[实用新型]一种基于光谱共焦技术的叶尖间隙测量系统

说明书

本实用新型公开了一种基于光谱共焦技术的叶尖间隙测量系统，用于测量航空发动机或燃气涡轮机的转子，转子上设有叶片，叶尖间隙测量系统包括间隙传感器和控制器，间隙传感器和控制器依次设置于转子的一侧，间隙传感器由色散透镜和光纤传输线组成，光纤传输线由位于中心的主光纤和围绕在主光纤周围的辅助光纤组成，光纤传输线靠近色散透镜的一端为第一端口，另一端分为第二端口和第三端口，第一端口连接所述主光纤和辅助光纤，第二端口连接辅助光纤，第三端口连接主光纤；控制器包括光电转换模块、光纤耦合器、主控单元、光开关、N个光谱仪、宽带光源；通过光开关切换依次触发不同的光谱仪进行采样，实现单个高速旋转叶片叶尖间隙的多点测量。

技术领域

本实用新型属于发动机检测领域，具体涉及一种基于光谱共焦技术的叶尖间隙测量系统，能对发动机叶尖间隙进行高速、高精度的测量。

背景技术

叶尖间隙是航空发动机、燃气涡轮机健康管理和故障诊断的一个重要参数，对于发动机的效率、安全性和经济性等有着很大影响。叶尖间隙测量技术是将传感器安装在旋转机械机匣上，实现叶片顶端距传感器间隙值的测量，目前比较成熟的测量方法有放电探针法、激光三角法、光纤束法、电涡流法、微波法、电容法等。放电探针法可耐温600℃，测量分辨率约为10um，但只能测量所有叶片的最小叶尖间隙且不能实时在线测量，仅适合盘车工作状态下叶片叶尖间隙的测量；激光三角法可实现高温环境(环境温度高于1000℃)下的高速测量，精度约为30-50um，但传感器体积较大，不适合现场安装，且该系统更适合检测叶尖最大间隙值，不宜用于单个叶尖间隙值以及间隙平均值检测；光纤束法探头体积小，结构比较简单，分辨力与灵敏度较高，频带宽，动态响应好，但其测量结果易受被测叶片反射系数、传感器的安装角度、安装位置以及传感器工作环境的影响；电涡流法可透过机匣获取叶片到来信号 (机匣必须是非导磁材料且不能太厚)，并且可在较污染环境下对叶尖间隙进行测量，结构简单，信噪比高，但仅适用于常温低速的发动机工作环境；微波法能够测量非金属叶片，对介质不敏感，具有很好的耐高温性能，但该方法的测量精度随激励频率的提高而提高，同时易受空间滤波效应的影响，电路要求很高，处理算法复杂，成本昂贵；电容法基于平行平板电容原理，通过测量传感器电极与转子叶尖间的电容实现叶尖间隙的测量，由于叶片叶尖端面面积小(一般为2～3mm或更小)，间隙电容值在1pF以内，需要高信噪比的信号处理电路。

光谱共焦技术是近年发展起来的一种位移测量方法，测量精度可达1um，具有绝对测量、便于小型化以及对杂散光有较强鲁棒性等特点。受解调光谱仪速度限制，光谱共焦技术测量位移的采样频率通常只有几十千赫兹，若将其运用于高速旋转叶片的叶尖间隙测量，其速度是远远不够的。因为高速旋转发动机的叶片信号是宽度只有几个微秒的窄脉冲。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于光谱共焦技术的叶尖间隙测量系统，该系统采用光纤束接收叶片反射光信号来触发光谱共焦叶尖间隙传感器对叶尖间隙进行采样，以解决光谱仪测量窄脉冲信号速度不够的问题；通过光开关切换依次触发不同的光谱仪进行采样，以实现单个高速旋转叶片叶尖间隙的多点测量。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于光谱共焦技术的叶尖间隙测量系统，用于测量航空发动机或燃气涡轮机的转子，转子上设有叶片，叶尖间隙测量系统包括光谱共焦叶尖间隙传感器和控制器，光谱共焦叶尖间隙传感器和控制器依次设置于所述转子的一侧，所述光谱共焦叶尖间隙传感器由色散透镜和光纤传输线组成，光纤传输线由位于中心的主光纤和围绕在主光纤周围的辅助光纤组成，光纤传输线靠近色散透镜的一端为第一端口，另一端分为第二端口和第三端口，所述第一端口连接所述主光纤和辅助光纤，所述第二端口连接所述辅助光纤，所述第三端口连接所述主光纤；