[发明专利]气体静压主轴气膜速度场测试装置

说明书

一种气体静压主轴气膜速度场测试装置，包括气体检测部分和气体静压主轴及供气部分，所述气体检测部分采用多普勒OCT结构，包括宽带相干光源、信号采集处理系统、参考臂，参考镜、50/50分束器、样品臂和检测探针，所述的宽带相干光源利用光纤与50/50分束器的输入端口相连，50/50分束器的两个输出端口分别以光纤连接，构建所述的样品臂与参考臂，参考臂将光束引导至参考镜前，检测探针位于样品臂上，信号采集处理系统利用光纤与50/50分束器的反射端口相连，所述检测探针放入气体静压主轴及供气部分的倾斜细孔内，检测探针密封固定于倾斜细孔内。本发明结构简单，适用范围广泛的气体静压主轴气膜速度场测试装置。

技术领域

本发明主要涉及微气体流体流速检测领域，尤其涉及气体静压主轴气膜速度场测试系统。

背景技术

气体静压主轴是一种采用空气作为润滑介质的轴承，其具有转速和回转精度高、振动和噪声小、使用寿命长、摩擦功耗小的优点。气体静压主轴可以有效地保障超精密机床的加工精度，是目前超精密机床中不可或缺的核心部件。然而对于静压主轴内部气膜流速的测量依然存在诸多问题无法解决。

由于气体静压主轴内部环境的特殊性，非接触式测量是少数可采用的方法。气体流速的非接触式测量方法主要包括了激光多普勒测量法与粒子图像测速法(PIV)。激光多普勒测量法通过激光照射大气中的高散射粒子(气溶胶)，接受后向散射并通过所照射粒子产生的多普勒偏移来得到高散射粒子的流速，进而得到气体本身的流速。同时多普勒OCT作为一种传统OCT的衍生，常常用于测量血液流速。该系统原理与激光多普勒测速类似，都是通过高散射粒子(血液中的红细胞)来完成测速目标。多普勒OCT的光纤探头可以很好地适应气体静压主轴气膜速度场测量时的狭小环境，缺点在于多普勒OCT并没有对微气体流速测量的先例，因为在多数气体环境中并没有足够多的高散射粒子。

粒子图像测速法通过在流体中人为撒播高散射的示踪粒子，利用CCD相机对流体区域内示踪粒子的位置进行拍摄，并通过互相关运算得到流速的分布。这种测量方法的好处在于这是一种全局测量，可以得到流体的全局速度场分布，缺点是CCD相机难以胜任气体静压主轴内部的狭小环境。尽管在PIV技术的发展中出现过一种用于微流体测量的micro-PIV技术，但是这种技术目前也仅应用于液体流速的测量中。

总之，目前所拥有的各类检测手段对于气体静压主轴内部气膜流速的测量存在困难。

发明内容

为了填补目前气体静压主轴气膜速度场测量中PIV技术难以适应测量的狭窄环境、而多普勒OCT系统无法完成气膜流速测量的问题，本发明结合两者特点，提供了一种结构简单，适用范围广泛的气体静压主轴气膜速度场测试装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种气体静压主轴气膜速度场测试装置，包括气体检测部分和气体静压主轴及供气部分，所述气体检测部分采用多普勒OCT结构，所述气体检测部分包括宽带相干光源、信号采集处理系统、参考臂、参考镜、50/50分束器、样品臂和检测探针，所述的宽带相干光源利用光纤与50/50分束器的输入端口相连，50/50分束器的两个输出端口分别以光纤连接，构建所述的样品臂与参考臂，参考臂将光束引导至参考镜前，检测探针位于样品臂上，信号采集处理系统利用光纤与50/50分束器的反射端口相连，所述检测探针放入气体静压主轴及供气部分的倾斜细孔内，检测探针密封固定于倾斜细孔内。