專利名稱：燃?xì)鉁u輪機(jī)中使用可調(diào)諧二極管激光器的熱氣體溫度測(cè)量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用可調(diào)諧激光器確定熱氣體溫度，且尤其涉及確定燃?xì)鉁u輪機(jī)中的高壓燃燒氣體溫度。
背景技術(shù)：
燃?xì)鉁u輪機(jī)中的燃燒氣體溫度難以精確地確定。燃燒氣體極熱、有腐蝕性、擾動(dòng)且處于高壓下。燃燒氣體溫度例如渦輪點(diǎn)火溫度(Tfire)通?；谥T如排氣溫度和壓縮機(jī)排氣壓力之類的因素來(lái)估測(cè)。燃燒氣體溫度的這種估測(cè)具有一定程度的不確定性。為了補(bǔ)償這種不確定性，將燃燒氣體溫度設(shè)定在低于如果燃燒溫度已知具有較大的不確定性則會(huì)需要的溫度。燃燒氣體溫度影響燃?xì)鉁u輪機(jī)的功率輸出。功率隨著燃燒氣體溫度增加而增加。 例如，對(duì)于兩百兆瓦O00MW)的燃?xì)鉁u輪機(jī)而言，使燃燒氣體溫度(Tfire)升高10華氏度可增加功率輸出一兆瓦(IMW)。降低不確定程度會(huì)允許燃燒氣體溫度升高并引起燃?xì)鉁u輪機(jī)的功率輸出的對(duì)應(yīng)增加。已提出光譜測(cè)量例如激光測(cè)量來(lái)精確地確定燃?xì)鉁u輪機(jī)中的氣體溫度。國(guó)際專利申請(qǐng)WO 2007/014960描述了一種溫度測(cè)量裝置，其測(cè)量處于與燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒氣流中的氧氣相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)下的激光的吸收。美國(guó)專利申請(qǐng)出版物2008/(^89342描述了通過(guò)測(cè)量與燃?xì)鉁u輪機(jī)的氣流中的氧氣相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)的激光的吸收來(lái)確定燃燒溫度。由于燃燒氣體測(cè)量吸收所處的激光波長(zhǎng)應(yīng)選擇成最優(yōu)化氣體溫度的計(jì)算精度。測(cè)量吸收所處的波長(zhǎng)通常選擇成與氣體中的物質(zhì)的隨溫度變化的轉(zhuǎn)變相對(duì)應(yīng)。存在若干可用波長(zhǎng)，在這些波長(zhǎng)由于燃燒氣體物質(zhì)的隨溫度變化的轉(zhuǎn)變而發(fā)生吸收。需要一種方法來(lái)選擇一對(duì)波長(zhǎng)，在該對(duì)波長(zhǎng)測(cè)量激光吸收以獲得用于精確計(jì)算燃?xì)鉁u輪機(jī)中的燃燒氣體溫度的吸收譜線強(qiáng)度數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
已開(kāi)發(fā)了一種用于精確地測(cè)量燃?xì)鉁u輪機(jī)中的點(diǎn)火溫度或其它熱氣體溫度的系統(tǒng)和方法。可調(diào)諧二極管激光器引導(dǎo)激光束通過(guò)流經(jīng)燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒氣體。輻射傳感器測(cè)量在與近紅外波段中的一對(duì)水蒸氣諧波(overtone)轉(zhuǎn)變相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)處發(fā)生的輻射吸收?；谠谶@兩個(gè)波長(zhǎng)處測(cè)量的吸收的比值計(jì)算燃燒氣體的溫度。該對(duì)波長(zhǎng)被相對(duì)隔離且在附近的波長(zhǎng)不具有相鄰的強(qiáng)吸收譜線。相鄰的吸收強(qiáng)度譜線的隔離和缺乏避免了在燃?xì)鉁u輪機(jī)中的高壓力下發(fā)生的相鄰的強(qiáng)吸收強(qiáng)度譜線的合并。公開(kāi)了安裝在燃?xì)鉁u輪機(jī)中的一種燃燒氣體測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置包括可調(diào)諧激光器，其生成經(jīng)過(guò)燃?xì)鉁u輪機(jī)中的燃燒氣體通路的輻射束；控制器，其用于可調(diào)諧激光器并調(diào)諧激光器以發(fā)射至少具有第一選定波長(zhǎng)和第二選定波長(zhǎng)的輻射，第一選定波長(zhǎng)和第二選定波長(zhǎng)兩者均對(duì)應(yīng)于氣體的燃燒物質(zhì)隨溫度變化的轉(zhuǎn)變，其中第一選定波長(zhǎng)和第二選定波長(zhǎng)不在相鄰波長(zhǎng)的吸收峰附近；探測(cè)器，其感測(cè)經(jīng)過(guò)燃燒氣體的輻射束并生成指示燃燒
4氣體在第一波長(zhǎng)和第二波長(zhǎng)中的每一個(gè)處對(duì)束的吸收的吸收信號(hào)；以及處理器，其執(zhí)行基于對(duì)第一波長(zhǎng)和第二波長(zhǎng)的吸收信號(hào)的比值確定燃燒氣體溫度的存儲(chǔ)在非臨時(shí)存儲(chǔ)介質(zhì)上的程序。公開(kāi)了一種安裝在燃?xì)鉁u輪機(jī)中的燃燒氣體測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置包括可調(diào)諧二極管激光器，其發(fā)射經(jīng)過(guò)燃?xì)鉁u輪機(jī)中的燃燒氣體通路的激光束；控制器，其用于經(jīng)調(diào)諧的可調(diào)諧二極管激光器以發(fā)射波長(zhǎng)為1334納米(nm)的第一激光束和波長(zhǎng)為1380nm或 1391nm的第二激光束；發(fā)射波長(zhǎng)為1334nm以及1380nm或1391nm的激光束的激光束；激光傳感器，其感測(cè)經(jīng)過(guò)燃燒氣體的各輻射束并生成指示燃燒氣體在各波長(zhǎng)處對(duì)該束的吸收的吸收信號(hào)；以及處理器，其執(zhí)行基于第一激光束和第二激光束的吸收信號(hào)的比值確定燃燒氣體溫度的存儲(chǔ)在非臨時(shí)存儲(chǔ)介質(zhì)上的程序。公開(kāi)了一種用于計(jì)算高壓環(huán)境中的燃燒氣體溫度的方法，該方法包括識(shí)別與燃燒氣體中的物質(zhì)的溫度相關(guān)轉(zhuǎn)變相關(guān)聯(lián)的強(qiáng)強(qiáng)度譜線；識(shí)別與燃燒氣體的燃燒物質(zhì)的隨溫度變化的轉(zhuǎn)變相關(guān)的強(qiáng)強(qiáng)度譜線；選擇作為與燃燒物質(zhì)相關(guān)地識(shí)別的第一和第二強(qiáng)強(qiáng)度譜線，其中強(qiáng)強(qiáng)度譜線中選定的兩條不具有相鄰的強(qiáng)強(qiáng)度譜線；識(shí)別各自分別與第一和第二強(qiáng)譜線相關(guān)聯(lián)的第一波長(zhǎng)和第二波長(zhǎng)；將處于識(shí)別出的第一和第二波長(zhǎng)的每一個(gè)下的激光束投射通過(guò)燃燒氣體通路，并收集與燃燒氣體在識(shí)別出的第一和第二波長(zhǎng)的每一個(gè)下對(duì)該束的吸收有關(guān)的數(shù)據(jù)；以及使用收集的數(shù)據(jù)計(jì)算燃燒氣體溫度。


圖1是燃?xì)鉁u輪機(jī)的示意圖。圖2是圖1中所示的燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒器和渦輪之間的接合處的橫截面。圖3和4是示出了燃燒氣體對(duì)從7200/cm到7207/cm波長(zhǎng)的輻射頻率范圍的激光輻射吸收的圖表。圖5和6是示出了燃燒氣體在各種波長(zhǎng)對(duì)激光吸收的譜線強(qiáng)度的示例性圖表。圖7和8是示出了燃燒氣體在各種波長(zhǎng)對(duì)激光吸收的譜線強(qiáng)度的示例性圖表。圖9和10是示出了用于使用可調(diào)諧二極管激光器確定燃燒溫度的示例性方法的過(guò)程圖表。零部件列表10燃?xì)鉁u輪機(jī)12壓縮機(jī)14燃燒器16燃燒管18 渦輪20控制器22激光器和傳感器組件23燃料控制器24燃?xì)鉁u輪機(jī)的外殼洸外殼上的端口28組件的軸
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30氣體流路32軸的末端34 激光38第一定子40第一渦輪輪葉100測(cè)試燃燒氣體102識(shí)別與燃燒氣體的物質(zhì)的溫度相關(guān)轉(zhuǎn)變相關(guān)的強(qiáng)度譜線104找出與相同物質(zhì)相關(guān)的強(qiáng)度譜線群組106識(shí)別不具有相鄰的強(qiáng)度譜線的群組中的強(qiáng)度譜線對(duì)108識(shí)別不具有強(qiáng)度譜線的波長(zhǎng)110將激光器和傳感器組件安裝在燃?xì)鉁u輪機(jī)中112收集燃?xì)鉁u輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)114計(jì)算氣體溫度
具體實(shí)施例方式圖1是具有壓縮機(jī)12、帶有燃燒管16的燃燒器14以及渦輪18的工業(yè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的示意圖。空氣進(jìn)入軸向壓縮機(jī)12，該軸向壓縮機(jī)12對(duì)空氣加壓并將其排放到形成燃燒器的燃燒管16的環(huán)形陣列。空氣和燃料混合物在燃燒管內(nèi)被點(diǎn)燃并且通過(guò)燃燒形成的熱氣體流入渦輪18。熱燃燒氣體15進(jìn)入渦輪16并流過(guò)第一級(jí)定子葉片的環(huán)形陣列和第一級(jí)渦輪輪葉的環(huán)形陣列。熱燃燒氣流流過(guò)多排環(huán)形陣列渦輪輪葉，旋轉(zhuǎn)渦輪輪葉和也連接到壓縮機(jī)上的相關(guān)聯(lián)的軸。渦輪旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)致使壓縮機(jī)對(duì)用于燃燒器的空氣加壓。進(jìn)入渦輪的熱燃燒氣體的溫度通常稱為點(diǎn)火溫度(Tfire)。該點(diǎn)火溫度可定義為諸如在第一定子的后緣和第一渦輪輪葉的前緣處的燃燒氣體流路中渦輪開(kāi)始工作處的氣體溫度。控制器20，例如帶有非臨時(shí)存儲(chǔ)介質(zhì)和處理器的計(jì)算機(jī)，接收來(lái)自激光器和傳感器組件22的波長(zhǎng)吸收數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)用于計(jì)算燃燒氣體溫度?？刂破魇褂盟愠龅娜紵龤怏w溫度來(lái)控制燃?xì)鉁u輪機(jī)，諸如通過(guò)調(diào)節(jié)燃料控制裝置23和通向壓縮機(jī)12的進(jìn)口導(dǎo)葉?？刂破鬟€使用算出的燃燒氣體溫度輸出與燃?xì)鉁u輪機(jī)的性能有關(guān)的數(shù)據(jù)。圖2是對(duì)應(yīng)于通向渦輪16的進(jìn)口的燃?xì)鉁u輪機(jī)10的放大區(qū)段的截面圖，該放大區(qū)段接近第一排定子的后緣和第一排渦輪輪葉的前緣。燃?xì)鉁u輪機(jī)10的外殼M具有通常用于插入檢孔儀以檢查燃?xì)鉁u輪機(jī)的內(nèi)部構(gòu)件例如渦輪輪葉和定子的端口沈。端口沈提供監(jiān)視從燃燒器流到并流經(jīng)渦輪的燃燒氣體的激光器和傳感器組件22 的入口。激光器和傳感器組件22安裝在燃?xì)鉁u輪機(jī)的外殼M上或其中并延伸通過(guò)鉆孔端口 26。激光器和傳感器組件22的軸28延伸穿過(guò)外殼上的其中一個(gè)端口沈并延伸到氣體流路30的外周。軸28內(nèi)有光路例如光纖或電線以在軸的內(nèi)端32和與激光器和傳感器組件22相關(guān)聯(lián)的電子控制裝置和感測(cè)電路之間傳送激光或電信號(hào)。末端32可包括各自連接到電信號(hào)線上的激光二極管和二極管傳感器。激光二極管投射經(jīng)過(guò)燃燒氣體流路30的一束輻射 34。二極管傳感器在束34經(jīng)過(guò)氣體流路之后接收束34并生成指示該束的強(qiáng)度例如亮度(intensity)的信號(hào)。末端32可與第一定子38以及第一渦輪輪葉40之間的狹窄間隙對(duì)準(zhǔn)并位于通過(guò)該間隙的流路30的外周處。激光34徑向向內(nèi)投射通過(guò)該流路并在與該流路相鄰的徑向向內(nèi)的表面上反射回到位于末端32處的輻射探測(cè)器，例如光學(xué)傳感器或光纖。激光34可從渦輪的軸反射。代替反射激光，一對(duì)軸28可在不同的檢孔儀端口沈處插入，該端口沈可在燃?xì)鉁u輪機(jī)的外殼M上軸向?qū)?zhǔn)，并定位成使得每個(gè)軸的末端32沿著延伸穿過(guò)該氣體通路的視線。激光34從第一末端投射并且光探測(cè)器或光捕獲裝置例如光纖位于另一末端中。此外，多個(gè)軸觀(或多對(duì)軸)可延伸穿過(guò)燃?xì)鉁u輪機(jī)的外殼中不同的檢孔儀端口或其它開(kāi)口， 以在氣體流路中的各種位置處監(jiān)視氣體溫度?？烧{(diào)諧二極管激光器和傳感器組件22可為常規(guī)系統(tǒng)，其具有可調(diào)諧二極管激光光源、例如束成形的傳輸光學(xué)器件、接收激光束的光學(xué)器件和諸如光電二極管之類的探測(cè)器。激光二極管由與組件22相關(guān)聯(lián)的電子電路和計(jì)算機(jī)控制器調(diào)諧，以將激光在波長(zhǎng)特征上的輻射發(fā)射波長(zhǎng)改變?yōu)橹T如水蒸氣之類的燃燒氣體的某些燃燒物質(zhì)的吸收波長(zhǎng)。從激光器發(fā)射的輻射的吸收減小了激光束的亮度并且該亮度減小由探測(cè)器測(cè)量。 探測(cè)器生成指示該輻射在激光器所發(fā)射的波長(zhǎng)的吸收量的譜線強(qiáng)度信號(hào)。譜線強(qiáng)度信號(hào)輸出到計(jì)算機(jī)20或其它處理單元，其使用該信號(hào)確定燃燒氣體溫度。計(jì)算機(jī)20可與對(duì)激光器組件22中的激光器進(jìn)行調(diào)諧的計(jì)算機(jī)分離或結(jié)合。可調(diào)諧二極管激光器是其中能夠在光譜的紫外、可見(jiàn)和紅外區(qū)域的一部分或全部上對(duì)輸出輻射的頻率進(jìn)行調(diào)諧的激光器?？苫谠谄渖弦獔?zhí)行調(diào)諧的波長(zhǎng)范圍選擇可調(diào)諧二極管激光器。二極管激光器的典型實(shí)例為InGaAsP/InP (可在900nm到1.6μπι的范圍進(jìn)行調(diào)諧)和InGaAsP/InAsP (可在1. 6 μ m到2. 2 μ m的范圍進(jìn)行調(diào)諧)。可通過(guò)調(diào)節(jié)二極管激光器的溫度或注入激光器的增益介質(zhì)中的注入電流密度對(duì)二極管激光器進(jìn)行調(diào)諧。用于激光器和傳感器組件22的光傳感器使用常規(guī)的吸收光譜技術(shù)測(cè)量在對(duì)激光器進(jìn)行調(diào)諧時(shí)發(fā)射的各種波長(zhǎng)下的輻射吸收。隨著激光器輻射例如光經(jīng)過(guò)燃燒氣體，氣體中的燃燒物質(zhì)吸收輻射的某些波長(zhǎng)。此外，氣體的溫度影響發(fā)生的吸收量。在選定的波長(zhǎng)下測(cè)量激光器輻射吸收提供了可用于計(jì)算燃燒氣體的溫度的數(shù)據(jù)。 特別是，能夠從在兩個(gè)波長(zhǎng)下測(cè)量的激光器輻射的吸收的比值推導(dǎo)氣體的溫度，每個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于氣體的成分(物質(zhì))的隨溫度變化的轉(zhuǎn)變。激光器輻射的選定波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于燃燒氣體中發(fā)生的水蒸氣轉(zhuǎn)變的波長(zhǎng)?；诮?jīng)過(guò)流經(jīng)燃?xì)鉁u輪機(jī)的經(jīng)壓縮的燃燒氣體的激光輻射在這兩個(gè)選定的波長(zhǎng)下測(cè)量譜線強(qiáng)度。當(dāng)對(duì)激光二極管進(jìn)行調(diào)諧以在每個(gè)選定的波長(zhǎng)二者擇一地輻射時(shí)基本上同時(shí)在兩個(gè)選定的波長(zhǎng)下測(cè)量吸收譜線強(qiáng)度。兩個(gè)吸收譜線強(qiáng)度的比值以常規(guī)方式用于計(jì)算燃燒氣體的溫度。可使用可調(diào)諧二極管激光器吸收光譜(TDLAS)技術(shù)測(cè)量吸收譜線強(qiáng)度并計(jì)算燃燒氣體溫度。特別地，將波長(zhǎng)選擇成對(duì)應(yīng)于近紅外段中的兩種水蒸氣諧波轉(zhuǎn)變。能夠基于對(duì)應(yīng)于兩種水蒸氣諧波轉(zhuǎn)變的波長(zhǎng)的測(cè)定吸收的比值算出燃燒氣體的溫度。測(cè)量吸收以確定燃燒氣體溫度所處的波長(zhǎng)是這樣選擇的，S卩，使得它們對(duì)應(yīng)于水蒸氣進(jìn)行的吸收并且不具有吸收在其達(dá)到峰值的附近波長(zhǎng)。選擇遠(yuǎn)離其它吸收峰波長(zhǎng)的波長(zhǎng)確保了選定的波長(zhǎng)不會(huì)隨著氣體壓力升高而與相鄰的吸收峰合并。對(duì)于在諸如燃?xì)鉁u輪機(jī)之類的內(nèi)燃(IC)發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用，可變壓力展寬(碰撞展寬)使吸收測(cè)量變得復(fù)雜并且引起吸收轉(zhuǎn)變與相鄰轉(zhuǎn)變不同程度的重疊。典型水蒸氣轉(zhuǎn)變的碰撞展寬為Yair，其在300K下為約0.05cm-l/atm。如果候選激光波長(zhǎng)在2. 5cm-l內(nèi)具有相鄰轉(zhuǎn)變，則在IC中在高燃燒壓力下將存在明顯的重疊。重疊(干擾)程度取決于在發(fā)動(dòng)機(jī)的P/T循環(huán)期間的相對(duì)譜線強(qiáng)度。最簡(jiǎn)單的譜線選擇方法將僅保留在2. 5cm-l內(nèi)不具有最接近的鄰線的譜線。圖3和4是示出了燃燒氣體在從7200/cm到7207/cm波長(zhǎng)的輻射頻率范圍對(duì)激光輻射的吸收的圖表。如圖3中所示，當(dāng)氣體壓力為10個(gè)大氣壓(ATM)時(shí)強(qiáng)吸收譜線(峰) 出現(xiàn)在7204/cm(對(duì)應(yīng)于1388納米(nm)的波長(zhǎng))并且附近的較小譜線出現(xiàn)在7205/cm處。 圖4示出了隨著氣體壓力上升到30ATM，兩條吸收譜線展開(kāi)并合并。吸收譜線隨著氣體壓力升高而合并由于吸收譜線的僅其中一條而使吸收的測(cè)量精度下降。對(duì)于燃?xì)鉁u輪機(jī)中的典型Tfire測(cè)量，燃燒壓力為約十五個(gè)大氣壓(15atm)。典型水蒸氣轉(zhuǎn)變的碰撞展寬為Yair，其在300K下為大約0.05cm-l/atm。在15atm，水蒸氣轉(zhuǎn)變的半高寬(FWHM)將改變0.75cm-l。這不會(huì)引起譜線在高壓力的任何合并。圖5和6是示出了燃燒氣體在各種波長(zhǎng)下對(duì)激光的吸收的譜線強(qiáng)度的示例性圖表。氣體的壓力對(duì)于圖5和6中示出的實(shí)例中為1個(gè)大氣壓(atm)。圖5示出了在7495/ cm(1334nm)和2000開(kāi)氏度(K) (1727°C^P 3140. 6° F)的溫度下的強(qiáng)吸收譜線。在7490/ cm到7515/cm的范圍內(nèi)不存在具有吸收譜線的相鄰波長(zhǎng)。圖6示出了在7243/Cm(1380nm) 下的強(qiáng)吸收譜線。波長(zhǎng)對(duì)(i)7495/cm(1334nm)和7243/cm(1380nm)以及(ii)7495/cm 和 7185/ cm(1391nm)對(duì)應(yīng)于近紅外中的水蒸氣諧波轉(zhuǎn)變并且不具有導(dǎo)致干擾的相鄰吸收譜線。圖5示出了在環(huán)境溫度Q96K)下可忽略的譜線強(qiáng)度，其表示環(huán)境溫度不會(huì)產(chǎn)生影響燃燒氣體的溫度計(jì)算的干擾或噪音。如圖7中所示，在133nm波長(zhǎng)下的吸收譜線強(qiáng)度隨溫度增加。圖6示出了在7243/cm的波長(zhǎng)、環(huán)境溫度096K)下的強(qiáng)吸收譜線強(qiáng)度和在2000K 的溫度下的名義譜線強(qiáng)度。在7243/cm(1380nm)波長(zhǎng)的吸收隨溫度相反地變化。隨溫度變化的譜線強(qiáng)度[cm-htm-l]可根據(jù)在基準(zhǔn)溫度TO下的已知譜線強(qiáng)度來(lái)表達(dá)
權(quán)利要求
1.一種安裝在燃?xì)鉁u輪機(jī)(10)中的燃燒氣體測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置包括可調(diào)諧激光器(22)，其生成經(jīng)過(guò)所述燃?xì)鉁u輪機(jī)(10)中的燃燒氣體通路的輻射束 (34)；控制器(20)，其用于所述可調(diào)諧激光器并對(duì)所述激光器進(jìn)行調(diào)諧(100)以發(fā)射至少具有第一選定波長(zhǎng)和第二選定波長(zhǎng)的輻射，第一選定波長(zhǎng)和第二選定波長(zhǎng)兩者均對(duì)應(yīng)于所述氣體的燃燒物質(zhì)的隨溫度變化的轉(zhuǎn)變(102)，其中所述第一選定波長(zhǎng)和所述第二選定波長(zhǎng)不在相鄰波長(zhǎng)(104)的吸收峰附近；探測(cè)器(22)，其感測(cè)(100、11幻經(jīng)過(guò)所述燃燒氣體的所述輻射束并生成指示由所述燃燒氣體在所述第一波長(zhǎng)和所述第二波長(zhǎng)中的每一個(gè)對(duì)所述束進(jìn)行的吸收的吸收信號(hào)，以及控制器(20)，其執(zhí)行基于對(duì)所述第一波長(zhǎng)和所述第二波長(zhǎng)的吸收信號(hào)的比值確定 (114)燃燒氣體溫度的存儲(chǔ)在非臨時(shí)存儲(chǔ)介質(zhì)上的程序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒氣體測(cè)量裝置，其特征在于，所述第一選定波長(zhǎng)為1334 納米(nm)且所述第二選定波長(zhǎng)為1380nm或1391nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒氣體測(cè)量裝置，其特征在于，所述燃燒物質(zhì)為水蒸氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒氣體測(cè)量裝置，其特征在于，所述可調(diào)諧激光器02)安裝在所述燃?xì)鉁u輪機(jī)(10)中，使得所述輻射束經(jīng)過(guò)所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的第一渦輪定子(38) 和第一渦輪輪葉GO)之間的氣體通路(30)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒氣體測(cè)量裝置，其特征在于，所述可調(diào)諧激光器02)為可調(diào)諧二極管激光器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒氣體測(cè)量裝置，其特征在于，所述輻射束從所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的渦輪的表面反射。
7.一種安裝在燃?xì)鉁u輪機(jī)(10)中的燃燒氣體測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置包括可調(diào)諧二極管激光器(22)，其發(fā)射經(jīng)過(guò)(110)所述燃?xì)鉁u輪機(jī)中的燃燒氣體通路(30) 的激光束；控制器(20)，其用于對(duì)所述可調(diào)諧二極管激光器進(jìn)行調(diào)諧(100、10幻以發(fā)射波長(zhǎng)處于 1334納米(歷)的第一激光束和波長(zhǎng)處于1380nm或1391nm的第二激光束；激光傳感器(22)，其感測(cè)(100)經(jīng)過(guò)所述燃燒氣體(30)的每個(gè)輻射束并生成指示由所述燃燒氣體在每個(gè)波長(zhǎng)對(duì)所述束進(jìn)行的吸收的吸收信號(hào)(112)，以及控制器(20)，其執(zhí)行基于所述第一激光束和所述第二激光束的吸收信號(hào)的比值確定 (114)燃燒氣體溫度的存儲(chǔ)在非臨時(shí)存儲(chǔ)介質(zhì)上的程序。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃燒氣體測(cè)量裝置，其特征在于，所述可調(diào)諧二極管激光器 (22)安裝在所述燃?xì)鉁u輪機(jī)中使得所述激光束經(jīng)過(guò)所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的第一渦輪定子(38) 和第一渦輪輪葉GO)之間的氣體通路(30)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃燒氣體測(cè)量裝置，其特征在于，所述輻射束從所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的渦輪的表面反射。
10.一種用于計(jì)算高壓環(huán)境中的燃燒氣體溫度的方法，所述方法包括 識(shí)別(102)與燃燒氣體(30)中的物質(zhì)的溫度相關(guān)轉(zhuǎn)變相關(guān)的強(qiáng)強(qiáng)度譜線； 識(shí)別(104)與所述燃燒氣體的燃燒物質(zhì)的隨溫度變化的轉(zhuǎn)變相關(guān)的強(qiáng)強(qiáng)度譜線； 選擇(106)識(shí)別為與所述燃燒物質(zhì)相關(guān)的第一和第二強(qiáng)強(qiáng)度譜線，其中選定的兩條強(qiáng)強(qiáng)度譜線不具有相鄰的強(qiáng)強(qiáng)度譜線；識(shí)別(108)各自分別與所述第一和第二強(qiáng)度譜線相關(guān)的第一波長(zhǎng)和第二波長(zhǎng)； 在識(shí)別的第一波長(zhǎng)和第二波長(zhǎng)中的每一個(gè)波長(zhǎng)下經(jīng)燃燒氣體通路(30)投射(110)激光束并收集(11 與由所述燃燒氣體在所述識(shí)別的第一波長(zhǎng)和第二波長(zhǎng)中的每一個(gè)波長(zhǎng)下對(duì)所述束進(jìn)行的吸收有關(guān)的數(shù)據(jù)，以及使用收集的數(shù)據(jù)計(jì)算(114)燃燒氣體溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一波長(zhǎng)為1334納米(nm)且所述第二選定波長(zhǎng)為1380nm或1391nm。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，使用收集的數(shù)據(jù)計(jì)算(114)燃燒氣體溫度包括確定在所述第一波長(zhǎng)和第二波長(zhǎng)對(duì)所述束的吸收的比值。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述燃燒物質(zhì)為水蒸氣。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述不相鄰的強(qiáng)強(qiáng)度譜線(106)為所述第一選定波長(zhǎng)或第二選定波長(zhǎng)與另一條強(qiáng)強(qiáng)度譜線之間的至少兩個(gè)波長(zhǎng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述激光器為可調(diào)諧二極管激光器。
全文摘要
本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪機(jī)中使用可調(diào)諧二極管激光器的熱氣體溫度測(cè)量，具體而言，涉及一種安裝在燃?xì)鉁u輪機(jī)中的燃燒氣體測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置包括可調(diào)諧激光器，其生成經(jīng)過(guò)燃?xì)鉁u輪機(jī)中的燃燒氣體通路的輻射束；控制器，其用于可調(diào)諧激光器并對(duì)激光器進(jìn)行調(diào)諧以發(fā)射至少具有第一選定波長(zhǎng)和第二選定波長(zhǎng)的輻射，兩者均對(duì)應(yīng)于氣體的燃燒物質(zhì)的隨溫度變化的轉(zhuǎn)變，其中第一選定波長(zhǎng)和第二選定波長(zhǎng)不在相鄰波長(zhǎng)的吸收峰附近；探測(cè)器，其感測(cè)經(jīng)過(guò)燃燒氣體的輻射束并生成指示燃燒氣體在第一波長(zhǎng)和第二波長(zhǎng)中的每一個(gè)對(duì)該束的吸收的吸收信號(hào)；以及控制器，其執(zhí)行基于對(duì)第一波長(zhǎng)和第二波長(zhǎng)的吸收信號(hào)的比值確定燃燒氣體溫度的存儲(chǔ)在非臨時(shí)存儲(chǔ)介質(zhì)上的程序。
文檔編號(hào)G01N21/39GK102445283SQ20111027884
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月13日
發(fā)明者A·班納吉, C·米特拉, S·M·霍伊特, V·V·巴達(dá)米 申請(qǐng)人:通用電氣公司