[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

说明书

本发明公开的一种发动机叶尖间隙高精度快速测量装置及方法，属于发动机叶尖间隙测量领域。本发明公开的一种发动机叶尖间隙高精度快速测量装置，包括锁模脉冲激光器、解波分复用器、环路器、隔离器、延迟线、航空发动机、测头、信号采集与处理装置、平衡探测器、平衡探测器、解波分复用器、信号锁定装置、耦合器和电光调制器。本发明还公开一种发动机叶尖间隙高精度快速测量装置方法，利用超短锁模脉冲激光器与萨尼亚克环相结合显著提高测量分辨率，能够在航空发动机高转速工作状态下获得每个涡轮叶片叶尖间隙的测量值，最高测量精度可达亚纳米量级，且后续信号处理方法简单高效。

技术领域

本发明涉及一种发动机叶尖间隙高精度快速测量装置及方法，属于发动机叶尖间隙测量领域。

背景技术

航空发动机叶尖间隙是航空发动机转子叶片顶端与机匣内壁之间的径向间距。在航空发动机的运行过程中，转子叶片的叶尖间隙对于发动机的效率、安全性和经济性都有非常重要的影响。叶尖间隙过大，就会使间隙泄漏量增大，降低发动机的工作效率引起发动机喘振，叶尖间隙过小会导致航空发动机转子和静子碰撞摩擦影响安全性和可靠性，严重时会导致发动机损坏。因此航空发动机叶尖间隙测量是航空发动机研制过程中的重要测量参数之一。

典型的航空发动机叶尖间隙变化范围为0～3mm，间隙测量精度至少要优于30μm。此外，航空发动机转速较高一般在6000r/min以上，有的军用航空发动机转速甚至高达18000r/min，每个叶片的测头响应时间仅有微秒量级，这就要求测量系统每秒需要获取百万个以上的有效测量点，测量速度在兆赫兹量级，对测量系统的采集速度、计算能力以及算法的高效性具有有很高的要求。

传统的电涡流传感器测量法环境适应性强，可靠性高，但是对机匣的导电性有一定的要求，而且尺寸较大不利于安装。微波测量法的测量精度取决于微波传感器谐振频率，谐振频率越高测量效果越好，但是由于其谐振频率较高，对后续射频电路的设计、处理以及工程化应用要求比较高。传统的光纤测量法体积较小，测量精度较高，不受电磁环境的干扰可实现静态和动态测量，传统的光纤测量法需要利用大频差双频激光获得高频调制信号，需要设计高频弱光信号处理系统，利用傅里叶变换反算间隙。

发明内容

为了解决航空发动机叶片叶尖间隙高速高精度测量问题，本发明公开的一种发动机叶尖间隙高精度快速测量装置及方法，能够在航空发动机高转速工作状态下获得每个涡轮叶片叶尖间隙的测量值，最高测量精度可达亚纳米量级，且后续信号处理方法简单高效。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明公开的一种发动机叶尖间隙高精度快速测量装置，包括锁模脉冲激光器、解波分复用器、解波分复用器、环路器、隔离器、延迟线、航空发动机、测头、信号采集与处理装置、平衡探测器、平衡探测器、解波分复用器、解波分复用器、信号锁定装置、耦合器和电光调制器。

锁模脉冲激光器的主要作用是：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。

解波分复用器的主要作用是：将锁模脉冲激光器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。

波分复用器的主要作用是：将两路不同波长的光合束传输。

环路器有A、B、C三个端口，其主要作用是：来自解波分复用器的一路光经A端口进入，经过C端口到达测头，经过航空发动机的叶尖反射后由C端口进入，B端口输出进入波分复用器。

隔离器的主要作用是：对光的传输方向进行限制，使光单向传输。

延迟线的主要作用是：为锁模脉冲提供时间延迟。

航空发动机的主要作用是：提供用于叶尖间隙测量的应用对象。

测头的主要作用是：镶嵌在航空发动机的机匣壁上，对测量光起准直作用，并收集反射回光信号。