāo)定裝置包括：高溫爐(1)、電機(jī)移動(dòng)平臺(tái)(20)、帶有熒光涂層的葉片(9)、光電計(jì)數(shù)器(25)、激光器(14)、光電探測(cè)器(17)、上位機(jī)(26)；
7、所述標(biāo)定方法包括：
8、步驟1：高溫爐(1)模擬高溫環(huán)境，升溫到預(yù)先設(shè)定溫度；
9、步驟2：電機(jī)移動(dòng)平臺(tái)(20)將帶有熒光涂層的葉片(9)推入高溫爐中，模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)；
10、步驟3：使用光電計(jì)數(shù)器(25)進(jìn)行外部觸發(fā)激光器(14)，實(shí)現(xiàn)與轉(zhuǎn)子葉片的動(dòng)態(tài)同步；
11、步驟4：通過(guò)光電探測(cè)器(17)檢測(cè)熒光信號(hào)并導(dǎo)入上位機(jī)(26)進(jìn)行處理，將獲取熒光信號(hào)數(shù)據(jù)與高溫爐(1)設(shè)定溫度進(jìn)行擬合，得到熒光特性-溫度關(guān)系曲線，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子葉片溫度的標(biāo)定。
12、其中，所述步驟2中，在溫度達(dá)到預(yù)先設(shè)定溫度時(shí)，啟動(dòng)電機(jī)移動(dòng)平臺(tái)(20)，通過(guò)聯(lián)軸器(19)將帶有熒光涂層的葉片(9)推入到高溫爐內(nèi)腔(2)，啟動(dòng)葉片電機(jī)(18)選定測(cè)量轉(zhuǎn)速，葉片(9)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。
13、其中，所述步驟3中，在葉片電機(jī)(18)啟動(dòng)并調(diào)整到預(yù)定轉(zhuǎn)速時(shí)，由光電計(jì)數(shù)器(25)進(jìn)行轉(zhuǎn)子葉片計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到達(dá)一定次數(shù)時(shí)，由光電計(jì)數(shù)器(25)發(fā)送信號(hào)到激光器(14)進(jìn)行外部觸發(fā)發(fā)射激光。
14、其中，所述步驟4中，觸發(fā)激光器(14)照射到熒光涂層的葉片(9)，在溫度和轉(zhuǎn)速已知的情況下，熒光涂層發(fā)出熒光信號(hào)經(jīng)過(guò)分光鏡(15)進(jìn)行分光處理，由準(zhǔn)直器(16)將熒光信號(hào)通過(guò)光纖(24)傳回光電探測(cè)器(17)，通過(guò)光電探測(cè)器(17)導(dǎo)入上位機(jī)(18)進(jìn)行熒光信號(hào)處理，擬合獲得熒光特性-溫度關(guān)系曲線。
15、其中，所述高溫爐(1)用于模擬真實(shí)測(cè)溫環(huán)境，其內(nèi)部設(shè)有正方體結(jié)構(gòu)的高溫爐內(nèi)腔(2)，其正面中心部分安裝有法蘭盤(pán)(3)，后面中心部分安裝有葉片伸入口(4)、上面中心部分安裝有小型的石英觀測(cè)窗口(5)、石英觀測(cè)窗口(5)一側(cè)安裝充氣口(6)，石英觀測(cè)窗口(5)另一側(cè)安裝出氣口(7)；充氣口(6)和出氣口(7)位于高溫爐(1)的頂端兩側(cè)，用于使?fàn)t內(nèi)處于真空或保護(hù)氣環(huán)境，并模擬轉(zhuǎn)子葉片處于不同氣體環(huán)境下溫度的影響；
16、所述葉片(9)設(shè)置于高溫爐內(nèi)腔(2)中心部位，用于模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)。
17、其中，所述高溫爐(1)正面中心開(kāi)圓形孔，安裝所述法蘭盤(pán)(3)；所述法蘭盤(pán)(3)中心開(kāi)孔，安裝石英窗口(11)；法蘭盤(pán)(3)兩側(cè)安裝有進(jìn)水口(12)和出水口(13)，是水冷裝置的兩端，用于降低高溫爐(1)外側(cè)溫度，降低高溫爐(1)內(nèi)部溫度對(duì)法蘭盤(pán)(3)的影響，從而避免高溫對(duì)外部其他配套裝置的影響。
18、其中，所述激光器(14)用于產(chǎn)生激勵(lì)光照射到帶有熒光涂層的葉片(9)；
19、所述分光鏡(15)用于將返回的激勵(lì)光與熒光涂層的熒光信號(hào)進(jìn)行分光處理，便于光電探測(cè)器(17)的探測(cè)；
20、所述準(zhǔn)直器(16)經(jīng)光纖(24)將熒光信號(hào)發(fā)送至光電探測(cè)器(17)，所述光電探測(cè)器(17)接收光纖(24)傳回的熒光信號(hào)，光電探測(cè)器(17)連接上位機(jī)(26)，進(jìn)行熒光信號(hào)數(shù)據(jù)的分析和處理，獲得熒光特性-溫度關(guān)系曲線；
21、所述熒光特性-溫度關(guān)系曲線，通過(guò)測(cè)算熒光信號(hào)數(shù)據(jù)來(lái)反演實(shí)際測(cè)試溫度信息。
22、其中，所述光電計(jì)數(shù)器(25)通過(guò)記錄轉(zhuǎn)過(guò)葉片數(shù)量，外部觸發(fā)激光器(14)并用于保證在不同轉(zhuǎn)速下的響應(yīng)頻率，來(lái)保障所述激光器(14)產(chǎn)生激勵(lì)光并能夠照射到帶有熒光涂層的葉片(9)，確保旋轉(zhuǎn)速度的同步性。
23、其中，所述準(zhǔn)直器(16)在底部中心位置處開(kāi)圓形孔，用于安裝第一濾光片(21)使波長(zhǎng)600nm以上的光減少通過(guò)，用于減少高溫背景輻射的影響，在第一濾光片(21)下面中心位置安裝第二濾光片(22)用于阻止波長(zhǎng)355nm的光通過(guò)，用于減少激勵(lì)光對(duì)采集熒光信號(hào)的干擾；
24、在準(zhǔn)直器(16)下方固定有光纖接口(23)，所述光纖接口(23)連接光纖(24)，光纖(24)的進(jìn)光端口設(shè)置于準(zhǔn)直器(16)鏡頭的本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種用于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子葉片溫度的標(biāo)定方法，其特征在于，所述標(biāo)定方法基于標(biāo)定裝置來(lái)實(shí)施，所述標(biāo)定裝置包括：高溫爐(1)、電機(jī)移動(dòng)平臺(tái)(20)、帶有熒光涂層的葉片(9)、光電計(jì)數(shù)器(25)、激光器(14)、光電探測(cè)器(17)、上位機(jī)(26)；
2.如權(quán)利要求1所述的用于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子葉片溫度的標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟2中，在溫度達(dá)到預(yù)先設(shè)定溫度時(shí)，啟動(dòng)電機(jī)移動(dòng)平臺(tái)(20)，通過(guò)聯(lián)軸器(19)將帶有熒光涂層的葉片(9)推入到高溫爐內(nèi)腔(2)，啟動(dòng)葉片電機(jī)(18)選定測(cè)量轉(zhuǎn)速，葉片(9)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的用于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子葉片溫度的標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟3中，在葉片電機(jī)(18)啟動(dòng)并調(diào)整到預(yù)定轉(zhuǎn)速時(shí)，由光電計(jì)數(shù)器(25)進(jìn)行轉(zhuǎn)子葉片計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到達(dá)一定次數(shù)時(shí)，由光電計(jì)數(shù)器(25)發(fā)送信號(hào)到激光器(14)進(jìn)行外部觸發(fā)發(fā)射激光。
4.如權(quán)利要求3所述的用于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子葉片溫度的標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟4中，觸發(fā)激光器(14)照射到熒光涂層的葉片(9)，在溫度和轉(zhuǎn)速已知的情況下，熒光涂層發(fā)出熒光信號(hào)經(jīng)過(guò)分光鏡(15)進(jìn)行分光處理，由準(zhǔn)直器(
5.如權(quán)利要求4所述的用于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子葉片溫度的標(biāo)定方法，其特征在于，所述高溫爐(1)用于模擬真實(shí)測(cè)溫環(huán)境，其內(nèi)部設(shè)有正方體結(jié)構(gòu)的高溫爐內(nèi)腔(2)，其正面中心部分安裝有法蘭盤(pán)(3)，后面中心部分安裝有葉片伸入口(4)、上面中心部分安裝有小型的石英觀測(cè)窗口(5)、石英觀測(cè)窗口(5)一側(cè)安裝充氣口(6)，石英觀測(cè)窗口(5)另一側(cè)安裝出氣口(7)；充氣口(6)和出氣口(7)位于高溫爐(1)的頂端兩側(cè)，用于使?fàn)t內(nèi)處于真空或保護(hù)氣環(huán)境，并模擬轉(zhuǎn)子葉片處于不同氣體環(huán)境下溫度的影響；
6.如權(quán)利要求5所述的用于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子葉片溫度的標(biāo)定方法，其特征在于，所述高溫爐(1)正面中心開(kāi)圓形孔，安裝所述法蘭盤(pán)(3)；所述法蘭盤(pán)(3)中心開(kāi)孔，安裝石英窗口(11)；法蘭盤(pán)(3)兩側(cè)安裝有進(jìn)水口(12)和出水口(13)，是水冷裝置的兩端，用于降低高溫爐(1)外側(cè)溫度，降低高溫爐(1)內(nèi)部溫度對(duì)法蘭盤(pán)(3)的影響，從而避免高溫對(duì)外部其他配套裝置的影響。
7.如權(quán)利要求4所述的用于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子葉片溫度的標(biāo)定方法，其特征在于，所述激光器(14)用于產(chǎn)生激勵(lì)光照射到帶有熒光涂層的葉片(9)；
8.如權(quán)利要求7所述的用于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子葉片溫度的標(biāo)定方法，其特征在于，所述光電計(jì)數(shù)器(25)通過(guò)記錄轉(zhuǎn)過(guò)葉片數(shù)量，外部觸發(fā)激光器(14)并用于保證在不同轉(zhuǎn)速下的響應(yīng)頻率，來(lái)保障所述激光器(14)產(chǎn)生激勵(lì)光并能夠照射到帶有熒光涂層的葉片(9)，確保旋轉(zhuǎn)速度的同步性。
9.如權(quán)利要求7所述的用于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子葉片溫度的標(biāo)定方法，其特征在于，所述準(zhǔn)直器(16)在底部中心位置處開(kāi)圓形孔，用于安裝第一濾光片(21)使波長(zhǎng)600nm以上的光減少通過(guò)，用于減少高溫背景輻射的影響，在第一濾光片(21)下面中心位置安裝第二濾光片(22)用于阻止波長(zhǎng)355nm的光通過(guò)，用于減少激勵(lì)光對(duì)采集熒光信號(hào)的干擾；
10.如權(quán)利要求5所述的用于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子葉片溫度的標(biāo)定方法，其特征在于，所述葉片電機(jī)(18)、聯(lián)軸器(19)、電機(jī)移動(dòng)平臺(tái)(20)位于葉片伸入口(4)后方的高溫爐內(nèi)腔(2)外部；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子葉片溫度的標(biāo)定方法，其特征在于，所述標(biāo)定方法基于標(biāo)定裝置來(lái)實(shí)施，所述標(biāo)定裝置包括：高溫爐(1)、電機(jī)移動(dòng)平臺(tái)(20)、帶有熒光涂層的葉片(9)、光電計(jì)數(shù)器(25)、激光器(14)、光電探測(cè)器(17)、上位機(jī)(26)；
2.如權(quán)利要求1所述的用于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子葉片溫度的標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟2中，在溫度達(dá)到預(yù)先設(shè)定溫度時(shí)，啟動(dòng)電機(jī)移動(dòng)平臺(tái)(20)，通過(guò)聯(lián)軸器(19)將帶有熒光涂層的葉片(9)推入到高溫爐內(nèi)腔(2)，啟動(dòng)葉片電機(jī)(18)選定測(cè)量轉(zhuǎn)速，葉片(9)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的用于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子葉片溫度的標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟3中，在葉片電機(jī)(18)啟動(dòng)并調(diào)整到預(yù)定轉(zhuǎn)速時(shí)，由光電計(jì)數(shù)器(25)進(jìn)行轉(zhuǎn)子葉片計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到達(dá)一定次數(shù)時(shí)，由光電計(jì)數(shù)器(25)發(fā)送信號(hào)到激光器(14)進(jìn)行外部觸發(fā)發(fā)射激光。
4.如權(quán)利要求3所述的用于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子葉片溫度的標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟4中，觸發(fā)激光器(14)照射到熒光涂層的葉片(9)，在溫度和轉(zhuǎn)速已知的情況下，熒光涂層發(fā)出熒光信號(hào)經(jīng)過(guò)分光鏡(15)進(jìn)行分光處理，由準(zhǔn)直器(16)將熒光信號(hào)通過(guò)光纖(24)傳回光電探測(cè)器(17)，通過(guò)光電探測(cè)器(17)導(dǎo)入上位機(jī)(18)進(jìn)行熒光信號(hào)處理，擬合獲得熒光特性-溫度關(guān)系曲線。
5.如權(quán)利要求4所述的用于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子葉片溫度的標(biāo)定方法，其特征在于，所述高溫爐(1)用于模擬真實(shí)測(cè)溫環(huán)境，其內(nèi)部設(shè)有正方體結(jié)構(gòu)的高溫爐內(nèi)腔(2)，其正面中心部分安裝有法蘭盤(pán)(3)，后面中心部分安裝有葉片伸入口(4)、上面中心部分安裝有小型的石英觀測(cè)窗口(5)、石英觀測(cè)窗口(5)一側(cè)安裝充氣口(6)，石英觀測(cè)窗口(5...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王高，孫鵬，范東杰，梁海堅(jiān)，付巍，范錦瓏，王健，溫悅，蔡靜，楊永軍，張學(xué)聰，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中北大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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