使用多模傳輸光纖的光信號噪聲的減輕的製作方法

2023-09-11 14:55:40

專利名稱：使用多模傳輸光纖的光信號噪聲的減輕的製作方法
技術領域：
本發明針對燃燒過程的監測，尤其是針對一種設備和方法，用於減輕從與燃燒過程關聯的可調諧ニ極管雷射器吸收譜測量所產生的模式或斑點圖樣噪聲。
背景技術：
期望和需要精確地測量或控制燃燒性質，諸如組成的氣體濃度和因各種碳氫化合物燃燒所產生的溫度，在種種用於確保最佳燃燒條件的不同領域中日益顯得重要。可調諧ニ極管雷射器吸收譜(「TDLAS」)用於燃燒監測和控制，對燒煤鍋爐和噴氣發動機已經有大量專利申請描述，包含2004年10月21日公布的標題為「Method and Apparatus for theMonitoring and Control of Combustion」 的 WO 2004/090496、2005 年 11 月 3 日公布的標題為 「Optical Mode Noise Averaging Device」 的 WO 2005/103781、2009 年 5 月 14 日 公布的標題為 「In Situ Optical Probe and Method」 的 WO 2009/061586、以及 2007 年 8月 2 日公布的標題為「Method and Apparatus for Spectroscopic Measurements in theCombustion Zone of a Gas Turbine Engine」的 WO 2007/087081,本文全文引用這些專利申請每ー個中公開的所有主題的內容。各個被公開的燃燒監測設備和方法，描寫通過或接近燃燒區或相關氣體區的雷射的傳輸和接收特徵。雷射光譜允許用戶對測量區中的燃燒性質進行測量。TDLAS技術能夠在現場實施並有許多優點，包含適合用於動態過程控制的高速反饋和對周圍環境的耐久性。TDLAS通常用操作在近紅外和中紅外光譜區域的可調諧ニ極管雷射器實施。TDLAS監測技術是基於雷射被傳輸通過所關心的區域，並在表徵燃燒產生的氣體種類的特徵的特定光譜帶中被吸收之後被檢測器接收的雷射的定量和性質之間的預定關係。被檢測器接收的吸收譜可以用於確定待分析的氣體種類的量，外加有關的燃燒參數，諸如溫度。然而，存在與TDLAS有關的技術困難。其中之ー是，必需減輕由雷射的傳輸和接收所產生的模式和斑點噪聲。一個關注的特定領域是噴氣航空發動機中燃燒參數的測量。W02007/087081描述發射和接收雷射器信號以允許用戶測量氣體渦輪發動機中燃燒區下遊溫度的系統和方法。為了使必要的光學接入最小，從而使發動機殼體中孔的數量最小，也為了使光學探測器儘可能耐久，探測器的基礎結構，要求從探測器發射的雷射被反射離開測量區中的表面並返回探測器。在某些應用中，為使未對準的風險最小，該反射表面被處理以提供朗伯反射。這樣的表面本文稱為「朗伯表面」。例如，在那些探測器把光反射離開內部發動機表面，諸如內殼體、渦輪葉片或渦輪軸的例子中，該內部發動機表面可以用相對粗糙的、提供朗伯反射的熱障塗層塗覆。朗伯反射在反射時使光散射。雖然朗伯反射能夠大大降低可供檢測的信號電平，但它也降低對準的靈敏度，因為光或多或少均等地被散射進Π立體弧度的半球。除了降低信號電平之外，從朗伯表面的反射引起另外的關於測量的信噪比的困難。出現在反射/散射信號中的雷射斑點噪聲，導致從該雷射接收的波長譜中的時變脈動波(time-dependent undulating wave)。結果使吸收譜與信號的適合非常困難並發生誤差。在從朗伯(粗糙化)表面接收反射的情形中，該斑點噪聲是種幹涉現象，基本上與多模光纖內產生的模式噪聲的因果關係相似。從朗伯表面反射的光，為了到達接收光學裝置，要傳播不同的距離。當第一路徑上的光波與其他路徑的那些光波幹涉時，它引起高和低強度的起伏區域，在光譜中產生時變脈動波。這些波造成難以把由被監測氣體關心的波長吸收從與斑點噪聲關聯的損耗區分開來。本文公開的各個實施例意在克服上面討論的ー個或多個問題，或在TDLAS檢測設備和方法中的其他模式噪聲問題。

發明內容
第一個實施例包括一種設備，用於測量在氣體渦輪發動機的測量區中的燃燒參數。該測量區被定義為在外殼體和該外殼體內部的有反射表面的發動機部件之間。該設備 包括產生選定波長的傳輸光束的雷射器和在光學上與該雷射器耦合的多模傳輸光纖。ー種傳輸光學裝置光學上與用於把該光束傳輸進該測量區的多模光纖耦合。該反射表面被配置成提供朗伯反射。一種接收光學裝置被定位用於接收該朗伯反射。操作上與該多模傳輸光纖關聯的裝置被提供，用於平均該多模傳輸光纖內傳播的光的信號電平變化誘發的模式噪聲。在一個實施例中，該傳輸光學裝置和接收光學裝置是同一光學裝置，而該多模光纖作為傳輸光纖和接收光纖兩者起作用。這個實施例還包括光學上與該多模光纖耦合的裝置，用於從該傳輸光束分離出該被接收光束。該用於平均的裝置，可以包括在選定時間周期上周期性地改變該多模光纖的折射率的裝置，或擾亂該多模光纖內光分布的裝置。該用於平均的裝置，可以包括周期性地改變該多模光纖的溫度的裝置，或周期性地操作該多模光纖的裝置。該周期性地操作該多模光纖的裝置，可以包括一種設備，被配置成扭絞該多模光纖的一部分、拉伸該多模光纖、或搖動或振動該多模光纖的一部分。另ー個實施例是ー種氣體潤輪發動機，包括在外殼體和該殼體內的表面之間的燃燒區。在該外殼體中提供操作上與該區關聯的端ロ，且該端ロ在光學上與反射表面關聯。一種傳輸和接收光學裝置在光學上被與該端ロ耦合，且該傳輸和接收光學裝置被配置成向該反射表面傳輸光束，並接收被反射離開該反射表面的光束的至少一部分。多模光纖在光學上被耦合到該傳輸和接收光學裝置。操作上與該多模光纖至少一部分關聯的裝置被提供，用於平均該多模傳輸光纖內傳播的光的信號電平變化誘發的模式噪聲。該用於平均的裝置，可以是上面對第一實施例討論的那些裝置的任ー種。就本發明的第一方面而言，該反射表面可以有朗伯塗層。該朗伯塗層可以是熱障塗層。另ー個實施例是ー種測量在氣體渦輪發動機的區內的燃燒性質的方法。該方法包括把選定波長的光束通過多模光纖傳輸進該區。該光束被反射離開該區中的表面。該光束被接收光學裝置接收。該方法還包含平均該多模光纖內傳播的光束內信號電平變化誘發的模式噪聲。該接收光學裝置可以在光學上與該多模光纖耦合，並進一歩作為傳輸和接收光學裝置起作用。朗伯分散(Lambertian dispersion)表面可以被提供在該反射表面上。再另ー個實施例是ー種測量在某一區內的性質的方法。該方法包括通過多模光纖和通過光學上與該區耦合的傳輸光學裝置傳輸選定波長的雷射光束。被傳輸光束的至少ー部分，被光學上與該傳輸光學裝置耦合的接收光學裝置接收。該方法還包含平均該多模光纖內傳播的光束的信號電平變化誘發的模式噪聲。該方法可以包括傳輸光學裝置和接收光學裝置是同一光學裝置。該方法還可以包括載運該被傳輸光束和用該接收光學裝置接收的至少一部分光束的多模光纖。該方法還可以包括從該被傳輸光束分離出至少一部分被接收光束。平均模式噪聲誘發的信號變化的步驟，可以通過周期性地操作該多模光纖實現。該周期性地操作可以包含扭絞該多模光纖、拉伸該多模光纖、搖動該多模光纖、振動該多模光纖、或它們的組合。


圖I是沿氣體渦輪發動機示意圖的長度方向軸截取的部分斷面視圖；圖2是沿圖I的線A-A截取圖I的氣體渦輪發動機燃燒區的示意橫截面圖，畫出傳輸/接收光學裝置對的ー種可能的光學耦合；圖3與圖2相似，只畫出傳輸/接收光學裝置對的第二種可能的光學耦合；
圖4是模式噪聲降低裝置的示意圖，該模式噪聲降低裝置可以與一部分多模光纖關聯；圖5是按照本文公開的燃燒區感測裝置的視圖，描寫模式噪聲減輕的特徵；和圖6是利用本文公開的方法，獲得的模式噪聲降低的曲線表示。
具體實施例方式除非另外指出，所有在說明書和權利要求書中使用的，表示成分的量、尺寸、反應條件如此等等的數字，應當理解為在所有例子中利用措詞「約」可修改。在本申請和權利要求書中，単數的使用包含多數，除非另有特別聲明。此外，「或」的使用意謂「和/或」，除非另外聲明。還有，措辭「包含」以及其他形式的使用，諸如「包含了 」和「被包含」，沒有限制意義。再有，諸如「元件」或「部件」的措辭，除非另有特別聲明，均涵蓋包括一個單位的元件和部件二者，以及包括多於ー個単位的元件和部件二者。A.可調諧ニ極管雷射器吸收譜TDLAS是由雷射傳輸通過目標環境，接著是由於目標氣體諸如氧氣的吸收，該雷射在特定波長上的吸收被檢測而實現的。被檢測的光的譜分析，允許沿雷射路徑的氣體的類型和量的識別以及諸如溫度和壓カ的性質的確定。雷射器吸收譜的非接觸本性，使它非常適合用於嚴厲環境，諸如氣體渦輪發動機的燃燒區，或其他探測器不能使用的易燃的或有毒的環境。在某些這些環境中可以看到有嚴重的衰減存在，而雷射的使用提供接收可檢測的傳輸所必要的高亮度。要更好地耐受目標應用的嚴厲條件，雷射可以通過鎧裝的光纖被送進該目標環境。多種燃燒過程組分氣體的溫度和濃度的有效感測，要求有多種寬間隔頻率的雷射的TDLAS性能。被選擇的頻率必須與被監測的躍遷的吸收線匹配。復用的探測光束的使用，能夠允許同時監測多於ー種燃燒氣體種類，允許對燃燒過程更精細的控制。B.樽式噪聲TDLAS系統的光學序列，由於模式噪聲的降低和高效率的光收集的相反設計要求，提出許多設計挑戰。模式噪聲和斑點圖樣中產生的變化，被本文定義為兩種分開的但相關的現象第一，模式噪聲是被檢測光的信號電平中的變化，這是因非均勻的時間和波長，改變光纖芯中的光分布所導致，該光纖用於向或從待探測區收集和運送光。第二，與基於斑點圖樣的幹涉類似的模式噪聲，當光在自由空間中被反射和傳輸時也可以出現。尤其是，模式噪聲可以出現在從朗伯反射表面反射的光中，因為從該表面反射的光，為了到達接收光學裝置，要傳播不同的距離。這樣導致被反射信號中雷射器斑點噪聲的發展，引起被接收光譜中的時變脈動波。下面模式噪聲的一般討論，同樣可應用於多模光纖中產生的模式噪聲或自由空間的被反射信號中產生的斑點圖樣噪聲。在多模光纖中，不同的模式由於折射率的變化，可以按不同速度傳播。於是光纖中的強度分布是因已經走過不同有效路徑長度的所有傳播模式的幹涉產生的斑點圖樣。如果斑點圖樣中所有光被收集和檢測，那麼相長和相消幹渉恰好抵消，而總的傳輸功率不依賴于波長或光纖長度。如果削波、漸暈或其他損耗被引進，則恰好抵消失效而被檢測的功率隨波長和/或時間變化。在TDLAS感測系統中，因模式噪聲導致的功率變化十分成問題。某些光譜技術依賴於光的特定波長被待研究的氣體種類的吸收。該吸收通過在該關鍵波長上功率的下降而被檢測。因此，模式噪聲能夠模仿與吸收關聯的功率下降並使通過TDLAS收集的數據變模糊。
C.代表性探測器配置WO 2007/087081、TO 2009/061586、於 2009 年 I 月 26 日遞交的標題為「AlignmentFree Single-Ended Optical Probe and Methods for spectroscopic Measurements ina Gas Turbine Engine」的美國專利申請序號No. 12/359，900,各描述用於監測燃燒過程的TDLAS裝置或探測器的實施例。本文全文引用這些申請的每ー個中公開的所有主題。在這些申請描述的每ー個實施例中，單模光纖被用於探測器的傳輸側，以便把選定波長的雷射輸送到傳輸光學裝置。單模光纖被用在這些各不相同的實施例中以使模式噪聲最小，否則將因在傳輸側使用多模光纖而產生模式噪聲。在一個另外的實施例中，如在WO 2005/103781中所描述，本文全文引用該申請中公開的所有主題，該實施例在緊鄰傳輸光學裝置處使用非常短長度的多模光纖。本文公開的模式噪聲降低策略和設備，可應用於本文引用的參考文獻中公開的探測器配置和類似的探測器配置。一種適合用公開的實施例增強的代表性探測器類型，在圖I和2示出。圖I以示意形式描繪沿氣體渦輪發動機10的軸截取的部分斷面視圖，畫出燃燒室12。圖2是沿圖I的線A-A截取的橫截面圖，以示意形式畫出操作上關聯的傳輸光學裝置22和接收光學裝置24對。在圖2所示實施例中，傳輸/接收光學裝置對22、24光學上與外殼體28中的端ロ26耦合，並在物理上被緊固於該外殼體。該端ロ 26可以是管道探測鏡端ロ，它是在外殼體中的穿孔，在許多近代氣體渦輪發動機上的燃燒區附近可用。該管道探測鏡端ロ計劃在運行期間允許渦輪葉片的觀察，而且還計劃只在發動機不運行時才可進入。因此，這些端ロ通常在發動機操作期間被塞住。該傳輸/接收光學裝置對22、24，按使它們能作為它們所代替的塞子起作用的方式，被緊固於端ロ 26和外殼體。該傳輸/接收光學裝置對22、24被配置成操作上與氣體渦輪的外殼體中的端ロ 26關聯，以便使該傳輸光學裝置和接收光學裝置，通過把探測光束29反射離開內殼體32的一部分30而在光學上耦合，該部分30大體上在端ロ 26的對面。在另外的實施例中，該反射表面能夠是分開的發動機結構，諸如渦輪葉片、專用反射器或在光學裝置對22和24之間起反射該光束28作用的任何其他結構。此外，裡然光學裝置對22和24在圖2的實施例中，被畫成一起被放在單個埠上，但該光學裝置可以在空間上被分開。因此，在圖3所示另外的實施例中，該傳輸光學裝置22可以引導以虛線示出的光束29離開內殼體到達與不同端ロ關聯的接收光學裝置24。在該實施例中，光束被反射到其上的內殼體32 (或其他結構)的該部分，應當在該傳輸/接收光學裝置22、24之間。P.樽式噪聲降低如上所述，探測器的已知實施例通常在探測系統的傳輸側包含單模光纖，以使模式噪聲最小。但令人驚訝的是，本發明人已經發現，如果採取步驟平均多模光纖內傳播的光的信號電平變化誘發的模式噪聲，則在上面公開的光學探測器的各個實施例中，多模光纖能夠被用在傳輸側。在多模傳輸光纖中模式噪聲的降低，確實有助於限制其中產生的模式噪聲，而且如下面所述，還能夠幫助使信號從朗伯表面反射時產生的模式噪聲最小，模式噪聲可以在多模傳輸光纖上按各種方式解決，尤其如W02005/103781中所描述，本文全文引用該申請中公開的所有模式噪聲降低策略。例如，如圖4示意所示，為產生時間平均的測量，模式噪聲的周期性相移或擾亂，可以用光學裝置40實現。該光學裝置40 將包含有輸入42和輸出43的多模光纖41。光可以與該多模光纖41的輸入42耦合，並將一般地沿圖4所示按與輸入42和輸出43關聯的箭頭方向，通過該系統傳播。光學裝置40還將包含操作上與該多模光纖41關聯的平均部件44。該平均部件44可以包含用於在選定時間周期上周期性地改變該多模光纖41折射率的設備。另外或此夕卜，該平均部件44可以包含用於擾亂該多模光纖41內光分布的設備。折射率的變化或擾亂光分布，可以由平均部件44通過周期性地改變該多模光纖41的溫度、周期性地操作該多模光纖41或二者而實現。在平均部件44執行多模光纖41的周期性操作的實施例中，該平均部件44可以扭絞、拉伸、振動或搖動該多模光纖41的一部分。在平均部件44周期性地改變該多模光纖41的溫度的實施例中，各種熱元件或熱部件可以按與該多模光纖一部分熱交換的方式被提供。會影響該多模光纖41溫度的任何設備能夠被包含在該平均部件44中。能夠用於影響該多模光纖41溫度的代表性裝置包含熱電模塊、電阻加熱器、紅外加熱器、化學加熱器、利用被壓縮液體和熱交換器的常用致冷裝置、化學冷卻器、被冷卻至周圍溫度以下的液體源、以及被加熱至周圍溫度以上的液體源。在平均部件44引起該多模光纖41周期性加熱或冷卻的實施例中，傳感器45也可以按與該多模光纖41熱交換的方式被放置。該傳感器45可以向控制器46提供信息,控制器46又可以通過控制線47控制該平均部件44。重要的是要指出，本文公開的實施例可以利用與多模光纖關聯的任何類型的模式噪聲平均部件。因此，上面描述的裝置40僅僅是模式噪聲平均裝置的代表性類型。本文公開的實施例可以用被描述的或任何其他類型的模式噪聲平均裝置實現。如上所述，ー種有用的探測器包含TDLAS傳感器，用於感測或控制噴氣發動機內的過程。這樣的感測系統，當探測光束例如被反射離開朗伯反射表面時，尤其易於在多模光纖內產生或在自由空間中產生模式噪聲。圖5是TDLAS傳感器50的第一實施例的不意圖例。該TDLAS傳感器50包括傳輸和接收光學裝置52，該傳輸和接收光學裝置52例如可以包含數個光學部件，諸如ー個或多個透鏡。該傳輸和接收光學裝置52可以是單片的。或者，該傳輸和接收光學裝置52可以有分開的傳輸和接收光學部件。
多模光纖54在光學上與傳輸和接收光學裝置52耦合。該多模光纖54還在光學上與產生選定波長光束的可調諧ニ極管雷射器56耦合。在一個實施例中，光學分路器58在光學上與多模光纖54關聯。該光學分路器58，作為例子，可以是空間復用器或在遠程通信應用中使用的類型的環行器。光學分路器58的功能，是把被傳輸和接收光學裝置52接收的光學信號，與由可調諧ニ極管雷射器56產生的光學信號分開，並把信號的被接收部分傳送到檢測器60，該檢測器60通常是對可調諧ニ極管雷射器56產生的光的頻率敏感的光電檢測器。在被選定的實施例中，該TDLAS傳感器50在操作上與氣體渦輪發動機62的一部分關聯,該氣體渦輪發動機62的一部分包含外殼體64和內部部件66，該內部部件66例如可以是發動機部件，諸如內殼體、渦輪軸、渦輪葉片或氣體渦輪發動機外殼體內找到的任何其他部件，或者是專用的反射表面。在大多數應用中，為了測量發動機內與燃燒關聯的氣體和確定諸如溫度等性質的目的，該感測設備將在氣體渦輪發動機的燃燒區上或下遊與氣體渦輪發動機的一部分關聯。由可調諧ニ極管雷射器56產生的探測光束68，被引導離開內部部件66，使它反射回傳輸和接收光學裝置52，如圖5所示。被傳輸和接收光學裝置52接收的被傳輸光束的一部 分，由該多模光纖54輸送到光學分路器58,供檢測器60檢測。為了維持該傳輸和接收光學裝置52與內部部件66之間的光學對準,有必要在反射光束68的內部部件66的一部分上提供朗伯表面。當入射光束被散射，朗伯反射出現，以致該反射表面上光束的表觀亮度對觀察者大致相同，與觀察者的視角無關。因此，朗伯反射是ー種漫射反射。雖然朗伯反射將趨向於降低被反射光束的強度，但朗伯反射也將趨向於克服傳輸和接收光學裝置12與內部反射表面66之間少量的未對準。朗伯反射可以用玻璃珠噴砂(bead blasting)、砂紙打磨(sanding)、塗漆(painting)或別的辦法處理該反射表面以提供漫射反射而實現。尤其是，如常常在氣體渦輪發動機的內部部件上提供的粗糙的熱障塗層，能夠產生這樣的朗伯反射。當從該表面反射的光為了到達該接收光學裝置而傳播不同距離時，信號模式噪聲從朗伯表面產生。這導致被反射信號中雷射器斑點噪聲的發展，在被接收的雷射的波長譜中引起時變脈動波。上面討論的類型的平均部件70，可以在操作上與該多模光纖54關聯。如上所述，平均部件70的目的是平均該多模光纖54內傳播的光的信號電平變化誘發的模式噪聲。在一個實施例中，該平均部件70是機械振動器。令人驚訝的是，多模光纖54的機械振動已經被發現實質上減輕了由光束反射離開朗伯表面引起的斑點噪聲。在一個實施例中，已經證明，經受機械振動的有200微米纖芯的多模光纖54的使用，當光纖54的振動因而單次的平均出現在O. 05秒振動周期上時，幾乎消除斑點噪聲。一種合適的光纖54的例子，是 FIBER⑶IDE AFS 200/220Z。圖6以曲線畫出如上所述獲得的模式噪聲降低。如圖6所示，被不動的多模光纖接收的信號76有極端的峰值和谷值。對被機械地搖動或振動的200微米光纖，用O. 05秒的振動周期平均的斑點噪聲被降低約20倍，得到實質上更光滑的信號78。圖5所示實施例可以通過提供空間上分開的傳輸和接收光學裝置而改變，該空間上分開的傳輸和接收光學裝置在光學上通過把傳輸光束反射離開發動機內居中的反射表面而相互通信。在該改變的實施例中，多模傳輸光纖可以在光學上與傳輸光學裝置耦合，而多模接收光纖可以與接收光學裝置耦合。在這樣的實施例中，平均部件可以在操作上只與傳輸光纖關聯，或者與傳輸多模光纖和接收多模光纖二者關聯。此外，如上面的討論，各種其他的感測設備的實施例，可以採用在操作上與傳輸多模光纖關聯的平均部件，以改進信
號質量。另外的實施例是ー種測量在氣體渦輪發動機的區內的燃燒性質的方法。該方法包括把選定波長的光束通過多模光纖傳輸進該區。該光束被反射離開該區中的表面。該光束被接收光學裝置接收。該方法還包含平均該多模光纖內傳播的光束內的信號電平變化誘發的模式噪聲。該接收光學裝置可以在光學上與該多模光纖耦合，並進一歩作為傳輸和接收光學裝置起作用。朗伯分散表面可以被提供在該反射表面上。另ー個另外的實施例是ー種測量在某一區內的性質的方法。該方法包括傳輸選定波長的雷射器光束通過多模光纖並通過光學上與該區耦合的傳輸光學裝置。被傳輸光束的至少一部分，被光學上與該傳輸光學裝置耦合的接收光學裝置接收。該方法還包含平均該多模光纖內傳播的光束的信號電平變化誘發的模式噪聲。該方法可以包括傳輸光學裝置和 接收光學裝置是同一光學裝置。該方法還可以包括載運該被傳輸光束和用該接收光學裝置接收的至少一部分光束的多模光纖。該方法還可以包括從該被傳輸光束分離出至少一部分被接收光束。平均模式噪聲誘發的信號變化的步驟，可以通過周期性地操作該多模光纖實現。該周期性地操作可以包含扭絞該多模光纖、拉伸該多模光纖、搖動該多模光纖、振動該多模光纖、或它們的組合。本公開的各個實施例還可以包含權利要求書中列舉的各種元件的置換，仿佛每一從屬權利要求是引用每ー在前從屬權利要求以及獨立權利要求的限定特徵的多項從屬權利要求。這樣的置換明白無誤地在本公開的範圍之內。雖然本發明已經特別地參照眾多實施例被出示和描述，但本領域熟練技術人員應當理解，形式和細節中的變化可以對本文公開的各個實施例被做出而不偏離本發明的精神和範圍，且本文公開的各個實施例不企圖起限制權利要求書的範圍的作用。本文列舉的所有參考文獻通過引用被全文合井。
權利要求
1.一種用於測量在氣體渦輪發動機的測量區中的燃燒參數的設備，該測量區被定義為在該發動機的外殼體和在該外殼體內部的有反射表面的發動機部件之間，該設備包括 產生選定波長的傳輸光束的雷射器； 光學上與該雷射器耦合的多模傳輸光纖； 光學上與該多模傳輸光纖耦合的傳輸光學裝置，用於把該傳輸光束傳輸進該測量區； 該反射表面被配置用於提供朗伯反射； 接收光學裝置，被定位用於接收該朗伯反射；和 操作上與該多模傳輸光纖關聯的裝置，用於平均該多模傳輸光纖內傳播的光的信號電平變化誘發的模式噪聲。
2.權利要求I的設備，其中該傳輸光學裝置和該接收光學裝置是同一光學裝置，而多模光纖作為多模傳輸光纖和接收光纖兩者起作用。
3.權利要求2的設備，還包括光學上與該多模光纖耦合的裝置，用於從該傳輸光束分離出該被接收的光束。
4.權利要求2的設備，其中該用於分離的裝置，包括空間復用器和環行器之一。
5.權利要求I的設備，其中該用於平均的裝置，包括如下之一 用於在選定時間周期上周期性地改變該多模光纖的折射率的裝置；和 用於擾亂該多模光纖內光分布的裝置。
6.權利要求I的設備，其中該用於平均的裝置，包括如下之一 用於周期性地改變該多模光纖的溫度的裝置；和 用於周期性地操作該多模光纖的裝置。
7.權利要求I的設備，其中該周期性地操作該多模光纖的裝置，包括被配置成執行至少如下之一的設備 扭絞該多模光纖； 拉伸該多模光纖； 搖動該多模光纖；和 振動該多模光纖。
8.一種氣體潤輪發動機，包括 在外殼體和該殼體內的反射表面之間的燃燒區； 該外殼體中操作上與該區關聯的埠，該區在光學上與該反射表面關聯； 光學上與該埠耦合的傳輸和接收光學裝置，該傳輸和接收光學裝置被配置成向該反射表面傳輸光束，並接收至少一部分被反射離開該反射表面的光束； 光學上與該傳輸和接收光學裝置耦合的多模光纖；和 用於平均該多模傳輸光纖內傳播的光的信號電平變化誘發的模式噪聲的裝置。
9.該氣體渦輪發動機還包括在該反射表面上的朗伯塗層。
10.權利要求9的氣體渦輪發動機，其中該朗伯塗層包括熱障塗層。
11.權利要求8的氣體渦輪發動機，還包括光學上與該多模光纖耦合的裝置，用於從該被傳輸光束分離出被接收光束。
12.權利要求11的氣體渦輪發動機，其中該用於分離的裝置，包括空間復用器和環行器之一。
13.權利要求8的氣體渦輪發動機，其中該用於平均的裝置，包括如下之一 用於在選定時間周期上周期性地改變該多模光纖的折射率的裝置；和 用於擾亂該多模光纖內光分布的裝置。
14.權利要求8的氣體渦輪發動機，其中該用於平均的裝置，包括如下之一 用於周期性地改變該多模光纖的溫度的裝置；和 用於周期性地操作該多模光纖的裝置。
15.權利要求8的氣體渦輪發動機，其中該周期性地操作該多模光纖的裝置，包括被配置成執行至少如下之一的設備 扭絞該多模光纖； 拉伸該多模光纖； 搖動該多模光纖；和 振動該多模光纖。
16.一種測量在氣體渦輪發動機的區內的燃燒性質的方法，該方法包括 a)把選定波長的光束通過多模光纖傳輸進該區； b)平均該多模光纖內傳播的光束的信號電平變化誘發的模式噪聲； c)把該光束反射離開該區中的表面；和 d)用接收光學裝置接收該被反射光束。
17.權利要求16的方法，其中該接收光學裝置在光學上與該多模光纖耦合，並作為傳輸和接收光學裝置起作用。
18.權利要求16的方法,還包括在該區中的表面上提供該光束的朗伯分散。
19.一種測量某一區內性質的方法，該方法包括 傳輸選定波長的光束通過多模光纖和光學上與該區耦合的傳輸光學裝置； 用光學上與該傳輸光學裝置耦合的接收光學裝置，接收該被傳輸光束的至少一部分；和 平均該多模光纖內傳播的光束的信號電平變化誘發的模式噪聲。
20.權利要求19的方法，還包括傳輸光學裝置和接收光學裝置是同一光學裝置。
21.權利要求20的方法,還包括載運被傳輸光束和至少一部分被接收光束的多模光纖。
22.權利要求21的方法,還包括從被傳輸光束分離出至少一部分被接收光束。
23.權利要求21的方法，還包括檢測該至少一部分被接收光束的強度。
24.權利要求19的方法，其中該求模式噪聲平均的步驟，是通過周期性地操作該多模光纖實現的。
25.權利要求24的方法，其中該周期性地操作包含至少如下之一 扭絞該多模光纖； 拉伸該多模光纖； 搖動該多模光纖；和 振動該多模光纖。
全文摘要
使用多模傳輸光纖的光信號噪聲的減輕。一種用於測量在氣體渦輪發動機的測量區中的燃燒參數的設備和方法。該測量區被定義為在外殼體和在該外殼體內部的有反射表面的發動機部件之間。該設備包括產生選定波長的傳輸光束的雷射器和光學上與該雷射器耦合的多模傳輸光纖。一種光學上與該多模光纖耦合的傳輸光學裝置，用於把該光束傳輸進該測量區中。該反射表面被配置成提供朗伯反射。一種接收光學裝置被定位用於接收該朗伯反射。操作上與該多模傳輸光纖關聯的裝置被提供，用於平均該多模傳輸光纖內傳播的光的信號電平變化誘發的模式噪聲。
文檔編號F02C7/22GK102686853SQ201080041719
公開日2012年9月19日 申請日期2010年8月10日 優先權日2009年8月10日
發明者A·D·薩培, B·P·馬斯特森, H·郝夫宛德, J·豪威爾 申請人:佐勒技術公司