[发明专利]基于光干涉的气压分布测量方法

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方法。

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表面或柔性表面之间，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，气膜内部形成了非均匀的压力分布。因此气膜内部气压的分布是气体轴承载荷、稳定性、动态特性等性能的关键影响因素。因此，对气膜内部气压分布进行测量具有重要的意义；但是，实际应用中，对厚度微小的气膜内部气压的测量是十分困难的。取压测量会影响原压力场的分布，此外压力传感器的精度及动态响应难以满足测量要求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种测量精度较高、可测量微小间隙内部气膜的基于光干涉的气压分布测量方法。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

步骤1、透光板与反射面之间的微小间隙中存在有气压非均匀分布的被测气膜，当波长为λ、振幅为A的单色光垂直入射至透光板后，在透光板下表面与反射面之间发生多次折射、透射与反射，对反射光进行干涉处理后得到的干涉光束进行测量，获得被测气膜的当地折射率其中，H为被测气膜厚度，δ为反射光相位总延迟，Φ_s为反射平台反射面的附加相位；k为干涉条纹级次，且k为自然数；

步骤2、根据被测气膜的当地折射率与被测气膜的当地压强之间的关系：获取被测气膜的当地压强p；其中，n_s为15℃时一个标准大气压下被测气膜的折射率，t为被测气膜的温度，A为标准气体密度因子、1+(B-Ct)p×10^-8为气体压缩因子的数学表达式、D为0℃对应的开尔文温度（273.15K）的倒数。

所述被测气膜厚度H通过以下步骤确定：

步骤a、采用位移传感器测量透光板上表面与反射面之间的距离H₀；

步骤b、根据透光板厚度H_g，得到被测气膜厚度H=H₀-H_g。

所述反射光相位总延迟δ的获取步骤如下：

步骤11、采用光电传感器测得反射光的总反射光强度I_r、单色光入射强度I₀后，获得被测气膜的光强反射率

步骤12、根据被测气膜的光强反射率R，获得所述反射光相位总延迟其中，r_g、r_s分别为透光板反射率、反射平台反射率。

所述步骤12包括如下步骤：

步骤121、获取反射光的复振幅其中，r_g、r_s分别为透光板反射率、反射平台反射率，e为自然常数；

步骤122、根据反射光的复振幅与总反射光强度I_r的理论关系：及总反射光强度I_r与单色光入射强度I₀获取被测气膜的光强反射率其中，为反射光的复振幅的转置矩阵；