[發明專利]航空發動機葉尖間隙三維表征與光纖動態檢測系統及方法

有效

• 申請號: 201510098381.6
• 申請日: 2015-03-05
• 公開（公告）號: CN104697798B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 張小棟;謝思瑩;牛杭;董曉妮;郭琦;趙欣丹
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01M15/00
• 分類號: G01M15/00;G01B11/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 陸萬壽

1.一種航空發動機葉尖間隙三維表征與光纖動態檢測方法，其特征在于，基于航空發動機葉尖間隙三維表征與光纖動態檢測裝置，所述航空發動機葉尖間隙三維表征與光纖動態檢測裝置，其特征在于，包括激光光源(2)、脈沖光源控制電路(3)、分光器(4)、葉尖間隙三維傳感探頭(1)、前置處理電路(5)、單片機(6)及上位機(7)；

所述葉尖間隙三維傳感探頭(1)包括基準光纖單元(11)、軸向測角光纖單元(13)及周向測角光纖單元(12)，基準光纖單元(11)和周向測角光纖單元(12)的連線與基準光纖單元(11)和軸向測角光纖單元(13)的連線相互垂直，基準光纖單元(11)、軸向測角光纖單元(13)及周向測角光纖單元(12)均包括發射光纖、三組接收光纖，第一組接收光纖分布于發射光纖的外側，第二組接收光纖及第三組接收光纖均分布于第一組接收光纖的外側；

激光光源(2)發出的激光依次經脈沖光源控制電路(3)及分光器(4)后分為三路激光，所述三路激光分別進入基準光纖單元(11)的發射光纖內、軸向測角光纖單元(13)的發射光纖內及周向測角光纖單元(12)的發射光纖內，基準光纖單元(11)中三組接收光纖接收的激光、軸向測角光纖單元(13)中三組接收光纖接收的激光及周向測角光纖單元(12)中三組接收光纖接收的激光分別進入到前置處理電路(5)中，前置處理電路(5)的輸出端與單片機(6)的輸入端相連接，單片機(6)的輸出端與上位機(7)的輸入端相連接；

所述前置處理電路(5)包括三組數據處理電路，數據處理電路包括光電轉換電路、濾波放大電路及除法電路，光電轉換電路的輸出端與濾波放大電路的輸入端相連接，濾波放大電路的輸出端與除法電路的輸入端相 連接；基準光纖單元(11)中的三組接收光纖接收的激光轉發至第一組數據處理電路中光電轉換電路的光敏面上，軸向測角光纖單元(13)中的三組接收光纖接收的激光轉發至第二組數據處理電路中光電轉換電路的光敏面上，周向測角光纖單元(12)中的三組接收光纖接收的激光轉發至第三組數據處理電路中光電轉換電路的光敏面上，三組數據處理電路中除法電路的輸出端與單片機(6)的輸入端相連接；

所述單片機(6)包括RMS解調模塊(61)、折射率補償系數計算模塊(63)、氣動補償運算模塊(62)及葉尖間隙三維特征參量運算模塊(64)；

三組數據處理電路中除法電路的輸出端與RMS解調模塊(61)的輸入端相連接，折射率補償系數計算模塊(63)的輸入端與RMS解調模塊(61)的輸出端相連接，氣動補償運算模塊(62)的輸入端與RMS解調模塊(61)的輸出端與折射率補償系數計算模塊(63)的輸出端相連接，氣動補償運算模塊(62)的輸出端與葉尖間隙三維特征運算模塊(64)的輸入端相連接，葉尖間隙三維特征運算模塊(64)的輸出端通過接口電路與上位機(7)的輸入端相連接；

包括以下步驟：

1)先將葉尖間隙三維傳感探頭(1)安裝在發動機壓氣機和渦輪部件頂部的機匣處，并使葉尖間隙三維傳感探頭(1)中基準光纖單元(11)的端面、軸向測角光纖單元(13)的端面及周向測角光纖單元(12)的端面正對壓氣機和渦輪葉片，且葉尖間隙三維傳感探頭(1)中基準光纖單元(11)、軸向測角光纖單元(13)及周向測角光纖單元(12)的端面與初始的葉尖表面平行；

2)激光光源(2)發出的激光經脈沖光源控制電路(3)進行高頻脈 沖調制后進入到分光器(4)中，分光器(4)將高頻脈沖調制后的激光分為三路激光，并將所述三路激光分別輸入到基準光纖單元(11)中的發射光纖中、軸向測角光纖單元(13)中的發射光纖中及周向測角光纖單元(12)中的發射光纖中，基準光纖單元(11)的發射光纖中的激光照射到葉尖表面后發射到基準光纖單元(11)的三組接收光纖中；軸向測角光纖單元(13)的發射光纖中的激光照射到葉尖表面后發射到軸向測角光纖單元(13)的三組接收光纖中；周向測角光纖單元(12)的發射光纖中的激光照射到葉尖表面后發射到周向測角光纖單元(12)的三組接收光纖中；基準光纖單元(11)中三組接收光纖接收的激光、軸向測角光纖單元(13)中三組接收光纖接收的激光、軸向測角光纖單元(13)中三組接收光纖接收的激光分別進行光電轉換及濾波放大后再經除法電路消除光纖制作過程中引入的共模干擾，得三組第一電信號，單片機(6)對所述三組電信號進行RMS解調，并根據RMS解調的結果計算折射率補償系數K_θt，再根據折射率補償系數K_θt對RMS解調得到的三組電信號進行氣動補償，然后再根據氣動補償得到的結果計算葉間隙的徑向位移值h、軸向傾角α及周向傾角β，并將所述葉間隙的徑向位移值h、軸向傾角α及周向傾角β上傳至上位機(7)中。