[发明专利]基于光干涉的气压分布测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及气压测量技术，特别是涉及一种基于光干涉的气压分布测量装置。

背景技术

气体轴承是一种采用气体作为润滑介质的流体膜润滑轴承。在轴与轴承座内侧的刚性层或柔性层之间，作为润滑介质的气体形成气膜，该气膜的内部气压使转子浮起，避免轴与轴承座之间的直接接触。在气体轴承正常运转情况下，气膜呈楔形。气膜是否为理想楔形与气膜内部气压的分布是气体轴承载荷范围、运转状态、输出精度等性能的关键因素。因此，对气膜内部气压分布进行测量具有重要的意义。

目前，对气膜等内部气压实时变化的气压分布的测量方法比较少。如专利号为ZL 00234624.9的中国实用新型专利“相干激光气体压力变化高精度监测仪”采用了取压的方法测量气体压力，将光学气体腔与被测气体的容器相连通，利用气体在不同的气压与温度下对光的折射率不同的原理，根据两束激光在光学气体腔中的反射次数以及两束激光光束相干涉产生的干涉条纹，测量气压分布比较均匀的气体的气压，并确定测量精度。这里，光学气腔中的气膜厚度为毫米量级，而且被测气体的气压为静态气压，同时静压取压口会影响原气体压力场分布。

由此可见，现有技术无法测量气膜内部的气体压力动态变化时的气压，也无法测量毫米量级以下的气膜气压，而且测量精度较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量精度高、厚度为微米量级和内部气压动态变化的基于光干涉的气压分布测量装置。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：包括支架以及安装在支架内的光源、干涉显微镜、第一光电传感器和分光转换器，在干涉显微镜的下端设置有由透明玻璃板与反射平台组成的填装被测气膜的气腔；

光源用于将生成的包含两种或两种以上单色光的原复合光发送至干涉显微镜；

干涉显微镜用于对光源发送的原复合光预处理，并将得到的预处理复合光按比例分为两束，一束预处理复合光被发送至第一光电传感器，另一束预处理复合光被发送至透明玻璃板；对透明玻璃板返回的反射光进行放大处理，并将得到的放大反射光发送至分光转换器；

第一光电传感器用于将干涉显微镜发送的一束预处理复合光由光信号转换为电信号后发送至数据采集器；

分光转换器用于从干涉显微镜发送的放大反射光中提取两种或三种单色光，并将提取到的各单色光由光信号转换为电信号后发送至数据采集器；

数据采集器用于将采集的第一光电传感器发送的预处理复合光电信号与分光转换器发送的各单色光电信号转发至计算机；

计算机，用于预先存储气体折射率与气体压强之间的对应关系；对来自数据采集器的预处理复合光电信号与各单色光电信号进行处理，根据得到各单色光电信号产生的干涉信号强度与预处理复合光电信号的信号强度确定被测区域内的气体折射率，再根据气体折射率与气体压强之间的对应关系，确定被测区域内气膜的内部气压分布。

所述基于光干涉的气压分布测量装置还包括第一分束器、干涉摄像仪和干涉照相机；

其中，第一分束器设置在干涉显微镜与分光转换器之间，将透明玻璃板返回的放大反射光按比例分为两束：一束放大反射光被发送至干涉摄像仪，另一束放大反射光被发送至所述分光转换器；

干涉摄像仪将捕捉到的一束放大反射光发送至干涉照相机；

干涉照相机对来自干涉摄像仪的一束放大反射光进行成像，并将成像信息发送至计算机。

所述干涉显微镜包括准直镜、第二分束器、物镜；其中，准直镜与第二分束器在同一水平位置，物镜设于第二分束器的垂直下方；

准直镜对所述光源发送的原复合光进行平行化处理，并将得到的预处理复合光发送至第二分束器；

第二分束器将来自准直镜的预处理复合光按比例分为两束：一束预处理复合光被发送至第一光电传感器，另一束预处理复合光被发送至物镜，同时将来自物镜的放大反射光转发至所述分光转换器或第一分束器；

物镜将来自第二分束器的另一束预处理复合光发送至所述透明玻璃板；将所述透明玻璃板返回的反射光进行放大，并将得到的放大反射光发送至第二分束器。

所述分光转换器包括第三分束器、第一吸收针孔镜、第一干涉滤光片（、第二光电传感器、第二吸收针孔镜、第四分束器、第二干涉滤光片、第三光电传感器、第三干涉滤光片、第四光电传感器；其中，

第三分束器将来自所述干涉显微镜或第一分束器的放大反射光按比例分为两束，一束放大反射光被发送至第一吸收针孔镜，另一束放大反射光被发送至第二吸收针孔镜；