火焰放熱率脈動測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種脈動測量裝置，具體講是一種火焰放熱率脈動測量裝置，屬于非接觸的燃燒診斷技術領域。
【背景技術】
[0002]現代航空發(fā)動機加力燃燒室中溫度可以達到2000K以上，而總余氣系數則減小到1.1左右，所以容易產生振蕩燃燒。對振蕩燃燒顯現的研宄需要對燃燒室的放熱率脈動進行實時測量。放熱率及溫度的測量是振蕩燃燒現象的重要參數。而發(fā)動機燃燒過程與大多數燃燒現象一樣，會產生大量的中間組分。這些中間產物對研宄火焰的形成、發(fā)展和放熱率及溫度的測量有著重要的意義。
[0003]目前，現有技術中效果最好的對溫度進行光學測量的技術手段是平面激光誘導熒光技術(PLIF)，它不僅可以檢測燃燒場中一些重要的燃燒成分(如0H，02，NO，CH等)在燃燒過程中的二維組分分布外，還可以定量測量燃燒火焰溫度場分布。該技術對燃燒過程無干擾，可以進行精確測量，而且時空分辨率高(時間分辨率納秒，空間分辨率微米量級)，二維測量，具有可視性，形象直觀。但是該類設備價格昂貴，很多從事燃燒方向研宄的院校無力購買，而且其設備復雜，國內還無法自己生產。
[0004]常規(guī)的測量手段是熱電偶，熱電偶成本低，適合推廣應用，但是熱電偶存在兩個重大缺點。首先，其熱電偶必須要插入流場之中，測量燃燒室中穩(wěn)定器后回流區(qū)處的溫度會，對流場產生較大影響；其次，不能測量動態(tài)溫度變化，熱電偶測量時間長，即隨著溫度的變化要較長的時間才能得到穩(wěn)定的溫度輸出。
[0005]2014年08月06日，中國發(fā)明專利申請201410225315.6，公開了一種基于紫外激光吸收光譜的非接觸式火焰溫度及OH基濃度測量裝置及測量方法，測量裝置包括Nd: YAG激光器、可調諧染料激光器、小孔光闌、分束鏡、一號光電探測器、二光號電探測器、燃燒器、氧氣氣瓶、氮氣氣瓶、燃料氣瓶、一號流量計、二號流量計、三號流量計、預混罐、示波器、計算機。該方法可以同時定量測量火焰溫度及火焰中OH自由基濃度信息，并且由于染料激光器具有非常廣泛的調諧范圍，其具有測量多種火焰中自由基組分的潛力，豐富了激光燃燒診斷的測量范圍，給燃燒學定量研宄提供了新的技術手段。2010年12月I日，中國發(fā)明專利CN101625269B，公開了一種同時監(jiān)測燃燒火焰溫度場和中間產物濃度二維分布的方法，包括火焰探測裝置、分光裝置、濾波裝置、探測處理裝置?；鹧嫣綔y裝置包括火焰窺鏡裝置及其前端的廣角鏡和冷卻套筒，火焰輻射光經窺鏡裝置傳遞給分光裝置，分光后經濾波裝置得到四路中心波長不同的窄帶光信號。該發(fā)明能夠實時并同時監(jiān)測火焰中間產物濃度和火焰溫度場的二維分布。但上述裝置和方法所使用的設備較多，實現復雜且設備價格昂貴，如激光器和CXD探測器等。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服現有技術缺陷提供一種結構簡單、成本低廉的火焰放熱率脈動測量裝置。
[0007]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供的一種火焰放熱率脈動測量裝置，包括濾光片、光電倍增管、負高壓電源、放大電路和開關電源；所述濾光片設置于光電倍增管的入光口上，所述光電倍增管分別連接負高壓電源和放大電路，所述放大電路連接開關電源。
[0008]本發(fā)明中，所述放大電路包括兩級運算放大器，所述第一級運算放大器的反相輸入端引腳2連接光電倍增管，輸入端引腳3接地，第一級運算放大器的輸出端引腳I與輸入端引腳2之間連接反饋電阻R2，反饋電阻R2上并聯反饋電容C3 ;所述第一級運算放大器的輸出端引腳I與第二級運算放大器的反向輸入端引腳2之間連接輸出電阻R7，輸出電阻R7連接電阻R9的一端，電阻R9另一端連接第二級運算放大器輸出端引腳1，第二級運算放大器輸入端引腳3接地；第一級運算放大器和第二級運算放大器的引腳8和引腳4分別連接開關電源。
[0009]本發(fā)明中，所述第一級運算放大器和第二級運算放大器正負電源端均串聯RC退親濾波節(jié)。
[0010]本發(fā)明中，所述RC退耦濾波節(jié)包括電阻和第一電容、第二電容，所述電阻的一端連接電源，另一端連接兩級運算放大器；所述第一電容與第二電容并聯，其一端連接兩級運算放大器，另一端接地；所述第一電容與第二電容的容量不一。
[0011]本發(fā)明中，所述輸出電阻R7的兩端分別連接電容C6、電容C7的一端，電容C6、電容C7的另一端接地，形成一型濾波。
[0012]本發(fā)明中，所述濾光片的中心波長為430nm，帶寬為10nm。
[0013]本發(fā)明中，所述光電倍增管為側窗型光電倍增管，其波長為185nm-710nm。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:(1)、本發(fā)明結構簡單，價格成本低，采用無接觸測量，其靈敏度高、測量精度合理，能夠對加力燃燒室的火焰放熱率脈動情況進行實時測量；(2)、在正負電源端連接RC退耦濾波節(jié)，電容采用一大一小容量兩個并聯；在輸出電阻的兩端各接一個電容，形成π型濾波，以減小放大器各部分電路之間通過公共直流電源產生的寄生耦合，穩(wěn)定放大電路的工作，防止產生振蕩和干擾；(3)、采用側窗型光電倍增管，其對CH離子的光譜的響應效率達到85%，能將光信號轉化成微安級的電流信號；(4)、選擇中心波長為430nm，帶寬為1nm的濾光片能夠高效通過CH離子的光譜，并可濾掉其他燃燒中間產物的光譜。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明火焰放熱率脈動測量裝置結構示意圖；
圖2為采用蠟燭為光源時的測量值，圖(a)為距離為50cm時的測量值，圖(b)距離為20cm時的測量值；
圖3為放大電路不意圖；
圖4為放大電路的檢測波形圖；
圖5為CH尚子測量結果不意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖以測量CH基為例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明火焰放熱率脈動測量裝置，包括濾光片4、光電倍增管5、負高壓電源6、放大電路8和開關電源7。濾光片4貼于光電倍增管5的前端入光口處，光電倍增管5的連接負高壓電源6，光電倍增管5陽極連接放大電路8，放大電路8連接開關電源7和采集計算機9。開關電源7采用現有技術中常見的能夠穩(wěn)定地輸出正負1V電壓的電源。使用時，將光電倍增管5裝配在與加力燃燒室相連的連接管道3上，濾光片4介于光電倍增管5與連接管道3之間，連接管道3與加入燃燒室之間設有石英窺窗2，燃燒室內火焰I的下方，設置火焰穩(wěn)定器10。
[0018]已知CH離子的光譜為43lnm，在燃燒時峰值波長為435.3nm的CH離子濃度與燃燒區(qū)單位體積的放熱率成正比，只要測定該波長光輻射量，就可通過測量CH離子濃度來測出放熱率。所以本實施例中濾光片4選擇中心波長為430nm、帶寬為1nm的濾光片。因碳氫燃料的中間產物有很多，如OH基其特征波長在280nm，而C2的特征波長在516nm左右，所以該濾光片可以有效的擋住其它自由基的波長而通過CH離子的波長。濾光片的帶寬越窄則單色性越好，對該其他的中間產物的光譜的過濾性越強。此外，通過選擇不同中心波長的濾光片可以對其他燃燒中間產物進行測量，以適應不同的使用范圍；如選擇中心波長280nm的濾光片時，則可以測量OH基離子的光譜。
[0019]本實施例中，光電倍增管5采用R5983型側窗型光電倍增管，其響應峰值為410nm，響應波長范圍為185nm到710nm。該光電倍增管對CH離子的光譜響應靈敏度高，響應效率達到85%，可將光信號轉化成微安級的電流信號。通過改變?yōu)V光片4的型號可以實現對碳氫燃料的其他中間產物進行響應。
[0020]負高壓電源6能給光電倍增管5內的九級電子倍增極提供強大的電場，在相同光強時，施加的負高壓越大，光電倍增管輸出的電流越大，這樣可以根據所測量火焰的發(fā)光強弱，來調節(jié)負高壓大小，從而達到增加或減小光電倍增管輸出電流的效果。對光電倍增管5的輸出電流大小，以及在不同光源下的輸出特性進行測