一种航空发动机涡轮叶片小型辐射测温探针制造技术

本发明专利技术公开了一种航空发动机涡轮叶片小型辐射测温探针，包括反射镜、探针外壳、光管、安装座、光电探测器、固定板、后盖等部分。反射镜、探针外壳、光管、安装座、固定板、后盖均使用GH3044高温合金制造，具有良好的耐高温高压特性。光电探测器使用带致冷的碲镉汞红外光电探测器，该器件采用了碲镉汞(HgCdTe)光电导型芯片作为感光元件，并且使用了微型热电致冷器来调节探测器内部与环境的温差，使得光敏材料稳定工作。反射镜镜片部分进行了抛光且其表面有1.5

【技术实现步骤摘要】
一种航空发动机涡轮叶片小型辐射测温探针


[0001]本专利技术涉及航空发动机辐射测温领域，设计了一种小型的适用于涡轮叶片表面辐射信息采集的光学探针。

技术介绍

[0002]航空发动机作为飞机的核心部件，长期以来都是国内外学者的研究热点，而且由于其高精密性以及复杂性，被称为“现代工业皇冠上的明珠”。作为航空发动机内部热端部件的涡轮叶片，是航空发动机中温度最高的旋转部件，它的耐高温能力可以直接决定航空发动机的最高工作温度。此外，当航空发动机涡轮叶片温度过高时，会直接导致其出现断裂的风险，进而造成难以挽回的损失。因此，实时监测涡轮叶片的表面温度对整个航空工业而言十分重要。
[0003]目前对于航空发动机涡轮叶片温度测量的方法主要可以分为两种:接触式测温方法和非接触式测温方法。接触式测温法的主要原理是：将温度传感器固定在待测物体表面，经过一定时间的充分接触后，温度传感器和待测物体达到热平衡状态，此时温度传感器即可反映待测物体的真实温度。热电阻和热电偶是接触式测温中最常用的两种温度传感器。接触式测温法的主要优点是测温误差小，设备相对简便，应用中比较容易实现。但是，接触式测温法会直接影响待测物体的表面状态，破坏待测物体的温度场分布。非接触式测温方法的基本原理是：由于物体的热辐射会随着温度的变化而变化，因此可以根据物体的热辐射来求解待测物体温度。非接触测温可以不直接接触待测物体，而是收集待测物体的表面热辐射，并根据热辐射规律来反推待测物体温度。非接触式测温方法按照原理不同主要分为声学测温法、辐射测温法、光谱法测温和激光干涉测温等。
[0004]辐射测温法是一种以辐射定律为基础，通过光电探测器等传感器将光学信号转化为电信号，并由此推算出待测物体温度的非接触式测温方法。辐射测温法不破坏待测物体的表面温度场分布、响应速度快、测温范围广，十分适用于高温高压等复杂条件下的温度测量。由于其不会直接接触待测物体，因此不会影响待测物体的物理特性。综上所述，辐射测温非常适用于涡轮叶片等一些长期处于高温高压环境的器件的温度测量。基于此，本专利技术提出了一种航空发动机涡轮叶片小型辐射测温探针，设计的结构可以承受发动机高温高压的环境，并且能够精确采集涡轮叶片表面辐射信息并将其转化为电信号。
[0005]专利CN201710413059.7提出了一种航空发动机涡轮叶片温度监测装置，但其大量依赖于后期数据处理，且测温装置整体尺寸较大。专利CN201710524151.0提出了一种涡轮叶片温度监测的光路装置，但该专利仅从光学系统设计上面验证了理论可行性，并未设计出成熟产品。专利CN201910588599.8提出了一种降低计本底辐射的红外辐射测温计，主要克服了高温计测量本底的影响。专利CN202010806727.4提出了一种四轴式多功能测温装置，能够实现探测不同表面辐射的功能。以上个专利从不同方面对航空发动机辐射温度测量领域展开了研究，但并未有人设计出一款体积轻便的小型辐射高温计。

技术实现思路

[0006]针对航空发动机辐射测温领域，本专利技术提出了一种航空发动机涡轮叶片小型辐射高温计，克服了原有各类高温计体积大、重量重、不易于拆卸等各种缺点，能够灵活使用于各种不同型号航空发动机的涡轮叶片测温场景。
[0007]本专利技术技术方案为：一种航空发动机涡轮叶片小型辐射测温探针，该探针包括：反射镜、探针外壳、光管、安装座、光电探测器、固定板、后盖；反射镜、探针外壳、光管、安装座、固定板、后盖均使用GH3044高温合金制造；光电探测器使用带致冷的碲镉汞红外光电探测器，该器件采用了碲镉汞(HgCdTe)光电导型芯片作为感光元件，并且使用微型热电致冷器来调节探测器内部与环境的温差，使得光敏材料稳定工作；
[0008]所述探针外壳包括基座和杆部，基座为圆盘结构，基座的中心有圆形凹槽，凹槽中心开有通孔，所述杆部为中空结构，头段焊接于基座的中线，杆部的中心孔与基座凹槽中心的通孔对齐，所述杆部的末端的侧面设有开窗；所述反射镜为带有斜切面的圆柱形结构，反射镜包括两部分，一部分为圆柱体，直径与探针外壳的杆部外径相同；另一部分为带有斜切面的圆柱形结构，直径与探针外壳的杆部内径相同，斜切面抛光处理作为镜面；反射镜的斜切面从探针外壳杆部的末端插入，斜切面对准探针外壳杆部末端侧面的开窗；
[0009]所述光管包括安装头和本体，所述安装头为圆盘状，尺寸与探针外壳基座的中心凹槽相同，安装头与外壳基座的中心凹槽通过螺丝固定连接；安装头的中心开孔，本体为管状结构，管状结构的内径与安装头的中心开孔直径相同，本体头端固定在安装头的中心位置，管状结构的内径与安装头的中心开孔对齐，尾端固定在探针外壳的杆部内；本体内部安装光学组件，接收并处理从反射镜反射过来的光；本体的外径小于探针外壳杆部的内径；
[0010]所述安装座为圆柱形的杯状结构，包括杯底和侧壁，杯底为圆盘形，中心开孔，杯底外径与探针外壳基座的外径相同，并通过螺丝固定连接，杯底的中心开孔与光管的安装头外径相同；所述侧壁外径小于杯底直径；安装座侧壁的杯口外侧面设置有外螺纹；
[0011]所述光电探测器的探测头位于安装座杯底的中心开孔内，对准光管；所述固定板圆盘型，中心部位开设有用于探测器数据线通过的多个通孔，光电探测器位于固定板与安装座的杯状结构底部之间，固定板通过螺丝与安装座底连接，夹紧光电探测器；
[0012]所述后盖上有与安装座侧壁的杯口外侧面设置的外螺纹相配合的内螺纹，后盖中心有开孔用于通过探测器数据线通过多个通孔。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的优势为：
[0014](1)与传统大探针相比，探针整体尺寸较小，重量较轻，在航空发动机的高振动环境下可以有效地保持稳定；
[0015](2)探针结构简单，易于组装，可以以独立元件形式保存，在使用时现场进行组装即可；
[0016](3)探针内部卡件可以根据光电探测器型号不同灵活调整结构，能够有效支持多种光电探测器进行采集。该探针具有耐高温高压、高稳定性以及体积小的优点。
附图说明
[0017]图1是本专利技术的航空发动机涡轮叶片小型辐射测温探针的外观图；
[0018]图2是本专利技术的航空发动机小型辐射测温探针的爆炸图；
[0019]图3是本专利技术的小型辐射测温探针剖视图；
[0020]图4是本专利技术的整体结构尺寸图；
[0021]图5是本专利技术在实际的航空发动机中探针装配图；
[0022]图6是本专利技术的反射镜图示；
[0023]图7是本专利技术的探针外壳图示；
[0024]图8是本专利技术的安装座图示；
[0025]图9是本专利技术的固定板图示；
[0026]图10是本专利技术的后盖图示。
[0027]图中，1反射镜；2探针外壳；3安装座；4后盖；5光电探测器；6固定板；7光管；8涡轮叶片，9数据线。
具体实施方式
[0028]在进行实时光信号采集时，探针插入航空发动机内部，调整探针位置使得反射镜正对涡轮叶片表面。调整完成后小型探针与航空发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机涡轮叶片小型辐射测温探针，该探针包括：反射镜、探针外壳、光管、安装座、光电探测器、固定板、后盖；反射镜、探针外壳、光管、安装座、固定板、后盖均使用GH3044高温合金制造；光电探测器使用带致冷的碲镉汞红外光电探测器，该器件采用了碲镉汞(HgCdTe)光电导型芯片作为感光元件，并且使用微型热电致冷器来调节探测器内部与环境的温差，使得光敏材料稳定工作；所述探针外壳包括基座和杆部，基座为圆盘结构，基座的中心有圆形凹槽，凹槽中心开有通孔，所述杆部为中空结构，头段焊接于基座的中线，杆部的中心孔与基座凹槽中心的通孔对齐，所述杆部的末端的侧面设有开窗；所述反射镜为带有斜切面的圆柱形结构，反射镜包括两部分，一部分为圆柱体，直径与探针外壳的杆部外径相同；另一部分为带有斜切面的圆柱形结构，直径与探针外壳的杆部内径相同，斜切面抛光处理作为镜面；反射镜的斜切面从探针外壳杆部的末端插入，斜切面对准探针外壳杆部末端侧面的开窗；所述光管包括安装头和本体，所述安装头为圆盘状，尺寸与探针外壳基...

【专利技术属性】
技术研发人员：王超，李弘祖，姜晶，牛夷，于锋，张泽展，高山，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：