一种可实现导热误差校正的光纤光栅总温测量装置
阅读说明：本技术 一种可实现导热误差校正的光纤光栅总温测量装置 (Fiber bragg grating total temperature measuring device capable of realizing heat conduction error correction ) 是由 刘显明 韩国庆 章鹏 雷小华 任怡霖 昌小小 于 2021-08-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种可实现导热误差校正的光纤光栅总温测量装置,包括安装基座(1)、支架(2)、总温探针(6)和支架温度探针(7)；本发明提供了一种可实现导热误差校正的光纤光栅总温测量装置,该装置能够校正导热误差,改善测温精度,提高测量数据准确性,装置总体尺寸小、结构灵活,可以同时校正多支总温探针的导热误差。(The invention discloses a fiber bragg grating total temperature measuring device capable of realizing heat conduction error correction, which comprises a mounting base (1), a bracket (2), a total temperature probe (6) and a bracket temperature probe (7); the invention provides a fiber bragg grating total temperature measuring device capable of realizing heat conduction error correction, which can correct heat conduction errors, improve temperature measurement precision, improve accuracy of measured data, has small overall size and flexible structure, and can correct heat conduction errors of a plurality of total temperature probes at the same time.)
技术领域
本发明涉及气流总温测试技术领域，具体是一种可实现导热误差校正的光纤光栅总温测量装置。
背景技术
在航空航天领域，高速气流总温是非常重要的测试参数，主要用来评价装备性能，进行状态监控等。高速气流温度的准确测量可以为航空发动机的设计、生产、试验和使用等提供必要的数据支撑，对航空发动机的技术指标验证和可靠性评价起着至关重要的作用。
高速气流总温是指气流在绝热滞止状态下所能达到的温度，在实际测量过程中，常常存在包括导热误差、速度误差、辐射误差和动态响应误差在内的多项测量误差。
目前，成熟的热电偶技术广泛用于航空航天领域的总温测量，但是热电偶存在对电磁干扰的敏感性、无法进行多路复用或分布式传感以及稳定性和可重复性差等问题。光纤光栅因其尺寸小、抗电磁干扰、高灵敏、无需绝缘处理和可以多路复用等优势，正逐渐用于高速气流温度测量。
现有的光纤光栅总温测量装置在总温测量过程中，由于感温点与支架之间存在较大的温度偏差，测量结果往往包含较大的导热误差，导致光纤光栅总温探针不能准确测量气流总温，降低了测温精度。而现有的导热误差计算模型通常将总温探针建模为直肋片，会受到沿传感器表面对流传热的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种可实现导热误差校正的光纤光栅总温测量装置，包括安装基座、支架、总温探针和支架温度探针。
所述安装基座用于支撑支架。
所述支架迎气流侧开设有若干总温探针安装孔。
所述支架为中空柱体。
所述支架的底端开设有支架温度探针安装孔。
所述支架背气流侧开设有若干总温探针光栅支撑管引出孔。
所述总温探针通过总温探针安装孔固定在支架上。
所述总温探针用于监测高速气流总温。
所述总温探针包括滞止罩、进气孔、排气孔、总温探针光栅支撑管、总温光纤光栅、传输光纤。
所述滞止罩与总温探针安装孔粘接。
所述滞止罩上开设有朝向来流方向的进气孔和垂直于气流方向的排气孔。
所述排气孔的数量为偶数。若干排气孔对称分布。
所述排气孔的横截面积之和为进气孔横截面积的30％～40％。
所述总温探针光栅支撑管的一端与滞止罩粘接，另一端通过总温探针光栅支撑管引出孔引出。
所述光纤光栅的端头同轴安装在所述滞止罩内，尾部与传输光纤连接。
所述光纤光栅位于进气孔、排气孔之间，
所述传输光纤的尾部与总温探针光栅支撑管粘接。
所述总温探针还包括高温胶。
所述高温胶用于实现滞止罩与总温探针安装孔的粘接、传输光纤与总温探针光栅支撑管的粘接。
所述支架温度探针通过支架温度探针安装孔固定在支架内。
所述支架温度探针用于监测支架的温度。
所述支架温度探针包括支架温度探针支撑管、若干支架测温光纤光栅、若干传输光纤。
所述支架温度探针支撑管与支架温度探针安装孔粘接。
所述支架测温光纤光栅在传输光纤内间隔布置。
所述传输光纤的尾部与支架温度探针支撑管粘接。
所述支架温度探针还包括高温胶。
所述高温胶用于实现支架温度探针支撑管与支架温度探针安装孔的粘接、传输光纤与支架温度探针支撑管粘接。
所述支架温度探针支撑管的尾端通过高温胶密封。
支架测温光纤光栅的数量和间距由总温探针的安装位置和数量决定。支架测温光纤光栅和总温探针一一对应。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明的有益效果如下：
1)本发明提供了一种可实现导热误差校正的光纤光栅总温测量装置，该装置能够校正导热误差，改善测温精度，提高测量数据准确性，装置总体尺寸小、结构灵活，可以同时校正多支总温探针的导热误差。
2)本发明将支架温度探针放置于支架安装孔内，获得不同总温探针对应的支架温度，从而直接计算总温探针测量装置的导热误差。
3)本发明采用两个感温光栅直接测量气流总温和支架温度，可以获取实时导热误差，进而实时修正总温测量温度。
4)得益于光纤光栅的复用能力，本发明可实现同时对多点总温测量耙的导热误差校正。
5)本发明可以根据具体总温测量装置的总温探针安装位置和数量，刻写相应的支架探针所用光纤光栅，灵活度高，方便调整。
6)本发明公开的所有光纤光栅都采用短距光栅，可以有效降低非均匀温度场对光栅的测温影响，从而降低温度测量误差。
7)本发明采用光纤光栅作为感温元，总温探针尺寸小，抗电磁干扰。
8)本发明公开的金属结构件间采用高温胶粘接方式，保证密封性和整体性。
9)本发明公开的光纤光栅使用支撑管对其进行保护，大大提高探针的可靠性。
附图说明
图1为光纤光栅总温测量装置结构示意图
图2为总温探针结构示意图
图3为支架温度探针结构示意图
图4为光纤布拉格光栅的光谱响应特性示意图
图5为光纤光栅总温测量装置应用于航空发动机内流道的测温示意图；
图中：安装基座1、支架2、总温探针安装孔3、总温探针光栅支撑管引出孔4、支架温度探针安装孔5、总温探针6、支架温度探针7、滞止罩601、进气孔602、排气孔603、总温探针光栅支撑管604、总温光纤光栅605、传输光纤606、高温胶607、支架温度探针支撑管701、支架测温光纤光栅702、传输光纤703、高温胶704。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
参见图1至图5，一种可实现导热误差校正的光纤光栅总温测量装置，包括安装基座1、支架2、总温探针6和支架温度探针7。
所述安装基座1用于支撑支架2。
所述支架2迎气流侧开设有若干总温探针安装孔3。
所述支架2为中空柱体。
所述支架2的底端开设有支架温度探针安装孔5。
所述支架2背气流侧开设有若干总温探针光栅支撑管引出孔4。
所述总温探针6通过总温探针安装孔3固定在支架2上。
所述总温探针6用于监测高速气流总温。
所述总温探针6包括滞止罩601、进气孔602、排气孔603、总温探针光栅支撑管604、总温光纤光栅605、传输光纤606。
所述滞止罩601与总温探针安装孔3粘接。
所述滞止罩601上开设有朝向来流方向的进气孔602和垂直于气流方向的排气孔603。
所述排气孔的数量为偶数。若干排气孔对称分布。
所述排气孔的横截面积之和为进气孔横截面积的30％～40％。
所述总温探针光栅支撑管604的一端与滞止罩601粘接，另一端通过总温探针光栅支撑管引出孔4引出发动机内流道(图5所示)到解调仪。
所述光纤光栅605的端头同轴安装在所述滞止罩601内，尾部与传输光纤606连接。
所述光纤光栅605位于进气孔602、排气孔603之间，
所述传输光纤606的尾部与总温探针光栅支撑管604粘接。
所述总温探针6还包括高温胶607。
所述高温胶607用于实现滞止罩601与总温探针安装孔3的粘接、传输光纤606与总温探针光栅支撑管604的粘接。
所述支架温度探针7通过支架温度探针安装孔5固定在支架2内。
所述支架温度探针7用于监测支架2的温度。
所述支架温度探针7包括支架温度探针支撑管701、若干支架测温光纤光栅702、若干传输光纤703。
所述支架温度探针支撑管701与支架温度探针安装孔5粘接。
所述支架测温光纤光栅702在传输光纤703内间隔布置。
所述传输光纤703的尾部与支架温度探针支撑管701粘接。
所述支架温度探针7还包括高温胶704。
所述高温胶704用于实现支架温度探针支撑管701与支架温度探针安装孔5的粘接、传输光纤703与支架温度探针支撑管701粘接。
所述支架温度探针支撑管701的尾端通过高温胶704密封。
支架测温光纤光栅702的数量和间距由总温探针6的安装位置和数量决定。支架测温光纤光栅702和总温探针6一一对应。相对应的支架测温光纤光栅702和总温探针6位于同一水平线上。
实施例2：
一种可实现导热误差校正的光纤光栅总温测量装置，包括安装基座1、支架2、总温探针6和支架温度探针7。
所述安装基座1用于支撑支架2。
所述支架2迎气流侧开设有若干总温探针安装孔3。
所述支架2为中空柱体。
所述支架2的底端开设有支架温度探针安装孔5。
所述总温探针6通过总温探针安装孔3固定在支架2上。
所述总温探针6用于监测高速气流总温。
所述支架温度探针7通过支架温度探针安装孔5固定在支架2内。
所述支架温度探针7用于监测支架2的温度。
实施例3：
一种可实现导热误差校正的光纤光栅总温测量装置，主要结构见实施例2，其中，所述支架2背气流侧开设有若干总温探针光栅支撑管引出孔4。
实施例4：
一种可实现导热误差校正的光纤光栅总温测量装置，主要结构见实施例2，其中，所述总温探针6包括滞止罩601、进气孔602、排气孔603、总温探针光栅支撑管604、总温光纤光栅605、传输光纤606。
所述滞止罩601与总温探针安装孔3粘接。
所述滞止罩601上开设有朝向来流方向的进气孔602和垂直于气流方向的排气孔603。
所述总温探针光栅支撑管604的一端与滞止罩601粘接，另一端通过总温探针光栅支撑管引出孔4引出。
所述光纤光栅605的端头同轴安装在所述滞止罩601内，尾部与传输光纤606连接。
所述光纤光栅605位于进气孔602、排气孔603之间，
所述传输光纤606的尾部与总温探针光栅支撑管604粘接。
实施例5：
一种可实现导热误差校正的光纤光栅总温测量装置，主要结构见实施例2，其中，所述排气孔的数量为偶数。若干排气孔对称分布。
所述排气孔的横截面积之和为进气孔横截面积的30％～40％。
实施例6：
一种可实现导热误差校正的光纤光栅总温测量装置，主要结构见实施例2，其中，所述总温探针6还包括高温胶607。
所述高温胶607用于实现滞止罩601与总温探针安装孔3的粘接、传输光纤606与总温探针光栅支撑管604的粘接。
实施例7：
一种可实现导热误差校正的光纤光栅总温测量装置，主要结构见实施例2，其中，所述支架温度探针7包括支架温度探针支撑管701、若干支架测温光纤光栅702、若干传输光纤703。
所述支架温度探针支撑管701与支架温度探针安装孔5粘接。
所述支架测温光纤光栅702在传输光纤703内间隔布置。
所述传输光纤703的尾部与支架温度探针支撑管701粘接。
实施例8：
一种可实现导热误差校正的光纤光栅总温测量装置，主要结构见实施例2，其中，所述支架温度探针7还包括高温胶704。
所述高温胶704用于实现支架温度探针支撑管701与支架温度探针安装孔5的粘接、传输光纤703与支架温度探针支撑管701粘接。
实施例9：
一种可实现导热误差校正的光纤光栅总温测量装置，主要结构见实施例2，其中，所述支架温度探针支撑管701的尾端通过高温胶704密封。
实施例10：
一种可实现导热误差校正的光纤光栅总温测量装置，主要结构见实施例2，其中，支架测温光纤光栅702的数量和间距由总温探针6的安装位置和数量决定。
实施例11：
一种可实现导热误差校正的光纤光栅总温测量装置，包括：
安装基座；
总温装置支架主体，圆柱体结构，一端与所述安装基座连接，气流来流方向设有多个总温探针安装孔，支架背气流侧设有光栅支撑管引出孔，内部设有支架温度探针安装孔；
多个总温探针，安装在对应的安装孔内；
所述总温探针包括：
滞止罩，与所述安装孔紧密粘接，设有朝向来流方向的进气孔以及垂直于气流方向的排气孔，所述排气孔的数量为偶数。若干排气孔对称分布。所述排气孔的横截面积之和为进气孔横截面积的30％～40％。
光栅支撑管，一端与所述滞止罩紧密粘接，另一端通过所述支架引出孔引出；
光纤光栅，端头同轴安装在所述滞止罩内，并且位于所述进气孔和排气孔中间，尾部与所述光栅支撑管紧密粘接，所述光纤光栅是通过准分子激光器在普通商用光纤上刻制而来，需要对其进行切割使其光栅位于端头位置。
支架温度探针，安装在对应的安装孔内；
所述支架温度探针包括：
光栅支撑管，与所述安装孔紧密粘接，尾端处粘接密封；
光纤光栅，尾部与所述光栅支撑管紧密粘接，所述光纤光栅是通过准分子激光器在普通商用光纤上刻制而来，根据所述总温探针的安装位置和数量刻写对应间距和数量的光栅。
实施例12：
一种可实现导热误差校正的光纤光栅总温测量装置的导热误差测量原理如下：
在测量气体总温过程中，光纤光栅传感器测量端除了要与被测气流进行热交换外，还要向传感器温度较低的根部以及支架传热，导致测量温度与实际温度存在偏差，这叫做导热误差。在对导热误差进行研究时，一般将光纤光栅测量端等效成直肋片，并根据肋片的导热公式来粗略的估计导热误差，导热误差公式如下式所示。
式中，Tt为气流总温，Tj为总温探针光栅测量温度，Tb为支架温度探针测量温度，L为滞止罩内光纤的长度，h为滞止罩内光纤表面的对流换热系数，λm为光纤导热系数，d为光纤直径。
因此，如果测量出支架温度Tb，就可以根据上式修正导热误差，从而有效测量总温。
实施例13：
一种用于光纤光栅总温测量装置的导热误差的校正方法，步骤包括：
1)获取气流温度测量数据。
2)获取支架温度测量数据。
3)根据获取气流温度测量数据和支架温度测量数据计算得到所述测温数据的校正数据。
4)利用校正数据修正高速气流总温测量值。