一种光纤黑体腔温度传感系统及其制作方法

本发明属于光纤黑体腔温度传感，涉及一种光纤黑体腔温度传感系统及其制作方法。

背景技术：

1、近年来，随着全球航空运输业的蓬勃发展，对航空发动机的性能要求攀升至前所未有的高度。温度，作为衡量发动机运行状态的核心指标之一，其精确监测与预测能力直接关乎飞行安全、效率及经济性。航空发动机在运行过程中，会经历从低温启动到高温高速运转的复杂工况变化，温度作为这一过程中的核心参数之一，直接反映了发动机内部燃烧效率、热传递效率及机械负荷状态。科学准确地监测和预测航空发动机的温度变化，不仅能够及时发现潜在的热损伤风险，避免由于过热导致的部件失效或故障，还能根据实时温度数据优化燃烧控制策略，提高燃油效率和推力输出，从而在不牺牲安全性的前提下提升发动机性能。

2、然而，传统航空发动机温度传感探头在应对这些挑战时显得力不从心。一方面，传统传感器的耐温上限较低，难以在发动机内部极端高温环境中长期稳定工作；另一方面，为了实现高精度测量，传感器往往需要较大的体积来容纳复杂的传感元件和信号处理电路，这不仅增加了发动机设计的难度和成本，还限制了传感器在狭小空间内的集成应用。再者，传统探头的安装位置和形状设计往往不够精细，容易在高速气流中引入扰流，影响测量结果的准确性。因此，传统航空发动机温度传感探头普遍体积较大难以实现小型化集成、耐温上限低、易引入扰流，远不能满足发动机的实际测量需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中航空发动机温度传感探头普遍体积较大难以实现小型化集成、耐温上限低、易引入扰流的技术问题，提供一种光纤黑体腔温度传感系统及其制作方法。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、第一方面，本发明提供一种光纤黑体腔温度传感系统的制作方法，包括以下步骤：

4、使用化学镀膜法制作光纤黑体探头，将所述光纤黑体探头的探头端采用3d打印埋入涡轮定子中；

5、构建与所述光纤黑体探头的光纤端连接的微弱光信号处理一体化集成电路并将其整体封装；

6、所述微弱光信号处理一体化集成电路将电信号传输至单片机，得到光纤黑体腔温度传感系统。

7、进一步的改进在于：

8、所述使用化学镀膜法制作光纤黑体探头包括：

9、制作镀膜胶体混合物，并将光纤插入所述镀膜胶体混合物中，缓慢向上提拉使其表面包裹一层胶体，然后在空气中静置5-10分钟后，在光纤表面形成一层明显的白色不透明固体，再用丁烷火焰喷灯重复灼烧膜层，每次5-15秒，重复4-5次，过程中观察到膜层先变透明再转变为白色固体，之后再灼烧膜层不出现变化即得到黑体腔层，所述膜层厚度为0.05μm-2μm，发生如下反应，制得光纤黑体探头：

10、2al(oh)3+mg(oh)2+δt→mgal2o4。

11、所述制作镀膜胶体混合物具体包括：

12、将镁铝尖晶石粉末溶解在沸水中，直至有固体剩余，形成饱和溶液，发生如下反应：

13、al(or)3+h2o→al(or)2oh+roh↑

14、mg(or)2+h2o→mg(or)oh+roh↑

15、其中，r表示碳氢化合物；

16、待反应完全后，将进行上述反应的容器放于冰水浴中，令反应产物冷却分层，移除上层液体，下层产生部分凝胶状材料，发生如下反应，由此制得镀膜胶体混合物：

17、al(or)(oh)2+h2o→al(oh)3+roh↑

18、mg(or)oh+h2o→mg(oh)2+roh↑。

19、所述将所述光纤黑体探头的探头端采用3d打印埋入涡轮定子中具体包括：

20、设计预留孔并基于预留孔建立所述涡轮定子的三维模型；

21、基于所述三维模型进行3d打印；

22、当所述预留孔打印完成后，将光纤的探头端压入孔的底部，再将打印用的金属粉末平铺覆盖光纤的探头端，将其压紧在预留孔中。

23、所述预留孔为圆弧直径为0.5mm-1mm、长度为1.5mm-2mm的腰型孔。

24、所述3d打印使用激光选区熔化技术；所述3d打印在10min内完成。

25、所述构建与所述光纤黑体探头的光纤端连接的微弱光信号处理一体化集成电路包括：

26、将所述光纤黑体探头的光纤端连接至光电转换电路中的光敏电阻上，所述光电转换电路依次连接有多级放大电路和整流滤波电路，组成微弱光信号处理一体化集成电路。

27、第二方面，本发明提供一种采用上述方法制得的光纤黑体腔温度传感系统，包括光纤黑体探头，所述光纤黑体探头的探头端埋入涡轮定子，所述光纤黑体探头的光纤端与所述微弱光信号处理一体化集成电路中的光敏电阻连接；所述微弱光信号处理一体化集成电路包括依次连接的光电转换电路、多级放大电路和整流滤波电路；所述微弱光信号处理一体化集成电路将光信号转换为电信号并放大滤波后，将电信号传输给单片机；所述单片机将电信号转换为温度值后输入数码管显示温度值。

28、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

29、本发明公开了一种光纤黑体腔温度传感系统的制作方法，将制得的光纤黑体探头的探头端采用3d打印埋入涡轮定子中，并构建了与所述光纤黑体探头的光纤端连接的微弱光信号处理一体化集成电路，微弱光信号处理一体化集成电路将电信号传输至单片机，单片机将接收到的电信号转换为温度值并输出。首先，光纤传感技术具有耐高温、抗高压、易集成、耐氧化、耐腐蚀、绝缘性好、抗电磁干扰、可实时测量等优势，适合在易燃易爆、强磁场干扰及高温、高压等恶劣环境下工作。其次，使用3d打印将光纤黑体探头的探头端埋入涡轮定子中，解决了传统探头的安装位置和形状设计往往不够精细，容易在高速气流中引入扰流的技术问题，使得温度探测更加精确。最后，微弱光信号处理一体化集成电路的设计克服了微弱信号采集困难的缺陷，将光信号输入光电转换电路，使光信号得以转化为电信号使用，将光电转换电路输出端与多级放大滤波电路的输入端相连，对该微弱电信号进行放大滤波处理为可用电信号，随后将该电信号输出进入单片机中，实现温度数值的准确显示。本发明攻克了国外对极端环境传感领域的技术封锁，为严苛工况下的无扰流温度监测带来了新的方案和尝试。为航空发动机的研制节约仿真、试验等成本，提升发动机研制速率，促进发动机技术发展。

技术特征：

1.一种光纤黑体腔温度传感系统的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的光纤黑体腔温度传感系统的制作方法，其特征在于，所述使用化学镀膜法制作光纤黑体探头包括：

3.根据权利要求2所述的光纤黑体腔温度传感系统的制作方法，其特征在于，所述制作镀膜胶体混合物具体包括：

4.根据权利要求1所述的光纤黑体腔温度传感系统的制作方法，其特征在于，所述将所述光纤黑体探头的探头端采用3d打印埋入涡轮定子中具体包括：

5.根据权利要求4所述的光纤黑体腔温度传感系统的制作方法，其特征在于，所述预留孔为圆弧直径为0.5mm-1mm、长度为1.5mm-2mm的腰型孔。

6.根据权利要求4所述的光纤黑体腔温度传感系统的制作方法，其特征在于，所述3d打印使用激光选区熔化技术；所述3d打印在10min内完成。

7.根据权利要求1所述的光纤黑体腔温度传感系统的制作方法，其特征在于，所述构建与所述光纤黑体探头的光纤端连接的微弱光信号处理一体化集成电路包括：

8.一种采用权利要求1-7任一项所述方法制得的光纤黑体腔温度传感系统，其特征在于，包括光纤黑体探头，所述光纤黑体探头的探头端埋入涡轮定子，所述光纤黑体探头的光纤端与所述微弱光信号处理一体化集成电路中的光敏电阻连接；所述微弱光信号处理一体化集成电路包括依次连接的光电转换电路、多级放大电路和整流滤波电路；所述微弱光信号处理一体化集成电路将光信号转换为电信号并放大滤波后，将电信号传输给单片机；所述单片机将电信号转换为温度值后输入数码管显示温度值。

技术总结本发明公开了一种光纤黑体腔温度传感系统的制作方法，属于光纤黑体腔温度传感技术领域。本方法包括以下步骤：使用化学镀膜法制作光纤黑体探头，将所述光纤黑体探头的探头端采用3D打印埋入涡轮定子中；构建与所述光纤黑体探头的光纤端连接的微弱光信号处理一体化集成电路并将其整体封装；所述微弱光信号处理一体化集成电路将电信号传输至单片机，得到光纤黑体腔温度传感系统。本发明攻克了国外对极端环境传感领域的技术封锁，为严苛工况下的无扰流温度监测带来了新的方案和尝试。为航空发动机的研制节约仿真、试验等成本，提升发动机研制速率，促进发动机技术发展。技术研发人员：赵娜,袁渊,李龙博,李腾飞,林启敬,田边,孙诗娜,李聿康,翟灏,袁浩,张仲恺,陈一受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/11/21