本發(fā)明涉及流場總溫測試，具體是一種基于黑體輻射的超高溫氣流總溫探針及其制作方法。

背景技術(shù)：

1、總溫指氣流以某種形式絕熱滯止時(shí)所能達(dá)到的最大溫度，其反映了流體所具有的總能量?？倻厥窃u(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的關(guān)鍵指標(biāo)，準(zhǔn)確的測量出流體總溫是開展設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和試驗(yàn)的基礎(chǔ)，也是監(jiān)測飛機(jī)飛行狀態(tài)的重要依據(jù)。

2、傳統(tǒng)電學(xué)與光學(xué)總溫探針采用熱電偶與光纖測溫的方式，均存在一定缺點(diǎn)。例如?；陔妼W(xué)與光學(xué)傳統(tǒng)測溫方式均需要通過電路或光纖進(jìn)行信號(hào)傳輸，在使用過程中需要對(duì)電偶絲和光纖進(jìn)行保護(hù)，增大整個(gè)探針體積，減緩響應(yīng)時(shí)間。并且采用接觸式信號(hào)傳輸，在傳輸過程中會(huì)出現(xiàn)較大損耗，降低信號(hào)質(zhì)量。傳統(tǒng)黑體測溫方式是將黑體材料涂覆在光纖上，但由于材料之間熱膨脹系數(shù)不同，導(dǎo)致在高溫高速環(huán)境下難以保持穩(wěn)定不脫落，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，降低傳感器使用壽命以及精確程度，同時(shí)氣流中的污染物會(huì)污染膜層使黑體腔的測量精度大大降低。并且由于黑體輻射過程中，非測溫單元會(huì)出現(xiàn)不同程度的熱輻射，在實(shí)際測量過程中會(huì)產(chǎn)生較大影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于黑體輻射的超高溫氣流總溫探針，包括晶片、黑體材料、固定架、支架、光譜感知構(gòu)件、吸光涂層。

2、所述晶片內(nèi)部填充黑體材料，從而形成用于感知高溫環(huán)境溫度的黑體腔。

3、所述晶片通過固定架固定在支架內(nèi)部。

4、所述黑體材料不與晶片發(fā)生反應(yīng)，是高熔點(diǎn)，高發(fā)射率的材料。

5、所述支架為內(nèi)部中空的t型支架，包括連通的橫向支架和縱向支架。

6、所述橫向支架的兩個(gè)端部分別開設(shè)有進(jìn)氣口、出氣口。

7、所述光譜感知構(gòu)件固定在縱向支架的內(nèi)部，用于接收和傳輸黑體腔向外輻射的光譜。

8、所述吸光涂層涂覆在縱向支架內(nèi)壁，用于吸收背景輻射。

9、進(jìn)一步，所述光譜感知構(gòu)件包括透鏡組件。

10、超高溫氣流總溫探針工作時(shí)，氣流通過橫向支架的進(jìn)氣口進(jìn)入支架內(nèi)部，在遇到晶片時(shí)產(chǎn)生滯止，熱量傳遞給晶片。

11、所述黑體腔向外輻射光譜。

12、所述光譜感知構(gòu)件將自由空間光進(jìn)行匯聚，并通過導(dǎo)光孔向外傳輸。所述導(dǎo)光孔為縱向支架底部導(dǎo)光位置。

13、進(jìn)一步，所述透鏡組件的共軛成像位置落在導(dǎo)光孔上。

14、進(jìn)一步，所述光譜感知構(gòu)件包括晶體光纖。

15、超高溫氣流總溫探針工作時(shí)，氣流通過橫向支架的進(jìn)氣口進(jìn)入支架內(nèi)部，在遇到晶片時(shí)產(chǎn)生滯止，熱量傳遞給晶片。

16、所述黑體腔向外輻射光譜。

17、所述晶體光纖接收黑體腔向外輻射的光譜，并向外傳輸。

18、進(jìn)一步，所述晶體光纖正垂直于黑體材料。

19、進(jìn)一步，還包括用于降溫的水冷通道。

20、所述水冷通道布置在支架上。

21、進(jìn)一步，所述晶片為高熔點(diǎn)透明材料。

22、進(jìn)一步，所述黑體腔可感知的溫度達(dá)到單晶片材料熔點(diǎn)。

23、一種制作所述超高溫氣流總溫探針的方法，包括以下步驟：

24、1)將黑體材料填充在晶片內(nèi)部，從而組成黑體腔。

25、2)利用切割工藝完成固定架、支架的加工。

26、3)在縱向支架內(nèi)部固定光譜感知構(gòu)件。

27、將黑體材料填充在晶片內(nèi)部的步驟包括：

28、1.1)對(duì)晶片進(jìn)行刻槽，填入黑體材料。

29、1.2)利用單晶粉末對(duì)晶片進(jìn)行熔融封裝，保證密封性。

30、本發(fā)明的技術(shù)效果是毋庸置疑的，本發(fā)明的有益效果如下：

31、本發(fā)明的黑體材料被包裹放置，杜絕與空氣接觸，在高溫情況下不發(fā)生氧化，所產(chǎn)生光譜穩(wěn)定性好；

32、本發(fā)明采用單晶片透明單晶片作為感溫元件，減少光纖結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較好，無需添加更多保護(hù)裝置，減少整體探針結(jié)構(gòu)；

33、本發(fā)明采用循環(huán)水冷，進(jìn)行降溫，進(jìn)一步提高探針的工作溫度，保證整個(gè)裝置在測量中不產(chǎn)生形變?？紤]到在超高溫環(huán)境下背景輻射帶來的影響，采用整體支架循環(huán)水冷的結(jié)構(gòu)，抑制溫度，減少外部環(huán)境帶來的雜散信號(hào)，保證檢測信號(hào)的質(zhì)量。

34、本發(fā)明支架側(cè)壁采用吸光涂層，能夠?qū)?cè)壁因溫度升高產(chǎn)生的微小輻射進(jìn)行吸收，進(jìn)一步減少背景輻射對(duì)信號(hào)的影響。

35、本發(fā)明將感溫單元與光信號(hào)傳輸系統(tǒng)分離，采用自由空間光傳輸，降低測試環(huán)境對(duì)于傳輸系統(tǒng)強(qiáng)度的要求，并且避免器件間粘膠在高溫環(huán)境下失效的問題。

36、綜上所述，本發(fā)明提出一種用于測量超高溫環(huán)境下氣流總溫的感溫單元與光信號(hào)傳輸系統(tǒng)分離的探針結(jié)構(gòu)。傳輸過程可采用自由空間光或單晶光纖傳輸，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，能夠設(shè)計(jì)小體積探針，提高響應(yīng)時(shí)間；通過在高溫環(huán)境下內(nèi)置黑體材料，避免由于熱膨脹系數(shù)不匹配導(dǎo)致的材料脫落問題，增加探針使用壽命以及測溫精度。并且探針整體內(nèi)置循環(huán)水冷系統(tǒng)，在支架內(nèi)部涂覆吸光涂層的設(shè)計(jì)不僅能夠保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，進(jìn)一步抑制了材料的熱輻射，減少在自由空間傳輸過程中外在輻射的干擾，保證傳輸信號(hào)的質(zhì)量。

技術(shù)特征：

1.一種基于黑體輻射的超高溫氣流總溫探針，其特征在于：包括晶片(1)、黑體材料(2)、固定架(3)、支架(4)、光譜感知構(gòu)件、吸光涂層(10)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于黑體輻射的超高溫氣流總溫探針，其特征在于：所述光譜感知構(gòu)件包括透鏡組件(6)；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于黑體輻射的超高溫氣流總溫探針，其特征在于：所述透鏡組件(6)的共軛成像位置落在導(dǎo)光孔(7)上。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于黑體輻射的超高溫氣流總溫探針，其特征在于：所述光譜感知構(gòu)件包括晶體光纖(9)；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于黑體輻射的超高溫氣流總溫探針，其特征在于：所述晶體光纖(9)正垂直于黑體材料。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于黑體輻射的超高溫氣流總溫探針，其特征在于：還包括用于降溫的水冷通道(5)；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于黑體輻射的超高溫氣流總溫探針，其特征在于：所述晶片(1)為高熔點(diǎn)透明材料。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于黑體輻射的超高溫氣流總溫探針，其特征在于：所述黑體腔可感知的溫度達(dá)到單晶片材料熔點(diǎn)。

9.一種制作權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述超高溫氣流總溫探針的方法，其特征在于，包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制作方法，其特征在于，將黑體材料(2)填充在晶片(1)內(nèi)部的步驟包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種基于黑體輻射的超高溫氣流總溫探針及其制作方法，總溫探針包括晶片(1)、黑體材料(2)、固定架(3)、支架(4)、光譜感知構(gòu)件(6)、吸光涂層(10)；所述晶片(1)內(nèi)部填充黑體材料(2)，從而形成用于感知高溫環(huán)境溫度的黑體腔；所述晶片(1)通過固定架(3)固定在支架(4)內(nèi)部；所述支架(4)為內(nèi)部中空的T型支架，包括連通的橫向支架和縱向支架；所述橫向支架的兩個(gè)端部分別開設(shè)有進(jìn)氣口、出氣口；所述光譜感知構(gòu)件固定在縱向支架的內(nèi)部，用于接收和傳輸黑體腔向外輻射的光譜。本發(fā)明采用自由空間導(dǎo)光方式，相較于光纖導(dǎo)光方式，降低了傳輸損耗。

技術(shù)研發(fā)人員：劉顯明,王新域,周峰,章鵬,雷小華,昌小小,許亨藝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6