一種針對渦輪葉片紅外輻射光采集裝置的制作方法

本發明屬于機械結構領域，具體設計光線的調焦方法。

背景技術：

與一般測溫技術相比,紅外測溫技術具有無需與被測物體接觸,不會破壞被測物體的溫度場，反應速度快,可在幾毫秒內測出目標溫度靈敏度高,可分辨從0.01℃的溫度差，測溫范圍從-170℃到3200℃以上，操作簡便,安全可靠,可實現實時觀測等優點。因此，紅外測溫也被國內外企業廣泛應用于工業、天文、氣象、資源探測、科研、軍事等領域。

紅外測溫系統由兩大重要模塊組成，分別是紅外探測模塊與光學模塊，光學模塊將被測物體表面輻射出的電磁波會聚到紅外探測模塊，紅外探測模塊再將接受到的能量轉換成電信號，在通過放大電路，補償電路以及線性處理后，在顯示終端顯示被測物體的溫度。傳統紅外測溫系統的光學模塊由準直鏡，被測物體的光輻射經準直鏡聚焦并經調直盤調制后照射到紅外探測模塊上。

目前，我國航空發動機自主研發處于關鍵階段，渦輪葉片溫度的精確測量是制約高性能、高推重比發動機研發的一個技術瓶頸，解決發動機渦輪葉片溫度的精確測量問題已成為當務之急。采用紅外測溫技術，可以實現對于發動機渦輪葉片溫度的實時精確監測。在利用紅外測溫技術對渦輪葉片進行溫度監測時，為了獲得渦輪葉片整個區域的溫度信息，需要對渦輪葉片上的不同區域進行逐點測量。因此，需要利用光學探頭對渦輪葉片上的各點進行逐點掃描，通過改變反射鏡的擺角，使得準直鏡依次收集渦輪葉片上不同位置點的熱輻射。在利用光學探頭對渦輪葉片上各點進行逐點掃描的過程中，由于渦輪葉片的結構特點，使得渦輪葉片上不同位置的點相對于準直鏡來說具有不同的物距，從而使得探測器上的像點產生離焦，進而影響輻射量的測量精度。

傳統的紅外測溫系統中，由于準直鏡片是固定不動的，一旦被測物體物距變化，被測物體輻射出的紅外光準確將無法聚焦到紅外探測模塊中，測溫精度必將受到很大影響。因此對于渦輪發動機渦輪葉片表面測溫而言，研究一種可變焦的紅外測溫光學模塊是急需的。

技術實現要素：

為了克服現有紅外測溫系統中存在的聚焦準直鏡無法調焦的難題，本發明提供了一種應用于渦輪葉片表面溫度測量的可調焦紅外測溫裝置。

本發明技術方案為一種針對渦輪葉片紅外輻射光采集裝置，該裝置包括：反射鏡及其基座、準直鏡、準直導軌、準直滑塊、聚焦鏡及其基座、紅外光接收器，所述反射鏡用于將渦輪葉片輻射出的紅外光反射到測溫光路中，反射鏡與基座之間可活動連接以便調節反射鏡的反射角度；所述準直鏡固定于準直滑塊上，準直滑塊位于準直導軌上；所述反射鏡反射的紅外光線依次通過準直鏡、聚焦鏡后由紅外光接收器采集；其特征在于所述準直滑塊沿準直導軌滑動方向的左右兩側，一側設置動力裝置及與準直導軌的嚙合裝置，另一側設置承重；所述列嚙合裝置為準直滑塊上動力裝置的齒輪、準直導軌上的齒條；所述承重為剛性小球；所述準直導軌用于剛性小球滑動的一側高度低于另一側。

進一步的，所述準直導軌上設置有多個位置檢測點，用于準直滑塊的位置檢測和校正。

進一步的，所述的反射鏡由石英制成，反射面鍍有金屬鉑，鏡片直徑為10mm；所述的準直鏡由氟化鈣材料制成，直徑為30mm；所述的聚焦鏡材料為硒化鋅，直徑為30mm；測量時反射鏡與渦輪葉片距離為100mm。

本發明為一種針對渦輪葉片紅外輻射光采集裝置，通過反射鏡采集渦輪葉片表面的紅外輻射光，通過準直鏡準直，再通過聚焦鏡最后由接收器采集，準直鏡設置于準直滑塊上，準直滑塊設置于準直導軌上，準直滑塊和準直導軌之間采用剛性小球來實現滑動連接，通過齒輪和齒條的嚙合實現準直滑塊的精確移動，為了是準直滑塊的移動距離更加精確，在準直導軌上設置位置檢測點，用于準直滑塊的位置檢測和校正；從而本發明具有渦輪葉片紅外輻射光線采集相應，聚焦精度高的優點。

附圖說明

圖1為渦輪葉片測溫系統可變焦光學模塊示意圖。

圖2為可變焦紅外測溫光學模塊的整體示意圖。

圖3為準直鏡導軌基座與準直鏡移動滑塊的示意圖。

圖4為采用可變焦紅外測溫系統對渦輪葉片測溫時的示意圖。

圖中：1.反射鏡，2.測量基座，3.準直鏡，4.準直鏡導軌基座，5.準直鏡移動滑塊，6.聚焦鏡，7.紅外光接收器，8.位置檢測點，9.動力裝置。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步地介紹。

所述的反射鏡由石英制成，反射面鍍有金屬鉑，鏡片直徑為10mm，由主控制中心調節偏轉角度，用于將渦輪葉片輻射出的紅外光反射到測溫光路中。

所述的測量基座用于對反射鏡與紅外光探測器的固定。

所述的準直鏡由氟化鈣材料制成，直徑為30mm，用于對反射鏡反射回來的紅外光變為平行光，將渦輪葉片輻射出的紅外光準確聚焦在紅外探測器中。如圖4所示，當反射鏡偏轉角度改變，渦輪葉片上不同位置的點輻射出的輻射能被反射到光路中，由于葉片上不同位置的點相對于準直鏡來說具有不同的物距，而本發明中的像距保持不變，為了使反射鏡偏轉后所對應的測溫點的輻射能能夠被聚焦到紅外探測器中，準直鏡需要隨著反射鏡偏轉移動相應距離以保證物距不變。本實施例渦輪葉片長為100mm，反射鏡與渦輪葉片距離為100mm，反射鏡垂直于渦輪葉片葉尖上方，當反射鏡偏轉，測溫點從渦輪葉尖移動到葉根，物距變化42mm左右，為了保證物距不變，準直鏡需要左移42mm，使得渦輪葉片葉根上的測溫點發出的輻射能能夠被聚焦到探測器中。

所述的準直鏡導軌基座用于將準直鏡固定在紅外光通過光路中，并確定準直鏡移動方向。

所述的準直鏡移動滑塊用于帶動準直鏡在準直鏡導軌基座上移動以實現調焦。如圖2所示，所述的準直鏡移動滑塊與準直鏡導軌基座之間不用中間介質，而用更加適用與高速運動，摩擦系數小、靈敏度高的滾動鋼球，準直鏡移動滑塊移動時，鋼球就在準直鏡移動滑塊與準直鏡導軌之間滾動，把導軌與滑塊的磨損量分攤到各個鋼球上，從而延長導軌與滑塊的使用壽命。

所述的聚焦鏡為硒化鋅制成，直徑為30mm，焦距為60mm，用于將通過準直鏡的平行光聚焦到紅外探測器中。

所述的紅外光探測器用于將渦輪葉片輻射出的紅外光轉化為電信號。

技術特征：

技術總結
該發明公開了一種針對渦輪葉片紅外輻射光采集裝置，屬于機械結構領域，具體設計光線的調焦方法。通過反射鏡采集渦輪葉片表面的紅外輻射光，通過準直鏡準直，再通過聚焦鏡最后由接收器采集，準直鏡設置于準直滑塊上，準直滑塊設置于準直導軌上，準直滑塊和準直導軌之間采用剛性小球來實現滑動連接，通過齒輪和齒條的嚙合實現準直滑塊的精確移動，為了是準直滑塊的移動距離更加精確，在準直導軌上設置位置檢測點，用于準直滑塊的位置檢測和校正；從而本發明具有渦輪葉片紅外輻射光線采集相應，聚焦精度高的優點。

技術研發人員：王超;楊洋;姜晶;胡俊;張晨貴;王飛;段英;張澤展;茍學科;王躍明;耿慧遠
受保護的技術使用者：電子科技大學
技術研發日：2017.06.30
技術公布日：2017.11.03