本發(fā)明屬于機械結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體設(shè)計光線的調(diào)焦方法。

背景技術(shù)：

與一般測溫技術(shù)相比,紅外測溫技術(shù)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(yīng)速度快,可在幾毫秒內(nèi)測出目標(biāo)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(xiàn)實時觀測等優(yōu)點。因此，紅外測溫也被國內(nèi)外企業(yè)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、天文、氣象、資源探測、科研、軍事等領(lǐng)域。

紅外測溫系統(tǒng)由兩大重要模塊組成，分別是紅外探測模塊與光學(xué)模塊，光學(xué)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(zhuǎn)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(tǒng)紅外測溫系統(tǒng)的光學(xué)模塊由準(zhǔn)直鏡，被測物體的光輻射經(jīng)準(zhǔn)直鏡聚焦并經(jīng)調(diào)直盤調(diào)制后照射到紅外探測模塊上。

目前，我國航空發(fā)動機自主研發(fā)處于關(guān)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(fā)動機研發(fā)的一個技術(shù)瓶頸，解決發(fā)動機渦輪葉片溫度的精確測量問題已成為當(dāng)務(wù)之急。采用紅外測溫技術(shù)，可以實現(xiàn)對于發(fā)動機渦輪葉片溫度的實時精確監(jiān)測。在利用紅外測溫技術(shù)對渦輪葉片進行溫度監(jiān)測時，為了獲得渦輪葉片整個區(qū)域的溫度信息，需要對渦輪葉片上的不同區(qū)域進行逐點測量。因此，需要利用光學(xué)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(zhǔn)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(xué)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(jié)構(gòu)特點，使得渦輪葉片上不同位置的點相對于準(zhǔn)直鏡來說具有不同的物距，從而使得探測器上的像點產(chǎn)生離焦，進而影響輻射量的測量精度。

傳統(tǒng)的紅外測溫系統(tǒng)中，由于準(zhǔn)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(zhǔn)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(fā)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(xué)模塊是急需的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有紅外測溫系統(tǒng)中存在的聚焦準(zhǔn)直鏡無法調(diào)焦的難題，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于渦輪葉片表面溫度測量的可調(diào)焦紅外測溫裝置。

本發(fā)明技術(shù)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(zhǔn)直鏡、準(zhǔn)直導(dǎo)軌、準(zhǔn)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(diào)節(jié)反射鏡的反射角度；所述準(zhǔn)直鏡固定于準(zhǔn)直滑塊上，準(zhǔn)直滑塊位于準(zhǔn)直導(dǎo)軌上；所述反射鏡反射的紅外光線依次通過準(zhǔn)直鏡、聚焦鏡后由紅外光接收器采集；其特征在于所述準(zhǔn)直滑塊沿準(zhǔn)直導(dǎo)軌滑動方向的左右兩側(cè)，一側(cè)設(shè)置動力裝置及與準(zhǔn)直導(dǎo)軌的嚙合裝置，另一側(cè)設(shè)置承重；所述列嚙合裝置為準(zhǔn)直滑塊上動力裝置的齒輪、準(zhǔn)直導(dǎo)軌上的齒條；所述承重為剛性小球；所述準(zhǔn)直導(dǎo)軌用于剛性小球滑動的一側(cè)高度低于另一側(cè)。

進一步的，所述準(zhǔn)直導(dǎo)軌上設(shè)置有多個位置檢測點，用于準(zhǔn)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(zhǔn)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(fā)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(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直，再通過聚焦鏡最后由接收器采集，準(zhǔn)直鏡設(shè)置于準(zhǔn)直滑塊上，準(zhǔn)直滑塊設(shè)置于準(zhǔn)直導(dǎo)軌上，準(zhǔn)直滑塊和準(zhǔn)直導(dǎo)軌之間采用剛性小球來實現(xiàn)滑動連接，通過齒輪和齒條的嚙合實現(xiàn)準(zhǔn)直滑塊的精確移動，為了是準(zhǔn)直滑塊的移動距離更加精確，在準(zhǔn)直導(dǎo)軌上設(shè)置位置檢測點，用于準(zhǔn)直滑塊的位置檢測和校正；從而本發(fā)明具有渦輪葉片紅外輻射光線采集相應(yīng)，聚焦精度高的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為渦輪葉片測溫系統(tǒng)可變焦光學(xué)模塊示意圖。

圖2為可變焦紅外測溫光學(xué)模塊的整體示意圖。

圖3為準(zhǔn)直鏡導(dǎo)軌基座與準(zhǔn)直鏡移動滑塊的示意圖。

圖4為采用可變焦紅外測溫系統(tǒng)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(zhǔn)直鏡，4.準(zhǔn)直鏡導(dǎo)軌基座，5.準(zhǔn)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(jié)合附圖和實施例對本發(fā)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(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)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(zhǔn)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?yōu)槠叫泄猓瑢u輪葉片輻射出的紅外光準(zhǔn)確聚焦在紅外探測器中。如圖4所示，當(dāng)反射鏡偏轉(zhuǎn)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(zhǔn)直鏡來說具有不同的物距，而本發(fā)明中的像距保持不變，為了使反射鏡偏轉(zhuǎn)后所對應(yīng)的測溫點的輻射能能夠被聚焦到紅外探測器中，準(zhǔn)直鏡需要隨著反射鏡偏轉(zhuǎn)移動相應(yīng)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(dāng)反射鏡偏轉(zhuǎn)，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(zhǔn)直鏡需要左移42mm，使得渦輪葉片葉根上的測溫點發(fā)出的輻射能能夠被聚焦到探測器中。

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

所述的準(zhǔn)直鏡移動滑塊用于帶動準(zhǔn)直鏡在準(zhǔn)直鏡導(dǎo)軌基座上移動以實現(xiàn)調(diào)焦。如圖2所示，所述的準(zhǔn)直鏡移動滑塊與準(zhǔn)直鏡導(dǎo)軌基座之間不用中間介質(zhì)，而用更加適用與高速運動，摩擦系數(shù)小、靈敏度高的滾動鋼球，準(zhǔn)直鏡移動滑塊移動時，鋼球就在準(zhǔn)直鏡移動滑塊與準(zhǔn)直鏡導(dǎo)軌之間滾動，把導(dǎo)軌與滑塊的磨損量分攤到各個鋼球上，從而延長導(dǎo)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(zhǔn)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(zhuǎn)化為電信號。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
該發(fā)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(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體設(shè)計光線的調(diào)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(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直，再通過聚焦鏡最后由接收器采集，準(zhǔn)直鏡設(shè)置于準(zhǔn)直滑塊上，準(zhǔn)直滑塊設(shè)置于準(zhǔn)直導(dǎo)軌上，準(zhǔn)直滑塊和準(zhǔn)直導(dǎo)軌之間采用剛性小球來實現(xiàn)滑動連接，通過齒輪和齒條的嚙合實現(xiàn)準(zhǔn)直滑塊的精確移動，為了是準(zhǔn)直滑塊的移動距離更加精確，在準(zhǔn)直導(dǎo)軌上設(shè)置位置檢測點，用于準(zhǔn)直滑塊的位置檢測和校正；從而本發(fā)明具有渦輪葉片紅外輻射光線采集相應(yīng)，聚焦精度高的優(yōu)點。

技術(shù)研發(fā)人員：王超;楊洋;姜晶;胡俊;張晨貴;王飛;段英;張澤展;茍學(xué)科;王躍明;耿慧遠
受保護的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.30
技術(shù)公布日：2017.11.03