面向燃烧脉动测量的温压双参数原位传感技术基础研究
批准号:
51935011
项目类别:
重点项目
资助金额:
300.0 万元
负责人:
熊继军
依托单位:
学科分类:
机械测试与仪器
结题年份:
2024
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
熊继军
中文摘要
燃烧脉动的温度和压力参数原位动态测试对在航空发动机和超高速度飞行器等装备的燃烧不稳定过程研究中具有重要意义。目前,航空发动机燃烧室温度超过1700℃,高速飞行器超音速飞行时,表面最高温度超过1500℃,高频燃烧脉动超过4kHz。目前,非接触激光测量可以耐高温,但是不能实现高频原位测试,传统的接触式原位测试无法满足耐高温需求。针对高温环境下的敏感元件动力学特性,传感器热应力匹配,以及压力和温度参数信号串扰等科学问题,本项目提出了基于MEMS技术的氧化镁原位温压敏感单元结合远程光学干涉测量创新性新思路。通过研究温压双参数敏感器件设计、氧化镁MEMS加工工艺,高频(100kHz)非扫描式相关解调系统、温度压力关系补偿方法等内容,解决2000℃高温下的温度和压力双参数原位动态测试难题。在此基础上,在燃烧脉动测量领域进行验证,为航空航天发动机和超高速度飞行器等高温下的力学测试奠定技术基础。
英文摘要
The in-situ dynamic measurement of combustion pulsation temperature and pressure are of great significance in the fields of combustion instability processes of aircraft engines and ultrahigh speed aircraft. At present, the temperature of the aero-engine combustion chamber can exceed 1700℃, and when the high-speed aircraft supersonic flight, its maximum surface temperature reaches 1500℃, and the high-frequency combustion pulsation exceeds 4 kHz. In addition, non-contact laser measurement with the advantage of high-temperature resist, but high-frequency in-situ testing cannot be achieved, while traditional in-situ contact measurement cannot meet the high-temperature requirement. In view of the dynamic characteristics of the sensitive components in high temperature environment, thermal stress matching of the sensors, and the interference signal crosstalk of pressure and temperature, this project proposed a novel sensing technique to achieve temperature and pressure in-situ measurements, it is based on MgO MEMS technology and fiber-optic Fabry-Perot interferometry. This project proposed a new innovative idea of MgO MEMS-based technique temperature and pressure in-situ sensing unit combined with remote optical interferometry. Through the study on the design of temperature and pressure dual-parameter sensitive device, MgO MEMS processing technology, high-frequency (100 kHz) non-scanning correlation demodulation algorithm, temperature and pressure relationship compensation matrix, etc. the problem of two-parameter in-situ dynamic measurement of temperature and pressure in high temperature environment of 2000℃ can be solved. On this basis, verification in the field of combustion pulsation measurement lays a technical foundation for mechanical testing at high temperatures such as aerospace engines and ultra-high-speed aircraft.
燃烧脉动的温压双参数原位传感技术在航空发动机和超高声速飞行器等装备的燃烧不稳定过程研究中具有重要意义。本项目研究了一种MgO温压敏感单元结合远程光学干涉测量进行动态压力和温度原位测试的方法,建立了高温下温压双参数敏感单元的传感模型,实现了高温环境下的压力参数的温度解耦。提出了单晶MgO材料的湿法刻蚀方法、亲水性直接键合方法和基于非晶态MgO薄膜的间接键合方法,开发了MgO单晶材料的MEMS加工工艺,实现了单晶MgO温压敏感结构的批量化制造。提出了一种双法珀腔温压双参数信号叠加的光谱分离方法和自补偿式三波长动态解调算法,研制了多通道动态信号解调系统,提高了三波长动态解调方法的解调精度和稳定性。研制的温压双参数传感系统原理样机在实验室和工况环境中进行了测试,验证了系统在燃烧脉动测量领域应用的可行性,为航空航天发动机和超高声速飞行器等高温下的力学测试奠定了技术基础。.本项目在上述研究过程中,形成的研究成果包括:获得山西省技术发明一等奖1项;培养了国家级高层次人才2人;发表相关学术论文SCI收录19篇,EI收录6篇;申请国家发明专利10项,授权国家专利4项;授权国际专利1项;参加国际会议12人次;培养博士研究生6名,硕士研究生21名;筹建了微纳器件与系统教育部重点实验室和极限环境光电动态测试技术与仪器全国重点实验室。
集成纳米结构的光源与多敏感元一体化的红外气体传感器
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批准号:61335008
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项目类别:重点项目
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资助金额:260.0万元
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批准年份:2013
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负责人:熊继军
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依托单位:
基于非接触测量的超高温MEMS压力传感器基础研究
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批准号:51075375
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项目类别:面上项目
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资助金额:41.0万元
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批准年份:2010
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负责人:熊继军
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依托单位:
共振隧穿量子阱薄膜结构的压阻特性研究
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批准号:50775209
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项目类别:面上项目
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资助金额:32.0万元
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批准年份:2007
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负责人:熊继军
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依托单位:
国内基金
海外基金