[发明专利]基于三光束叶尖定时的叶尖间隙测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于三光束叶尖定时的叶尖间隙测量装置，包括三光束式光纤叶尖定时传感器、发射光纤的延长光纤、激光器、接收光纤的延长光纤、前置放大器、信号采集系统、计算机，其中，三光束式光纤叶尖定时传感器内部由三根光纤传感器l₁、l₂、l₃构成，其中l₁、l₂相互平行，l₃与l₂沿径向对称构成倒V字结构，三根光纤传感器均与端面垂线方向成α角，出射端面与叶顶平面视为平行，设定l₂、l₃交点为O，O点到出射端面的垂线与出射端面交点为O₁，与叶顶平面交点为O₁′，l₁、l₂、l₃在出射端面上的点分别为A、B、C，延长线与叶顶平面交点分别为A′、B′、C′，AB长度为x₁，BC长度为x₂，B′C′长度为x₃，A′B′长度也为x₁，出射端面与叶顶平面的距离等于叶尖间隙d，有OO′₁＝OO₁+d；激光器的发射端与每根光纤传感器的发射光纤相连，每根光纤传感器的接收光纤与光电转换模块相连，光电转换模块将所接收的光强信号转换为电脉冲信号；电脉冲信号经前置放大器处理后由信号采集系统送入计算机。

2.权利要求1所述的装置实现的叶尖间隙测量方法，包含以下步骤：

(1)激光器发出的光线经三光束式光纤叶尖定时传感器的发射光纤照射到机匣内部，风洞压缩机未开始工作时，接收光纤接收到的光强信号保持不变，信号采集系统检测不到电脉冲信号；

(2)风洞压缩机开始工作，压缩机叶片开始旋转并依次扫过三光束式光纤叶尖定时传感器的三支光纤传感器l₁、l₂、l₃；叶片扫过每支光纤传感器过程中，接收光纤与反射面之间的距离呈远-近-远的规律，接收光纤接收到的光强信号呈弱-强-弱的规律，光强信号经前置放大器后出现电脉冲信号；

(3)叶片扫过三光束式光纤叶尖定时传感器的三支光纤传感器l₁、l₂、l₃的时间不同，电脉冲信号的出现时间也不同，信号采集系统中峰值检索模块对电脉冲信号进行峰值检索，将电脉冲信号峰值处对应的时间定为该叶片扫过光纤传感器的时间；将叶片扫过l₁的时刻t₁设置为定时原点，则信号采集系统得到的叶片扫过l₂、l₃的时刻t₂、t₃即为叶片扫过l₁、l₂的时间差T₁和叶片扫过l₂、l₃的时间差T₂；

(4)叶片扫过l₁、l₂、l₃的过程被视为叶片相对于l₁、l₂、l₃的匀速直线运动；对光纤传感器l₁、l₂有A′B′＝x₁＝v*T₁，v表示叶片扫过l₁、l₂、l₃的过程中叶片的线速度，对光纤传感器l₂、l₃有B′C′＝x₃＝v*(T₂-T₁)，T₂-T₁表示叶片扫过l₂、l₃的时间差，x₃表示为

(5)根据三角OBC与三角形OB′C′相似，有将x₃用(4)中的关系式代替得到公式在三角形OBC中根据几何关系有

(6)叶尖间隙的测量公式为