耐高温高压结构热-声-振三参数集成原位传感器及系统技术方案

本申请涉及耐高温高压结构热‑声‑振三参数集成原位传感器及系统，具体而言，涉及传感器领域。本申请提供的耐高温高压结构热‑声‑振三参数集成原位传感器包括：热量检测装置、声音检测装置和振动检测装置；声音检测装置和振动检测装置分布设置在热量检测装置的两侧当需要对热量、声音和振动进行测量时，仅需要获取热量检测装置、声音检测装置和振动检测装置的出射的光信号的光谱，分别通过热量检测装置、声音检测装置和振动检测装置的出射的光信号的光谱的变化情况，与待测的热量信息、声音信息和振动信息的对应关系，得到待测的热量信息、声音信息和振动信息。

【技术实现步骤摘要】
耐高温高压结构热-声-振三参数集成原位传感器及系统
本申请涉及传感器领域，具体而言，涉及一种耐高温高压结构热-声-振三参数集成原位传感器及系统。
技术介绍
固体火箭发动机、航天液体火箭发动机、航空发动机、石油开采、核能源开发等领域，其工作过程均伴随有高温高压等极端和复杂环境，其内部的工作部件在这样恶劣和复杂的条件下工作，不可避免的受到热、声、振等多种因素的影响，进而设备工作的稳定性就会极大的受到影响。在多种因素的综合作用下甚至会造成极大的破坏性，导致设备无法正常工作或爆炸解体。综上，实现热-声-振三种参数的原位同步测试，对其工作过程内部能量转换的规律掌握及机械结构设计和防护具有重要意义。目前，研究人员在高温单一参数、高压单一参数测试领域研究较多，但在高温高压极端环境和复杂条件下的多参数同步测试方面仍缺乏可行手段。如传统硅基传感器件在高温(>125℃)时，其器件结构将会失效，基于各种耐高温材料制作的一些传感器件(如压电式、压阻式、电阻式)等也难以在超过600℃高温环境下生存，基于石英光纤的传感器件可靠性工作温度也在1100℃，基于蓝宝石的光栅器件仅能测试1600℃的高温，而在此高温下的其它参量测试尚缺乏可靠性传感性结构。此外，一些可以耐高温的传感器件也仅限于单一参数(如压力)的测试，加之封装结构，整个传感器体积较大，不适合在狭小空间或测试不能受传感器件影响的环境中使用，采用多个传感器测量不同参数，不能做到空间同步测试。因此，需要一种能准确、稳定的在高温高压环境下测量热-声-振的装置。>
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种耐高温高压结构热-声-振三参数集成原位传感器及系统，以解决现有技术中需要一种能准确、稳定的在高温高压环境下测量热-声-振的装置的问题。为实现上述目的，本专利技术实施例采用的技术方案如下：第一方面，本申请提供一种耐高温高压结构热-声-振三参数集成原位传感器，传感器包括：热量检测装置、声音检测装置和振动检测装置；声音检测装置和振动检测装置分布设置在热量检测装置的两侧；其中，声音检测装置包括：主体结构、第一体光栅、第二体光栅和第一光纤，主体结构内部设置有孔洞，孔洞为长方体，长方体孔洞的两个相对的面上分别设置有第一体光栅和第二体光栅，第一光纤设置在主体结构的外部，且靠近第一体光栅；热量检测装置为第二光纤，第二光纤内部设置有布拉格光栅，布拉格光栅与第二光纤的光轴垂直；振动检测装置包括：第三体光栅、第四体光栅、腔体结构、第三光纤和振动膜，腔体结构为空腔结构，腔体结构的材料为半反半透材料，且腔体结构的空腔内部相对的两个面上分别设置有第三体光栅和第四体光栅，振动膜设置在腔体结构内部，且垂直于第三体光栅和第四体光栅的连线，振动膜的中央位置设置有透光孔，第三光纤设置在腔体结构外部，且靠近第三体光栅。可选地，该热量检测装置、声音检测装置和振动检测装置的材料均为蓝宝石材料。可选地，该空腔内部设置第三体光栅和第四体光栅两个面上设置的反射膜为增反膜，且增反膜的材料为高反射材料。可选地，该第一体光栅和第二体光栅均为高反射体光栅。可选地，该振动膜的材料为弹性材料。可选地，该腔体结构的空腔结构的形状为长方体结构。可选地，该振动检测装置还包括第二振动膜，第二振动膜中央位置设置有第二透光孔，且设置在腔体结构内部，并平行于振动膜。可选地，该第二振动膜的材料为弹性材料。第二方面，本申请提供一种耐高温高压结构热-声-振三参数集成原位传感系统，系统包括：光源、第一光谱仪、第二光谱仪第三光谱仪、计算机和第一方面任意一项的耐高温高压结构热-声-振三参数集成原位传感器，光源设置在第一光纤、第二光纤和第三光纤的一端，分别用于给第一光纤、第二光纤和第三光纤提供光信号，第一光谱仪设置设置在声音检测装置的光信号输出端，用于获取声音检测装置出射的光信号的光谱，第二光谱仪设置设置在热量检测装置的光信号输出端，用于获取热量检测装置出射的光信号的光谱，第三光谱仪设置设置在振动检测装置的光信号输出端，用于获取振动检测装置出射的光信号的光谱，计算机分别与第一光谱仪、第二光谱仪和第三光谱仪均通信连接，用于分别根据出射的光信号的光谱与待测声音和/或温度和/或振动的对应关系，得到待测声音和/或温度和/或振动。本专利技术的有益效果是：本申请提供的耐高温高压结构热-声-振三参数集成原位传感器包括：热量检测装置、声音检测装置和振动检测装置；声音检测装置和振动检测装置分布设置在热量检测装置的两侧；其中，声音检测装置包括：主体结构、第一体光栅、第二体光栅和第一光纤，主体结构内部设置有孔洞，孔洞为长方体，长方体孔洞的两个相对的面上分别设置有第一体光栅和第二体光栅，第一光纤设置在主体结构的外部，且靠近第一体光栅；热量检测装置为第二光纤，第二光纤内部设置有布拉格光栅，布拉格光栅与第二光纤的光轴垂直；振动检测装置包括：第三体光栅、第四体光栅、腔体结构、第三光纤和振动膜，腔体结构为空腔结构，腔体结构的材料为半反半透材料，且腔体结构的空腔内部相对的两个面上分别设置有第三体光栅和第四体光栅，振动膜设置在腔体结构内部，且垂直于第三体光栅和第四体光栅的连线，振动膜的中央位置设置有透光孔，第三光纤设置在腔体结构外部，且靠近第三体光栅；当需要对热量、声音和振动进行测量时，仅需要获取热量检测装置、声音检测装置和振动检测装置的出射的光信号的光谱，分别通过热量检测装置、声音检测装置和振动检测装置的出射的光信号的光谱的变化情况，与待测的热量信息、声音信息和振动信息的对应关系，得到待测的热量信息、声音信息和振动信息。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术一实施例提供的一种耐高温高压结构热-声-振三参数集成原位传感器的结构示意图；图2为本专利技术一实施例提供的一种耐高温高压结构热-声-振三参数集成原位传感器的立体图示意图；图3为本专利技术一实施例提供的一种耐高温高压结构热-声-振三参数集成原位传感器的声音检测装置接收声音信号谱线漂移图；图4为本专利技术一实施例提供的一种耐高温高压结构热-声-振三参数集成原位传感器的的热量检测装置的布拉格光栅中心波长变化图；图5为本专利技术一实施例提供的一种耐高温高压结构热-声-振三参数集成原位传感器的为振动检测装置接收振动信号谱线漂移图。图标：1-声音检测装置；2-热量检测装置；3-振动检测装置；4-第一光纤；5-主体结构；6-第一体光栅；7-孔洞；8-第二体光栅；9-第二光纤；10-布拉格光栅；11-第三光纤；12-腔体结构；13-第三体光栅；14-第四体光栅；15-振动膜；16-透光孔。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高温高压结构热-声-振三参数集成原位传感器，其特征在于，所述传感器包括：热量检测装置、声音检测装置和振动检测装置；所述声音检测装置和所述振动检测装置分布设置在所述热量检测装置的两侧；其中，所述声音检测装置包括：主体结构、第一体光栅、第二体光栅和第一光纤，所述主体结构内部设置有孔洞，所述孔洞为长方体，长方体孔洞的两个相对的面上分别设置有所述第一体光栅和所述第二体光栅，所述第一光纤设置在所述主体结构的外部，且靠近所述第一体光栅；所述热量检测装置为第二光纤，所述第二光纤内部设置有布拉格光栅，所述布拉格光栅与所述第二光纤的光轴垂直；所述振动检测装置包括：第三体光栅、第四体光栅、腔体结构、第三光纤和振动膜，所述腔体结构为空腔结构，所述腔体结构的材料为半反半透材料，且所述腔体结构的空腔内部相对的两个面上分别设置有所述第三体光栅和第四体光栅，所述振动膜设置在所述腔体结构内部，且垂直于所述第三体光栅和第四体光栅的连线，所述振动膜的中央位置设置有透光孔，所述第三光纤设置在所述腔体结构外部，且靠近所述第三体光栅。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐高温高压结构热-声-振三参数集成原位传感器，其特征在于，所述传感器包括：热量检测装置、声音检测装置和振动检测装置；所述声音检测装置和所述振动检测装置分布设置在所述热量检测装置的两侧；其中，所述声音检测装置包括：主体结构、第一体光栅、第二体光栅和第一光纤，所述主体结构内部设置有孔洞，所述孔洞为长方体，长方体孔洞的两个相对的面上分别设置有所述第一体光栅和所述第二体光栅，所述第一光纤设置在所述主体结构的外部，且靠近所述第一体光栅；所述热量检测装置为第二光纤，所述第二光纤内部设置有布拉格光栅，所述布拉格光栅与所述第二光纤的光轴垂直；所述振动检测装置包括：第三体光栅、第四体光栅、腔体结构、第三光纤和振动膜，所述腔体结构为空腔结构，所述腔体结构的材料为半反半透材料，且所述腔体结构的空腔内部相对的两个面上分别设置有所述第三体光栅和第四体光栅，所述振动膜设置在所述腔体结构内部，且垂直于所述第三体光栅和第四体光栅的连线，所述振动膜的中央位置设置有透光孔，所述第三光纤设置在所述腔体结构外部，且靠近所述第三体光栅。


2.根据权利要求1所述的耐高温高压结构热-声-振三参数集成原位传感器，其特征在于，所述热量检测装置、所述声音检测装置和所述振动检测装置的材料均为蓝宝石材料。


3.根据权利要求2所述的耐高温高压结构热-声-振三参数集成原位传感器，其特征在于，所述空腔内部设置所述第三体光栅和所述第四体光栅两个面上设置的反射膜为增反膜，且所述增反膜的材料为高反射材料。


4.根据权利要求3所述的耐高温高压结构热-声-振三参数集成原位传感器，其特征在于，所述第一体光栅和所述第二体光栅均为高反射体光栅。...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑永秋，薛晨阳，管今哥，贾平岗，赵馨瑜，陈晨，陈佳敏，武丽云，韩源，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14