一种基于光谱共焦技术的叶尖间隙测量系统.pdf

(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CN108680114A(43)申请公布日2018.10.19(21)申请号201810797298.1(22)申请日2018.07.19(71)申请人天津大学地址300072天津市南开区卫津路92号(72)发明人段发阶黄婷婷蒋佳佳傅骁叶德超(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所12201代理人刘子文(51)Int.Cl.G01B11/14(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种基于光谱共焦技术的叶尖间隙测量系统(57)摘要本发明公开了一种基于光谱共焦技术的叶尖间隙测量系统，用于测量航空发动机或燃气涡轮机的转子，转子上设有叶片，叶尖间隙测量系统包括间隙传感器和控制器，间隙传感器和控制器依次设置于转子的一侧，间隙传感器由色散透镜和光纤传输线组成，光纤传输线由位于中心的主光纤和围绕在主光纤周围的辅助光纤组成，光纤传输线靠近色散透镜的一端为第一端口，另一端分为第二端口和第三端口，第一端口连接所述主光纤和辅助光纤，第二端口连接辅助光纤，第三端口连接主光纤；控制器包括光电转换模块、光纤耦合器、主控单元、光开关、N个光谱仪、宽带光源；该系统通过光开关切换依次触发不同的光谱仪进行采样，实现单个高速旋转叶片叶尖间隙的多点测量。CN108680114ACN108680114A权利要求书1/1页1.一种基于光谱共焦技术的叶尖间隙测量系统，用于测量航空发动机或燃气涡轮机的转子(1)，转子(1)上设有叶片(2)，其特征在于，所述叶尖间隙测量系统包括光谱共焦叶尖间隙传感器和控制器，光谱共焦叶尖间隙传感器和控制器依次设置于所述转子(1)的一侧，所述光谱共焦叶尖间隙传感器由色散透镜(3)和光纤传输线(4)组成，所述光纤传输线(4)由位于中心的主光纤和围绕在主光纤周围的辅助光纤组成，光纤传输线(4)靠近色散透镜(3)的一端为第一端口(a)，另一端分为第二端口(b)和第三端口(c)，所述第一端口(a)连接所述主光纤和辅助光纤，所述第二端口(b)连接所述辅助光纤，所述第三端口(c)连接所述主光纤；所述控制器包括光电转换模块(5)、光纤耦合器(6)、主控单元(7)、光开关(8)、N个光谱仪(9)、宽带光源(10)；N为大于等于1的整数；所述光纤耦合器(6)包括第四端口(d)、第五端口(e)和第六端口(f)；第二端口(b)通过光纤转接头(11)与光电转换模块(5)相连，所述光电转换模块(5)与主控单元(7)相连；主控单元(7)、光开关(8)分别与光谱仪(9)相连；第三端口(c)通过光纤转接头(11)与光电耦合器(6)的第四端口(d)相连；第五端口(e)与光开关(8)相连，宽带光源(10)发出的光从光纤耦合器(6)的第六端口(f)入射，经过第四端口(d)进入第三端口(c)连接的主光纤，继而从光纤传输线4的第一端口(a)射出。2.根据权利要求1所述一种基于光谱共焦技术的叶尖间隙测量系统，其特征在于，当转子(1)的叶片(2)转动到光谱共焦叶尖间隙传感器的前方测量区域时，光经过叶片(2)表面反射后从光纤传输线(4)返回被控制器检测到；由第一端口(a)出射的光为宽带光，色散透镜(3)将宽带光不同的波长成分聚焦到透镜光轴不同的点上；正好聚焦到叶片(2)表面的波长成分作为传感光被反射进主光纤；传感光从第三端口(c)射出进入第五端口(e)，进而经过光开关(8)被光谱仪(9)检测，解调出传感光的峰值波长即可得到相应的叶尖间隙值；焦点不在叶片表面的波长成分作为触发光被主光纤周围的辅助光纤接收从第二端口(b)射出，触发光最终由光电转换模块(5)检测并将光信号转换为电信号发送给主控单元(7)；主控单元(7)在接收到光电转换模块(5)发来的电信号后，产生时序控制信号依次控制光开关(8)切换通道并触发各个光谱仪(9)对传感光进行采样。2CN108680114A说明书1/3页一种基于光谱共焦技术的叶尖间隙测量系统技术领域[0001]本发明属于发动机检测领域，具体涉及一种基于光谱共焦技术的叶尖间隙测量系统，能对发动机叶尖间隙进行高速、高精度的测量。背景技术[0002]叶尖间隙是航空发动机、燃气涡轮机健康管理和故障诊断的一个重要参数，对于发动机的效率、安全性和经济性等有着很大影响。叶尖间隙测量技术是将传感器安装在旋转机械机匣上，实现叶片顶端距传感器间隙值的测量，目前比较成熟的测量方法有放电探针法、激光三角法、光纤束法、电涡流法、微波法、电容法等。放电探针法可耐温600℃，测量分辨率约为10um，但只能测量所有叶片的最小叶尖间隙且不能实时在线测量，仅适合盘车工作状态下叶片叶尖间隙的测量；激光三角法可实现高温环境(环境温度高于1000℃)下的高速测量，精度约为30-50um，但传感器体积