一种基于全光纤光频梳系统监测航空发动机燃烧场的方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于全光纤光频梳系统监测航空发动机燃烧场的方法，其特征为：光频梳通过分束器后分成两束，其中一束通过光纤与光谱分析模块相连，另一束通过光纤与燃烧室监测装置相连，得到的输出信号耦合到光纤中，传递给光谱分析模块。其中，光频梳通过待测气体样品池，用于得到吸收光谱信号；燃烧室监测装置放置于航空发动机燃烧室出口处，用于得到多路采集信号光；光谱分析模块对得到的吸收光谱信号和光频梳光谱信号对比分析，得到航空发动机燃烧室内气体组分浓度各项参数的变化情况。本发明专利技术结构紧凑、方法简单，全光纤光频梳系统和燃烧室监测装置大幅度地提高了系统的可集成性，并可以对航空发动机燃烧场进行快速、准确监测。

A method of monitoring combustion field of Aeroengine Based on all fiber optical comb system

【技术实现步骤摘要】
一种基于全光纤光频梳系统监测航空发动机燃烧场的方法(一)
本专利技术涉及激光
和燃烧诊断领域，尤其是涉及一种全光纤光频梳系统监测航空发动机燃烧场
(二)
技术介绍
寿命长、可靠性高的航空发动机燃烧室，是发展高性能航空发动机的关键。航空发动机的燃烧室在工作时会发生复杂反应，很难利用计算流体力学准确描述实际的燃烧过程。有效的燃烧诊断技术可以对其燃烧过程中的关键参数进行准确测量，根据测量得到的数据，进而改善航空发动机的构造。具体而言，需要对其温度、压力、燃烧组分浓度等关键参数实现可靠准确测量。光学诊断技术是动态响应较快的技术之一，利用激光吸收光谱可以实现对燃烧室温度、压力和组分浓度等参数的测量。然而，传统的吸收光谱测量装置包括棱镜、光栅、傅里叶变换光谱仪和单频激光器等，其光谱分辨率较低，探测灵敏度不高，频率测量精度及测量速度不高，对不稳定燃烧场的瞬时温度测量能力有待提升。基于上述背景，现有的用激光吸收光谱监测航空发动机燃烧场的方法还有待进一步优化。(三)
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出了一种基于全光纤光频梳系统监测航空发动机燃烧场的方法，结构简单、分辨率高、灵敏度高、测量速度快，且系统的可集成性高。第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于全光纤光频梳系统监测航空发动机燃烧场的方法，其特征在于：光频梳经过分束器后分成两束，其中一束通过光纤与光谱分析模块相连，另一束通过光纤与燃烧室监测装置的光纤输入端口连接，燃烧室监测装置的输出端口与光谱分析模块相连；其中，光频梳作为信号光并经过燃烧室，用于得到通过燃烧室后的吸收光谱信号；燃烧室监测装置用于对燃烧室出口气体进行测量，得到多路采样信号；光谱分析模块与光频梳和燃烧室监测装置的输出端口相连，用于对光谱信号进行实时分析。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述的光频梳通过一个分束器，得到两束光强不同的光频梳；光强较大的一路与燃烧室检测装置的一个光纤输入端口相连，用于得到多路吸收光谱信号；光强较小的一路与光谱分析模块相连，用于得到光频梳的光谱信号。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述燃烧室监测装置为八面体装置，包括8个分别嵌在八面体的八条棱上的光纤输入端口，64个均匀分布在八个面上的耦合输出端口；光纤输入端口与传输光频梳的光纤相连；耦合输出端口与光谱分析模块相连，用于输出光谱信号耦合到光纤中传递给光谱分析模块。结合第一方面的第二种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述八面体燃烧室监测装置的光纤输入端口包括光纤准直器和分光镜；光纤准直器用于将光纤中传输的光转变成准直光；分光镜用于获得单一扇形分布的激光光束。结合第一方面的第二种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述的八面体燃烧室监测装置的耦合输出端口包括光纤准直器，用于将信号光耦合到光纤中输出。结合第一方面的第二种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，均匀分布在八个面上的输出端口不限于64个。结合第一方面的第三种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述光纤输入端口中的光纤准直器和分光镜，可用与其具有相同作用的器件组合替代。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，对于上述的进入光谱分析模块中各束光信号的光强相等。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，上述的光频梳可从燃烧室监测装置的其它光纤输入端口输入，得到多路光频梳的吸收光谱信号并进行分析，以用于全方位监测航空发动机燃烧场。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，上述的光谱分析模块通过得到的多路吸收光谱信号和光频梳光谱信号的差异，进而得到航空发动机燃烧室内温度、压力、组分浓度的实时变化情况。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第十种可能的实施方式，其中，上述燃烧室监测装置不限于八面体，可用其他多面体形式的监测装置。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第十一种可能的实施方式，其中，在燃烧室中所检测的气体包括并不限于水、一氧化碳、一氧化氮和二氧化氮等气体。本专利技术实施例带来了以下有益效果：本专利技术实施例提供的一种基于全光纤光频梳系统监测航空发动机燃烧场的方法，用一台频率、相位稳定的光频梳作为输入光谱，经分束器分为两束光强不等的光频梳，其中光强较大的一路通过光纤输入燃烧室监测装置，在燃烧室监测装置的输出端口得到多路吸收光谱信号输入到光谱分析模块，光强较小的一路与光谱分析模块相连，用于得到光频梳的光谱信号，光谱分析模块对得到的每路吸收光谱信号与光频梳光谱信号实时对比分析，进而得到航空发动机燃烧室内气体组分浓度的各项参数变化情况。本专利技术实施例提供的方法通过光纤连接，得到结构简单、可集成性高的基于全光纤光频梳系统监测航空发动机燃烧场的方法，相较现有的技术，本专利技术实施例用到光频梳系统，可以更精确、快速地获得航空发动机燃烧室内温度、压力、燃气组分的变化情况，通过依次从燃烧室监测装置的不同光纤输入端口进行测量，可以获得燃烧室全方位温度、压力、燃气组分等参数的变化情况。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。(四)附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种基于全光纤光频梳系统监测航空发动机燃烧场的方法的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种基于全光纤光频梳系统检测航空发动机燃烧场方法其中一路采集过程的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种八面体燃烧室监测装置结构示意图；图标：110-光频梳；120-分束器；200-燃烧室监测装置；210-输入光纤端口；211-光纤准直器；212-分光镜；220-输出端口；221-光纤准直器；130-光谱分析模块；140-光纤。(五)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，下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。本专利技术提供了一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于全光纤光频梳系统监测航空发动机燃烧场的方法，其特征在于：光频梳经过分束器后分成两束，其中一束通过光纤与光谱分析模块相连，另一束通过光纤与燃烧室监测装置的光纤输入端口连接，燃烧室监测装置的输出端口与光谱分析模块相连；其中，光频梳作为信号光并经过燃烧室，用于得到通过燃烧室后的吸收光谱信号；燃烧室监测装置用于对燃烧室出口气体进行测量，得到多路采样信号；光谱分析模块与光频梳和燃烧室监测装置的输出端口相连，用于对光谱信号进行实时分析。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于全光纤光频梳系统监测航空发动机燃烧场的方法，其特征在于：光频梳经过分束器后分成两束，其中一束通过光纤与光谱分析模块相连，另一束通过光纤与燃烧室监测装置的光纤输入端口连接，燃烧室监测装置的输出端口与光谱分析模块相连；其中，光频梳作为信号光并经过燃烧室，用于得到通过燃烧室后的吸收光谱信号；燃烧室监测装置用于对燃烧室出口气体进行测量，得到多路采样信号；光谱分析模块与光频梳和燃烧室监测装置的输出端口相连，用于对光谱信号进行实时分析。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的光频梳通过一个分束器，得到两束光强不同的光频梳；光强较大的一路与燃烧室检测装置的一个光纤输入端口相连，得到多路吸收光谱信号；光强较小的一路与光谱分析模块相连，用于得到光频梳的光谱信号。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃烧室监测装置为八面体装置，包括8个分别嵌在八面体的八条棱上的光纤输入端口，64个均匀分布在八个面上的耦合输出端口；其中，所述的光纤输入端口与传输光频梳的光纤相连；所述的耦合输出端口与光谱分析模块相连，用于将输出光谱信号耦合到光纤中传递给光谱分析模块。


4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述八面体燃烧室监测装置的光纤输入端口包括光纤准直器和分光镜；其中，所述的光纤准直器用于将光纤中传输的光转变成准直光；所述的分光镜用于获得...

【专利技术属性】
技术研发人员：付博，徐立军，李静，张程宏，马宇轩，李端，
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