[發明專利]一種同步檢測葉片振動和葉尖間隙的測量裝置及測量方法

在審

• 申請號: 202110456127.4
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113358205A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 劉紅忠;張寧寧;趙國博;李烜;葉國永
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G01B11/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

本發明公開了一種同步檢測葉片振動和葉尖間隙的測量裝置及測量方法，測量裝置主要由激光器、強度型電光調制器、正交振蕩器、光環形器、光纖、光纖自準直測頭、光電探測器及信號處理電路等組成，測量方法利用同光束的光強信息與相位信息分別攜帶葉端定時信息與葉尖間隙信息實現葉片振動和葉尖動態間隙的同步高精度測量。同傳統的光纖傳感器測量葉片振動、電容傳感器測量葉尖間隙的分離式方法相比，本發明具有精度高、集成化、輕量化等優點。

技術領域

本發明屬于葉片葉端定時測量技術領域，具體涉及一種同步檢測葉片振動和葉尖間隙的測量裝置及測量方法。

背景技術

傳統葉片振動和葉尖間隙的測量基于兩種不同的測量原理，需要兩種不同的設備分別測量。光纖式傳感器由于其測量精度高，能夠實現非接觸檢測，故常用于葉片振動的測量；電容式傳感器由于其動態性能好、功率小、測試葉尖間隙效果較好，故常用于葉尖間隙的測量。光纖式定時測量技術以葉片反射光強信息判別生成葉端定時信號，而光強信息嚴重受到葉尖間隙變化的影響，制約了葉端定時測量的精度。因此，為了提高葉片振動的測量精度，對葉片多參量測量、系統集成化需求不斷增加，實現葉片振動和葉尖間隙的同步測量也成為當前研究熱門。

發明內容

為克服現有技術難點，本發明的目的在于提供一種同步檢測葉片振動和葉尖間隙的測量裝置及測量方法，具有精度高、集成化、輕量化等優點。

為達到上述目的，本發明所述一種同步檢測葉片振動和葉尖間隙的測量裝置，包括激光器、強度型電光調制器、正交振蕩器、光環形器、光纖自準直測頭、光電探測器和信號處理電路，所述激光器和強度型電光調制器、光環行器和光纖自準直測頭之間通過光纖依次連接，所述正交振蕩器的輸出端和強度型電光調制器以及信號處理電路連接；所述光環行器的輸出端通過光纖與光電探測器的輸入端連接，所述光電探測器的輸出端和信號處理電路的輸入端連接。

進一步的，信號處理電路包括調理放大電路、乘法電路和低通濾波電路，所述調理放大電路的輸入端和光電探測器的輸出端連接，調理放大電路的輸出端和正交振蕩器(7)的輸出端均與乘法電路的輸入端連接，乘法電路的輸出端和低通濾波電路的輸入端連接。

進一步的，光電探測器為雪崩光電二極管。

進一步的，光纖自準直測頭距離葉片端面2mm-5mm。

一種同步檢測葉片振動和葉尖間隙的測量方法，包括以下步驟：

步驟1、航空發動機工作時，正交振蕩器產生頻率相同，相位差為90°的正交信號V₁和正交信號V₂；

步驟2、將正交信號V₁作為強度型電光調制器的外加電場，使激光器發出的連續激光經強度型電光調制器后，形成光強隨正交信號V₁規律變化的光信號S₀，光信號S₀經光環形器和光纖自準直測頭直射到葉片上；

步驟3、經葉片反射的光信號與入射光信號形成相位差反射光經光纖自準直測頭和光環行器后照射在光電探測器上，光電探測器將光信號轉變成電信號S₁；

步驟4、電信號S₁經調理放大后與正交振蕩器產生的正交信號V₁和V₂分別相乘，得到S₁·V₁和S₁·V₂，將S₁·V₁和S₁·V₂歸一化處理后形成信號U₁和信號U₂；

步驟5、計算信號U₁與信號U₂的強度信號U，將U作為葉端定時信號，用于計算葉片振動角位移y；利用U₁與U₂信號解調出相位計算葉尖間隙。