[发明专利]航空发动机叶尖间隙三维表征与光纤动态检测系统及方法

摘要

本发明公开了一种航空发动机叶尖间隙三维表征与光纤动态检测系统及方法，包括激光光源、脉冲光源控制电路、分光器、叶尖间隙传感探头、前置处理电路、单片机及上位机；所述叶片间隙传感探头包括基准光纤、轴向测角光纤及周向测角光纤。本发明可以动态精确获取航空发电机叶尖间隙三维表征，并且抗干扰能力强。

主权项

一种航空发动机叶尖间隙三维表征与光纤动态检测方法，其特征在于，基于航空发动机叶尖间隙三维表征与光纤动态检测装置，所述航空发动机叶尖间隙三维表征与光纤动态检测装置，其特征在于，包括激光光源(2)、脉冲光源控制电路(3)、分光器(4)、叶尖间隙三维传感探头(1)、前置处理电路(5)、单片机(6)及上位机(7)；所述叶尖间隙三维传感探头(1)包括基准光纤单元(11)、轴向测角光纤单元(13)及周向测角光纤单元(12)，基准光纤单元(11)和周向测角光纤单元(12)的连线与基准光纤单元(11)和轴向测角光纤单元(13)的连线相互垂直，基准光纤单元(11)、轴向测角光纤单元(13)及周向测角光纤单元(12)均包括发射光纤、三组接收光纤，第一组接收光纤分布于发射光纤的外侧，第二组接收光纤及第三组接收光纤均分布于第一组接收光纤的外侧；激光光源(2)发出的激光依次经脉冲光源控制电路(3)及分光器(4)后分为三路激光，所述三路激光分别进入基准光纤单元(11)的发射光纤内、轴向测角光纤单元(13)的发射光纤内及周向测角光纤单元(12)的发射光纤内，基准光纤单元(11)中三组接收光纤接收的激光、轴向测角光纤单元(13)中三组接收光纤接收的激光及周向测角光纤单元(12)中三组接收光纤接收的激光分别进入到前置处理电路(5)中，前置处理电路(5)的输出端与单片机(6)的输入端相连接，单片机(6)的输出端与上位机(7)的输入端相连接；所述前置处理电路(5)包括三组数据处理电路，数据处理电路包括光电转换电路、滤波放大电路及除法电路，光电转换电路的输出端与滤波放大电路的输入端相连接，滤波放大电路的输出端与除法电路的输入端相 连接；基准光纤单元(11)中的三组接收光纤接收的激光转发至第一组数据处理电路中光电转换电路的光敏面上，轴向测角光纤单元(13)中的三组接收光纤接收的激光转发至第二组数据处理电路中光电转换电路的光敏面上，周向测角光纤单元(12)中的三组接收光纤接收的激光转发至第三组数据处理电路中光电转换电路的光敏面上，三组数据处理电路中除法电路的输出端与单片机(6)的输入端相连接；所述单片机(6)包括RMS解调模块(61)、折射率补偿系数计算模块(63)、气动补偿运算模块(62)及叶尖间隙三维特征参量运算模块(64)；三组数据处理电路中除法电路的输出端与RMS解调模块(61)的输入端相连接，折射率补偿系数计算模块(63)的输入端与RMS解调模块(61)的输出端相连接，气动补偿运算模块(62)的输入端与RMS解调模块(61)的输出端与折射率补偿系数计算模块(63)的输出端相连接，气动补偿运算模块(62)的输出端与叶尖间隙三维特征运算模块(64)的输入端相连接，叶尖间隙三维特征运算模块(64)的输出端通过接口电路与上位机(7)的输入端相连接；包括以下步骤：1)先将叶尖间隙三维传感探头(1)安装在发动机压气机和涡轮部件顶部的机匣处，并使叶尖间隙三维传感探头(1)中基准光纤单元(11)的端面、轴向测角光纤单元(13)的端面及周向测角光纤单元(12)的端面正对压气机和涡轮叶片，且叶尖间隙三维传感探头(1)中基准光纤单元(11)、轴向测角光纤单元(13)及周向测角光纤单元(12)的端面与初始的叶尖表面平行；2)激光光源(2)发出的激光经脉冲光源控制电路(3)进行高频脉 冲调制后进入到分光器(4)中，分光器(4)将高频脉冲调制后的激光分为三路激光，并将所述三路激光分别输入到基准光纤单元(11)中的发射光纤中、轴向测角光纤单元(13)中的发射光纤中及周向测角光纤单元(12)中的发射光纤中，基准光纤单元(11)的发射光纤中的激光照射到叶尖表面后发射到基准光纤单元(11)的三组接收光纤中；轴向测角光纤单元(13)的发射光纤中的激光照射到叶尖表面后发射到轴向测角光纤单元(13)的三组接收光纤中；周向测角光纤单元(12)的发射光纤中的激光照射到叶尖表面后发射到周向测角光纤单元(12)的三组接收光纤中；基准光纤单元(11)中三组接收光纤接收的激光、轴向测角光纤单元(13)中三组接收光纤接收的激光、轴向测角光纤单元(13)中三组接收光纤接收的激光分别进行光电转换及滤波放大后再经除法电路消除光纤制作过程中引入的共模干扰，得三组第一电信号，单片机(6)对所述三组电信号进行RMS解调，并根据RMS解调的结果计算折射率补偿系数Kθt，再根据折射率补偿系数Kθt对RMS解调得到的三组电信号进行气动补偿，然后再根据气动补偿得到的结果计算叶间隙的径向位移值h、轴向倾角α及周向倾角β，并将所述叶间隙的径向位移值h、轴向倾角α及周向倾角β上传至上位机(7)中。