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系統概述光學高溫計提供了一種非浸入式測量渦輪表面溫度的技術，該系統接收葉片表面散發的紅外輻射，并將其經由一個光電探測器轉換為可以測量的電信號。配備合適的定位機制，被查看區域會發生變化，當觀察旋轉部件時，可以生成一個2維輻射圖。通過該方法，可以采集到使用大量接觸式傳感器才能測量的表面溫度。當今渦輪操作溫度越來越高，需要更為復雜的冷卻設計，導致溫度場錯綜復雜，溫度梯度更為陡峭。而其他方法如示溫漆和熱電偶可以提供部分信息，比如，示溫漆涂在葉片表面，隨著渦輪在所關注的操作條件下運行，示溫漆顏色發生變化，進而指示出達到的最大溫度，該技術優勢是從整個葉片表面得到數據，劣勢是不能提供實時測量、分辨率低、只能指示最大溫度。將熱電偶埋入被測葉片表面，可以獲得更高的精度，并能在操作條件下提供實時測量。然而，安裝和相關的測量系統（遙測系統、滑環）成本高，只能從離散的、數量有限的位置測量，傳感器壽命有限。高溫計系統優勢在于，在一系列操作條件下提供近似實時的監測，同時捕獲感興趣區域的溫度場細節。用作發動機健康監測時，測得的表面溫度可以提示葉片的狀況，幫助識別潛在的與溫度相關的問題的出現，如疲勞、裂紋和蠕變。某些用于開發測試的溫度測量技術在此就不適用了，如示溫漆。高溫計系統更適合用作此目的所要求的長期的重復使用。20余年來，Rotadata公司一直為渦輪機械行業設計和制造高溫計系統。在此期間，根據各種不同的發動機環境和測試要求，開發了采用不同定位機制、查看和探測部件的系統。每套系統均由將高溫計安裝在測試臺上（通常通過現有的孔探儀）所需的硬件，和實現自動控制、采集并生成溫度場的全部電子器件和軟件。系統基本部件一套完整的高溫計系統通常由安裝在發動機上的硬件、地面調理設備和軟件組成。安裝在發動機上的硬件，我們稱為“探頭”，包括視桿、視桿內部的pyrometer和執行機構。一套Rotadata提供的高溫計系統主要部件如圖1所示，并在下文進行了描述。圖1系統示例視桿視桿是探頭的一部分，插入孔探儀或其他孔進入流道。支撐光學組件，將視場導向葉片表面，通常是通過安裝在探頭尖端查看小孔的鏡片來實現。鏡片平面的角度決定了查看角度和在葉高上的高度，這樣深入一定距離即可采集輻射。視桿的材料和構造必須能夠承受氣流的溫度和壓力，鏡片材料必須要在此環境中保持其反射能力。冷卻氣和沖洗氣能夠防止鏡片過熱和污染，是基礎的設計考慮。執行機構需要有處理器件來將探測器輸出的信號轉換成適合傳輸的狀態，從發動機傳輸至數據記錄裝置。另外，要掃描一系列葉高時，需要使用一個驅動機制控制視桿在流道中運行，來查看感興趣的區域。因此，所需的信號處理器件和驅動機制就位于執行機構內部，安裝在渦輪機匣上，有時會安裝在外機匣內部。通常，視桿可以從執行機構上拆卸下來，這樣需要查看渦輪的不同區域時，可以使用同一個執行機構，驅動不同的視桿。為能滿足不同的應用需求，Rotadata已開發了一些不同類型的執行機構，如圖2所示，用于不同的渦輪條件、尺寸和掃描區域。在所有不同類型的系統中，處理探測器輸出的電氣部分是通用的。該電氣部分主要包括一個放大器回路、一個12位模數轉換器和一個數據成幀和傳輸系統。數據以1百萬個采樣點每秒的速率進行數字化轉換，并與狀態信息一起編碼，傳輸給地面站。系統帶寬為DC到300kHz。依據被測溫度范圍的不同，可能會達到更高的帶寬。地面站為架裝裝置，內部插有探頭定位控制和數據處理的板卡，該裝置是探頭與PC的接口。地面站接收的輻射數據流從12位串行格式轉換為并行。執行機構的位置信息和發動機同步信號（一般是轉速脈沖）編碼成額外的4位，共16位并行數據經由一個緩沖模塊被PC中的一個插拔板卡讀取。PC和軟件操作人員使用系統軟件可以可靠安全地控制硬件來采集葉片表面的數據，軟件運行在單獨的PC上，插有數據采集卡，與地面站相連。用戶可輸入被測車臺信息、自動控制掃描過程、處理并查看采集的數據。如圖3所示。圖3顯示了某些數據顯示選項，右下角是一個熱映像圖，為被測表面的一個快照，顏色代表測到的輻射級別。左上角是一個細節圖。可以很明顯地看出每個葉片從葉尖到葉根的溫度梯度。中間的圖顯示了13個葉片在3個不同的葉高上輻射是如何變化的。校準高溫計系統可以使用黑體爐進行校準，校準源設置了所需范圍內的一系列溫度，測量對應每個溫度的高溫計輸出。研究表明，高溫計輸出和溫度間的校準曲線符合普朗克定律。R：輻射C1：第一輻射常量E：發射率C2：第二輻射常量K：系統效率λ：有效波長T：溫度（K）有效波長和系統效率是從校準結果中獲得的，系統效率是個乘數，計入了光損失（包括鏡片和傳輸損失、探測器效率、濾波特性、頻譜響應、頻譜帶寬和目標直徑）和放大器靈敏度。所有新系統均需要進行校準來驗證系統性能，推薦用戶在每次測試前后進行校準，來確定測試過程中的系統特性。系統精度系統的整體測量精度計算為：+3℃+讀數的0.5%+3℃為黑體爐的精度，讀數的0.5%是一個更為復雜的數，表示輻射采集、測量和線性化過程的精度，考慮到以下幾點得出來的。l放大器增益穩定性l探測器溫度補償精度l模數轉換分辨率和精度l校準曲線擬合導致的線性化精度。將此值與輻射關聯的話，以InGaAs探測器和1000℃的校準源為例，溫度的+0.5%，等同于輻射的+3.5%。注意，當測量發動機上的一個渦輪葉片時，并不是指整體精度，只適用于理想的黑體或具有黑體同樣頻譜分布的實體，并發射率為已知。用戶得到的精度取決于其對被測表面、幾何和輻射環境的了解。為何選用Rotadata高溫計系統？l提供了一種在航空發動機和動力燃氣渦輪內部采集葉片表面輻射溫度的方法。能夠掃描一系列葉高或緣板，并對采集的每個數據點添加徑向和軸向位置信息。l數秒內完成整個轉子葉片數據的采集，可以查看到完整的掃描區域輻射圖（稱之為“彩虹圖”）。l由于高溫計硬件所處的操作環境比較苛刻，要求高溫計必須具有超高穩定性。l發動機測試時，探頭必須要完全按照控制軟件的指令，準確地定位和運行。lRotadata具有20余年的高溫計設計、制造和供貨經驗，提供完全交鑰匙的解決方案和專家級的技術支持。l在具有40余年的技術前沿組織的帶領下，持續致力于系統性能的改進，來提高系統穩定性、噪聲性能和系統帶寬。