一種基于大頻差雙頻激光相位測距的葉尖間隙測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于大頻差雙頻激光相位測距的葉尖間隙測量系統(tǒng)，雙頻激光器產(chǎn)生的雙頻激光經(jīng)過偏振片后，合成入射光信號；分光鏡將出射光分為兩束：一路光經(jīng)第一會聚透鏡后經(jīng)過第一傳輸光纖直接打到第一光電探測及放大器的光敏面上進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，作為參考信號；另一束光經(jīng)第二會聚透鏡后通過第二傳輸光纖先打到模擬葉片的葉尖上，其被葉尖反射的光耦合進(jìn)第三傳輸光纖，然后再打到第二光電探測及放大器的光敏面進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，作為測量信號；通過第一混頻器對參考信號與本振信號進(jìn)行下變頻處理，再通過第二混頻器對測量信號與本振信號進(jìn)行下變頻處理；再運(yùn)用鑒相器獲取混頻后的參考信號和測量信號的相位差，進(jìn)而獲取葉尖間隙。
【專利說明】一種基于大頻差雙頻激光相位測距的葉尖間隙測量系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及葉尖間隙測量領(lǐng)域，尤其涉及一種基于大頻差雙頻激光相位測距的葉 尖間隙測量系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 多普勒頻移法測間隙技術(shù)是光學(xué)法測間隙技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向，利用激光多普勒 測速原理：當(dāng)葉片以某速度掃過一干涉條紋區(qū)域時(shí)，反射光（或者散射光）的頻率與葉片速 度和干涉條紋間距有關(guān)。如果使干涉條紋間距沿葉片徑向方向單調(diào)遞增（或遞減），則葉尖 間隙即可表示干涉條紋條紋間距，從而使反射光頻率與葉尖間隙和速度有關(guān)。同時(shí)采用雙 波長光，以同時(shí)形成兩個(gè)干涉條紋區(qū)域；并使兩個(gè)區(qū)域的條紋間距沿葉片徑向方向變化趨 勢相反，那么兩波長反射光頻率分別與同一轉(zhuǎn)速和同一葉尖間隙有關(guān)，所以兩波長反射光 頻率的比值就只有葉尖間隙有關(guān)，從而獲得葉尖間隙值。該方法具有對葉片轉(zhuǎn)速不敏感、測 量精度高等優(yōu)點(diǎn)。但是，需要對測頭進(jìn)行小型化設(shè)計(jì)，而測頭體積不能無限制減小。此外， 系統(tǒng)需要進(jìn)行高速斷續(xù)數(shù)據(jù)處理，實(shí)時(shí)性要求較高。
[0003] 目前現(xiàn)有的激光技術(shù)和光纖技術(shù)的多普勒頻移法葉尖間隙測量技術(shù)，該技術(shù)還能 夠同時(shí)測量葉片振動參數(shù)，具有很好的實(shí)時(shí)處理能力，但是在同頻串?dāng)_方面的抗干擾能力 較差，導(dǎo)致測量精度不是很高，急需進(jìn)行改進(jìn)解決。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種基于大頻差雙頻激光相位測距的葉尖間隙測量系統(tǒng)，本發(fā)明提 高了系統(tǒng)的測量精度，且提高了系統(tǒng)的抗同頻串?dāng)_能力，并擴(kuò)展了系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用潛力，詳 見下文描述：
[0005] 一種基于大頻差雙頻激光相位測距的葉尖間隙測量系統(tǒng)，所述葉尖間隙測量系統(tǒng) 包括：雙頻激光器和分光鏡，
[0006] 所述雙頻激光器產(chǎn)生的雙頻激光經(jīng)過偏振片后，合成入射光信號；所述分光鏡將 出射光分為兩束：一路光經(jīng)第一會聚透鏡后經(jīng)過第一傳輸光纖直接打到第一光電探測及放 大器的光敏面上進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，作為參考信號；
[0007] 另一束光經(jīng)第二會聚透鏡后通過第二傳輸光纖先打到模擬葉片的葉尖上，其被葉 尖反射的光耦合進(jìn)第三傳輸光纖，然后再打到第二光電探測及放大器的光敏面進(jìn)行光電轉(zhuǎn) 化，作為測量信號；
[0008] 通過第一混頻器對參考信號與本振信號進(jìn)行下變頻處理，再通過第二混頻器對測 量信號與本振信號進(jìn)行下變頻處理；再運(yùn)用鑒相器進(jìn)行全相位傅里葉變換算法和峰值檢索 以此獲取混頻后的參考信號和測量信號的相位差，進(jìn)而獲取葉尖間隙。
[0009] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明根據(jù)射頻處理技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)了測量 系統(tǒng)的混頻、濾波、放大電路，并進(jìn)行了電磁兼容維護(hù)，以提高系統(tǒng)的抗同頻串?dāng)_能力。接 著，引入了雙路光纖傳輸，并進(jìn)行了雙路光纖傳輸比相葉尖間隙測量實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了 優(yōu)化的有效性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1為同頻串?dāng)_噪聲對有效信號影響示意圖；
[0011] 圖2為基于雙頻激光相位測距的葉尖間隙測量系統(tǒng)示意圖。
[0012] 附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下：
[0013] 1 :雙頻激光器； 2 :偏振片；
[0014] 3 :分光鏡； 4 :第一會聚透鏡；
[0015] 5:第一傳輸光纖； 6:第一光電探測及放大器；
[0016] 7 :第二會聚透鏡； 8 :第二傳輸光纖；
[0017] 9:模擬葉片； 10:第三傳輸光纖；
[0018] 11 :第二光電探測及放大器；12 :第一混頻器；
[0019] 13 :第二混頻器； 14 :本振信號；
[0020] 15 :鑒相器。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步 地詳細(xì)描述。
[0022] 本發(fā)明提供的一種基于雙頻激光相位測距的葉尖間隙測量系統(tǒng)依據(jù)激光相位測 距原理，利用大頻差雙頻激光器產(chǎn)生高頻信號，采用混頻技術(shù)將高頻參考信號和測量信號 下變?yōu)殡p路中頻信號，再通過全相位傅里葉變換算法鑒別雙路中頻信號的相位差，最后根 據(jù)所得相位差反算出葉尖間隙，詳見下文描述：
[0023] 基于雙頻激光相位測距的葉尖間隙測量系統(tǒng)中的葉尖間隙計(jì)算公式如下：
[0024]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于大頻差雙頻激光相位測距的葉尖間隙測量系統(tǒng)，所述葉尖間隙測量系統(tǒng)包 括：雙頻激光器和分光鏡，其特征在于， 所述雙頻激光器產(chǎn)生的雙頻激光經(jīng)過偏振片后，合成入射光信號；所述分光鏡將出射 光分為兩束：一路光經(jīng)第一會聚透鏡后經(jīng)過第一傳輸光纖直接打到第一光電探測及放大器 的光敏面上進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，作為參考信號； 另一束光經(jīng)第二會聚透鏡后通過第二傳輸光纖先打到模擬葉片的葉尖上，其被葉尖反 射的光耦合進(jìn)第三傳輸光纖，然后再打到第二光電探測及放大器的光敏面進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化， 作為測量信號； 通過第一混頻器對參考信號與本振信號進(jìn)行下變頻處理，再通過第二混頻器對測量信 號與本振信號進(jìn)行下變頻處理；再運(yùn)用鑒相器進(jìn)行全相位傅里葉變換算法和峰值檢索以此 獲取混頻后的參考信號和測量信號的相位差，進(jìn)而獲取葉尖間隙。
【文檔編號】G01B11/14GK104515475SQ201410768873
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】段發(fā)階, 蔣佳佳, 郭浩天, 葉德超, 李楊宗, 王凱, 張繼龍 申請人:天津大學(xué)