CN102608067B - 用于实时测量气体-燃料混合物的当量比的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于实时测量气体-燃料混合物的当量比的系统和方法。提供一种实时监测燃气涡轮引擎的气体-燃料混合物的当量比。该系统包括设置在多个燃料喷嘴上用于将激光束直接或通过从燃料喷嘴的中心体或燃烧器管的表面反射激光束而间接传送通过气体-燃料混合物的多个光学探头。该系统还包括一个或多个检测器来测量从这些多个光学探头传送的激光束。此外，该系统包括用于采集并且处理来自该一个或多个检测器的信号用于实时确定喷嘴的气体-燃料混合物的当量比的数据采集子系统。

Description

用于实时测量气体-燃料混合物的当量比的系统和方法

技术领域

本发明大体上涉及确定气体-燃料混合物的当量比(equivalenceratio)并且更具体地涉及实时测量燃气涡轮引擎中的气体-燃料混合物的当量比的系统和方法。

背景技术

为了减少NO_x排放并且提高用于动力和推进系统的燃气涡轮引擎的寿命，广泛优选的是贫燃料预混燃烧(leanpremixedcombustion)。在贫燃料火焰中，主要的NO_x形成机制取决于局部火焰温度。以贫燃料/空气当量比运行的燃气涡轮引擎由于较低的火焰温度显著降低NO_x产生。另外，较低的火焰温度减少对例如燃烧衬套等燃气涡轮机部件的维护需要。从而，当量比对于燃气涡轮引擎运行是关键参数。然而，贫燃料预混燃烧易遭遇热声不稳定性和贫燃料熄火，由此降低效率并且增加排放。这进一步导致硬件损坏并且造成安全危害。

此外，热声不稳定性是在燃烧腔声频附近的自我维持的燃烧振荡，其是不稳定的热释放与压力振荡的闭环耦合的结果。已经进行密集的实验和理论工作来了解热声不稳定性的驱动机制，并且抑制在实验室规模和全尺寸的燃烧室(combustor)中的这些不稳定性。热释放波动可以产生压力振荡，这是很好理解的；然而，由此压力振荡引起热释放波动的机制不为人所熟知。当量比波动被认为是对于贫燃料燃气涡轮引擎燃烧系统中的热声不稳定性的最重要驱动机制中的一个。因为热声振荡中牵涉的复杂的物理和化学相互作用，难以预测这种不稳定的燃烧行为。因此，在不稳定的燃烧期间测量当量比波动对于监测燃气涡轮引擎中的热声不稳定性非常重要。另外，在当量比波动和热释放波动之间的测量的燃烧传递函数可以用于直接输入到分析模型来预测燃烧不稳定性。

已经使用He-Ne激光器的3.39μm波长输出的红外(IR)甲烷吸收来测量当量比，从而研究在预混不稳定燃烧(实验室规模)期间它对热释放的影响。还通过在相同的波长的激光吸收来测量局部燃料空气比，从而研究在预混燃烧器(premixedburner)中混合对NO_x排放的影响。相同的IR激光吸收技术也已经用于测量脉冲爆震引擎和内燃引擎中的燃料浓度。然而，He-Ne激光器对于环境条件是敏感的并且在多个离散波长同时发射漫辐射和相干光。另外，在3.39μm波长处的吸收是所有碳氢燃料所共有的碳-氢(CH)不对称伸缩键，而不同的碳氢化合物具有不同的吸收系数。因此，对于运行期间遇到的每个燃料混合物需要校准传感器。从而，IR吸收法对于燃气涡轮引擎中的实际应用具有限制。

此外，目前的燃气涡轮机运行依靠整体流拆分来估计平均火焰温度，并且从燃烧稳定性和如CO和NO_x等排放方面调整燃料/空气比用于最佳运行。然而，该方法的能力由于不确定的喷嘴到喷嘴和罐到罐流动变化而受到限制。

因此，不断地需要准确和快速地实时测量实际燃气涡轮引擎中的气体-燃料混合物的当量比。

发明内容

根据本发明的实施例，提供用于实时监测燃气涡轮引擎的气体-燃料混合物的当量比的系统。该系统包括多个设置在多个燃料喷嘴上用于将激光束直接或通过从燃料喷嘴的中心体或燃烧器管的表面反射激光束而间接传送通过气体-燃料混合物的光学探头。该系统还包括一个或多个检测器来测量从这些多个光学探头传送的激光束。此外，该系统包括用于采集并且处理来自该一个或多个检测器的信号的数据采集子系统来确定喷嘴的气体-燃料混合物的当量比。

根据本发明的实施例，提供监测燃气涡轮引擎的气体-燃料混合物的实时当量比的方法。该方法包括使用设置在该引擎的多个燃料喷嘴上的多个光学探头收发通过气体-燃料混合物的激光束。该方法还包括由一个或多个检测器感测直接或通过从燃料喷嘴的表面反射而间接传送通过气体-燃料混合物的激光束。该方法进一步包括通过数据采集子系统采集检测器信号。最后，该方法包括处理记录的信号来实时确定气体-燃料混合物的当量比。

根据本发明的实施例，提供制造用于实时监测燃气涡轮引擎的气体-燃料混合物的当量比的系统的方法。该方法包括提供可调谐二极管激光器来产生具有用于激光吸收测量的最佳波长的激光束。该方法还包括提供靠近燃料喷嘴用于直接或通过从燃料喷嘴的表面反射激光束而间接收发通过气体-燃料混合物的激光束的多个光学探头。该方法还包括抛光或涂装燃料喷嘴的表面来提高激光束的反射率。此外，该方法包括提供一个或多个检测器来测量来自光学探头的激光束。最后，该方法包括提供用于采集并且处理激光信号束的数据采集子系统用于确定气体-燃料混合物的当量比。

附图说明

当下列详细说明参照附图(其中所有图中相似的符号代表相似的部件)阅读时，本发明的这些和其他特征、方面和优势将变得更好理解，其中：

图1示出根据本发明的实施例的用于监测燃气涡轮机燃料喷嘴的气体-燃料混合物的当量比的系统。

图2图示根据本发明的实施例具有在燃烧器管上的多个光学探头设置的传感器系统。

图3示出根据本发明的实施例的燃烧器管上的光学探头的另一个设置。

图4示出根据本发明的实施例具有在燃气涡轮引擎的多个燃烧器管上的多个光学探头设置的传感器系统。

图5示出根据本发明的实施例制造用于实时监测引擎的气体-燃料混合物的当量比的传感器系统的方法的流程图。

图6是对于典型的贫燃料预混合燃气涡轮机燃烧室的模拟甲烷吸收光谱的图示的非限制性示例。

图7是根据本发明的实施例示出静态单元中的测量的吸收光谱的图示的非限制性示例。

图8示出根据本发明的实施例当注入偏置电流变化时测量的WMS-1f和-2f光谱的非限制性示例。

图9是根据本发明的实施例示出对于稳定条件测量的波长平均光谱学(WMS)第一谐波(1f)和第二谐波(2f)信号的图示的非限制性示例。

图10示出根据本发明的实施例对于稳定条件测量的第二谐波(2f)信号与第一谐波(1f)信号的比率的非限制性示例。

图11示出根据本发明的实施例对于稳定条件的快速傅里叶变换(FFT)光谱的非限制性实施例。

图12是根据本发明的实施例示出对于强制火焰条件(forcedflamecondition)测量的WMS-1f和-2f信号的图示的非限制性示例。

图13示出根据本发明的实施例对于强制火焰条件测量的当量比的非限制性示例。

图14示出根据本发明的实施例对于强制火焰条件的快速傅里叶变换(FFT)光谱的非限制性实施例。

图15示出根据本发明的实施例监测引擎的气体-燃料混合物的实时当量比的方法的流程图。

具体实施例

如在下文详细论述的，本发明的实施例针对以气体为燃料的燃气涡轮引擎中的当量比的非侵入性测量。如本文使用的，短语“当量比”指燃料-氧化剂比与燃料-氧化剂化学计量比的比率。本发明解决了实时监测引擎的气体-燃料混合物的当量比的系统和方法。

当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“该”和“所述”意在表示存在这些元件中的一个或多个。术语“包括”、“包含”和“具有”意在为包含性的并且表示可存在除列出的元件外的附加元件。运行参数的示例不排除公开的实施例的其他参数。

图1示出根据本发明的实施例用于监测引擎燃烧室的气体-燃料混合物11的当量比的传感器系统10。要注意到还可采用该传感器系统10来监测气体-燃料混合物的当量比并且由此观察燃气涡轮机、锅炉、加热器和炉的多种低排放、高性能燃烧腔的燃烧条件。引擎燃烧室12的剖视图示出具有燃烧器管14和靠近火焰的燃烧室12末端附近的中心体16。系统10包括靠近引擎喷嘴设置用于收发直接通过气体-燃料混合物11的信号束21的多个光学探头(18，20)。在一个实施例中，这些光学探头18、20是安装在燃烧器管14上的多个位置上的光纤耦合传感器探头。系统10进一步包括用于使用充当激光投掷器的光纤探头18中的一个产生被引导通过气体-燃料混合物11的激光束21的可调谐二极管激光器(TDL)22。在一个实施例中，TDL22是近红外TDL以提供基于1.65微米附近的甲烷的固定波长激光吸收的吸收传感器并且利用未燃烧的气体-燃料混合物中的大量的甲烷摩尔分数。激光束21的波长范围可从约1000nm变化至约4000nm。如示出的，光学探头20充当捕捉探头并且接收激光束21。系统10还包括用于分裂激光束21并且传送激光束21通过引擎中的多个燃料喷嘴的燃料-空气混合物的分束器或光学开关。系统10进一步包括用于调制激光波长来产生激光波长的最佳调制深度的激光控制器24。此外，系统10包括用于安装TDL传感器22的激光器座(未示出)。系统10还配置成具有一个传送通过充满校准气体(CH₄和N₂混合物)的静态单元的光路。对TDL吸收传感器实施该校准来确定线强度和激光设置点。系统10还包括检测器26，其感测激光束21并且引导信号到锁定放大器28用于解调感测的信号来同时恢复第一谐波(1f)和第二谐波(2f)信号。从而，锁定放大器28提高信噪比并且自动校正由于振动或窗口污染引起的传送变化。在一个实施例中，感测的信号由Perkin-Elmer锁定放大器(模式7280)解调来同时恢复具有0.5毫秒的时间常数的1f和2f信号。在另一个实施例中传感器系统10带宽可通过使用两个锁定放大器或软件锁定而提高。感测的信号束由数据采集(DAQ)系统30进一步处理。接收的信号束的该处理包括使用具有第二谐波检测的固定波长调制光谱学(WMS)技术用于测量燃气涡轮引擎的燃料-空气混合物的实时当量比。该波长调制光谱学(WMS)包含通过长度L(cm)的引擎燃烧室的均匀气体介质的单色辐射的传输系数τ(v)，其由比尔-朗伯定律给出：

其中I_t和I_o是传送和入射激光强度，S(cm^-2atm^-1)和是吸收特征的线强度和线形函数，并且P_i(大气)是吸收物种的分压。右手边中的近似对于光学上薄的样品都成立

在本发明中，激光波长v用角频率ω快速调制：

$v\left(t\right)=\stackrel{\‾}{v}+a\cos \left(\mathrm{\ωt}\right)---\left(2\right)$

其中v(cm^-1)是中心激光频率并且a(cm^-1)是调制深度。同时调制二极管激光器强度。

传输系数是ωt的周期偶函数并且从而可以采用傅里叶余弦级数展开：

$\mathrm{\τ}(\stackrel{\‾}{v}+a\cos \left(\mathrm{\ωt}\right)]=\underset{k=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{H}_k(\stackrel{\‾}{v},a)\cos \left(\mathrm{k\ωt}\right),---\left(3\right)$

并且第二谐波傅里叶分量由以下给出：

对于WMS检测，锁定放大器28用于通过使检测器信号乘以频率2ω的正弦参考信号测量第二谐波(2f)信号。该技术对于吸收线形状曲率敏感并且对于低频噪声不敏感。从而，WMS2f检测从抗噪性和敏感性方面提供超过直接吸收的益处。锁定放大器28充当带通滤波器并且将噪声排斥在锁定带宽外。另外，WMS测量消除在波长扫描直接吸收测量中要求的难以解决的基线拟合的需要，尤其在弱吸收的情况下是如此。最后，采用1f信号的WMS-2f信号的标准化去除校准和考虑由于束转向、散射和窗口污染引起激光传输变化的需要。这样的标准化对于考虑内在激光传输变化的燃气涡轮机燃烧室中的实际应用是重要的。

在本发明中，TDL22包含使用具有第二谐波检测的固定波长WMS来简化数据处理并且便于实时测量当量比。激光波长设置在吸收特征的线中心以最大化WMS-2f信号。

如果线形函数不随测试条件而变化，测量的2f/1f比与吸收物种的分压成正比例。当气体压力和温度由压力换能器和热电偶测量时，则利用已知的燃料组成从测量的比来确定当量比。

本系统10的DAQ系统30包括电子信号处理器，其适用于并且配置成分析和处理从锁定放大器28或相反直接从检测器26接收的实时数据。应该注意到，本发明的实施例不限于用于执行本发明的处理任务的任何特定处理器。术语“电子信号处理器”(当该术语在本文使用时)意在指示任何能够执行对于执行本发明的任务必需的计算或运算的机器。术语“处理器”意在指示任何能够接受结构化输入并且根据规定的规则处理该输入以产生输出的机器。还应该注意到，如本文使用的短语“配置成”意思是处理器装配有用于执行本发明的任务的硬件和软件的组合，如将由本领域内技术人员理解的。系统10还包括信号发生器32，其基于从光学探头18、20接收的数据和由DAQ系统30对接收的数据的处理产生输出信号。

图2图示根据本发明的实施例具有在引擎燃烧室56上的多个光学探头52、54设置的传感器系统50。该系统50描绘了具有燃烧器管58和中心体60的引擎燃烧室56的剖视图。这些光学探头52、54周向地设置在该燃烧器管58上用于间接收发通过气体-燃料混合物62的激光束64。在该实施例中，这些多个光学探头52、54通过从燃料喷嘴的中心体60的表面反射信号束而间接收发信号束64。第一光学探头52和第二光学探头54安装在燃烧器管上使得传送的信号激光束60对着中心体60的表面处的最佳角度。为了本系统50的高性能，中心体60的表面可抛光或涂装或处理以获得相当大的反射率。

图3示出根据本发明的另一个实施例具有在引擎燃烧室76上的多个光学探头72、74设置的另一个传感器系统70。该系统70描绘了具有燃烧器管78和中心体84的引擎燃烧室76的剖视图。第一光学探头72和第二光学探头74安装在燃烧器管78上使得探头都互相挨着位于单个端口上。这些多个光学探头72、74通过从引擎的中心体84的表面反射激光束而间接收发通过气体-燃料混合物82的激光束80。第二光学探头74充当捕捉探头并且接收引擎燃烧室76的中心体84的表面所反射的激光束的一部分。

图4示出根据本发明的实施例具有在燃气涡轮引擎110上的多个光学探头104、106设置的传感器系统100。燃气涡轮机110的典型的剖视图示出具有包括多个喷嘴和多个周向环抱多个中心体109的燃烧器管108的罐。如图示的，多个光学探头104、106安装在一个这样的燃烧器管上用于通过从燃气涡轮引擎110的中心体表面反射信号束而间接收发通过气体-燃料混合物的信号束。要理解多个光学探头可安装在多个燃烧器管上用于同时监测靠近燃气涡轮引擎110的多个喷嘴的当量比。采用非限制性方式，光学探头的各种设置的先前论述的任何实施例可用于在该实施例中将探头安装在多个燃烧器管上。传感器系统100还包括用于产生由光学探头引导进入引擎的气体-燃料混合物的激光束用于检测当量比的激光装置112。如示出的，激光控制器114配置成调制激光波长来产生测量当量比所需要的激光束的最佳调制深度。此外，传感器系统100包括检测器116，其测量激光信号并且将信号引导到数据采集系统(DAQ)118。DAQ118处理接收的信号来确定燃气涡轮引擎110中的气体-燃料混合物的实时当量比。

图5示出根据本发明的实施例制造用于实时监测引擎的气体-燃料混合物的当量比的传感器系统的方法200的流程图。在步骤202，该方法包括提供可调谐二极管激光器(TDL)传感器以产生处于由燃料中的气体组分强烈吸收的波长的激光束。在步骤204，该方法包括提供靠近喷嘴的多个光学探头用于直接收发或通过从燃料喷嘴的表面反射激光束而间接收发通过气体-燃料混合物的激光束。此外，在步骤206，该方法包括抛光或涂装燃料喷嘴的表面。在208，该方法还包括提供一个或多个检测器用于感测来自光学探头的信号束。最后在步骤210，该方法包括提供用于采集并且处理信号束的数据采集子系统用于确定燃料-空气混合物的当量比。该传感器系统还包括信号发生器，其充分地产生输出信号，这些输出信号示出在引擎燃烧室中的多个条件下作为各种参数的函数的实时当量比。此外，该方法200包括提供用于解调检测器信号的激光控制器和锁定放大器用于同时恢复第一谐波(1f)和第二谐波(2f)信号来提高信噪比、自动传输校正并且去除对于校正的需要。此外，该方法200还包括提供分束器用于：将信号束分裂成第一信号束和第二信号束；传送该第一信号束通过燃气涡轮引擎的燃料-空气混合物；以及传送该第二信号束通过静态单元用于确定激光设置点。

通过非限制性示例，甲烷吸收光谱220的图示在图6中示出。针对典型的贫燃料预混燃气涡轮机燃烧室条件(1个大气压，空气中6％的甲烷，气体介质长度L＝7cm并且温度＝700K)模拟该吸收光谱220。x轴222代表采用厘米倒数(cm^-1)单位的波数。Y轴224代表吸收。在本发明中，对于当量比的实时TDL传感器基于1.65μm(6047cm^-1波数)附近的甲烷的近IR吸收，如由曲线226示出的。对于甲烷吸收测量存在来自空气中其他物种的最小干扰。1653.725nm附近的线在大气压力下很好地隔离，并且从而选择以用于本TDL传感器。

本TDL传感器与先前的基于He-Ne激光的红外(IR)吸收的传感器相比存在若干优势。首先，近IR光纤耦合TDL传感器利用分布式反馈(DFB)电信二极管激光器、近IR光纤和光学器件的成熟技术，并且从而具有高得多的信噪比(SNR)。其次，DFB二极管激光器输出波长和功率是非常稳定的，并且利用温度和注入电流容易地调谐激光波长。波长调制光谱学与第二谐波检测结合来提高TDL传感器灵敏度和准确性。第三，近IRTDL传感器通过使用1f标准化对来自窗口污染或束转向的传输损耗不敏感。在近IR的甲烷(CH₄)吸收水平更适合于视线应用来确保足够的传输和吸收。1.65μm附近的吸光度保持在大约3-4％，其对于WMS-2f测量是理想的。

此外，在一个实施例中，在很好控制的环境中使用具有N₂中5.44％CH₄的混合物的静态单元对本TDL传感器实施校准来确定线强度并且找到激光设置点。对于直接吸收测量，利用在100Hz频率的线性电流斜坡来调谐激光波长。图7是根据本发明的实施例示出在静态单元(1个大气压，297K温度，气体介质长度L＝4.5cm)中1653.725nm附近测量的甲烷吸收线形的图示250的非限制性示例。使用Voigt线型最佳拟合试验曲线，并且在上面板252中示出残差(由峰值吸光度标准化的拟合和数据之间的差)。该吸收特征的线强度可以使用积分吸光度面积推断。

对于WMS测量，正弦调制激光波长。图8示出根据本发明的实施例当注入偏置电流从65变化至85毫安(mA)时测量的WMS-1f和-2f光谱的非限制性示例。1f信号由于幅度调制而具有大的偏移。因为2f信号在吸收线中心处达到峰值，激光波长可以通过对于固定波长WMS测量最大化2f信号而锁定。在每个燃烧测试之前重复该过程来确保正确的激光设置点。

通过另一个非限制性示例，图9示出根据本发明的实施例在稳定条件下测量的WMS-1f和-2f信号的图示270。对于TDL传感器实现具有0.5ms的锁定时间常数的0.5ms时间分辨率。如在图10中示出的测量的比280是不稳定的，可能由于不稳定的紊流混合所引起。图11示出对于稳定条件的数据290的快速傅里叶变换(FFT)光谱的非限制性示例。在该FFT光谱上没有发现明显的频率，其指示沿着传感器视线波动的随机当量比。

通过非限制性示例，图12示出在强制火焰条件下对于0.177kg/s的空气流和297K的入口空气温度测量的WMS-1f和-2f信号的图示300的非限制性示例。在该非限制性示例中，燃料流率是恒定的，所以燃烧室出口附近的当量比由于空气流率变化而改变。图12图示对于42Hz(平均＝0.63)强迫频率(forcingfrequecny)的WMS-1f和-2f信号测量的时间历史。可以从1f信号中看到激光传输信号正波动，可能由于窗口和测试台的振动引起。该结果清楚地表明具有使用1f标准化的自动传输校正的TDL传感器的优势。图13和14示出对于强制火焰测量的当量比310和快速傅里叶变换(FFT)光谱320的非限制性示例。主要振荡模式(42Hz)和谐波可以从FFT光谱中清楚地看到。基本模式的零到峰值当量比振荡是约0.069。在没有1f标准化情况下，峰值当量比振荡将是0.075(比实际值高9％)。该结果表明快速TDL传感器可以用于准确地表征燃气涡轮机燃烧室中的当量比波动。

图15示出根据本发明的实施例监测引擎的气体-燃料混合物的实时当量比的方法400的流程图。在步骤402，该方法包括使用靠近引擎的燃料喷嘴设置的多个光学探头收发通过气体-燃料混合物的信号束。这些信号束是由快速近红外可调谐二极管激光器(TDL)产生的激光束。该方法还包括校准TDL吸收传感器来确定线强度和激光设置点。如在图1中示出的，光学探头18安装在引擎燃烧室的燃烧器管上并且将激光束传送通过气体-燃料混合物到另一个光学探头20。在步骤404，该方法包括由一个或多个检测器(示出作为图1中的检测器26)感测直接传送或通过从喷嘴的表面反射而间接传送通过气体-燃料混合物的信号束。在步骤406，感测的信号束由数据采集子系统(如在图1中示出的DAQ系统30)进一步采集。在步骤406之前，感测的信号束由锁定放大器调制。最后在步骤408，该方法400包括处理该信号来实时确定气体-燃料混合物的当量比。

有利地，本方法和系统能够对每个涡轮机燃烧室实时直接测量气体-燃料比，并且从而直接提供火焰温度。气体-燃料比(和它的波动)的原位实时测量可以为燃烧室优化和控制提供有价值的信息，尤其是对于在燃烧罐中具有关多个喷嘴的燃气涡轮引擎是如此。另外，该方法可以提供在线数据来监测部分到部分和引擎到引擎部件变化。另外，本发明还为燃气涡轮机应用提供实际传感器设置。从而，本发明提供用于实时主动控制燃气涡轮机燃烧室以优化效率和可靠性的传感器。例如，实时当量比数据可以用于控制点火温度来提高引擎效率。在具有当量比波动的燃烧动力学情况下，该实时信号可以为主动控制系统提供反馈控制信号来抑制不稳定性。

此外，技术人员将认识到来自不同实施例的各种特征的互换性。相似地，描述的各种方法步骤和特征以及对于每个这样的方法和特征的其他已知的等同物可以由本领域内技术人员混合和匹配以根据本公开的原理构建另外的系统和技术。当然，要理解不是必须上文描述的所有这样的目的或优势可根据任何特别实施例实现。从而，例如，本领域内技术人员将认识到本文描述的系统和技术可采用实现或优化如本文教导的一个优势或一组优势的方式来体现或实施，而不必实现如可在本文中教导或启示的其他目的或优势。

尽管本文仅图示和描述本发明的某些特征，本领域内技术人员将想到许多修改和改变。因此，要理解附上的权利要求意在涵盖所有这样的修改和改变，它们落入本发明的真正精神内。

Claims (17)

1.一种用于实时监测燃气涡轮引擎的气体-燃料混合物的当量比的系统，所述系统包括：

多个光学探头，设置在多个燃料喷嘴上用于将激光束直接或通过从所述燃料喷嘴的中心体或燃烧器管的表面反射激光束而间接传送通过气体-燃料混合物；

一个或多个检测器，用于接收从所述多个光学探头传送的激光束；以及

数据采集子系统，用于采集并且处理来自所述一个或多个检测器的信号，且使用具有第二谐波信号检测的固定波长调制光谱学(WMS)技术以用于实时确定所述燃气涡轮引擎的所述气体-燃料混合物的当量比；

其中所述多个光学探头包括第一光学探头和第二光学探头，所述第一光学探头和第二光学探头周向或轴向安装在所述燃烧器管上使得在所述第一光学探头和第二光学探头之间传送的激光束在从所述燃料喷嘴的表面反射之后沿着对着所述表面处的最佳角度的路径而行。

2.如权利要求1所述的系统，其进一步包括多个激光装置、多个控制器和用于将激光束引导通过所述燃料喷嘴中的所述气体-燃料混合物的所述多个光学探头。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述多个光学探头设置在所述燃料喷嘴的燃烧器管上，其中所述燃料喷嘴安装在所述燃气涡轮引擎的环形燃烧腔上或燃烧室罐中。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述多个光学探头包括安装在所述燃烧器管上的多个位置上的光纤耦合传感器探头。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述第一光学探头配置成将所述激光束传送通过所述气体-燃料混合物或到所述燃料喷嘴的表面上，其中所述燃料喷嘴包括所述中心体或所述燃烧器管。

6.如权利要求1所述的系统，其中所述第二光学探头配置成接收直接或通过从所述燃料喷嘴的表面反射而间接传送通过气体-燃料混合物的激光束。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述第一光学探头和所述第二光学探头互相挨着位于所述燃烧器管上。

8.如权利要求2所述的系统，其中所述多个激光装置基于近红外或中红外激光。

9.如权利要求1所述的系统，其中所述激光束的波长范围从1000nm至4000nm。

10.如权利要求2所述的系统，其中所述激光装置中的一个包括用于吸收测量的快速近红外可调谐二极管激光器(TDL)。

11.如权利要求1所述的系统，其进一步包括用于测量第一谐波和第二谐波信号来提高信噪比并且自动校正由于振动或窗口污染引起的传输变化的锁定放大器。

12.如权利要求1所述的系统，进一步包括用于分裂所述激光束并且将所述激光束传送通过所述燃气涡轮引擎中的多个燃料喷嘴的所述气体-燃料混合物的分束器或光学开关。

13.一种监测燃气涡轮引擎的气体-燃料混合物的实时当量比的方法，所述方法包括：

使用设置在所述引擎的多个燃料喷嘴附近的多个光学探头收发通过气体-燃料混合物的激光束；

在所述多个光学探头中的第一光学探头和第二光学探头之间传送所述激光束，在从所述燃料喷嘴的表面反射之后沿着对着所述表面处的最佳角度的路径而行，其中所述第一光学探头和第二光学探头周向或轴向安装在所述燃料喷嘴的燃烧器管上；

由一个或多个检测器感测直接或通过从所述燃料喷嘴的表面反射而间接传送通过所述气体-燃料混合物的激光束；

通过数据采集子系统采集检测器信号；以及

使用具有第二谐波信号检测的固定波长调制光谱学(WMS)技术处理记录的信号来实时确定所述气体-燃料混合物的所述当量比。

14.如权利要求13所述的方法，其进一步包括校准可调谐二极管激光器用于确定线强度和激光设置点。

15.一种制造用于实时监测燃气涡轮引擎的气体-燃料混合物的当量比的系统的方法，所述方法包括：

提供可调谐二极管激光器来产生具有用于吸收测量的最佳波长的激光束；

提供靠近多个燃料喷嘴中一个燃料喷嘴的多个光学探头用于直接或通过从所述燃料喷嘴的表面反射激光束而间接收发通过气体-燃料混合物的激光束；

抛光或涂装所述燃料喷嘴的表面来提高所述激光束的反射率；

提供一个或多个检测器用于检测来自所述光学探头的激光束；以及

提供用于采集并且处理来自所述一个或多个检测器的信号的数据采集子系统，且使用具有第二谐波信号检测的固定波长调制光谱学(WMS)技术来实时确定所述气体-燃料混合物的当量比；

其中提供所述多个光学探头包括将第一光学探头和第二光学探头周向或轴向安装在所述燃料喷嘴的燃烧器管上，使得在所述第一光学探头和第二光学探头之间传送的所述激光束在从所述燃料喷嘴的表面反射之后沿着对着所述表面处的最佳角度的路径而行。

16.如权利要求15所述的方法，其进一步包括提供激光控制器和用于解调所述检测器信号以用于同时恢复第一谐波(1f)和第二谐波(2f)信号来提高信噪比的锁定放大器。

17.如权利要求15所述的方法，其进一步包括：提供分束器用于将信号束分裂成第一信号束和第二信号束；传送所述第一信号束通过所述燃气涡轮引擎的所述气体-燃料混合物；以及传送所述第二信号束通过静态单元用于确定激光设置点。