CN114323666A - 一种面向航空发动机燃烧室热释放率探测的紫外光传导装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向航空发动机燃烧室热释放率探测的紫外光传导装置，用于燃烧振荡主动控制，属于航空发动机信号探测与控制技术领域。本发明由耐高温紫外双凸透镜、准直器、光纤、滤光片固定装置、光纤‑光电二极管连接器组成。耐高温紫外双凸透镜将火焰光聚焦于准直器镜头前，准直器将火焰光进一步聚焦至光纤内，光纤将火焰光远距离传输；在滤光片固定装置中，火焰光先从光纤射出，经过滤光片后得到特定紫外波段的光信号，再重新耦合进光纤内传输，最终在光纤‑光电二极管连接器中，光信号从光纤出射孔精确射向光电二极管的感光面。本发明提供一种航空发动机燃烧室紫外光传导装置，具有光损耗低、结构简单、成本低的特点。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机燃烧室光传导技术，尤其是提供了一种面向航空发动机燃烧室热释放率探测的紫外光传导装置，用于燃烧振荡主动控制，属于航空发动机信号探测与控制技术领域。
技术背景
在航空发动机燃烧室处于贫油燃烧状态时，容易出现燃烧振荡现象，严重时会破坏燃烧室结构。为实现燃烧振荡的主动控制，有必要对燃烧振荡现象的主要特征进行探测，一种方法是对燃烧过程中的热释放率进行探测。燃烧产物中的羟基浓度决定羟基的发射光谱强度，而羟基浓度反映了燃烧过程中的热释放率。通过测量羟基发射光谱强度的波动可间接探测火焰热释放率波动，从而得到燃烧振荡的频率、相位、幅值。羟基发射光谱主要集中在紫外波段，可通过光电二极管采集，但光电二极管及其信号处理电路不能工作在靠近火焰的高温环境中，高温环境不仅会增加光电二极管的暗电流和采集电路的噪声，对测量结果造成影响，还会缩短电子元器件的寿命，因此需要相应的光传导装置，将紫外光传导至低温环境中。由于羟基发射光谱强度较低，且火焰光较为发散，实现羟基紫外发射光的远距离、低损耗传导具有一定的难度。
专利CN101414028A公开了一种新型紫外光传输光纤，但缺少相应的装置将发散的紫外光耦合进光纤内传输。专利CN103698899A公开了一种低损耗极紫外光传输系统，但羟基发射光谱波段并不在其适用波段内。
发明内容
本发明旨在解决航空发动机燃烧室微弱紫外光传导困难的问题，公开了一种面向航空发动机燃烧室热释放率探测的紫外光传导装置。本发明由耐高温紫外双凸透镜(1)、准直器(2)、第一光纤(3)、滤光片固定装置(4)、第二光纤(5)、光纤-光电二极管连接器(6)、光电二极管(7)组成，可实现航空发动机燃烧室紫外光信号远距离、低损耗传导，通过光电二极管测得的紫外光信号强度可反映燃烧室内的热释放率大小。
本发明的耐高温紫外双凸透镜(1)采用熔融石英材料，融化温度在2000K以上，热膨胀系数小，具有极高的热震稳定性，可稳定工作在航空发动机燃烧室恶劣环境中。其作用是将发散的火焰光聚焦成面积与准直器(2)镜头相等的近似平行光，并且该透镜上镀有紫外增透膜，增强紫外光的透过率，准直器再将聚焦形成的平行光进一步聚焦进第一光纤(3)内。第一光纤(3)可将光信号远距离、低损耗传输，滤光片固定装置(4)安装在第一光纤尾部，由两法兰盘和两准直器组成。滤光片置于两法兰盘之间，两法兰盘通过螺栓螺母连接，两法兰盘中心开有内螺纹，分别与两准直器通过螺纹装配固定，准直器镜头中心、法兰盘中心、滤光片中心共轴，第一光纤(3)内传输的光先经过准直器转为平行光，平行光经滤光片后只保留特定紫外波段光信号，经过滤光片后的平行光再通过准直器重新耦合至第二光纤(5)内，第二光纤内的光信号随后进入光纤-光电二极管连接器(6)，光纤-光电二极管连接器(6)一端开有外螺纹和圆孔，外螺纹与第二光纤(5)接头装配，第二光纤(5)接头的插芯从圆孔伸入，另一端开有外螺纹和带内槽的圆孔，外螺纹用于将光纤-光电二极管连接器(6)固定在其它装置上，光电二极管(7)可从带内槽的圆孔伸入，内槽用于光电二极管(7)的周向固定。光电二极管(7)端面和第二光纤(5)插芯端面在连接器内实现精准对接，保证第二光纤(5)内的光信号最终精准射向光电二极管(7)的感光面上，光纤-光电二极管连接器(6)还起到屏蔽外界光源干扰的作用。
本发明具有的明显优势是：
(1)、本发明提供了一种面向航空发动机燃烧室热释放率探测的紫外光传导装置，是航空发动机燃烧室微弱紫外光低损耗长距离传导的一种切实可行的方案。
(2)、本发明的滤光片固定装置，结构简单易拆卸，可方便的更换不同波长范围的滤光片，极大地降低了成本。
(3)、本发明的光纤-光电二极管连接器，以较低的成本实现了光纤与光电二极管的直接耦合，并可为光电二极管提供光学屏蔽。
附图说明
图1面向航空发动机燃烧室热释放率探测的紫外光传导装置原理示意图
其中：(1)、耐高温紫外双凸透镜，(2)、准直器，(3)、第一光纤，(4)、滤光片固定装置，(5)、第二光纤，(6)、光纤-光电二极管连接器，(7)光电二极管，(8)、航空发动机燃烧室。
图2滤光片固定装置示意图
图3光纤-光电二极管连接器示意图
具体实施方式
本发明提供一种面向航空发动机燃烧室热释放率探测的紫外光传导装置，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：一种面向航空发动机燃烧室热释放率探测的紫外光传导装置原理示意图如图1所示。由耐高温紫外双凸透镜(1)、准直器(2)、第一光纤(3)、滤光片固定装置(4)、第二光纤(5)、光纤-光电二极管连接器(6)、光电二极管(7)组成。
耐高温紫外双凸透镜(1)用于将发散的火焰光聚焦成面积与准直器(2)镜头相等的近似平行光，采用熔融石英材料，直径为50.8mm，焦距为60mm，透镜上镀有紫外增透膜，增强紫外光的透过率，增透膜波长范围为250-450nm。准直器(2)再将聚焦形成的平行光进一步聚焦，并耦合进第一光纤(3)内，准直器(2)镜头直径为10mm，焦距为15mm。第一光纤(3)将光信号远距离、低损耗传输，第一光纤(3)芯径为1000μm，总长度为1m，接头型号为SMA905。
滤光片固定装置(4)由两法兰盘和两准直器组成。滤光片置于两法兰盘之间，两法兰盘通过M3.5螺栓螺母连接，两法兰盘中心开有3/8-24UNF内螺纹，分别与两准直器通过螺纹装配固定，准直器镜头直径为6mm，焦距为10mm，准直器镜头中心、法兰盘中心、滤光片中心共轴。第一光纤(3)内传输的光先经过准直器转为平行光，平行光经滤光片后只保留特定紫外波段的光信号，经过滤光片后的平行光再通过准直器重新耦合至第二光纤(5)内。第二光纤芯径为1000μm，长度为36mm，接头类型为SMA905，滤光片的中心波长为317nm，带宽为20nm；
光纤-光电二极管连接器(6)其一端开有1/4-36UNS外螺纹和直径3.2mm、深度10mm的圆孔，1/4-36UNS外螺纹与第二光纤(5)接头装配，第二光纤(5)接头的插芯从圆孔伸入，另一端开有M10外螺纹和带内槽的圆孔，圆孔直径5.5mm、深度12mm，光电二极管(7)从圆孔伸入，内槽用于光电二极管(7)周向固定，光电二极管(7)端面和第二光纤(5)插芯端面在连接器内实现精准对接。根据光电二极管探测到的紫外光信号强度，可以反映热释放率大小。
由此本发明给出功能有效且运行可靠的解决方案，可以实现航空发动机燃烧室微弱紫外光低损耗、长距离传导。可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种面向航空发动机燃烧室热释放率探测的紫外光传导装置，其特征在于：由耐高温紫外双凸透镜(1)、准直器(2)、第一光纤(3)、滤光片固定装置(4)、第二光纤(5)、光纤-光电二极管连接器(6)、光电二极管(7)组成；所述的耐高温紫外双凸透镜(1)用于将航空发动机燃烧室火焰光聚焦于准直器(2)镜头前；所述的准直器(2)用于将火焰光进一步聚焦进第一光纤(3)内；所述的第一光纤(3)用于长距离低损耗传输火焰光信号；所述的滤光片固定装置(4)由法兰盘和准直器组成，用于将滤光片固定在光路中；所述的第二光纤(5)用于连接滤光片固定装置(4)和光纤-光电二极管连接器(6)；所述的光纤-光电二极管连接器(6)用于光纤与光电二极管的耦合，并起到屏蔽外界光源干扰的作用。
2.根据权利要求1所述的一种面向航空发动机燃烧室热释放率探测的紫外光传导装置，其特征在于：所述的耐高温紫外双凸透镜(1)采用紫外熔融石英材料，用于将发散的火焰光聚焦成面积与准直器(2)镜头相等的近似平行光，并且该透镜上镀有紫外增透膜，增强紫外光的透过率。
3.根据权利要求1所述的一种面向航空发动机燃烧室热释放率探测的紫外光传导装置，其特征在于：所述的滤光片固定装置(4)由两法兰盘和两准直器组成，滤光片置于两法兰盘之间，两法兰盘通过螺栓螺母连接，两法兰盘中心开有内螺纹，分别与两准直器通过螺纹装配固定，准直器镜头中心、法兰盘中心、滤光片中心共轴，光纤内传输的光先经过准直器转为平行光，平行光经滤光片后只保留特定紫外波段的光信号，经过滤光片后的平行光再通过准直器重新耦合进第二光纤(5)内。
4.根据权利要求1所述的一种面向航空发动机燃烧室热释放率探测的紫外光传导装置，其特征在于：所述的光纤-光电二极管连接器(6)，其一端开有外螺纹和圆孔，外螺纹与第二光纤(5)接头装配，光纤接头的插芯从圆孔伸入，另一端开有外螺纹和带内槽的圆孔，外螺纹用于将光纤-光电二极管连接器(6)固定在其它装置上，光电二极管(7)从带内槽的圆孔伸入，内槽用于光电二极管(7)的周向固定，光电二极管(7)端面和第二光纤(5)插芯端面在连接器内实现精准对接，使第二光纤(5)出射光能够精确射向光电二极管(7)的感光面。
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