[發明專利]一種發動機葉尖間隙高精度快速測量裝置及方法

有效

• 申請號: 202010918659.0
• 申請日: 2020-09-04
• 公開（公告）號: CN111981995B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 趙春播;武騰飛;李潤敏;張磊;韓繼博
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京長城計量測試技術研究所
• 主分類號: G01B11/14
• 分類號: G01B11/14
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 王民盛

1.一種發動機葉尖間隙高精度快速測量裝置，其特征在于：包括鎖模脈沖激光器(1)、第一解波分復用器(2)、第二解波分復用器(3)、環路器(4)、隔離器(5)、延遲線(6)、航空發動機(7)、測頭(8)、信號采集與處理裝置(9)、第一平衡探測器(10)、第二平衡探測器(11)、第三解波分復用器(12)、第四解波分復用器(13)、信號鎖定裝置(14)、耦合器(15)和電光調制器(16)；

鎖模脈沖激光器(1)的主要作用是：提供一束周期固定寬譜的超短脈沖激光的測量光，脈沖寬度在飛秒量級，其出射光進入第一解波分復用器(2)中；

第一解波分復用器(2)的主要作用是：將鎖模脈沖激光器(1)出射光中分離出兩個不同波長的脈沖光，分別為λ₁光和λ₂光，其中λ₁光進入第二解波分復用器(3)中，λ₂光進入環形器(4)的A端口中；

第二解波分復用器(3)的主要作用是：將來自第一解波分復用器(2)的λ₁光和經過環形器B端口返回的測量光合束傳輸，經過合束傳輸的光進入隔離器(5)中；

環路器(4)有A、B、C三個端口，其主要作用是：來自第一解波分復用器(2)的一路光經A端口進入，經過C端口到達測頭(8)，經過航空發動機(7)的葉尖反射后由C端口進入，B端口輸出進入第二解波分復用器(3)；

隔離器(5)的主要作用是：對光的傳輸方向進行限制，使光單向傳輸，隔離器5接收來自第二解波分復用器(3)的合束光，并將合束光傳輸至耦合器(15)，并防止光從耦合器(15)返回進入第二解波分復用器(3)中；

延遲線(6)的主要作用是：為鎖模脈沖提供時間延遲，由環形器(4)的C端口出射的測量脈沖光經過延遲線(6)的延遲后進入測頭(8)，用于在測量過程中調整測量脈沖的時間延遲；

航空發動機(7)的主要作用是：提供用于葉尖間隙測量的應用對象，航空發動機7的葉尖和發動機機匣壁之間有空隙；

測頭(8)的主要作用是：鑲嵌在航空發動機(7)的機匣壁上，對測量光起準直作用，并收集照射在航空發動機(7)的葉尖上的返回光；

信號采集與處理裝置(9)的主要作用是：采集第一平衡探測器(10)輸出的電壓信號，計算并實時輸出發動機葉尖間隙測量值；

第一平衡探測器(10)的主要作用是：接收第三解波分復用器(12)的H端口和第四解波分復用器(13)的K端口的出射光，對應波長為λ₂；將兩束光的差信號轉化為電信號輸出至信號采集與處理裝置(9)中；

第二平衡探測器(11)的主要作用是：接收第三解波分復用器(12)的I端口和第四解波分復用器(13)的J端口的出射光，對應波長為λ₁；將兩束光的差信號轉化為電信號輸出至信號鎖定裝置(14)中；

第三解波分復用器(12)的主要作用是：將來自耦合器(15)F端口中的出射光重新分解為λ₁光和λ₂光，提供給用于解算測量結果的第一平衡探測器(10)和用于鎖定電路誤差輸入的第二平衡探測器(11)；

第四解波分復用器(13)的主要作用是：將來自耦合器(15)G端口中的出射光重新分解為λ₁光和λ₂光，提供給用于解算測量結果的第一平衡探測器(10)和用于鎖定電路誤差輸入的第二平衡探測器(11)；

信號鎖定裝置(14)的主要作用是：探測來自第二平衡探測器(11)的誤差信號，經過信號鎖定裝置(14)的PID電路和壓控振蕩器VCO調制輸出頻率信號給電光調制器(16)的輸入控制端；

電光調制器(16)的主要作用：在薩尼亞克環中，通過控制端給薩尼亞克環上傳輸光加載一個單向的與控制頻率相關的相位偏移，其兩端分別連至耦合器(15)的D和E端口，其控制端連接至信號鎖定裝置(14)內部的壓控振蕩器輸出端口。

2.如權利要求1所述的一種發動機葉尖間隙高精度快速測量裝置，其特征在于：所述耦合器為3×3耦合器(15)；

3×3耦合器(15)的主要作用：3×3耦合器(15)的端口D，電光調制器(16)以及3×3耦合器(15)的端口E構成一個穩定的偏置型薩尼亞克環,能夠實現一個具有高分辨率的光學微波頻率相位探測功能的模組；其輸入光信號來自隔離器(5)，輸出端口為F和G。