基于双波长扫频偏振调制的转静子轴向间隙在线测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于双波长扫频偏振调制的转静子轴向间隙在线测量装置，包括二次调制光路单元、测量光路单元、参考光路单元、扫频信号产生单元、数据采集与处理单元；二次调制光路单元由第一激光器、第二激光器、耦合器、隔离器、第一准直器、偏振分光棱镜、电光调制器、1/4波片、第二准直器、第一波分复用器组成；二次调制光路单元与测量光路单元、参考光路单元相连；数据采集与处理单元由第三准直器、第二波分复用器、第一探测器、第二探测器、第一采集卡、第二采集卡、PC上位机组成。PC上位机组成。PC上位机组成。

【技术实现步骤摘要】
基于双波长扫频偏振调制的转静子轴向间隙在线测量装置


[0001]本专利技术涉及非接触测距领域，尤其是涉及航空发动机转静子轴向间隙测量领域。具体来说，本专利技术涉及一种基于双波长扫频偏振调制的转静子轴向间隙在线测量装置与方法。

技术介绍

[0002]研究表明，当航空发动机叶片间轴向间隙由0.66倍叶片轴向弦长减小到0.23倍时，压气机阶段效率可从1％增加到1.4％；但由于叶片受载变换、材料热膨胀不一致等原因，转静子轴向间隙过小也可能导致碰磨、断裂等故障，致使装备损坏，造成巨大的经济损失，威胁人身安全。为提高装备性能和效率，实施主动间隙控制、实现变工况运行是新一代重大装备优化改进的必由之路。
[0003]目前主要测量方法可以分为电容法、电涡流法、微波法和光学法。
[0004]电容法具有耐高温、响应速度快、可靠性较好等特点，但其探头尺寸会随测量量程的增加而急剧增大，并且由于介质的温度特性，测量结果的温漂较大；电涡流法具有耐水汽、油污等恶劣环境的优势，可在污染较大环境下对间隙进行测量，结构简单，但由于磁芯等结构不耐高温，仅适用于常温的工作环境，高温应用极少，此外电涡流传感器的漏电容、漏电导等参数受温度变化影响明显，严重时甚至引起电路饱和，导致测量失效；微波法不易受发动机内部工作环境的影响，适合发动机内微小间隙的测量，但目前温度漂移的补偿问题还未能有效解决，另外由于使用高频微波、高温矿物电缆，传输损耗较大，不适于重大装备内部狭小空间远距离、引出路径复杂的测量环境使用。
[0005]光学类测量方法利用激光测量轴向间隙不易受电磁干扰，利用光纤作为激光信号的传输媒介以解决航空发动机内部信号引出路径复杂难题，并且可利用光纤制作探头以解决小尺寸难题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于双波长扫频偏振调制的转静子轴向间隙在线测量装置与方法，本专利技术是基于双波长激光相位同频调制和解调，采用平行光路结构，并以波分复用器(WDM)将不同波长激光分束探测，补偿测量过程中温度变化带来温漂的转静子轴向间隙在线测量方法。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008]一种基于双波长扫频偏振调制的转静子轴向间隙在线测量装置，包括二次调制光路单元、测量光路单元、参考光路单元、扫频信号产生单元、数据采集与处理单元；二次调制光路单元由第一激光器、第二激光器、耦合器、隔离器、第一准直器、偏振分光棱镜、电光调制器、1/4波片、第二准直器、第一波分复用器组成；
[0009]二次调制光路单元与测量光路单元、参考光路单元相连；
[0010]数据采集与处理单元由第三准直器、第二波分复用器、第一探测器、第二探测器、
第一采集卡、第二采集卡、PC上位机组成；
[0011]所述第一激光器、第二激光器分别通过光纤与耦合器连接，所述耦合器通过光纤依次与隔离器、第一准直器连接，第一准直器之后依次设置有偏振分光棱镜、电光调制器、1/4波片、第二准直器，所述第二准直器通过光纤与第一波分复用器连接；
[0012]所述扫频信号产生单元与电光调制器连接；
[0013]所述第三准直器设置于偏振分光棱镜的一侧用于接收偏振分光棱镜的反射光，所述第三准直器通过光纤与第二波分复用器连接，所述第二波分复用器通过光纤分别与第一探测器、第二探测器连接，第一探测器依次与第一采集卡和PC上位机连接，第二探测器依次与第二采集卡和PC上位机连接。
[0014]进一步的，所述测量光路单元与参考光路单元之间采用平行光路的分光结构或采用共光路的分光结构。
[0015]进一步的，所述测量光路单元与参考光路单元之间采用平行光路的分光结构时，所述测量光路单元由依次设置的第一光纤探头和待测轴向端面组成；参考光路单元由第二光纤探头组成，第二光纤探头上镀有反射膜；第一光纤探头和第二光纤探头分别通过等长的光纤与第一波分复用器连接。
[0016]进一步的，所述测量光路单元与参考光路单元之间采用共光路的分光结构时，测量光路单元与参考光路单元共同由第一光纤探头组成，第一光纤探头的出射端面上镀有波长选择透过膜，波长选择透过膜能够将不同波长的激光分为两部分：一种波长的激光透过第一光纤探头出射端面，照射到待测轴向端面后被待测轴向端面反射，再被第一光纤探头接收，该部分激光携带待测轴向间隙信息；另一种波长的激光直接被波长选择透过膜反射。
[0017]本专利技术还提供一种基于双波长扫频偏振调制的转静子轴向间隙在线测量方法，包括以下步骤：
[0018]S1.第一激光器、第二激光器分别发射波长为λ1和λ2的激光并通过光纤传输至耦合器，通过耦合器耦合为一路激光；
[0019]S2.从耦合器出射的激光通过光纤依次传输到隔离器和第一准直器，隔离器只允许单向激光通过；
[0020]S3.第一准直器输出的准直激光进入自由空间，而后进入偏振分光棱镜，偏振分光棱镜的偏振方向与x轴夹角45
°
，波长为λ1的激光和波长为λ2的激光在通过偏振分光棱镜后均形成振幅相同、振动方向互相垂直的线偏振光，分别为沿x轴方向振动的P光和沿y轴方向振动的S光；
[0021]S4.P光和S光进入电光调制器，由扫频信号产生单元产生加载在电光调制器上的正弦调制信号，对进入电光调制器内的P光和S光进行第一次偏振调制，P光和S光的相位延迟量和加载在电光调制器上的正弦调制信号的电压成正比；
[0022]S5.经过第一次偏振调制的P光和S光第一次依次进入1/4波片和第二准直器，1/4波片的快轴与x轴夹角为45
°
；
[0023]S6.第二准直器将波长为λ1的一次调制光和波长为λ2的一次调制光通过光纤传输至第一波分复用器；第一波分复用器将两种不同波长的激光分成两路传输，使波长为λ1的激光进入测量光路传输，波长为λ2的激光进入参考光路传输；
[0024]S7.波长λ1的激光作为测量光，通过光纤到达第一光纤探头；波长λ2的激光作为参
考光，通过光纤到达第二光纤探头；
[0025]S8.第一光纤探头出射的波长为λ1的测量光经过第一光纤探头和待测轴向端面之间的轴向间隙空间，到达待测轴向端面，而后发生反射，部分反射光由第一光纤探头接收，再次经过光纤到达第一波分复用器；
[0026]波长为λ2的参考光到达第二光纤探头实现参考光的镜面反射，反射光再次经过光纤到达第一波分复用器；
[0027]S9.反射后的波长为λ1的测量光和波长为λ2的参考光通过第一波分复用器耦合成一路光传输，之后依次传输至第二准直器、1/4波片、电光调制器；并在电光调制器内进行第二次偏振调制；
[0028]S10.从电光调制器出射的二次偏振调制后的测量光和参考光，到达偏振分光棱镜并发生偏振干涉；
[0029]S11.在偏振分光棱镜处发生偏振干涉之后的测量光和参考光经自由空间传播后被第三准直器接收；
[0030]S12.被第三准直器接收的测量光和参考光通过光纤到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双波长扫频偏振调制的转静子轴向间隙在线测量装置，其特征在于，包括二次调制光路单元(1)、测量光路单元(2)、参考光路单元(3)、扫频信号产生单元(4)、数据采集与处理单元(5)；二次调制光路单元(1)由第一激光器(101)、第二激光器(102)、耦合器(105)、隔离器(107)、第一准直器(109)、偏振分光棱镜(110)、电光调制器(111)、1/4波片(112)、第二准直器(113)、第一波分复用器(115)组成；二次调制光路单元(1)与测量光路单元(2)、参考光路单元(3)相连；数据采集与处理单元(5)由第三准直器(121)、第二波分复用器(123)、第一探测器(126)、第二探测器(127)、第一采集卡(128)、第二采集卡(129)、PC上位机(130)组成；所述第一激光器(101)、第二激光器(102)分别通过光纤与耦合器(105)连接，所述耦合器(105)通过光纤依次与隔离器(107)、第一准直器(109)连接，第一准直器(109)之后依次设置有偏振分光棱镜(110)、电光调制器(111)、1/4波片(112)、第二准直器(113)，所述第二准直器(113)通过光纤与第一波分复用器(115)连接；所述扫频信号产生单元(4)与电光调制器(111)连接；所述第三准直器(121)设置于偏振分光棱镜(110)的一侧用于接收偏振分光棱镜(110)的反射光，所述第三准直器(121)通过光纤与第二波分复用器(123)连接，所述第二波分复用器(123)通过光纤分别与第一探测器(126)、第二探测器(127)连接，第一探测器(126)依次与第一采集卡(128)和PC上位机(130)连接，第二探测器(127)依次与第二采集卡(129)和PC上位机(130)连接。2.根据权利要求1所述基于双波长扫频偏振调制的转静子轴向间隙在线测量装置，其特征在于，所述测量光路单元(2)与参考光路单元(3)之间采用平行光路的分光结构或采用共光路的分光结构。3.根据权利要求2所述基于双波长扫频偏振调制的转静子轴向间隙在线测量装置，其特征在于，所述测量光路单元(2)与参考光路单元(3)之间采用平行光路的分光结构时，所述测量光路单元(2)由依次设置的第一光纤探头(118)和待测轴向端面(120)组成；参考光路单元(3)由第二光纤探头(119)组成，第二光纤探头(119)上镀有反射膜；第一光纤探头(118)和第二光纤探头(119)分别通过等长的光纤与第一波分复用器(115)连接。4.根据权利要求2所述基于双波长扫频偏振调制的转静子轴向间隙在线测量装置，其特征在于，所述测量光路单元(2)与参考光路单元(3)之间采用共光路的分光结构时，测量光路单元(2)与参考光路单元(3)共同由第一光纤探头(118)组成，第一光纤探头(118)的出射端面上镀有波长选择透过膜，波长选择透过膜能够将不同波长的激光分为两部分：一种波长的激光透过第一光纤探头(118)出射端面，照射到待测轴向端面(120)后被待测轴向端面(120)反射，再被第一光纤探头(118)接收，该部分激光携带待测轴向间隙信息；另一种波长的激光直接被波长选择透过膜反射。5.一种基于双波长扫频偏振调制的转静子轴向间隙在线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.第一激光器(101)、第二激光器(102)分别发射波长为λ1和λ2的激光并通过光纤传输至耦合器(105)，通过耦合器耦合为一路激光；S2.从耦合器(105)出射的激光通过光纤依次传输到隔离器(107)和第一准直器(109)，隔离器(107)只允许单向激光通过；
S3.第一准直器(109)输出的准直激光进入自由空间，而后进入偏振分光棱镜(110)，偏振分光棱镜(110)的偏振方向与x轴夹角45
°
，波长为λ1的激光和波长为λ2的激光在通过偏振分光棱镜(110)后均形成振幅相同、振动方向互相垂直的线偏振光，分别为沿x轴方向振动的P光和沿y轴方向振动的S光；S4.P光和S光...

【专利技术属性】
技术研发人员：段发阶，余珍鑫，傅骁，牛广越，鲍瑞伽，蒋佳佳，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：