[发明专利]基于叶尖定时技术的叶顶间隙在线测量方法与装置

权利要求书

1.一种基于叶尖定时技术的叶顶间隙在线测量方法，其特征在于，运用基于叶尖定时技术的叶顶间隙在线测量装置执行步骤：

所述基于叶尖定时技术的叶顶间隙在线测量装置包括：

机匣(3)、透镜(4)、光纤探头(5)、集束光纤(6)、控制及采集电路(9)和上位机(10)；

所述光纤探头(5)的一端设有所述机匣(3)；所述机匣(3)以光纤探头中心为圆心开孔；所述光纤探头(5)的另一端与所述集束光纤(6)的出口端固定；所述集束光纤(6)的另一端与所述控制及采集电路(9)连接；所述控制及采集电路(9)与所述上位机(10)连接；所述透镜(4)设置在所述光纤探头(5)内，使得发射光纤发出的单模激光经过所述透镜(4)后能够形成锥形光束通过所述机匣(3)照射在被测叶片(1)上；

所述集束光纤(6)包括发射光纤(7)和接收光纤(8)；所述发射光纤(7)与所述接收光纤(8)分别与所述控制及采集电路(9)连接；

所述执行步骤如下：

步骤M1：发射光纤发出单模激光，经过透镜后形成锥形光束通过机匣照射在被测叶片上；

步骤M2：当被测叶片经过锥形光束时，叶顶区域发生漫反射，反射光通过接收光纤传输至控制及采集电路并转换成模拟电信号；

步骤M3：模拟电信号经过模数转换后，识别出叶片通过锥形光束所用的时间；

步骤M4：根据叶片转速和叶片半径计算出通过光锥的等效长度；

步骤M5：根据通过光锥的等效长度计算叶顶间隙大小；

所述步骤M5包括：

叶尖间隙与触发长度的关系可表示为：

该式右端由两部分组成，第一部分是与叶片通过光锥时光电管被触发的时间成正比的一项，该项的比例系数与被测物体无关，仅与探头相关；第二部分是一与被测物和探头都相关的常数；可简化为：

c＝kwrt-b

其中，用d_lens表示透镜有效直径；v表示像距；d_tip表示叶顶厚度；d_focus表示焦点直径；c表示叶顶间隙大小；k表示光纤探头常数；w、ω表示叶片转速；r表示叶顶半径；t表示叶片通过光锥时控制及采集电路被触发的时间；b表示待测叶片相关的常数。

2.根据权利要求1所述的基于叶尖定时技术的叶顶间隙在线测量方法，其特征在于，所述控制及采集电路(9)包括：

所述控制及采集电路(9)控制发射光纤发射单模激光的强度；反射光被接收光纤传输进入控制及采集电路(9)，控制及采集电路中的光电管及放大电路将接收到的光信号转换成模拟电信号，模拟电信号通过控制及采集电路(9)实现模数转换，并通过所述控制及采集电路(9)识别出被测叶片通过光锥所用的时间，将识别出的时间传输到上位机(10)。

3.根据权利要求1所述的基于叶尖定时技术的叶顶间隙在线测量方法，其特征在于，所述叶片通过光锥时控制及采集电路被触发的时间包括：

当控制及采集电路收集到的模拟电信号幅值超过预设触发电压阈值时，则控制及采集电路被触发，叶片开始通过探头；当模拟电信号幅值低于预设触发电压阈值时，则控制及采集电路被触发，叶片完全离开探头。

4.根据权利要求3所述的基于叶尖定时技术的叶顶间隙在线测量方法，其特征在于，还包括：模拟电信号存在噪声波动，控制及采集电路被触发后，叶片开始通过探头时间超出预设延时阈值时，则认为有效触发；控制及采集电路被触发后，叶片完全离开探头时间超出预设延时阈值时，则认为有效触发；有效触发情况下叶片开始通过探头时间点和有效触发情况下叶片完全离开探头时间点的时间差作为控制及采集电路被触发时间t。

5.根据权利要求1所述的基于叶尖定时技术的叶顶间隙在线测量方法，其特征在于，所述光纤探头常数包括：利用转速和叶顶间隙能够被精确控制的试验台进行光纤探头常数的标定。