本發(fā)明屬于光學(xué)溫度傳感領(lǐng)域，涉及一種基于fp原理的流體瞬態(tài)溫度傳感器。

背景技術(shù)：

1、溫度是一個(gè)重要的物理參數(shù)，溫度測量被廣泛應(yīng)用于車輛、飛行器、管道等眾多裝置狀態(tài)評(píng)估中，對(duì)裝置設(shè)計(jì)、運(yùn)行監(jiān)測具有重要意義。在某些特殊的場景中，比如飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)流體流道中的溫度場可能是一個(gè)非均勻溫度場，不同測溫點(diǎn)的溫度可能不一致，且溫度的變化較快，若可實(shí)現(xiàn)針對(duì)某點(diǎn)的流體溫度進(jìn)行快速測溫，將對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)確認(rèn)與健康監(jiān)測具有重要意義。

2、在特殊應(yīng)用工況下，如航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室管道中，流體溫度往往能達(dá)到上千攝氏度，因此，如何能在超高溫溫度區(qū)間，測量特定點(diǎn)位的流體溫度便成為了工程上急需的解決方案，同時(shí)該部位氣流流速最高可能達(dá)到1～2馬赫，溫度傳感器的響應(yīng)速度也會(huì)直接影響流道健康監(jiān)測的能力。

3、目前在特殊工況下，流體溫度測量通常采用特種熱電偶的方式進(jìn)行，熱電偶測溫屬于電學(xué)測溫，在較強(qiáng)的電磁環(huán)境中易被干擾，光學(xué)的抗電磁干擾特性是電學(xué)無法比擬的，且熱電偶通常會(huì)被高溫環(huán)境腐蝕，產(chǎn)生熱損耗，需要定期更換。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于fp原理的流體瞬態(tài)溫度傳感器，提高整體結(jié)構(gòu)耐溫程度與測溫上限，壽命長，在不受到外界破壞情況、保持感溫元件清潔情況下不存在壽命衰減問題。

2、本發(fā)明解決技術(shù)的方案是：

3、一種基于fp原理的流體瞬態(tài)溫度傳感器，包括透明反射片、99剛玉轉(zhuǎn)接件、99剛玉陶瓷管、316不銹鋼金屬座、光纖準(zhǔn)直器、環(huán)形器、寬譜光源、解調(diào)終端；

4、其中，316不銹鋼金屬座水平放置；99剛玉陶瓷管軸向水平放置，且99剛玉陶瓷管的軸向一端搭接在316不銹鋼金屬座上，光纖準(zhǔn)直器同軸設(shè)置在99剛玉陶瓷管該端的內(nèi)腔中；99剛玉轉(zhuǎn)接件與99剛玉陶瓷管的軸向另一端對(duì)接；透明反射片豎直設(shè)置在99剛玉轉(zhuǎn)接件的內(nèi)腔中，且透明反射片與99剛玉陶瓷管軸向垂直；在99剛玉轉(zhuǎn)接件的外壁沿周向均勻設(shè)置流體孔，且流體孔的位置與透明反射片的位置對(duì)應(yīng)；光纖準(zhǔn)直器伸出99剛玉陶瓷管的一端通過電纜與環(huán)形器連接；環(huán)形器與寬譜光源、解調(diào)終端分別通過光纖連接。

5、在上述的一種基于fp原理的流體瞬態(tài)溫度傳感器，流體瞬態(tài)溫度傳感器的工作過程為：

6、寬譜光源發(fā)出發(fā)散光信號(hào)至環(huán)形器；環(huán)形器將發(fā)散光信號(hào)的傳輸方向切換為傳輸至準(zhǔn)直器；準(zhǔn)直器將發(fā)散光信號(hào)轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)直光信號(hào)，并沿99剛玉陶瓷管的軸向?qū)?zhǔn)直光信號(hào)發(fā)送至透明反射片；

7、外部待測流體通過流體孔進(jìn)入99剛玉轉(zhuǎn)接件內(nèi)腔，與透明反射片接觸，將溫度傳輸至透明反射片；透明反射片受熱后變形；透明反射片接收準(zhǔn)直器傳來的準(zhǔn)直光信號(hào)，并進(jìn)行反射；準(zhǔn)直器接收反射光，并將反射光傳輸至環(huán)形器；環(huán)形器將反射光的傳輸方向切換為傳輸至解調(diào)終端；解調(diào)終端解調(diào)出外部待測流體的溫度。

8、在上述的一種基于fp原理的流體瞬態(tài)溫度傳感器，所述透明反射片為感溫元件；透明反射片采用石英、單晶碳化硅或單晶氧化鋁的透明材質(zhì)。

9、在上述的一種基于fp原理的流體瞬態(tài)溫度傳感器，所述透明反射片的頂部表面和底部表面均設(shè)置fp腔，即均對(duì)傳來的準(zhǔn)直光信號(hào)進(jìn)行反射；透明反射片受熱后變形后，頂部表面的反射光和底部表面的反射光存在光程差。

10、在上述的一種基于fp原理的流體瞬態(tài)溫度傳感器，所述準(zhǔn)直器將透明反射片頂部表面的反射光和底部表面的反射光通過環(huán)形器傳輸至解調(diào)終端；解調(diào)終端根據(jù)2個(gè)反射光的光程差，獲得透明反射片的受熱變形量，并根據(jù)已知的透明反射片變形量與溫度的曲線，得到外部待測流體的溫度。

11、在上述的一種基于fp原理的流體瞬態(tài)溫度傳感器，所述透明反射片采用點(diǎn)涂方式粘接在99剛玉轉(zhuǎn)接件的內(nèi)腔點(diǎn)膠位置；膠水采用陶瓷膠膠水；粘接后，常溫固化24小時(shí)，再置于加熱平臺(tái)，70℃固化2小時(shí)，200℃固化4小時(shí)。

12、在上述的一種基于fp原理的流體瞬態(tài)溫度傳感器，所述99剛玉轉(zhuǎn)接件軸向無流體孔的一端，與99剛玉陶瓷管的對(duì)應(yīng)軸端采用陶瓷膠膠水粘接；粘接后，99剛玉轉(zhuǎn)接件與99剛玉陶瓷管保持同軸，常溫固化24小時(shí)后，置于加熱平臺(tái)，70℃固化2小時(shí)，200℃固化4小時(shí)。

13、在上述的一種基于fp原理的流體瞬態(tài)溫度傳感器，所述99剛玉陶瓷管與316不銹鋼金屬座采用環(huán)涂方式，通過陶瓷膠膠水粘接；粘接時(shí)通過工裝使99剛玉陶瓷管垂直于316不銹鋼金屬座；常溫固化24小時(shí)，70℃固化2小時(shí)，200℃固化4小時(shí)。

14、在上述的一種基于fp原理的流體瞬態(tài)溫度傳感器，所述準(zhǔn)直器通過外部三維位移平臺(tái)調(diào)整準(zhǔn)直器的角度，使得準(zhǔn)直器接收到經(jīng)透明反射片反射后的反射光；通過ab環(huán)氧膠水將準(zhǔn)直器與99剛玉陶瓷管粘接，常溫固化24小時(shí)。

15、在上述的一種基于fp原理的流體瞬態(tài)溫度傳感器，所述光纖準(zhǔn)直器采用光纖耦合器或者光纖熔接方式與環(huán)形器連接。

16、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

17、(1)本發(fā)明通過采用透明反射片作為感溫元件，透明反射片可以做的很薄，體積小、導(dǎo)熱快、熱容小，加之與轉(zhuǎn)接件的連接處采用點(diǎn)涂方式減小兩者接觸面，降低熱交換速率，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于溫度變化的瞬態(tài)響應(yīng)；

18、(2)本發(fā)明使用耐高溫的陶瓷管作為支撐結(jié)構(gòu)，長度可變化，實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同位置測點(diǎn)的精準(zhǔn)測量；

19、(3)本發(fā)明采用準(zhǔn)直器作為光信號(hào)的發(fā)出與接收端，避免光纖直接進(jìn)入溫場，從而提高整體耐溫程度與測溫上限；

20、(4)本發(fā)明測溫原理為fp原理，測溫精度較高，具有抗電磁干擾以及壽命無衰減的特性優(yōu)勢較大。

技術(shù)特征：

1.一種基于fp原理的流體瞬態(tài)溫度傳感器，其特征在于：包括透明反射片(2)、99剛玉轉(zhuǎn)接件(3)、99剛玉陶瓷管(4)、316不銹鋼金屬座(5)、光纖準(zhǔn)直器(6)、環(huán)形器(7)、寬譜光源(8)、解調(diào)終端(9)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于fp原理的流體瞬態(tài)溫度傳感器，其特征在于：流體瞬態(tài)溫度傳感器的工作過程為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于fp原理的流體瞬態(tài)溫度傳感器，其特征在于：所述透明反射片(2)為感溫元件；透明反射片(2)采用石英、單晶碳化硅或單晶氧化鋁的透明材質(zhì)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于fp原理的流體瞬態(tài)溫度傳感器，其特征在于：所述透明反射片(2)的頂部表面和底部表面均設(shè)置fp腔，即均對(duì)傳來的準(zhǔn)直光信號(hào)進(jìn)行反射；透明反射片(2)受熱后變形后，頂部表面的反射光和底部表面的反射光存在光程差。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于fp原理的流體瞬態(tài)溫度傳感器，其特征在于：所述準(zhǔn)直器(6)將透明反射片(2)頂部表面的反射光和底部表面的反射光通過環(huán)形器(7)傳輸至解調(diào)終端(9)；解調(diào)終端(9)根據(jù)2個(gè)反射光的光程差，獲得透明反射片(2)的受熱變形量，并根據(jù)已知的透明反射片(2)變形量與溫度的曲線，得到外部待測流體的溫度。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于fp原理的流體瞬態(tài)溫度傳感器，其特征在于：所述透明反射片(2)采用點(diǎn)涂方式粘接在99剛玉轉(zhuǎn)接件(3)的內(nèi)腔點(diǎn)膠位置；膠水采用陶瓷膠膠水；粘接后，常溫固化24小時(shí)，再置于加熱平臺(tái)，70℃固化2小時(shí)，200℃固化4小時(shí)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于fp原理的流體瞬態(tài)溫度傳感器，其特征在于：所述99剛玉轉(zhuǎn)接件(3)軸向無流體孔(1)的一端，與99剛玉陶瓷管(4)的對(duì)應(yīng)軸端采用陶瓷膠膠水粘接；粘接后，99剛玉轉(zhuǎn)接件(3)與99剛玉陶瓷管(4)保持同軸，常溫固化24小時(shí)后，置于加熱平臺(tái)，70℃固化2小時(shí)，200℃固化4小時(shí)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于fp原理的流體瞬態(tài)溫度傳感器，其特征在于：所述99剛玉陶瓷管(4)與316不銹鋼金屬座(5)采用環(huán)涂方式，通過陶瓷膠膠水粘接；粘接時(shí)通過工裝使99剛玉陶瓷管(4)垂直于316不銹鋼金屬座(5)；常溫固化24小時(shí)，70℃固化2小時(shí)，200℃固化4小時(shí)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于fp原理的流體瞬態(tài)溫度傳感器，其特征在于：所述準(zhǔn)直器(6)通過外部三維位移平臺(tái)調(diào)整準(zhǔn)直器(6)的角度，使得準(zhǔn)直器(6)接收到經(jīng)透明反射片(2)反射后的反射光；通過ab環(huán)氧膠水將準(zhǔn)直器(6)與99剛玉陶瓷管(4)粘接，常溫固化24小時(shí)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于fp原理的流體瞬態(tài)溫度傳感器，其特征在于：所述光纖準(zhǔn)直器(6)采用光纖耦合器或者光纖熔接方式與環(huán)形器(7)連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于FP原理的流體瞬態(tài)溫度傳感器，屬于光學(xué)溫度傳感領(lǐng)域；99剛玉陶瓷管的軸向一端搭接在316不銹鋼金屬座上，光纖準(zhǔn)直器同軸設(shè)置在99剛玉陶瓷管該端的內(nèi)腔中；99剛玉轉(zhuǎn)接件與99剛玉陶瓷管的軸向另一端對(duì)接；透明反射片豎直設(shè)置在99剛玉轉(zhuǎn)接件的內(nèi)腔中，且透明反射片與99剛玉陶瓷管軸向垂直；流體孔沿周向均勻設(shè)置在99剛玉轉(zhuǎn)接件的外壁，且流體孔的位置與透明反射片的位置對(duì)應(yīng)；光纖準(zhǔn)直器伸出99剛玉陶瓷管的一端通過電纜與環(huán)形器連接；環(huán)形器與寬譜光源、解調(diào)終端分別通過光纖連接；本發(fā)明提高整體結(jié)構(gòu)耐溫程度與測溫上限，壽命長，在不受到外界破壞情況、保持感溫元件清潔情況下不存在壽命衰減問題。

技術(shù)研發(fā)人員：馬驄,陳青松,李金洋,毛國培,史青,于勇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京遙測技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17