[發明專利]一種三維葉尖間隙的光纖束檢測探頭及其解調方法

有效

• 申請號: 202010049414.9
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111220084B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 張小棟;劉洪成;熊逸偉;黃鑫;徐志豪;朱家浩
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 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射光纖和接收光纖，接收光纖設置在發射光纖的周圍，在中心設置1根發射光纖，接收光纖設置有偶數根，接收光纖關于發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現發射光纖和所有接收光纖間距總和最小；圍繞發射光纖設置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根光纖外側設置12根接收光纖，正方形每條邊對應設置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，構造關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為纖端光場場強計算點到光纖檢測探頭端面的垂直距離，K₀為光波在發射光纖中的損耗，I₀為光源耦合到光纖中的光強，a₀為纖芯半徑，p₁和p₂為關于光功率信號P_i與d的表達式，i＝1,2,3,...20；d為光纖纖芯之間的距離，

S3，根據光場分布等效半徑R(z_v)求得的纖端光場場強計算點到光纖檢測探頭端面的垂直距離z_v，結合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與光纖間距的關系，計算出光斑中心坐標(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的調制參數，其大小表征光源的性質和耦合條件對光場分布的影響，θ_c為發射光纖的最大出射角，其與光纖的數值孔徑NA關系為θ_c＝arcsin(NA)；

S4，根據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系，構造在光纖檢測探頭接收面上光斑中心坐標以及纖端光場場強計算點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)之間關系的方程組：

S5，根據S4所得方程組推導出關于徑向間隙z₀的一元三次方程以及軸向轉角α、周向轉角β關于光斑中心坐標、z_v以及z₀的關系表達式；求解所述一元三次方程得到徑向間隙z₀，

結合所述關系表達式、S3所得的z_v以及S4所得的徑向間隙z₀解出軸向轉角α和周向轉角β，即可得到三維葉尖間隙(z₀,α,β)。