[發(fā)明專利]一種三維葉尖間隙的光纖束檢測探頭及其解調(diào)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010049414.9
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111220084B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張小棟;劉洪成;熊逸偉;黃鑫;徐志豪;朱家浩
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01B11/14
• 分類號: G01B11/14;G01B11/26;G01D5/353;G01M15/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

1.一種采用三維葉尖間隙的光纖束檢測探頭的三維葉尖間隙的解調(diào)方法，其特征在于，所述三維葉尖間隙的光纖束檢測探頭包括發(fā)射光纖和接收光纖，接收光纖設(shè)置在發(fā)射光纖的周圍，在中心設(shè)置1根發(fā)射光纖，接收光纖設(shè)置有偶數(shù)根，接收光纖關(guān)于發(fā)射光纖端面上相互垂直的中心線對稱分布，光纖與光纖的間距實(shí)現(xiàn)發(fā)射光纖和所有接收光纖間距總和最小；圍繞發(fā)射光纖設(shè)置8根接收光纖，8根接收光纖端面呈正方形排列；正方形排列的8根光纖外側(cè)設(shè)置12根接收光纖，正方形每條邊對應(yīng)設(shè)置3根接收光纖，包括以下步驟：

S1，采集反映三維葉尖間隙的光功率信號P_i，i＝1，2，.....20；

S2，以S1所得接收光纖接收的光功率信號為基礎(chǔ)，構(gòu)造關(guān)于纖端光場等效半徑平方R²(z_v)的方程，求解光纖纖端光場等效半徑平方R²(z_v)的值；纖端光場等效半徑平方R²(z_v)的方程為：

其中，z_v為纖端光場場強(qiáng)計(jì)算點(diǎn)到光纖檢測探頭端面的垂直距離，K₀為光波在發(fā)射光纖中的損耗，I₀為光源耦合到光纖中的光強(qiáng)，a₀為纖芯半徑，p₁和p₂為關(guān)于光功率信號P_i與d的表達(dá)式，i＝1,2,3,...20；d為光纖纖芯之間的距離，

S3，根據(jù)光場分布等效半徑R(z_v)求得的纖端光場場強(qiáng)計(jì)算點(diǎn)到光纖檢測探頭端面的垂直距離z_v，結(jié)合S2所得光纖纖端光場等效半徑平方R²(z_v)的值、S1所得光功率信號P_i與光纖間距的關(guān)系，計(jì)算出光斑中心坐標(biāo)(x,y)；

x＝p₁R²(z_v)，y＝p₂R²(z_v)

其中，a₀為光纖纖芯半徑，ζ為與光源種類及光源和光纖耦合情況有關(guān)的調(diào)制參數(shù)，其大小表征光源的性質(zhì)和耦合條件對光場分布的影響，θ_c為發(fā)射光纖的最大出射角，其與光纖的數(shù)值孔徑NA關(guān)系為θ_c＝arcsin(NA)；

S4，根據(jù)光纖束檢測探頭端面、渦輪葉片被測表面以及虛擬光纖接收表面的幾何關(guān)系，構(gòu)造在光纖檢測探頭接收面上光斑中心坐標(biāo)以及纖端光場場強(qiáng)計(jì)算點(diǎn)到光纖檢測探頭端面的垂直距離z_v與三維葉尖間隙(z₀,α,β)之間關(guān)系的方程組：

S5，根據(jù)S4所得方程組推導(dǎo)出關(guān)于徑向間隙z₀的一元三次方程以及軸向轉(zhuǎn)角α、周向轉(zhuǎn)角β關(guān)于光斑中心坐標(biāo)、z_v以及z₀的關(guān)系表達(dá)式；求解所述一元三次方程得到徑向間隙z₀，

結(jié)合所述關(guān)系表達(dá)式、S3所得的z_v以及S4所得的徑向間隙z₀解出軸向轉(zhuǎn)角α和周向轉(zhuǎn)角β，即可得到三維葉尖間隙(z₀,α,β)。