[发明专利]一种解调三维叶尖间隙的方法及其装置

权利要求书

1.一种解调三维叶尖间隙的方法，其特征在于，包括：

通过三个基元中任意一个基元的三维叶尖间隙输出光强特性函数在三维叶尖间隙空间的某点(C_z,C_α,C_β)处进行泰勒展开；得到展开系数和解调方程组；

对展开点(C_z,C_α,C_β)附近的三维叶尖间隙点进行逐点方程组解调验证，得到解算误差在允许范围内的距离最大的三维叶尖间隙点，确定三维叶尖间隙的预定位划分区间间隔；

依据所述区间间隔，将三维叶尖间隙检测量程划分为若干个区间，得到每个区间的等效展开点坐标；

对所述每个区间的中心展开点处输出光强静态标定得到等效泰勒展开项系数，静态标记并记录每个区间的中心展开点处的三基元光强输出值、光强差分值和差分比值信号，据此建立对比判别基准数据库；所述光强差分值表示不同两个基元对应光强信号之间的差值；所述差分比值信号指两个基元对应的外圈信号差值与内圈信号差值的比值信号；

根据输入的三个基元光强信号在所述对比判别基准数据库中搜索，得到待测叶尖间隙落入三维叶尖间隙区间及展开点，并读取该区间的等效泰勒展开项系数，确定解调方程组；

将三路光强差分值经过比除运算，得到的三组差分比值信号，将所述读取的等效泰勒展开项系数和三组差分比值信号共同代入解调方程组，求解得到三维叶尖间隙值。

2.根据权利要求1所述的解调三维叶尖间隙的方法，其特征在于，所述预定位划分区间间隔包括径向间隙、轴向间隙和周向间隙。

3.根据权利要求1所述的解调三维叶尖间隙的方法，其特征在于，所述三个基元中任意一个基元的三维叶尖间隙输出光强特性函数的构造方法为：每一根接收光纤虚像面中点处的光强代表整根光纤接收到的平均光强，结合发射面的平面方程及三维叶尖间隙，得到第i根接收光纤虚像面中点在入射光场中的高度函数h_i(z₀,α,β)和光场半径函数r_i(z₀,α,β)，带入纤端场强函数即可得到中点处光强特性函数，其中i＝0，1，…12。

4.根据权利要求3所述的解调三维叶尖间隙的方法，其特征在于，所述中点处处光强特性函数为：其中K₀为光波在发射光线中的损耗，I₀为光源耦合进发射光纤中的光强，a₀为光纤束中每个光纤的纤芯半径，θ_c为光纤最大入射角，ζ为纤端光场场强分布函数的无量纲归一化参数。

5.根据权利要求3所述的解调三维叶尖间隙的方法，其特征在于，考虑基元双圈同轴比值运算中去除共同参数后留下的变化项，中点处光强特性函数为：

其中a₀为光纤束中每个光纤的纤芯半径，θ_c为光纤最大入射角，ζ为纤端光场场强分布函数的无量纲归一化参数。

6.根据权利要求5所述的解调三维叶尖间隙的方法，其特征在于，考虑每根光纤存在零覆盖或部分覆盖的情况，在中点处光强特性函数中加入光斑边界补偿函数：其中ωr_i为中点处的等效光场半径。

7.根据权利要求5所述的解调三维叶尖间隙的方法，其特征在于，针对接收光纤端面入射光的角度，在中点处光强特性函数中加入孔径角补偿函数：其中(x_s,y_s,z_s)为接收光纤的虚像面中点坐标，(x_si,y_si,z_si)表示第i根接收光纤 的虚像面中点坐标。

8.一种解调三维叶尖间隙的装置，其特征在于，包括具有三个独立基元的叶尖间隙三维光纤检测探头，三个独立基元获取光信号，并输出外圈光信号和内圈光信号；

前置处理电路获取三个独立基元发出的三组外圈光信号和内圈光信号；前置处理电路包括光电转换模块、放大跟随模块和减法模块；所述光电转换模块将三组外圈光信号和内圈光信号转换为相应的6路光电信号；放大跟随模块将6路光电信号放大并输出至减法模块和单片机模块；

所述减法模块将三个基元之间进行差值运算，得到差分信号，并将差分信号发送至单片机模块；

所述单片机模块能够运行如权利要求1-6任意一项所述的解调三维叶尖间隙的方法；所述三个独立基元分别包括原点基元、轴向辅助基元和周向辅助基元；所述减法模块中计算原点基元与轴向辅助基元之间的差值，原点基元与周向辅助基元之间的差值和周向辅助基元与轴向辅助基元之间的差值，得到差分信号。