基于双波长扫频强度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强度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、测量光路与参考光路单元、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、第一电光强度调制器、环形器、第一波分复用器、第二电光强度调制器和第二波分复用器组成；数据采集与处理单元由第一探测器、第二探测器、第一采集卡、第二采集卡和PC上位机组成；本发明专利技术是基于激光发射、光纤传输的光学测量方法，适用于航空发动机内部信号引出路径复杂的测量环境，并且激光在航空发动机内部传输，相比于电信号，不易受到电磁干扰且打破国内外尚无成熟的转静子轴向间隙测量方案的现状。无成熟的转静子轴向间隙测量方案的现状。无成熟的转静子轴向间隙测量方案的现状。

【技术实现步骤摘要】
基于双波长扫频强度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(或多波长)扫频强度调制的转静子轴向间隙在线测量方法与装置。

技术介绍

[0002]重大装备运转时，机械内部处于高温(600℃以上)、高振动等极端恶劣条件下，且其内部空间狭窄、结构复杂，传统测量手段无法满足间隙在线动态传感及测量需求。如何在狭窄空间、高温条件下实现间隙高可靠、高分辨率、高精度在线动态测量，是当下亟待解决的关键科学和技术难题。
[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。光学法采用基于光纤的激光测量手段，探头及传输光纤的直径尺寸较小，具有小巧、柔性的特点，能有效伸入到重大装备内部，更适合装备间隙测量。

技术实现思路

[0005]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强度调制的转静子轴向间隙在线测量装置。特别是基于双波长或多波长激光强度同频调制和解调，采用平行光路或共光路结构，并以波分复用器(WDM)将不同波长激光分束探测，以补偿航空发动机内部温度大幅变化带来的巨大温漂，实现高温、空间受限条件下航空发动机转静子轴向间隙的非接触实时在线精确测量。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种基于双波长扫频强度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、测量光路与参考光路单元、扫频信号产生单元、数据采集与处理单元；
[0008]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、第一电光强度调制器、环形器、第一波分复用器、第二电光强度调制器和第二波分复用器组成；
[0009]数据采集与处理单元由第一探测器、第二探测器、第一采集卡、第二采集卡和PC上位机组成；
[0010]所述第一激光器和第二激光器通过光纤与耦合器连接，耦合器通过光纤依次与隔
离器、第一电光强度调制器、环形器、第一波分复用器依次连接，第一波分复用器通过光纤与测量光路与参考光路单元连接；所述环形器还与第二电光强度调制器通过光纤相连，第二电光强度调制器与第二波分复用器通过光纤相连；
[0011]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；
[0012]所述扫频信号产生单元分别与第一电光强度调制器、第二电光强度调制器连接。
[0013]进一步的，所述测量光路与参考光路单元采用平行光路的分光结构或采用共光路的分光结构。
[0014]进一步的，当所述测量光路与参考光路单元采用平行光路的分光结构时，测量光路与参考光路单元由第一光纤探头、第二光纤探头、待测轴向端面组成，第二光纤探头的出射端镀有反射膜；第一光纤探头、第二光纤探头分别通过等长度的光纤与第一波分复用器连接。
[0015]进一步的，当所述测量光路与参考光路单元采用共光路的分光结构时，测量光路与参考光路单元由第一光纤探头和待测轴向端面组成，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。
[0016]本专利技术还提供一种基于双波长扫频强度调制的转静子轴向间隙在线测量方法，包括：
[0017]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；
[0018]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电光强度调制器，隔离器只允许单向激光通过；
[0019]S3.由扫频信号产生单元产生加载在第一电光强度调制器上的正弦调制信号，对进入第一电光强度调制器内的波长为λ1的激光和波长为λ2的激光进行第一次强度调制；
[0020]S4.经过第一次强度调制后的不同波长的激光从电光强度调制器出射，经过光纤依次传输至环形器和第一波分复用器；第一波分复用器将两种不同波长λ1和λ2的激光分成两路传输，使波长为λ1进入测量光路传输，波长为λ2的激光进入参考光路传输；
[0021]S5.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；
[0022]S6.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；
[0023]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；
[0024]S7.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，通过光纤到达环形器；
[0025]S8.从环形器出射的波长为λ1的测量光和波长为λ2的参考光经过光纤到达第二电光强度调制器，并进行第二次强度调制；
[0026]波长为λ1的测量光和波长为λ2的参考光的强度变化信号中包括直流信号和二次谐波信号，其中，直流信号中包含测量相位和参考相位且容易获取，将直流信号作为有用信号；
[0027]S9.经过第二次强度调制后的测量光和参考光从第二电光强度调制器出射，并经过光纤传输至第二波分复用器，第二波分复用器将波长为λ1的测量光和波长为λ2的参考光分为两路传输，其中，波长为λ1的测量光通过光纤到达第一探测器，波长为λ2的参考光通过光纤到达第二探测器；第一探测器和第二探测器能够将二次谐波信号滤除；
[0028]S10.扫频信号产生单元在设定的调制频率范围内生成一系列频率间隔相等的调制信号，对于每一频率的调制信号，通过第一采集卡、第二采集卡和PC上位机获取第一探测器和第二探测器探测到的测量信号和参考信号的强度，在PC上位机上做数据分析和处理，得到轴向间隙最终测量结果。
[0029]进一步的，扫频信号产生单元由微控制器、时钟基准、锁相环频率合成器、功率放大器组成，时钟基准为锁相环频率合成器提供基准本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双波长扫频强度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)、测量光路与参考光路单元(2)、扫频信号产生单元(3)、数据采集与处理单元(4)；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)、第一电光强度调制器(109)、环形器(111)、第一波分复用器(113)、第二电光强度调制器(120)和第二波分复用器(122)组成；数据采集与处理单元(4)由第一探测器(125)、第二探测器(126)、第一采集卡(127)、第二采集卡(128)和PC上位机(129)组成；所述第一激光器(101)和第二激光器(102)通过光纤与耦合器(105)连接，耦合器(105)通过光纤依次与隔离器(107)、第一电光强度调制器(109)、环形器(111)、第一波分复用器(113)依次连接，第一波分复用器(113)通过光纤与测量光路与参考光路单元(2)连接；所述环形器(111)还与第二电光强度调制器(120)通过光纤相连，第二电光强度调制器(120)与第二波分复用器(122)通过光纤相连；所述第二波分复用器(122)通过光纤分别与第一探测器(125、第二探测器(126)连接，第一探测器(125)依次与第一采集卡(127)和PC上位机(129)连接，第二探测器(126)依次与第二采集卡(128)和PC上位机(129)连接；所述扫频信号产生单元(3)分别与第一电光强度调制器(109)、第二电光强度调制器(120)连接。2.根据权利要求1所述一种基于双波长扫频强度调制的转静子轴向间隙在线测量装置，其特征在于，所述测量光路与参考光路单元(2)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1所述一种基于双波长扫频强度调制的转静子轴向间隙在线测量装置，其特征在于，当所述测量光路与参考光路单元(2)采用平行光路的分光结构时，测量光路与参考光路单元(2)由第一光纤探头(116)、第二光纤探头(117)、待测轴向端面(118)组成，第二光纤探头(117)的出射端镀有反射膜；第一光纤探头(116)、第二光纤探头(117)分别通过等长度的光纤与第一波分复用器(113)连接。4.根据权利要求1所述一种基于双波长扫频强度调制的转静子轴向间隙在线测量装置，其特征在于，当所述测量光路与参考光路单元(2)采用共光路的分光结构时，测量光路与参考光路单元(2)由第一光纤探头(116)和待测轴向端面(118)组成，第一光纤探头(116)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(116)出射端面，照射到待测轴向端面(118)后被待测轴向端面(118)反射，再被第一光纤探头(116)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强度调制的转静子轴向间隙在线测量方法，其特征在于，包括：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)和第一电光强度调制器(109)，隔离器(107)只允许单向激光通过；S3.由扫频信号产生单元(3)产生加载在第一电光强度调制器(109)上的正弦调制信
号，对进入第一电光强度调制器(109)内的波长为λ1的激光和波长为λ2的激光进行第一次强度调制；S4.经过第一次强度调制后的不同波长的激光从电光强度调制器(109)出射，经过光纤依次...

【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：