[发明专利]一种发动机叶尖间隙高精度快速测量装置及方法

权利要求书

1.一种发动机叶尖间隙高精度快速测量装置，其特征在于：包括锁模脉冲激光器(1)、第一解波分复用器(2)、第二解波分复用器(3)、环路器(4)、隔离器(5)、延迟线(6)、航空发动机(7)、测头(8)、信号采集与处理装置(9)、第一平衡探测器(10)、第二平衡探测器(11)、第三解波分复用器(12)、第四解波分复用器(13)、信号锁定装置(14)、耦合器(15)和电光调制器(16)；

锁模脉冲激光器(1)的主要作用是：提供一束周期固定宽谱的超短脉冲激光的测量光，脉冲宽度在飞秒量级，其出射光进入第一解波分复用器(2)中；

第一解波分复用器(2)的主要作用是：将锁模脉冲激光器(1)出射光中分离出两个不同波长的脉冲光，分别为λ₁光和λ₂光，其中λ₁光进入第二解波分复用器(3)中，λ₂光进入环形器(4)的A端口中；

第二解波分复用器(3)的主要作用是：将来自第一解波分复用器(2)的λ₁光和经过环形器B端口返回的测量光合束传输，经过合束传输的光进入隔离器(5)中；

环路器(4)有A、B、C三个端口，其主要作用是：来自第一解波分复用器(2)的一路光经A端口进入，经过C端口到达测头(8)，经过航空发动机(7)的叶尖反射后由C端口进入，B端口输出进入第二解波分复用器(3)；

隔离器(5)的主要作用是：对光的传输方向进行限制，使光单向传输，隔离器5接收来自第二解波分复用器(3)的合束光，并将合束光传输至耦合器(15)，并防止光从耦合器(15)返回进入第二解波分复用器(3)中；

延迟线(6)的主要作用是：为锁模脉冲提供时间延迟，由环形器(4)的C端口出射的测量脉冲光经过延迟线(6)的延迟后进入测头(8)，用于在测量过程中调整测量脉冲的时间延迟；

航空发动机(7)的主要作用是：提供用于叶尖间隙测量的应用对象，航空发动机7的叶尖和发动机机匣壁之间有空隙；

测头(8)的主要作用是：镶嵌在航空发动机(7)的机匣壁上，对测量光起准直作用，并收集照射在航空发动机(7)的叶尖上的返回光；

信号采集与处理装置(9)的主要作用是：采集第一平衡探测器(10)输出的电压信号，计算并实时输出发动机叶尖间隙测量值；

第一平衡探测器(10)的主要作用是：接收第三解波分复用器(12)的H端口和第四解波分复用器(13)的K端口的出射光，对应波长为λ₂；将两束光的差信号转化为电信号输出至信号采集与处理装置(9)中；

第二平衡探测器(11)的主要作用是：接收第三解波分复用器(12)的I端口和第四解波分复用器(13)的J端口的出射光，对应波长为λ₁；将两束光的差信号转化为电信号输出至信号锁定装置(14)中；

第三解波分复用器(12)的主要作用是：将来自耦合器(15)F端口中的出射光重新分解为λ₁光和λ₂光，提供给用于解算测量结果的第一平衡探测器(10)和用于锁定电路误差输入的第二平衡探测器(11)；

第四解波分复用器(13)的主要作用是：将来自耦合器(15)G端口中的出射光重新分解为λ₁光和λ₂光，提供给用于解算测量结果的第一平衡探测器(10)和用于锁定电路误差输入的第二平衡探测器(11)；

信号锁定装置(14)的主要作用是：探测来自第二平衡探测器(11)的误差信号，经过信号锁定装置(14)的PID电路和压控振荡器VCO调制输出频率信号给电光调制器(16)的输入控制端；

电光调制器(16)的主要作用：在萨尼亚克环中，通过控制端给萨尼亚克环上传输光加载一个单向的与控制频率相关的相位偏移，其两端分别连至耦合器(15)的D和E端口，其控制端连接至信号锁定装置(14)内部的压控振荡器输出端口。

2.如权利要求1所述的一种发动机叶尖间隙高精度快速测量装置，其特征在于：所述耦合器为3×3耦合器(15)；

3×3耦合器(15)的主要作用：3×3耦合器(15)的端口D，电光调制器(16)以及3×3耦合器(15)的端口E构成一个稳定的偏置型萨尼亚克环,能够实现一个具有高分辨率的光学微波频率相位探测功能的模组；其输入光信号来自隔离器(5)，输出端口为F和G。