[发明专利]采用激光多普勒频移的航空发动机叶尖间隙测量系统

说明书

一种采用激光多普勒频移的航空发动机叶尖间隙测量系统。其包括光源发射单元、入射光纤、光学测量探头、出射光纤、检测单元和PC终端；光源发射单元包括金属盒和安装在金属盒内的第一激光发射器、第二激光发射器和2×1单模光纤耦合器；光学测量探头包括非球面透镜、衍射透镜、光栅、反射镜以及望远镜系统；检测单元包括第一透镜、分色镜、第二透镜、第一光电探测器、第三透镜和第二光电探测器。本发明提供的采用的激光多普勒频移的航空发动机叶尖间隙测量系统基于激光多普勒相位法测距原理，兼顾稳定性好、精度高、实时性强等要求，并且结构简单，能够适应恶劣的测量环境。

技术领域

本发明属于航空发动机状态监控装置技术领域，具体而言，涉及一种采用激光多普勒频移的航空发动机叶尖间隙测量系统。

背景技术

涡轮风扇式航空发动机是当前主流的航空发动机，其旋转叶片顶部与发动机机匣之间的叶尖间隙是其最重要的检测参数之一，叶尖间隙偏大将改变空气流场的状态，导致航空发动机能量转换效率的降低，研究表明，在燃气涡轮发动机中，高压压气机叶尖间隙每增加0.125mm，将会引起发动机能量转换效率下降0.5％，油耗增加0.2％，因此叶尖间隙越小越有利于改善与提高航空发动机的性能与效率。但是，由于航空发动机工作时叶片与机匣受高温影响所产生的热膨胀以及叶片旋转所产生的轻微振动，均可能导致叶尖摩擦、碰撞机匣，从而对发动机运行产生严重威胁，甚至产生灾难性后果。因此，叶尖间隙的在线监测技术对提高航空发动机性能、燃油利用率、运行可靠性都有着重要意义。

已有工作如电涡流法、电容法、光纤法等均对叶尖间隙测量展开了研究，但受限于叶片材料、狭小测量空间及恶劣测量环境的影响，尚未能实现叶尖间隙的有效在线检测。多普勒频移法使传统的光强测量转变为频率测量，降低了环境干扰所引入的误差，而当前激光多普勒叶尖间隙测量存在测量系统较为复杂、传感器体积较大以及测量响应频率不足等问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种采用激光多普勒频移的航空发动机叶尖间隙测量系统。

为了达到上述目的，本发明提供的采用激光多普勒频移的航空发动机叶尖间隙测量系统包括光源发射单元、入射光纤、光学测量探头、出射光纤、检测单元和PC终端；其中，所述的光源发射单元包括金属盒和安装在金属盒内的第一激光发射器、第二激光发射器和2×1单模光纤耦合器，第一激光发射器和第二激光发射器通过2×1单模光纤耦合器连接在一起；光学测量探头包括非球面透镜、衍射透镜、光栅、反射镜以及望远镜系统；衍射透镜、光栅和反射镜沿非球面透镜的光轴方向间隔距离依次设置；望远镜系统设置在反射镜的反射光束传输路径上；入射光纤的入射端连接在2×1单模光纤耦合器的发射口上，出射端设置在非球面透镜前；出射光纤的入射端连接在望远镜系统的出光口处；检测单元包括第一透镜、分色镜、第二透镜、第一光电探测器、第三透镜和第二光电探测器；出射光纤的出射端放置在第一透镜前；第一透镜和分色镜间隔距离设置在出射光纤出射的激光束的传输路径上；第二透镜和第一光电探测器、第三透镜和第二光电探测器分别间隔距离依次设置在分色镜分成的两条激光束的传输路径上；PC终端分别与第一光电探测器和第二光电探测器电连接。

所述的第一激光发射器采用波长为658nm的单模激光二极管；第二激光发射器采用波长为830nm的单模激光二极管。

所述的出射光纤采用孔径为400μm，数值孔径为0.39的多模光纤束。

本发明提供的采用的激光多普勒频移的航空发动机叶尖间隙测量系统基于激光多普勒相位法测距原理，兼顾稳定性好、精度高、实时性强等要求，并且结构简单，能够适应恶劣的测量环境。

附图说明

图1为本发明提供的采用激光多普勒频移的航空发动机叶尖间隙测量系统结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。