一种多层热障涂层及其基于磷光的表层及底层测温方法技术

本发明专利技术涉及一种多层热障涂层及其基于磷光的表层和底层的温度测量方法，该方法以陶瓷基磷光物质发出的磷光在特征波段的光强比对温度的敏感性为原理，基于热障涂层对激发光和磷光的通透性，通过在陶瓷涂层的表层和底层掺杂不同种磷光物质，同时激发这两种磷光物质并对其所发出的磷光采集分析，实现对涂层表层和底层的同时测温。该方法避免了传统热障涂层测温方法中的环境气体吸收干扰和接触式测量对涂层结构的破坏和带来的结果的误差，也实现了对热障涂层隔热效果的评定。

A multilayer thermal barrier coating and its surface and bottom temperature measurement method based on phosphorescence

【技术实现步骤摘要】
一种多层热障涂层及其基于磷光的表层及底层测温方法
本专利技术涉及非接触固体温度测量领域，特别是涉及一种多层热障涂层及其基于磷光的表层及底层测温方法。
技术介绍
随着航空航天技术的不断发展，航空发动机的涡轮前温度已经远超金属材料的耐温极限。在此种情况下，航空发动机热障涂层作为一种解决方案，通过在高温部件表面涂覆高热阻材料达到隔热效果，热障涂层的主要材料为耐高温陶瓷，通过一层以氧化铝为主要成分的粘结层与金属基材粘结。现有航空发动机的热障涂层测温主要存在下面的两个问题：隔热效果不易评价以及使用寿命不足；这就需要通过对热障涂层的表面和粘结层附近温度进行测量以便评价其性能。目前，可用的测温技术主要为红外法和薄膜热电偶，但是，红外法测温存在容易受航空发动机气体吸收及材料表面发射率影响的测试缺陷，测温结果存在很大的误差；薄膜热电偶受到造价、不利于更换拆卸以及引线等因素的限制，且接触测量温度容易对结构造成损伤，从而增大测温结果误差；因此，由于传统的热障涂层温度测试方法存在燃气气体吸收干扰和接触测量对结构的破坏等问题，导致最终的测温结果误差大且无法评价其隔热效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多层热障涂层及其基于磷光的表层及底层测温方法，以解决由于传统的温度测试存在燃气气体吸收干扰和接触测量对结构的破坏从而导致测温结果不准确及无法对隔热效果进行评价的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种多层热障涂层，包括：表层温敏层、普通隔热层以及底层温敏层；所述普通隔热层设于所述表层温敏层以及所述底层温敏层之间；表层温敏层由陶瓷基材和第一磷光物质掺混而成；所述底层温敏层由陶瓷基材和第二磷光物质掺混而成；所述底层温敏层的底部设有金属粘结层；所述第一磷光物质与所述第二磷光物质发光的两个光强峰值互相不重叠；利用两种不同的激发光分别激发所述第一磷光物质以及所述第二磷光物质，并分别对所述第一磷光物质发出的第一磷光以及所述第二磷光物质发出的第二磷光进行采集分析，基于对所述第一磷光以及所述第二磷光的分析结果，同时对所述表层温敏层以及所述底层温敏层的温度进行测量。可选的，所述表层温敏层的厚度占所述热障涂层的整体厚度的10％以下；所述底层温敏层的厚度占所述热障涂层的整体厚度的10％以下。一种基于磷光的多层热障涂层的表层及底层测温方法，所述测量方法应用于权利要求1-2任一项所述基于磷光的热障涂层，所述测量方法包括：由空气向表层温敏层及底层温敏层发射第一激发光以及第二激发光；所述第一激发光激发第一磷光物质；所述第二激发光激发第二磷光物质；选择所述两种不同的激发光时，当利用第一激发光激发所述第一磷光物质，所述第一激发光对所述第二磷光物质不激发或激发低于激发阈值；当利用第二激发光激发所述第二磷光物质，所述第二激发光对所述第一磷光物质不激发或激发低于激发阈值；所述第一激发光在所述表面温敏层内传播时，所述第一磷光物质被激发出第一磷光，所述第二激发光在所述底层温敏层内传播时，所述第二磷光物质被激发出第二磷光；对所述第一磷光以及所述第二磷光进行分光处理，确定多束光束；对每一束的光束进行滤波处理，确定滤波后的光束；根据所述滤波后的光束确定第一向外光强、第二向外光强、第三向外光强和第四向外光强；根据所述第一向外光强和所述第二向外光强确定第一光强比；根据所述第三向外光强和所述第四向外光强确定第二光强比；基于标定中获得的表层温敏层及底层温敏层的光强比-温度关系，根据所述第一光强比以及所述第二光强比确定所述表层温敏层的温度以及所述底层温敏层的温度。可选的，所述对所述第一磷光以及所述第二磷光进行分光处理，确定多束光束，具体包括：利用光学探头或视窗对所述第一磷光以及所述第二磷光进行采集，并使用光学分束装置将所述第一磷光以及所述第二磷光分为四束光；在采集和分束的过程中保持所述第一磷光以及所述第二磷光的二维信息；所述二维信息为所述第一磷光以及所述第二磷光在平面上的光强分布。可选的，所述对每一束的光束进行滤波处理，确定滤波后的光束，具体包括：利用以所述第一磷光的特征波段为λ1为滤光通过波段的滤光片对第一束光进行滤光，获得λ1波段光；利用以所述的第一磷光的特征波段为λ2为滤光通过波段的滤光片对第二束光进行滤光，获得λ2波段光；利用以所述的第二磷光的特征波段为λ3为滤光通过波段的滤光片对第三束光进行滤光，获得λ3波段光；利用以所述的第二磷光的特征波段为λ4为滤光通过波段的滤光片对第四束光进行滤光，获得λ4波段光；所述滤波后的光束包括λ1波段光、λ2波段光λ3波段光以及λ4波段光。可选的，所述根据所述滤波后的光束确定第一向外光强、第二向外光强、第三向外光强和第四向外光强，具体包括：利用具有二维感光功能的光电传感器，对所述λ1波段光、所述λ2波段光、所述λ3波段光以及所述λ4波段光进行测定，经过曝光后获得对应的灰度值；所述对应的灰度值分别为波长为λ1的第一向外光强、波长为λ2的第二向外光强、波长为λ3的第三向外光强以及波长为λ4的第四向外光强。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供了一种多层热障涂层及其基于磷光的表层和底层的温度测量方法，以陶瓷基材和磷光物质不同波长的光强比对温度的敏感性为原理，基于陶瓷基材对磷光的通透性，通过在陶瓷基材的不同位置掺杂不同种磷光物质，同时采集来自不同位置的磷光，计算不同位置的光强比，实现对基材表层和底层的同时测温；附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术所提供的多层热障涂层结构图；图2为本专利技术所提供的基于磷光的多层热障涂层的表层及底层测温方法流程图。符号说明：表层温敏层1普通隔热层2底层温敏层3空气4底层温敏层5。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种多层热障涂层及其基于磷光的表层及底层测温方法，能够避免热障涂层温度测试时燃气气体吸收干扰和接触测量对结构的破坏等问题，降低测温结果误差，能够弥补热障涂层测温方法无法测量热障涂层底部温度的空白，实现对热障涂层隔热效果的评估。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。实施例一图1为本专利技术所提供的多层热障涂层结构图，如图1所示，一种基于磷光的热障涂层，包括：表层温敏层1、普通隔热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多层热障涂层，其特征在于，包括：表层温敏层、隔热层以及底层温敏层；/n所述隔热层设于所述表层温敏层以及所述底层温敏层之间；表层温敏层由陶瓷基材和第一磷光物质掺混而成；所述底层温敏层由陶瓷基材和第二磷光物质掺混而成；所述底层温敏层的底部设有金属粘结层；所述第一磷光物质与所述第二磷光物质发光的两个光强峰值互相不重叠；利用两种不同的激发光分别激发所述第一磷光物质以及所述第二磷光物质，并分别对所述第一磷光物质发出的第一磷光以及所述第二磷光物质发出的第二磷光进行采集分析，基于对所述第一磷光以及所述第二磷光的分析结果，同时对所述表层温敏层以及所述底层温敏层的温度进行测量。/n

【技术特征摘要】
1.一种多层热障涂层，其特征在于，包括：表层温敏层、隔热层以及底层温敏层；
所述隔热层设于所述表层温敏层以及所述底层温敏层之间；表层温敏层由陶瓷基材和第一磷光物质掺混而成；所述底层温敏层由陶瓷基材和第二磷光物质掺混而成；所述底层温敏层的底部设有金属粘结层；所述第一磷光物质与所述第二磷光物质发光的两个光强峰值互相不重叠；利用两种不同的激发光分别激发所述第一磷光物质以及所述第二磷光物质，并分别对所述第一磷光物质发出的第一磷光以及所述第二磷光物质发出的第二磷光进行采集分析，基于对所述第一磷光以及所述第二磷光的分析结果，同时对所述表层温敏层以及所述底层温敏层的温度进行测量。


2.根据权利要求1所述的多层热障涂层，其特征在于，所述表层温敏层的厚度占所述热障涂层的整体厚度的10％以下；所述底层温敏层的厚度占所述热障涂层的整体厚度的10％以下。


3.一种基于磷光的多层热障涂层的表层及底层测温方法，其特征在于，所述测量方法应用于权利要求1-2任一项所述多层热障涂层，所述测量方法包括：
由空气向表层温敏层及底层温敏层发射第一激发光以及第二激发光；所述第一激发光激发第一磷光物质；所述第二激发光激发第二磷光物质；选择所述两种不同的激发光时，当利用第一激发光激发所述第一磷光物质，所述第一激发光对所述第二磷光物质不激发或激发低于激发阈值；当利用第二激发光激发所述第二磷光物质，所述第二激发光对所述第一磷光物质不激发或激发低于激发阈值；
所述第一激发光在所述表面温敏层内传播时，所述第一磷光物质被激发出第一磷光，所述第二激发光在所述底层温敏层内传播时，所述第二磷光物质被激发出第二磷光；
对所述第一磷光以及所述第二磷光进行分光处理，确定多束光束；
对每一束的光束进行滤波处理，确定滤波后的光束；
根据所述滤波后的光束确定第一向外光强、第二向外光强、第三向外光强和第四向外光强；
根据所述第一向外光强和所述第二向外光强确定第一光强比；
根据所述第三向...

【专利技术属性】
技术研发人员：全永凯，徐国强，刘臻丽，殷秋洋，闻洁，董苯思，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11