[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

本發明公開的一種發動機葉尖間隙高精度快速測量裝置及方法，屬于發動機葉尖間隙測量領域。本發明公開的一種發動機葉尖間隙高精度快速測量裝置，包括鎖模脈沖激光器、解波分復用器、環路器、隔離器、延遲線、航空發動機、測頭、信號采集與處理裝置、平衡探測器、平衡探測器、解波分復用器、信號鎖定裝置、耦合器和電光調制器。本發明還公開一種發動機葉尖間隙高精度快速測量裝置方法，利用超短鎖模脈沖激光器與薩尼亞克環相結合顯著提高測量分辨率，能夠在航空發動機高轉速工作狀態下獲得每個渦輪葉片葉尖間隙的測量值，最高測量精度可達亞納米量級，且后續信號處理方法簡單高效。

技術領域

本發明涉及一種發動機葉尖間隙高精度快速測量裝置及方法，屬于發動機葉尖間隙測量領域。

背景技術

航空發動機葉尖間隙是航空發動機轉子葉片頂端與機匣內壁之間的徑向間距。在航空發動機的運行過程中，轉子葉片的葉尖間隙對于發動機的效率、安全性和經濟性都有非常重要的影響。葉尖間隙過大，就會使間隙泄漏量增大，降低發動機的工作效率引起發動機喘振，葉尖間隙過小會導致航空發動機轉子和靜子碰撞摩擦影響安全性和可靠性，嚴重時會導致發動機損壞。因此航空發動機葉尖間隙測量是航空發動機研制過程中的重要測量參數之一。

典型的航空發動機葉尖間隙變化范圍為0～3mm，間隙測量精度至少要優于30μm。此外，航空發動機轉速較高一般在6000r/min以上，有的軍用航空發動機轉速甚至高達18000r/min，每個葉片的測頭響應時間僅有微秒量級，這就要求測量系統每秒需要獲取百萬個以上的有效測量點，測量速度在兆赫茲量級，對測量系統的采集速度、計算能力以及算法的高效性具有有很高的要求。

傳統的電渦流傳感器測量法環境適應性強，可靠性高，但是對機匣的導電性有一定的要求，而且尺寸較大不利于安裝。微波測量法的測量精度取決于微波傳感器諧振頻率，諧振頻率越高測量效果越好，但是由于其諧振頻率較高，對后續射頻電路的設計、處理以及工程化應用要求比較高。傳統的光纖測量法體積較小，測量精度較高，不受電磁環境的干擾可實現靜態和動態測量，傳統的光纖測量法需要利用大頻差雙頻激光獲得高頻調制信號，需要設計高頻弱光信號處理系統，利用傅里葉變換反算間隙。

發明內容

為了解決航空發動機葉片葉尖間隙高速高精度測量問題，本發明公開的一種發動機葉尖間隙高精度快速測量裝置及方法，能夠在航空發動機高轉速工作狀態下獲得每個渦輪葉片葉尖間隙的測量值，最高測量精度可達亞納米量級，且后續信號處理方法簡單高效。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的：

本發明公開的一種發動機葉尖間隙高精度快速測量裝置，包括鎖模脈沖激光器、解波分復用器、解波分復用器、環路器、隔離器、延遲線、航空發動機、測頭、信號采集與處理裝置、平衡探測器、平衡探測器、解波分復用器、解波分復用器、信號鎖定裝置、耦合器和電光調制器。

鎖模脈沖激光器的主要作用是：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。

解波分復用器的主要作用是：將鎖模脈沖激光器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。

波分復用器的主要作用是：將兩路不同波長的光合束傳輸。

環路器有A、B、C三個端口，其主要作用是：來自解波分復用器的一路光經A端口進入，經過C端口到達測頭，經過航空發動機的葉尖反射后由C端口進入，B端口輸出進入波分復用器。

隔離器的主要作用是：對光的傳輸方向進行限制，使光單向傳輸。

延遲線的主要作用是：為鎖模脈沖提供時間延遲。

航空發動機的主要作用是：提供用于葉尖間隙測量的應用對象。

測頭的主要作用是：鑲嵌在航空發動機的機匣壁上，對測量光起準直作用，并收集反射回光信號。