[发明专利]基于菲索共光路结构的转静子轴向间隙在线测量系统

说明书

本发明涉及非接触测距领域，为提出一种基于菲索共光路结构的转静子轴向间隙在线测量系统。该系统通过设计菲索共光路干涉结构和小尺寸、耐高温光纤传感器，实现高温、空间受限条件下航空发动机转静子轴向间隙的非接触实时在线精确测量，监测发动机转静子的运行状态，为现代航空发动机转静子轴向间隙的最佳设计和控制提供基础性数据来源。为此，本发明，基于菲索共光路结构的转静子轴向间隙在线测量系统，包括：扫频光源，光纤，耦合器，环形器，光纤探头，光电二极管，信号调理模块，信号采集模块，耦合器，光纤延迟器，平衡接收模块，过零检测模块，控制器。本发明主要应用于非接触测距场合。

技术领域

本发明涉及非接触测距领域，尤其是涉及航空发动机转静子轴向间隙测量领域。

背景技术

航空发动机被称为工业皇冠上的明珠，是飞机的“心脏”，也是制约我国航空工业发展的瓶颈之一。现代航空发动机正朝高推重比、高增压比及高涡轮前温度方向发展，发动机核心部件工作在极限状态，其中转静子间的轴向窜动是影响发动机性能和安全的重要因素之一。航空发动机在运行状态过渡态中，承受着许多非线性激励源的作用，直接致使其转静子部件间发生变形和轴向窜动，导致机匣与转子、密封篦齿与叶片以及动静叶栅之间的轴向间隙发生变化。与此同时，发动机内部的温度分布不均匀，而高速旋转的转静子系统会产生非均匀温度应力和非均匀热膨胀，导致转子与静子之间产生轴向窜动。以上两方面因素的共同耦合，直接导致航空发动机转静子间的轴向间隙发生较大变化，极端情况下甚至超过10mm。当转静子轴向窜动较大时，可能会损坏发动机，造成巨大的经济损失甚至威胁到人身安全。另外，研究表明，航空发动机压气机内部的轴向间隙由大变小时，叶列间势流干扰增强，扩压能力提高，这可使发动机效率显著提升。与此同时，现代航空发动机正朝着级间紧凑排列的方向发展，轴向间隙的优化设计能有效提升发动机效率和性能。

由于航空发动机转静子轴向间隙的测量过程存在测量环境温度高(300℃/450℃)、测量空间狭小、信号线引出路径复杂、测量量程较大(叶尖间隙量程一般在3mm左右，而轴向间隙量程一般在10mm左右)、测量精度要求高、传感器安装空间狭小等难题，到目前为止，还无有效的转静子轴向间隙测量手段。航空发动机转静子间轴向间隙的动态变化规律尚不明确，由此造成的数据缺失已成为制约航空发动机优化设计及运行安全监测的瓶颈之一。航空发动机转静子轴向间隙已被列为现代航空发动机设计的重要优化和控制参量。因此，航空发动机转静子轴向间隙的非接触实时在线精确测量，不仅对航空发动机转静子运行状态的健康监测至关重要，而且还能为现代先进航空发动机转静子轴向间隙的最佳设计和控制提供重要的基础性数据来源。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种基于菲索共光路结构的转静子轴向间隙在线测量系统。该系统通过设计菲索共光路干涉结构和小尺寸、耐高温光纤传感器，实现高温、空间受限条件下航空发动机转静子轴向间隙的非接触实时在线精确测量，监测发动机转静子的运行状态，为现代航空发动机转静子轴向间隙的最佳设计和控制提供基础性数据来源。为此，本发明采取的技术方案是，基于菲索共光路结构的转静子轴向间隙在线测量系统，包括：扫频光源，光纤，耦合器，环形器，光纤探头，光电二极管，信号调理模块，信号采集模块，耦合器，光纤延迟器，平衡接收模块，过零检测模块，控制器；