[发明专利]基于相位式激光测距转静子轴向间隙动态测量装置和方法

权利要求书

1.一种基于相位式激光测距的转静子轴向间隙动态测量装置，其特征在于，所述测量装置包括射频信号产生模块、信号功率放大模块、光学模块、信号接收和混频模块、信号采集模块和上位机；其中，所述光学模块为基于双波长激光调制共光路的测量方法进行设计的；

所述光学模块包括激光器、电光调制器、光纤、环形器、光纤探头、待测轴向端面、分光器件和雪崩光电二极管；其中，

所述激光器输出两种不同波长的激光，通过耦合器耦合为一路激光，传输到所述电光调制器接受强度调制；

调制后的双波长激光信号通过光纤传输到环形器，再通过光纤传输到光纤探头，通过反射膜进行分光，分开后的激光信号，一种波长的激光继续传输到所述待测轴向端面后反射回光纤探头用作测量光，另外一种波长的激光通过反射膜反射用作参考光；

两种波长的激光信号反射回环形器，通过同一路光纤传输到分光器件，分为两路光信号被所述雪崩光电二极管接收。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述激光器选用半导体蝶形封装激光器，耦合器选用3dB光纤耦合器，光纤选用石英光纤。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述环形器选用三端口光纤环形器，光纤探头需定制加工到外径5mm以内。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述分光器件选用波分复用器，雪崩光电二极管选用In GaAs雪崩光电二极管。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述射频信号产生模块包括时钟基准、微控制器和锁相环；其中，所述时钟基准为系统提供稳定的频率参考，并且用作调制路锁相环和混频路锁相环的时钟基准；所述微控制器控制调制路锁相环和混频路锁相环输出正弦波调制信号和混频信号。

6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述时钟基准选用频率稳定度高的温度补偿晶体振荡器作为时钟基准；所述微控制器选用STM32系列单片机；所述锁相环选用模拟锁相环或数字锁相环。

7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述信号功率放大模块包括功率放大器和中等功率放大器；

所述信号接收和混频模块包括参考路信号放大和混频器件、测量路信号放大和混频器件和带通滤波器。

8.一种使用如权利要求1-7任一项所述的测量装置所进行的基于相位式激光测距的转静子轴向间隙动态测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

射频信号产生模块产生的射频信号经过信号功率放大模块进行功率放大，调制信号和混频信号分别通过功率放大器和中等功率放大器进行功率放大；

经过功率放大器放大后的调制信号被输送到电光调制器，用作电光调制器的调制驱动信号；其中，电光调制器选用铌酸锂马赫-曾德尔型强度调制器；

两个激光器输出两种不同波长的激光，通过耦合器耦合到一路激光，传输到电光调制器接受强度调制；其中，激光器选用半导体蝶形封装激光器，耦合器选用3dB光纤耦合器，光纤选用石英光纤；

调制后的双波长激光信号通过光纤传输到环形器，再通过光纤传输到光纤探头，通过反射膜进行分光，分开后的激光信号，一种波长的激光继续传输到待测轴向端面后反射回光纤探头用作测量光，另外一种波长的激光通过反射膜反射用作参考光；其中，环形器选用三端口光纤环形器，光纤探头需定制加工到外径5mm以内；

两种波长的激光信号反射回环形器，传输到分光器件，分为两路光信号被雪崩光电二极管接收；其中，分光器件选用波分复用器，雪崩光电二极管选用In GaAs雪崩光电二极管；

参考信号和测量信号分别进入各自的放大、混频部分进行放大和混频，然后通过带通滤波器进行滤波；其中，放大器使用低噪声放大器，混频器选用ADI公司的混频器芯片，设计带通滤波器的选频带宽为100kHz；

下变频之后的中频测距信号和中频参考信号被信号采集模块采集，并将信号传输到上位机；其中，信号采集模块包括模拟数字转换电路、FPGA和USB3.0模块；

传输到上位机的信号，经过算法处理，得到待测的轴向间隙。

9.一种如权利要求1-7任一项所述的测量装置的应用，其特征在于，所述测量装置应用于航空发动机的转静子轴向间隙在线测量。