【技术实现步骤摘要】
发动机尾喷流颗粒物参数监测装置与方法
本专利技术属于航空航天
，涉及一种发动机尾喷流颗粒物参数监测装置与方法。
技术介绍
航空发动机、火箭发动机、冲压发动机及新型发动机等航空航天发动机排气尾喷流通常是以超声速排出喷管的燃烧产物，其在喷管出口处会进一步扩散、膨胀，形成发光发热的流场。发动机是航空航天飞行器的心脏，技术复杂，且可靠性要求极高。不仅要在高温、大应力等苛刻条件下工作，还需要经常变换工况，因此，发动机安全监控是发动机试验与运行的重要内容之一。发动机在地面试验和飞行过程中，由于高温、高压、强振动等恶劣的工作条件和疲劳、蠕变、材料老化等因素的影响，涡轮叶片、轮盘等关键结构部件因碰磨或涂层脱落不可避免地产生损伤，颗粒物进入尾喷流能在高温下发射出足够强的紫外及可见发射光谱，表现出“火星”特征，这给发动机工作状态的评估和实时检测与诊断提供了一种技术途径。发动机尾喷流颗粒物参数监测可以为发动机工作状态安全评估提供重要支撑，而目前尚无有效的发动机尾喷流颗粒物参数监测手段。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种发动机尾喷流颗粒物参数监测装置与方法，通过同时测量高速尾喷流颗粒散射光与辐射光，建立发动机尾喷流颗粒物粒径、浓度、组分等参数分析与来源识别，以及与辐射温度、辐射率、辐射强度等辐射参数算法，同步监测尾喷流颗粒物粒径、浓度、组分等参数与来源，以及辐射温度、辐射率、辐射强度等辐射参数，同时快速触发三维图像测量捕获颗粒三维图像，进一步确定颗粒三维大小、表面形态，明确颗粒来源，从而通过尾喷...
【技术保护点】
1.一种发动机尾喷流颗粒物参数监测装置，通过尾喷流颗粒物参数评估发动机工作安全状态，其特征在于，/n发动机尾喷流颗粒物参数监测装置具有辐射测量、颗粒测量与同步测量三种工作方式，同步监测尾喷流颗粒物粒径、浓度、组分等参数与来源，以及辐射温度、辐射率、辐射强度等辐射参数，同时快速触发三维图像测量捕获颗粒三维图像，来评估发动机工作安全状态，包括：/n激光光源部，位于发动机尾喷流一侧，用于产生不同波长的入射激光；/n光接收探测部，位于发动机尾喷流另一侧，用于接收辐射光或散射光，转换为电信号，并发出颗粒监测触发信号；/n颗粒三维成像部，接收颗粒监测触发信号后开始工作，通过背光成像及三维投影重构获得颗粒三维图像；以及/n颗粒物监测处理部，用于控制激光光源部与光接收探测部工作模式，/n其中，所述颗粒物监测处理部分别与所述激光光源部、所述光电探测部以及颗粒三维成像部通信连接，按照辐射测量、颗粒测量与同步测量三种工作方式控制所述激光光源部、所述光电探测部工作模式，并处理、保存与显示发动机尾喷流颗粒物参数，从而评估发动机工作安全状态。/n
【技术特征摘要】
1.一种发动机尾喷流颗粒物参数监测装置，通过尾喷流颗粒物参数评估发动机工作安全状态，其特征在于，
发动机尾喷流颗粒物参数监测装置具有辐射测量、颗粒测量与同步测量三种工作方式，同步监测尾喷流颗粒物粒径、浓度、组分等参数与来源，以及辐射温度、辐射率、辐射强度等辐射参数，同时快速触发三维图像测量捕获颗粒三维图像，来评估发动机工作安全状态，包括：
激光光源部，位于发动机尾喷流一侧，用于产生不同波长的入射激光；
光接收探测部，位于发动机尾喷流另一侧，用于接收辐射光或散射光，转换为电信号，并发出颗粒监测触发信号；
颗粒三维成像部，接收颗粒监测触发信号后开始工作，通过背光成像及三维投影重构获得颗粒三维图像；以及
颗粒物监测处理部，用于控制激光光源部与光接收探测部工作模式，
其中，所述颗粒物监测处理部分别与所述激光光源部、所述光电探测部以及颗粒三维成像部通信连接，按照辐射测量、颗粒测量与同步测量三种工作方式控制所述激光光源部、所述光电探测部工作模式，并处理、保存与显示发动机尾喷流颗粒物参数，从而评估发动机工作安全状态。
2.根据权利要求1所述的发动机尾喷流颗粒物参数监测装置，其特征在于：
其中，所述激光光源部包括激光控制器、多个激光器、光纤耦合器、准直器，
所述颗粒物监测处理部控制所述激光控制器的工作模式、激光器波长及激光输出强度参数，
所述激光控制器是由特征信号测试处理部通过控制信号电缆控制开启和关闭两种工作模式、激光器波长及激光输出强度参数，
所述激光器产生的激光经光纤输出至光纤耦合器中，
所述光纤耦合器接收激光器产生的激光并将激光耦合到输出光纤，
所述准直器与所述光纤耦合器连接并输出激光照射测量区。
3.根据权利要求1所述的发动机尾喷流颗粒物参数监测装置，其特征在于：
其中，所述光接收探测部包括滤波衰减器、汇光光纤耦合器、光纤、准直器、光栅、多个光电探测器以及光电探测处理器，
所述滤波衰减器有滤光与无滤光两种可控工作模式，
所述尾喷流辐射光、所述激光光源部产生的激光或两者混合光照射尾喷流测量区颗粒产生的颗粒散射光经所述滤波衰减器后进入光纤耦合器，
所述滤波衰减器与所述光纤耦合器设置在同一直线上，该直线与所述激光光源部发出激光的照射方向的角度为锐角，
所述准直器与所述光纤耦合器通过光纤连接，将所述颗粒散射光进行准直后的准直激光照射在所述光栅上，
所述光栅接收所述准直激光后按照波长分成多束分光，
所述多个所述光电探测器分别接收多束所述分光后将光信号转变为电信号通过电缆输出，
所述光电探测处理器采集多个所述光电探测器输出的所述电信号并将所述电信号转变为数字信号，获得不同波长光的强度，并输出至所述颗粒物监测处理部，并发出颗粒监测触发信号至所述颗粒三维成像部。
4.根据权利要求1所述的发动机尾喷流颗粒物参数监测装置，其特征在于：
其中，所述颗粒三维成像部包括至少两组光路、颗粒三维成像处理器以及触发器，
每组光路上有光源、镜头与工业相机，
所述触发器接收所述光接收探测部输出的颗粒监测触发信号后，触发所述颗粒三维成像处理器工作，从而控制所述光路上的光源、镜头以及工业相机的工作。
5.根据权利要求3所述的发动机尾喷流颗粒物参数监测装置，其特征在于：
其中，所述颗粒物监测处理部连接所述激光控制器，用于控制入射激光的产生与关闭、波长及强度，
所述颗粒物监测处理部连接所述滤波衰减器，用于控制所述滤波衰减器的工作模式，
所述颗粒物监测处理部连接所述光电探测处理器，用于获取辐射光或散射光的强度，基于建立的发动机尾喷流颗粒物参数分析算法，同步得到尾喷流颗粒物参数。
6.一种采用权利要求1-5中任意一种所述的发动机尾喷流颗粒物参数监测装置对发动机尾喷流颗粒物参数进行监测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将发动机尾喷流颗粒物参数监测装置设置在发动机尾喷流两侧；
S2：确定发动机尾喷流颗粒物参数监测装置工作方式；
S3：打开发动机尾喷流颗粒物参数监测装置，开展发动机尾喷流颗粒物参数监测；
S4：基于建立的发动机尾喷流颗粒物分析算法来实时获得颗粒物粒径、浓度、组分等参数、三维图像与来源，从而通过尾喷流颗粒物参数评估发动机工作安全状态。
7.根据权利要求6所述的发动机尾喷流颗粒物参数监测方法，其特征在于：
其中，对应发动机尾喷流颗粒物参数监测装置采用的辐射测量、颗粒测量与同步测量三种工作方式，发动机尾喷流颗粒物参数监测方法包括三种方法：
对应发动机尾喷流颗粒物参数监测装置采用的辐射测量工作方式，发动机尾喷流颗粒物参数监测方法采用光接收探测部获得的尾喷流紫外、可见、红外波段不同波长尾喷流辐射光强度数据，数据具有尾喷流辐射连续特征与颗粒辐射特征谱线两种特征，将两种特征剥离：根据颗粒辐射特征谱线得到谱线波长、谱线强度参数，通过颗粒组分反演算法确定颗粒组分及浓度，根据辐射特征谱线波长、谱线强度、颗粒组分及浓度信息，通过颗粒来源识别算法分析得到颗粒来源；根据尾喷流辐射连续特征，通过尾喷流辐射温度、辐射率、辐射强度等辐射参数反演算法，获得尾喷流辐射温度、辐射率、辐射强度等辐射参数；进而通过尾喷流颗粒物参数评估发动机工作安全状态，
对应发动机尾喷流颗粒物参数监测测量装置采用的颗粒测量工作方式，发动机尾喷流颗粒物参数监测方法采用光接收探测部获得的过滤尾喷流辐射光的不同波长散射激光的强度数据，为试验中光接收探测部探测获得的光信号，即为不同波长散射激光的强度，对于激光光源部的多个激光器，便有多个信号峰值，从而得到不同波长激光散射光强I，通过颗粒粒径与浓度参数同步反演算法，同步获得尾喷流颗粒粒径与浓度参数，进而通过尾喷流颗粒物参数评估发动机工作安全状态，
对应发动机尾喷流颗粒物参数监测装置采用的同步测量工作方式，发动机尾喷流颗粒物参数监测方法采用光接收探测部获得的不同波长的辐射光与散射激光混合光的强度数据，为试验中光接收探测部探测获得的光信号，即为不同波长的辐射光与散射激光...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨斌，陈佳辉，王学峰，王继，陈晓龙，陈坚，强科杰，王志新，李辉，潘科玮，邱聪聪，牛禄，
申请(专利权)人：上海理工大学，上海新力动力设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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