航空发动机用高温光纤传感探头研制技术.doc

航空发动机用高温光纤传感探头研制技术.doc

  1. 1、本文档共9页,可阅读全部内容。
  2. 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
  3. 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载
  4. 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
查看更多
航空发动机用高温光纤传感探头研制技术

航空发动机用高温光纤传感探头研制技术 ? 32?光纤光缆传输技术2006上 航空发动机用高温光纤传感探头研制技术 张承(中国电子科技集团公司第八研究所淮南232001) [摘要]介绍了一种实用化的航空发动机用高温光纤传感探头研制技术.从理论上对光纤 传感探头的结构进行了分析,并结合实际经验,成功地研制出航空发动机用光纤传感探头.该探头 实现了在航空发动机内部高温,高灰尘环境中长时间稳定工作,在航空发动机上实现了整级叶片振 幅及平衡位置变化等振动参数的在线实时测量. [关键词]高温;光纤探头;振动;数值孔径;频率响应 1引言 航空发动机转子叶片振动是发动机研制和应用 中倍受重视的问题.它不仅关系到发动机的工作寿 命,严重时叶片折断造成零部件损坏还会酿成机毁人 亡的惨重事故.为此,在线监测叶片振动,预报事故 发生,对保证飞行安全具有重要意义.目前,国内外 测量发动机转子叶片振动参数的一种较先进的方法 是采用光纤振动传感器进行叶片振动的非接触式测 量. 2现有光纤传感探头结构的对比分析 国内专家,学者提出了多种振动测量用光纤传感 探头的结构设计方案,但是这些方案有很多缺陷,不 能够实际应用于航空发动机叶片的振动测量. 图1所示的光纤探头是在弹片受迫振动基础上 利用光学三角反射测量技术制成的.其中,A是被测 振动体;B为一弹片,它的一端固定在传感头壳体上, 另一端作自由振动;Fl为入射光纤;I卅为准直用自聚 焦透镜;F2为接收光纤;L2为耦合用自聚焦透镜.在 这种光纤探头中,自聚焦透镜是核心光学元件.其最 高工作温度为200℃.航空发动机压气机的叶片工 半导体激光器H光隔离器 PIN探测器 FC型连接器探头 作温度一般都在300℃以上,在温度环境性能方面这 种探头已经不适用于航空发动机叶片的振动测量. 这种探头的工作范围仅为0.8mm.频率响应在几百 赫兹以内.其性能上存在缺陷. 图1基于双自聚焦透镜及弹片的光纤探头 图2所示结构中采用微透镜对光束进行聚焦,聚 焦后的光束可以投射到距离较远的振动叶片上.从叶 片反射回的光通过透镜可以更有效地被接收光纤所 接收.此种结构在清洁的环境中使用效果较好.航 空发动机中的航空燃料在燃烧时会产生大量的烟尘. 烟尘覆盖在透镜表面会造成出射光纤的光在灰尘覆 光纤束微透镜 图2微透镜光纤传感探头 第3期航空发动机用高温光纤传感探头研制技术?33? 盖面被反射回接收光纤内,造成干扰信号进入探测 器,导致探头无法正常工作. 图3所示结构由带有自聚焦透镜的光纤作为探 头,反射回的光通过3dB耦合器进入光电探测器. 首先,自聚焦透镜不能够在300℃的高温环境中长时 间工作;其次,该方案忽视了自聚焦透镜对角度偏差 的敏感性.试验证明,该方案在激光器的出纤功率为 10dBm时,接收光纤所能达到的光功率只有一40 dBm,在实验室中进行光纤振动的非接触测量验证试 验还是可行的,但几乎无实际工作意义. PC型连接器自聚焦透镜 叶轮机转子 光纤 图3自聚焦透镜带3dB耦合器光纤探头 3高温光纤传感探头的工作原理 航空发动机叶片振动测量用光纤传感探头的核 心器件是光纤.由于光纤接收的光强信号与光纤参 量,反射面特性以及两者之间的距离等参数密切相 关,因而在其它条件不变的情况下,光纤间距,光纤芯 径,光纤数值孔径等光纤参量直接影响光纤探头的光 调制特性. 图4是由两根光纤组成的光纤对结构图以及从 光纤中出射的光信号能量的投影图. 在如图5所示的光纤对光强度调制特性分析图 中,假设发射光纤和接收光纤的纤芯半径分别为r】 和r2,光纤包层之间的距离为Pn,两光纤间的轴间距 为P,光纤端面到反射面的距离为d,物体表面的反射 M= 0 p p 丝 o(r2/q) 通过仿真试验可知,光纤的几个特征量(P,rl,r2 和8)对光纤对光强度调制特性的影响起主要作用, 其单参量的影响规律如表1所述. 根据上述指导原则,光纤探头结构的选择结论 S 图4光纤对结构图及光信号能量投影图 : X d0d.d 图5光纤对光强度调制特性分析图? 率为p,光纤的数值孔径为0N.接收光纤所接收到的 光通量等于将它置于反射面镜像对称处直接接收到 的光通量乘以反射面系数. 为了便于研究光纤参量变化对调制特性的影响 规律,根据近似高斯分布原理,只需求出接收光面积 与发送光纤投射面积之比,再乘以反射面的反射率, 即可求得能量的变化. 如图5所示,可以导出单光纤对光纤强度调制系 数的计算公式: (d≤(P—rl—r2)/2tan0N) clt;d≤ clt;d≤ (dgt;) 为: 1)光纤对的I~-J距P应尽量/1,. 我们采用七根光纤两两相切的结构.该结构可 以最大限度地接收发射光纤的反射光信号.通过大 O , ,一 一 一 一 , , , ? 34?光纤光缆传

文档评论(0)

almm118 + 关注
实名认证
内容提供者

该用户很懒,什么也没介绍

1亿VIP精品文档

相关文档