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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111981995A(43)申请公布日2020.11.24(21)申请号202010918659.0(22)申请日2020.09.04(71)申请人中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所地址100095北京市海淀区温泉镇环山村(72)发明人赵春播武腾飞李润敏张磊韩继博(74)专利代理机构北京正阳理工知识产权代理事务所(普通合伙)11639代理人王民盛(51)Int.Cl.G01B11/14(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图1页(54)发明名称一种发动机叶尖间隙高精度快速测量装置及方法(57)摘要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。CN111981995ACN111981995A权利要求书1/3页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)、解波分复用器(2)、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)、平衡探测器(10)、平衡探测器(11)、解波分复用器(12)、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;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;波分复用器(3)的主要作用是:将两路不同波长的光合束传输;环路器(4)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(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;延迟线(6)的主要作用是:为锁模脉冲提供时间延迟;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;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,并收集返回光信号;信号采集与处理装置(9)的主要作用是:采集平衡探测器输出的电压信号,计算并实时输出发动机叶尖间隙测量值;平衡探测器(10)的主要作用是:接收解波分复用器(12)的H端口和解波分复用器(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;平衡探测器(11)的主要作用是:接收解波分复用器(12)的I端口和解波分复用器(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;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平衡探测器(10)和用于锁定电路误差输入的平衡探测器(11);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平衡探测器(10)和用于锁定电路误差输入的平衡探测器(11);信号锁定装置(14)的主要作用是:探测来自平衡探测器(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。2.如权利要求1所述的一种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;其输入光信号来自起偏器(5),输出端口为F和G。2CN111981995A权利要求书2/3页3.一种发动机叶尖间隙高精度快速测量方法,基于如权利要求1或2所述的一种叶尖间隙高精度快速测量装置实现,其特征在于:包括如下步骤,步骤1:将测头(8)安装在航空发动机机匣壁的安装孔后固定;步骤2:打开锁模脉冲激光器(1),锁模脉冲激光器出射光的重