航空发动机光学测试方法
航空发动机叶片的型面质量测量方法对比
航空发动机叶片的型面质量测量方法对比作者：李进来源：《中国新技术新产品》2015年第18期摘要：航空工业是一个国家的工业之花，其中航空发动机又是其中的核心。
在航空发动机的制造过程中，叶片又是航空发动机总体三大部分中压气机中较难制造的部分，其制造的精度以及其型面质量都会对发动机的性能造成严重的影响，以及对航空发动机叶片的检测也提出了较为严峻的考验。
现今对于航空发动机叶片型面质量的检测方法众多，不同的检测方法具有不同的适用情况，在航空发动机叶片的检测精度以及测量能力等方面都有着不同的特性。
本文将在对比分析的基础上提出航空发动机叶片型面测量技术的发展趋势。
关键词：航空发动机叶片；型面检测；测量精度中图分类号：TH542 文献标识码：A在航空发动机的制造过程中，叶片是其中较为重要的组件，其型面复杂且尺寸跨度较大，且在运行的过程中会受到较为严重的外力，从而使得其的工作情况较为恶劣。
其中，航空发动机叶片的几何形状与其尺寸对于其工作性能有着重要的影响，而航空发动机叶片的型面质量则对二次流损耗有着十分重要影响，从而影响着发动机的工作性能。
在现今的航空发动机发展过程中，对于发动机的效率提出了更高的要求，从而对航空发动机叶片的型面质量的检测精度与检测效率提出了更高的要求。
本文将对现今航空发动机叶片的型面质量检测所采用的方法进行对比分析。
1 航空发动机叶片的型面质量检测内容及方法航空发动机叶片的型面质量的检测主要是对叶片型面的轮廓的几何尺寸（如叶型厚度、叶型弯扭以及叶片的前后缘位置等）进行检测。
以往采用的主要测量方法主要有：标准样板法、自动绘图测量法以及坐标测量法等。
同时随着科技的发展以及高新技术在航空发动机叶片的型面质量测量中的应用，为航空发动机叶片的型面质量的测量带来了新的方法如机器视觉测量法以及四坐标激光测量法和激光扫描测量法等。
2 航空发动机叶片的型面质量测量方法对比分析2.1 标准样板法。
标准样板法是较早应用于航空发动机叶片的型面质量测量的方法，此种方法采用的原理主要是通过将标准样板与实际需要检测的叶片在相应的检测载面上相互靠近，同时采用照明灯光进行光照照射，并根据样板与待检叶片之间的漏光缝隙的大小来检测航空发动机叶片型面对应型线的误差，采用此种方法最主要的就是需要航空发动机叶片中的理论型线设计并制造相应的型线母板量具。
以光学扫描为基础的航空发动机叶片部件检测技术
2020.18科学技术创新（转下页）以光学扫描为基础的航空发动机叶片部件检测技术吕依儒（中国航发西安航空发动机有限公司，陕西西安710021）我国航空行业在发展的过程中，叶片是该领域中较为重要的零件，尺寸跨度大、数量相对较多，并且性能、叶片尺寸与形状制作精度有较大的影响。
此外，叶片型面在设计的过程中主要是以流体力学原理为基础，直接决定了发动机能量转换效率。
随着科学技术不断发展，应当提升叶片精确度与完整性，这就需要采取有效措施制造符合要求的叶片。
叶片截面测量技术在航空发动机叶片制作的过程中有较为广泛的应用，其应用效果较为显著，可有效弥补接触式测量方法与设备限制，以此为我国航空事业的发展奠定良好的基础。
1叶片的型面结构与测试要求航空发动机在工作的过程中，叶片在其中扮演着较为重要的角色，在此过程中发动机工作特点与功能界定了叶片是最为复杂的零件。
随着发动机技术的不断发展，叶片型面结构也逐渐复杂，在此期间呈现出叶弦变宽、扭曲弯度变大等变化趋势，这在较大程度上极易导致在叶片测量其中存在不同问题。
叶片构成一般情况下有缘板与叶身，其中叶身在叶片中较为重要，主要有进气边、排气边等构成，如果叶片处于工作状态的情况下，气流叶片边缘部分是进气边；叶盆是叶身的压力面，是沿排气边到进气边叶身凹进的一面。
叶片的截面有不同的差异性，一般情况下是有不同曲线组成，检测难度相对比较大。
目前，在对叶片进行测量的过程中，主要是在叶片截面特点参数的基础上进行有效的判断，以此能够有效提升检测期间的准确性，在此过程中测量设备需要满足几下集中需求。
首先，测量精度高。
由于叶背与叶盆等曲率半径相对较大，需要确保一定的测量精度，一般情况下测量精度应当在0.02-0.08mm ；如果进气边与排气边曲率半径相对较小，其测量精度也相对较高，特别是轮廓与形状需要较高的测量精度[1]。
其次，测量速度快，在航空发动机中由于叶片数量与种类相对比较多，需要提升测量速度，以此满足叶片检测需求。
航空发动机烟气的测量方法
航空发动机烟气的测量方法
航空发动机烟气的测量方法主要包括以下几种：
1. 热电偶法：该方法基于热电效应原理，通过测量烟气与参考气体的温差电动势来推算烟气的温度。
这种方法具有测量准确、响应速度快、稳定性好等优点，但需要定期校准和清洁热电偶，以避免因污染和氧化导致测量误差。
2. 光学法：光学法是基于光的吸收、散射和干涉等原理来测量烟气参数的方法。
例如，红外光谱法可以用于测量烟气中的CO、CO2、H2O等组分浓度。
光学法具有非接触、无干扰、测量范围广等优点，但容易受到烟气中颗粒物和光学元件污染的影响，需要定期清洁和维护。
3. 电化学法：该方法利用电化学反应来测量烟气中的某些组分，如O2、NOx等。
电化学法具有测量准确、响应速度快、成本低等优点，但需要定
期更换电化学元件，以避免因老化或污染导致测量误差。
4. 激光雷达法：该方法利用激光雷达技术来测量烟气中的颗粒物浓度和粒径分布。
激光雷达法具有测量范围广、精度高、非接触等优点，但需要复杂的光学系统和数据处理技术，成本较高。
在实际应用中，根据具体的测量需求和条件，可以选择适合的测量方法。
航空发动机性能测试与评估技术研究
航空发动机性能测试与评估技术研究随着现代航空业的不断发展，航空发动机作为飞机的核心部件，其性能的稳定性和可靠性已成为保证航空飞行的关键之一。
因此，航空发动机性能测试与评估技术的研究也受到越来越多的关注。
本文将探讨航空发动机性能测试与评估技术的研究现状和未来发展趋势。
一、航空发动机性能测试的重要性航空发动机是整个飞机系统中最为重要的部件之一。
它是飞机的“心脏”，直接关系到飞机的安全性、经济效益和舒适性。
因此，对航空发动机的性能进行全面评估和测试，能够为飞机运行提供强有力的支持。
同时，航空发动机的性能测试也可以为研发更加高效、可靠的发动机提供有力的数据支持。
二、航空发动机性能测试的方法目前，航空发动机的性能测试方法主要包括以下几种：1.台架试验法：这种测试方法是将发动机装到地面试验架上，通过对其进行一系列的测试，来评估其性能。
这种测试方法比较直观、实用，被广泛应用于民用和军用发动机的测试。
2.飞行试验法：这种测试方法是将发动机装到实际的飞机上进行测试。
由于它能够直接模拟发动机在实际飞行中的工作状态，因此更加精确地评估发动机的性能。
但是由于飞行试验的条件比较苛刻，所以实施成本也比较高。
3.仿真试验法：这种测试方法是利用计算机模拟发动机在不同工作环境下的工作情况。
虽然它不能完全模拟出实际情况，但这种方法具有灵活性高、成本低的特点，被广泛应用于发动机的性能测试。
三、航空发动机性能评估的技术目前，航空发动机性能评估的技术主要包括以下几种：1.质量控制技术：它是航空发动机制造、组装质量控制的重要手段。
通过对发动机各部分的尺寸、重量、形状等参数进行精确测量和检测，来保证发动机的性能和质量。
2.故障分析技术：它是对发动机产生故障的原因进行分析的一种技术。
通过对发动机工作条件的监测和统计，可以快速、准确地确定故障产生的原因，采取科学有效的措施进行修复。
3.性能预测技术：它是通过对发动机进行各项实验和测试，得出其性能参数的变化趋势，进一步根据这些趋势进行预测和分析，从而提前实现对发动机性能的优化和改进。
航空发动机光学测试方法PPT文档37页
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
航空发动机光学试方法
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
发动机光学测试介绍-北京科领动力科技有限公司-201602
基于可视化的测试服务
喷雾测试对比 缸内喷雾、混合气形成过程解析 缸内缸内燃烧过程解析
基于可视化研究开发的专业培训
谢谢！
容弹系统示意图
容弹系统示意图
容弹系统三维效果图
容弹系统三维效果图
容弹控制界面
容弹试验平台上的可测试的项目
宏观/微观 喷雾特性测试 （阴影法，纹影法，激光诱导荧光 LIF） 高压喷射下燃烧过程的高速摄影 燃料的碳烟生成特性
（激光诱导炽光 LII，双色法，消光法）
喷雾扩散火焰的火焰浮起长度
测试实例1：喷雾微观特性研究
使用PDPA可以获得喷雾场中指定位置在某一时间的粒径分布和速度矢量 测试不同的时间和位置即可获得所有喷雾/单束在时间和空间尺度上粒径分布与 变化情况
测试实例2： Y-Z截面油滴速度和直径随时间的变化
X Z Y
测试实例3： X-Y截面油滴速度和直径随时间的变化
发动机光学测试介绍
北京科领动力科技有限公司 2016年2月
高温高压定容燃烧弹 燃油喷雾PDPA测试平台
可视化光学发动机
高温高压定容燃烧弹
单孔喷油器容弹概况与主要参数
通过内部加热和封闭加压，可实现弹体内部压力在 较短时间内达到并维持在 6 MPa、温度达到 900 K， 用于模拟发动机压缩上止点附近的温度和压力，以 实现燃油喷雾燃烧。 容弹内腔的下半部分布置有电加热丝，由外置的工 控机控制，容弹内壁装有绝缘保温材料，可实现安 全和快速的内部加温。 顶部喷油器安装基座与顶盖采取模块化设计，以适 应不同的喷油器安装需要。 喷油器安装基座、光学窗口基座均内置循环水道并 外接冷却水循环系统。 弹体上预置多组接口，配合压力容器专用穿壁密封 紧固件，可用于通过相关的传感器线路、供电线路 和进排气气路。 弹体内部根据需要可分布若干热电偶，用于温度检 测和反馈控制。 弹体的加压由外部高压空气或高压氮气瓶供给，相 关气路装有电子或机械式的压力检测和保险装置。 工控机系统可采集容弹的温度压力数据。
航空发动机试验测试技术
航空发动机试验测试技术Credit is the best character, there is no one, so people should look at their character first.航空发动机试验测试技术航空发动机是当代最精密的机械产品之一;由于航空发动机涉及气动、热工、结构与强度、控制、测试、计算机、制造技术和材料等多种学科;一台发动机内有十几个部件和系统以及数以万计的零件;其应力、温度、转速、压力、振动、间隙等工作条件远比飞机其它分系统复杂和苛刻;而且对性能、重量、适用性、可靠性、耐久性和环境特性又有很高的要求;因此发动机的研制过程是一个设计、制造、试验、修改设计的多次迭代性过程..在有良好技术储备的基础上;研制一种新的发动机尚要做一万小时的整机试验和十万小时的部件及系统试验;需要庞大而精密的试验设备..试验测试技术是发展先进航空发动机的关键技术之一;试验测试结果既是验证和修改发动机设计的重要依据;也是评价发动机部件和整机性能的重要判定条件..因此“航空发动机是试出来的”已成为行业共识..从航空发动机各组成部分的试验来分类;可分为部件试验和全台发动机的整机试验;一般也将全台发动机的试验称为试车..部件试验主要有：进气道试验、压气机试验、平面叶栅试验、燃烧室试验、涡轮试验、加力燃烧室试验、尾喷管试验、附件试验以及零、组件的强度、振动试验等..整机试验有：整机地面试验、高空模拟试验、环境试验和飞行试验等..下面详细介绍几种试验..1进气道试验研究飞行器进气道性能的风洞试验..一般先进行小缩比尺寸模型的风洞试验;主要是验证和修改初步设计的进气道静特性..然后还需在较大的风洞上进行l／6或l／5的缩尺模型试验;以便验证进气道全部设计要求..进气道与发动机是共同工作的;在不同状态下都要求进气道与发动机的流量匹配和流场匹配;相容性要好..实现相容目前主要依靠进气道与发动机联合试验..2;压气机试验对压气机性能进行的试验..压气机性能试验主要是在不同的转速下;测取压气机特性参数空气流量、增压比、效率和喘振点等;以便验证设计、计算是否正确、合理;找出不足之处;便于修改、完善设计..压气机试验可分为：1压气机模型试验：用满足几何相似的缩小或放大的压气机模型件;在压气机试验台上按任务要求进行的试验..2全尺寸压气机试验：用全尺寸的压气机试验件在压气机试验台上测取压气机特性;确定稳定工作边界;研究流动损失及检查压气机调节系统可靠性等所进行的试验..3在发动机上进行的全尺寸压气机试验：在发动机上试验压气机;主要包括部件间的匹配和进行一些特种试验;如侧风试验、叶片应力测量试验和压气机防喘系统试验等..3;燃烧室试验在专门的燃烧室试验设备上;模拟发动机燃烧室的进口气流条件压力、温度、流量所进行的各种试验..主要试验内容有：燃烧效率、流体阻力、稳定工作范围、加速性、出口温度分布、火焰筒壁温与寿命、喷嘴积炭、排气污染、点火范围等..由于燃烧室中发生的物理化学过程十分复杂;目前还没有一套精确的设计计算方法..因此;燃烧室的研制和发展主要靠大量试验来完成..根据试验目的;在不同试验器上;采用不同的模拟准则;进行多次反复试验并进行修改调整;以满足设计要求;因此燃烧室试验对新机研制或改进改型是必不可少的关键性试验..按试验件形状可分为单管试验用于单管燃烧室、扇形试验用于联管燃烧室和环形燃烧室、环形试验用于环形燃烧室..另外;与燃烧室试验有关的试验还有：1冷吹风试验研究气流流经试验件时的气动特性和流动状态的试验..2水力模拟试验根据流体运动相似原理;以水流代替气流;研究试验件内部各种流动特性的试验..3燃油喷嘴试验这是鉴定喷嘴特性的试验..4燃气分析对燃烧室燃烧后的气体的化学成分进行定性、定量分析..5壁温试验模拟燃烧室的火焰筒壁面冷却结构;对不同试验状态下的壁面温度和换热情况进行测量和分析..6点火试验研究燃烧室点火和传焰性能的一种试验..4 涡轮试验几乎都采用全尺寸试验..涡轮试验一般不模拟涡轮进口压力、温度;试验时;涡轮进口的温度和压力较实际使用条件低的多..因而;通常都只能进行气动模拟试验;及进行涡轮气动性能的验证和试验研究..与涡轮试验有关的试验还有：高温涡轮试验、涡轮冷却效果试验..5 加力燃烧室试验研究加力燃烧室燃烧效率、流体损失、点火、稳定燃烧范围是否满足设计要求以及结构强度、操纵系统与调解器联合工作等性能的试验..按设备条件可分为全尺寸加力燃烧室地面试验;模拟高空试验台和飞行台的加力试验..全尺寸加力燃烧室地面试验一般选用成熟合适的发动机做主机;以改型或新设计的全尺寸的加力燃烧室做试验件;进行地面台架或模拟状态试验..目的是确定加力燃烧室的性能及结构强度;为整机试验创造条件;缩短整机研制周期;在性能调整试验基本合格后在与原型机联试..加力燃烧室高空性能如高空推力、耗油率、飞行包线内点火和稳定燃烧室的试验;应在高空模拟试车台和飞行台上进行..6 尾喷管的试验用全尺寸或缩尺模型尾喷管在试验设备上模拟各种工作状态;测取性能数据;考核是否达到设计要求的试验..按试验内容分为：1结构试验：主要考验机械构件、调节元件、操纵机构的工作可行性..除用部件模拟试验外;主要是在整机上对全尺寸尾喷管做地面、模拟高空试验及飞行试验..2性能试验：分内流试验和外流干扰试验..该实验可做缩尺模型和全尺寸部件模拟试验或整机试验..缩尺模型试验不能完全模拟真实流动和几何形状;只适于做方案对比和机理探讨..7 整机试验整机地面试验一般在专用的发动机地面试车台上进行;包括露天试车台和室内试车台两类..其中露天试车台又包括高架试车台和平面试车台..发动机地面室内试车台由试车间、操纵间、测力台架和试车台系统等组成..试车间包括进气系统、排气系统和固定发动机的台架..对于喷气发动机、涡轮风扇发动机;台架应包括测力系统；对于涡轮轴和涡轮螺旋桨发动机则应包括测扭测功系统..试车间内要求气流速度不大于10米／秒;以免影响推力的测量精度；进排气部分力求做到表面光滑;气流流过时流动损失尽量少..8 高空模拟试验高空模拟试验是指在地面试验设备上;模拟飞行状态飞行高度、飞行马赫数和飞行姿态攻角、侧滑角以及环境条件对航空发动机进行稳态和瞬态的性能试验..简而言之;就是在地面人工“制造”高空飞行条件;使安装在地面上的发动机如同工作在高空一样;从而验证和考核发动机的高空飞行特性..随着飞机飞行高度、速度的不断提高;发动机在整个飞行包线发动机正常工作的速度和高度界限范围内的进气温度、压力和空气流量等参数有很大变化..这些变化对发动机内部各部件的特性及其工作稳定性;对低温低压下的点火及燃烧;对发动机的推力、耗油率和自动调节均有重大影响..发动机在高空的性能与地面性能大不相同..影响发动机结构强度的最恶劣的气动、热力负荷点已不在地面静止状态条件下而是在中、低空告诉条件下;如中空的马赫数为1.2-1.5.在这种情况下;发展一台新的现代高性能航空发动机;除了要进行大量的零部件试验和地面台试验之外;还必须利用高空台进行整个飞行包线范围内各种模拟飞行状态下的部件和全台发动机试验..高空模拟试验台;就是地面上能够模拟发动机于空中飞行时的高度、速度条件的试车台;它是研制先进航空发动机必不可少的最有效的试验手段之一..高空模拟试验的优越性有：1可以模拟发动的全部飞行范围2可以模拟恶劣的环境条件3可以使发动机试验在更加安全的条件下进行：不用飞行员冒险试机;可以防止机毁人亡的悲剧..4可以提高试验水平：测量参数可以更好的控制5缩短发动机研制周期：两周的高空模拟试验相当于300次飞行试验;而高空模拟实验仅为飞行试验的1/30~1/69 环境试验环境试验的实质是指发动机适应各种自然环境能力的考核;按通用规范;环境试验所包含的项目可以分为三类：1考验外界环境对发动机工作可靠性的影响;包括：高低温起动与加速试验、环境结冰试验;腐蚀敏感性试验;吞鸟试验;外物损伤试验;吞冰试验;吾砂试验;吞大气中液态水试验等八项试验..2检查发动机对环境的污染是否超过允许值;包括噪声测量和排气污染..3是考核实战条件下的工作能力;包括吞如武器排烟和防核能力..在制订环境试验条件时要依据对自然环境的普查、事故累计分析、实战环境记载以及环境保护要求..未来发动机技术的发展要求发动机具有更高的涡轮进口温度、效率和可靠性;以及更低的排放和噪声;这些都对发动机试验测试技术提出了新的挑战..随着航空发动机研制水平的深入;需要开展的试验种类和数量越来越多；需要测量的参数类型越来越多;测量范围越来越宽;测量准确度要求越来越高..现有试验测试仪器的能力与不断增长的航空发动机试验测试需求之间的矛盾日益明显;国家应有计划地开展航空发动机研制部件和整机试验所需的测试仪器的研究与开发工作;包括特种测量仪器、传感器、测试系统等;以便及时满足航空发动机研制需要..另外;研究新的试验测试方法;提升试验测试技术同样重要..。
航空发动机叶片型面测量方法评述
光学投影测量法常用于定性观察放大后的实际叶 片与标准叶片之间的符合程度 , 检测效率较高 、操作
图 3 光学投影测量原理
简便 , 但对于定量测量 , 其检测效率非常低 。用该方 法测量时受客观因素影响较多 , 如测量结果受叶片表 面反射能力及叶片弦宽的影响等 。测量精度较低 , 适 合于叶片半成品的型面检测 。 114 电感测量法 [ 1, 3 ]
随着叶片制造技术的发展 , 对叶片型面检测精度 要求不断提高 , 出现了一种机械式叶片截面型线自动 绘图测量法 。
自动绘图测量仪的测量原理如图 2 所示 。该仪器 主要由用于安装被测叶片的转盘 、用于安装绘图纸的 转盘 、测轮 、绘图笔臂 、钢带 、步进电机和转盘组成 。 测量时 , 叶片接电源的地线 , 在步进电机的驱动下 , 测轮与叶片之间保持一相对固定的高压放电间隙 , 使 测轮对叶片作非接触扫描测量 。随着测轮对叶片的扫 描 , 笔臂终端的绘图笔即可在绘图纸上绘出叶片型线 的实际轮廓的放大图 。
图 1 标准样板法测量原理
标准样板法最早是用于叶片成品检测的方法 , 它 具有检测速度快 、操作简单 、便于现场使用等优点 , 在叶片加工过程中得到广泛使用 , 但它只能定性地检 测零件是否合格 , 测量精度低 ; 同时 , 一个样板只对
· 2 · 综 合 评 述
2009年第 29卷第 3期
应于某叶片相应截面的一条型线 , 因此标准样板数量 多 , 成本高 , 在对叶片检测要求越来越高的今天 , 其 仅适用于叶片的工序间型面检测 。 112 自动绘图测量法 [ 1 ]
光学测头在飞机发动机叶片检测中的应用
在航空制造领域中，飞机发动机技术占据了至关重要的位置，其中发动机叶片的加工与检测尤为困难。
虽然如此，由于叶片的加工质量对飞行安全的重要性尤甚，因此对其品质的检测较其他机械零部件要严格复杂得多。
叶片在工作状态下有很高的空气动力学要求，因此叶片的形状有几个显著特点：第一，叶片的型面光学测头在飞机发动机叶片检测中的应用温泽测量仪器（上海）有限公司 王淼安MAXOS/CORE 在硬件方面以独特的白光点光源测头，克服了传统触发式测头采点速度慢、测量微小物体时容易产生测头半径补偿方向错误的不足，同时也规避了其他光学测头具有的散斑效应以及反射光信号强度等问题，适用于任何表面的叶片测量而无须喷涂。
是空间自由曲面，每个截面高度的型线轮廓形状不尽相同，并且同时呈扭转上升状；第二，叶片的后缘部分相对厚度较薄，尤其是出气边半径非常微小。
这2个特点给叶片测量造成了一定的困难。
目前的叶片检测主要依赖于传统的接触式三坐标测量机。
接触式三坐标测量机自1956年问世以来，已经经过了50多年的发展，广泛应用于生产车间及科研部门。
随着工业技术的不断进步，对测量设备的各方面要求也不断提高，三坐标测量机在此过程中也经历了无数次的技术创新以适应更高的测量要求。
尽管如此，当今三坐标测量机依然在某些方面遇到了一定的技术瓶颈。
这些瓶颈的产生不能简单地归结于技术创新的不足，其主要原因在于接触式三坐标测量机的硬件结构和测量原理上的限制。
传统测头应用中出现的问题传统三坐标测量机配备最多的是触发式测头，用触发式测头测量物体时，测针以一定速度接触物体表面，从而使测针的位置产生偏离，产生的电信号触发测头记录一个物体表面测点的空间坐标。
由此带来的第一个问题就是测量速度较慢。
其原因在于，触发式测头的采点方式是非连续的，测头在一次采点完成后需退回一段距离，让测针归位后才能进行第二次采点；而且采点时接触物体表面的速度不能太快，若测针接触物体速度过快使得测针的位置偏离过大，则信号会被认为是发生了碰撞而采点失败。
航空发动机叶片损伤检测与诊断技术研究
航空发动机叶片损伤检测与诊断技术研究航空发动机是一种非常重要的航空器件，它负责提供动力推动飞机飞行。
在飞行过程中，航空发动机会经历各种各样的挑战，例如频繁的冲击、高速飞行的压力、高温等等，这些都会对航空发动机造成损伤。
因此，如何及时、准确地检测和诊断航空发动机叶片损伤，成为研究者们所关注的重点。
航空发动机叶片的损伤种类非常多，其中包括表面划痕、凹坑、裂纹、疲劳等，这些损伤不仅会导致航空发动机性能下降，影响飞行安全，而且还会增加维护成本。
因此，如何对航空发动机叶片进行损伤检测和诊断至关重要。
目前，航空发动机叶片的损伤检测和诊断技术主要有以下几种：1.可视化检测技术可视化检测技术是最基本、最常用的一种叶片损伤检测方法。
它主要基于人眼的观察力和经验判断，对叶片表面进行目视检测，以检测出裂纹、划痕、凹坑等表面损伤。
这种方法简单、直观，但是在对深部损伤和微小缺陷的检测方面局限较大。
2.红外热成像技术红外热成像技术是一种通过检测叶片表面温度变化来识别损伤的方法。
在受到损伤后，叶片的表面温度会发生变化。
通过使用红外热成像相机，可以快速、非接触地检测出叶片表面温度的变化，从而判断出可能存在的损伤。
但是，这种方法的局限性在于它不能够检测叶片内部的损伤，而且叶片表面温度还受外部环境的影响。
3.超声波检测技术超声波检测技术是一种通过检测叶片内部超声波的反射和散射来判断叶片损伤的方法。
当超声波遇到叶片内部的缺陷或者裂纹时，会产生反射和散射，从而形成一些回波。
利用超声波传感器接收这些回波，便可以判断叶片是否受到了损伤。
与其他方法相比，超声波检测技术的优势在于它可以探测到深部损伤，而且可以进行定量测量，提高检测的准确性。
4.光学检测技术光学检测技术主要是利用激光器和高速照相机，对叶片进行三维数字化建模，从而对损伤进行检测和诊断。
这种方法可以快速准确地检测出叶片的形态、尺寸、表面缺陷等信息，并且可以实现在线检测。
但是，这种方法的效果仍然需要进一步提高。
白光光学测头测量发动机叶片型面技术分析
白光光学测头测量发动机叶片型面技术分析高继昆【摘要】为解决接触式三坐标测量机检测航空发动机叶片效率低下的问题,探索更加高效、准确的检测手段,采用白光光学测头对航空发动机叶片型面进行测量对比实验,对各截面的叶型轮廓度参数进行评价,得出测量结果.分析各种误差因素对测量结果的影响,对白光光学测头检测叶片叶型轮廓度的测量不确定度进行评定.与此同时,将同一叶片的白光光学测头测量结果与接触式三坐标测量机测量结果进行对比分析,验证白光光学测头应用于航空发动机叶片型面检测中的准确性.实验结果表明白光光学测头测量航空发动机叶片型面既能保证叶片型面测量精度,又能提高叶片测量工作效率.【期刊名称】《中国测试》【年(卷),期】2018(044)007【总页数】5页(P25-29)【关键词】叶片型面;光学测头;轮廓度;不确定度;对比分析【作者】高继昆【作者单位】中国航空发动机集团沈阳发动机研究所,辽宁沈阳 110015【正文语种】中文【中图分类】TB232.40 引言叶片是发动机重要零部件之一，叶片加工质量直接影响到发动机的性能、寿命及安全性。
由于叶片结构复杂，加工制造难度大，设计指标不易保证。
要有效控制叶片加工质量，就需要对叶片型面进行大量的测量工作，从而对叶片型面检测精度与检测效率提出了更高的要求。
目前，在航空发动机叶片型面检测中[1]，主要应用接触式三坐标测量机进行测量。
由于接触式三坐标测量机硬件结构和测量原理上的限制，在测量航空发动机叶片型面时，测量速度不能过快，测量效率不高。
随着光学测量技术的发展，光学非接触测头越来越多地应用到航空发动机叶片型面测量当中。
如ZEISS DotScan 白光距离传感器、BladeMaster-HPO光纤高速高精度传感器、Wenzel Scan白光测量传感器以及其他光学三角传感器应用于航空发动机叶片型面测量[2-5]。
它们共同的特点是光斑直径小、分辨率高，适用于叶片曲面和边缘测量；适用于各类金属材料，适用于镜面和漫反射面物体的测量；光学非接触传感器可以进行单点测量，也可以进行连续扫描测量，极大地提高了叶片型面的测量效率。
航空航天工程师的火箭发动机测试
航空航天工程师的火箭发动机测试火箭发动机是航空航天领域中最核心的组件之一，它关乎着飞行器的性能、可靠性和安全性。
为确保火箭在实际使用中能够正常运行，航空航天工程师需要进行火箭发动机的全面测试。
本文将对火箭发动机测试的过程、方法和重要性进行探究，并介绍一些常用的测试技术。
一、火箭发动机测试的背景和目的火箭发动机测试是航空航天工程师在研发阶段进行的必要步骤。
其目的是评估发动机的性能、验证设计的正确性、识别潜在问题，并找到改进和优化的方案。
测试还用于验证发动机的可靠性和安全性，以确保其在实际使用中能够高效运行，并保证飞行器及其载荷的安全。
二、火箭发动机测试的流程1. 准备阶段：在测试之前，航空航天工程师需要准备好测试前的所有工作。
这包括确定测试目标、收集相关数据和文档、制定测试计划、安全评估等等。
2. 静态测试：静态测试是对火箭发动机进行非运行状态下的测试。
它通过将发动机放置在测试台架上，并用试验架来模拟飞行条件，以评估发动机的结构强度、燃烧特性、冷却系统等。
3. 动态测试：动态测试是对火箭发动机进行实际运行状态下的测试。
这包括地面点火测试和飞行试验。
地面点火测试可以模拟发射场景，验证发动机在点火、运行和熄火过程中的性能和可靠性。
飞行试验是将装载了测试发动机的火箭发射到大气层外，通过测量和记录各种参数来评估发动机在真实环境下的性能。
4. 数据分析和报告：完成测试后，航空航天工程师将对测试期间收集到的数据进行详细分析，并撰写测试报告。
报告包括测试过程、测试结果、发现的问题和建议的改进措施等。
三、常用的火箭发动机测试技术1. 流场测试技术：流场测试用于测量和分析火箭发动机喷口周围的流场，以了解喷口的气流特性和推力分布。
这包括静态压力测试、热像仪和高速摄像技术等。
2. 燃烧特性测试技术：燃烧特性测试用于评估火箭发动机燃烧室和喷嘴的燃烧过程。
常见的测试方法包括高速摄像、光谱分析、燃烧效率测试和温度测量等。
3. 结构强度测试技术：结构强度测试用于评估火箭发动机各个组件的强度和耐久性。
航空发动机性能测试方法研究
航空发动机性能测试方法研究航空发动机是飞机的核心组件之一，它的性能直接关系到飞机飞行的安全和多项指标的达成。
为了保证航空发动机的运行质量和飞行安全，必须对发动机进行性能测试和评估。
下面就探讨一下航空发动机性能测试方法的研究。
一、性能测试的基本要求航空发动机性能测试是指通过实验和计算来测算发动机在请求工况下的各项性能参数，以评价发动机的性能是否满足设计要求。
这种测试方法需要满足以下基本要求:1. 准确性：测试结果必须准确可靠，不得存在误差。
要求测试设备和技术人员的精度和能力都达到一定的标准。
2. 可重复性：测试方法必须能够重复使用，以实现测试结果的一致性。
测试过程中需要对测试条件、测试设备和测试环境等进行控制和记录。
3. 稳定性：测试方法必须能够保证运行的稳定性，避免不必要的变化对测试结果造成干扰。
4. 性价比高：测试方法在保证准确性、可重复性和稳定性的前提下，应该尽可能地节约成本。
二、性能测试的方法航空发动机的性能测试方法主要分为静态试验和动态试验两种。
1. 静态试验静态试验是指在试验台（或者测功机）上对发动机进行测试，根据发动机各项性能参数的变化，确定发动机在不同工况下的性能。
静态试验要求试验台和测试设备都具有高度的精度和稳定性。
静态试验可以分为以下几种：（1）功率试验：通过不同转速下的动力输出来测试发动机的功率。
（2）油耗试验：通过测量燃油的消耗量来确定发动机的燃油效率。
（3）温度试验：通过确定发动机在不同负载下的温度变化来测试发动机的散热效果。
（4）振动试验：通过观察或测量发动机的振动情况来评估其可靠性和long-term操作。
2. 动态试验动态试验是指在飞机上运行发动机，通过监测发动机各项性能参数的变化来确定发动机在不同工况下的真实性能。
动态试验需要在实际飞行状态下对发动机进行测试，可以分为以下几种：（1）爬升试验：测试发动机在不同高度、飞行速度和工况下的爬升性能。
（2）巡航试验：测试发动机稳定运行的能力，评估其最大巡航速度和能力范围。
飞机发动机叶片变形的非接触光学测量方法
飞机发动机叶片变形的非接触光学测量方法
李云霞;蒙文;赵尚弘;李应红
【期刊名称】《空军工程大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2002(003)006
【摘要】针对飞机叶片表面变形量测量要求提出一种非接触式光学测量方法.对测量原理及测量方案进行了阐述,分析了误差来源,并估算了系统测量精度.该测量方法具有简便易行、操作方便、测量精度高等优点.
【总页数】3页(P16-17,41)
【作者】李云霞;蒙文;赵尚弘;李应红
【作者单位】空军工程大学电讯工程学院,陕西西安,710077;空军工程大学电讯工程学院,陕西西安,710077;空军工程大学电讯工程学院,陕西西安,710077;空军工程大学工程学院,陕西西安,710038
【正文语种】中文
【中图分类】V232.4
【相关文献】
1.烟草行业水松纸打孔参数的非接触光学测量方法研究 [J], 黄盈
2.1200℃高温热环境下全场变形的非接触光学测量方法研究 [J], 潘兵;吴大方;高镇同;王岳武
3.飞机发动机叶片裂纹的交变磁场非接触原位探测 [J], 许占显;林为干
4.表面形貌的全息式非接触光学测量方法 [J], 王晓飞;罗鸿逵;郭鸿禧
5.一种简单实用的光学非接触外径测量方法 [J], 潘石;俞建元
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
航空发动机叶片型面测量方法评述
航空发动机叶片型面测量方法评述航空发动机叶片型面测量是指对航空发动机叶片的曲面形状进行测量和评估的过程。
发动机叶片是发动机中最重要的组成部分之一，其曲面形状的精度和几何参数的精确度直接影响着发动机的性能和效率。
因此，对叶片形状的测量和评估非常重要，可以帮助制造商和运营商确保叶片符合设计要求，并作出相应的调整。
1.光学测量法：光学测量法是一种非接触式的测量方法，可以实现高精度和高精度的叶片形状测量。
常用的光学测量方法包括激光干涉法、摄像测量法和相位移法等。
这些方法需要使用专用的光学仪器和设备，通过光束的传播和反射来获取叶片表面形状的数据。
然后，通过数据处理和分析，可以得到叶片的曲率半径、几何参数等信息。
2.接触测量法：接触测量法是一种通过接触式测量设备对叶片进行测量的方法。
常用的接触测量设备包括坐标测量机、扫描仪和测头等。
这些设备可以通过机械接触来获取叶片曲面的数据，并将其转换为数字信号进行处理和分析。
接触测量法具有测量精度高、适用范围广的特点，但需要与叶片接触，有一定的操作难度和风险。
3.比较测量法：比较测量法是一种通过比较不同叶片样本的形状来评估叶片的方法。
常用的比较测量方法包括光学投影仪、光栅测量法和在叶片上粘贴测量栅的方法等。
这些方法可以将叶片形状的数据与已知的参考数据进行比较，从而评估叶片的几何参数和形状是否满足要求。
比较测量法具有简单易行和成本较低的特点，但需要准备参考样本，并且测量结果的准确性受到参考样本的限制。
另外，随着航空发动机叶片制造技术的不断发展，还出现了一些新的测量方法和技术，如三维打印和数字成像等。
这些新方法和技术可以更加准确和高效地测量叶片的形状，并且可以实现对叶片形状的实时监测和反馈控制。
然而，这些新方法和技术的应用还存在一些挑战，如设备成本高、数据处理复杂等。
总的来说，航空发动机叶片型面测量方法的选择应根据具体的要求和条件来确定。
在选择合适的测量方法时，需要考虑叶片的几何参数、形状复杂度、测量精度和成本效益等因素。
航空发动机叶尖间隙光学影像测量系统
航空发动机叶尖间隙光学影像测量系统范小虎;朱目成;聂诗良【期刊名称】《西南科技大学学报》【年(卷),期】2011(26)4【摘要】叶尖间隙是影响航空发动机性能的最重要参数之一。
国内外大多采用人工塞尺和传感器电路测量航空发动机装配过程中的叶尖间隙，存在测量精度不够高、数据不易保存、操作较复杂等问题。
将CCD三维重建技术、自动聚焦光学影像测量技术以及Sobel边缘检测算法应用于叶尖间隙实时测量，可减少人为测量误差。
实验结果表明该法测量精度达到了0．02mm，且提高了测量装置的自动化程度。
%Blade tip clearance is one of the most important parameter that influences the performance of aero-engine. It is common that Detectingthe tip clearance during the assembling operation with artificial feeler and sensor in China and abroad, but the measurement accuracy is not high enough, data is not easy to be saved, and the operation is very complicate. This paper creatively put foward applying double CCD three-dimensional reconstruction, sobel edge detection algorithm, automatic focusing optical image measurement technology to online real-time detection of tip clearance to reduce personal error and in this way the measurement accuracy reaches 0.02 mm, which also greatly improves automaticity of measuring devices.【总页数】4页(P57-60)【作者】范小虎;朱目成;聂诗良【作者单位】西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室,四川绵阳621010;西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室,四川绵阳621010;西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室,四川绵阳621010【正文语种】中文【中图分类】TB96;V23【相关文献】1.航空发动机叶尖间隙数学模型的建立与验证 [J], 陈研;吕天波;张生;张镭2.航空发动机转子叶尖间隙及同心度变化规律研究 [J], 张龙;韩鹏卓;刘忠奎;周笑阳3.航空发动机叶尖间隙测试微波传感器设计与计算 [J], 谢兴娟;吴娅辉;朱振宇4.基于叶尖间隙的航空发动机转子运动特征提取技术 [J], 李杰;郭光辉;魏之平;熊兵5.航空发动机叶尖间隙影像测量系统及其标定 [J], 陈玉涛;朱目成;童思容;罗贤鹏;赵必武;赵冬梅因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
航空发动机温度有多高？用这些方法测测就知道
航空发动机温度有多高？用这些方法测测就知道航空发动机的工作条件极为苛刻，通常包括高温、高压、并伴随着高负荷、高转速剧烈振动，是涉及多学科的综合性系统工程，因此造成了巨大的设计与制造难度。
随着发动机向高推重比、高涵道比、高涡轮进口温度方向发展，发动机热端部件的工作温度越来越高，发动机的机体表面温度在50~600℃之间，而燃烧室中的燃气温度已超过1650℃。
众所周知，确定被检对象在实际运行过程中热变化程度和异常过热，往往是判断其可靠性和实际工作性能的重要依据。
发动机的各部组件在设计与制造过程中，长时间运行测试，在不同的极端高温、高压环境中工作存在易燃易爆的危险，因此，对生产过程中的设备的检测与监测是非常必要的，可以提高航空发动机的使用寿命和确保不因局部过热故障引起事故，这对发动机工作时全面监测和及时告警的监控手段提出了更高的要求。
对于航空发动机热端的温度测量中，进排气温度、燃烧气体温度等温度测量是多种多样的，为了获得航空发动机探测温度场分布或局部温度，可将高温的测量方法分为接触式测温法和非接触式测温法两类。
当热气流运动速度不是很高时，接触式测温法可以测量火焰的真实温度，目前国内外主要采用的方法是通过热电偶、示温漆等手段;非接触式测温方法分为两大类:一类是通过测量燃烧介质的热力学性质参数来求解温度;另一类是利用高温火焰的辐射特性通过光学法来测量温度场。
非接触测温方法由于测温元件不与被测介质接触，不会破坏被测介质的温度场和流场，同时其测量上限不受材料介质的影响，因此可测诸如炉内工件、钢水等高温对象。
近年来，随着技术的进步，红外箱射测温、晶体测温技术、双谱线测温技术和激光测温技术等非接触式测温技术取得了惊人的进展。
热电偶测温法热电偶测温是一种接触法测温，它是由热电偶、补偿导线及二次测量仪表构成的。
热电偶的原理是通过测量热电动势来实现测温的，由于组成闭合回路的导体两端材质不同，从而不同的电子密度产生电子扩散，因此回路中会有电流通过是由于有热电动势存在，其中温度差越大，电流越大。
航空发动机叶片间隙测量方法综述.
航空发动机叶片间隙测量方法综述郭伟周权(一航计测重点实验室北京100095.摘要:飞机发动机叶片叶尖间隙是发动机非常重要的一个参数。
文章介绍了叶片叶尖间隙测量的各种方法,包括探针法、电容法、电涡流法、光学法等。
光学法又可细分为光导(激光近程探针测量法、光强度调制法和激光多普勒测速法;对这些方法的原理、特点以及一些试验应用作了介绍。
关键词:发动机叶片叶尖间隙测量,探针法,电容法,电涡流法,光导(激光近程探针测量法,光强度调制法,激光多普勒测速法1引言随着现代飞机对高机动性飞行要求的不断提高,对航空发动机的要求也相应地提高。
提高航空发动机的性能的一个重要方面是提高发动机的效率;而提高发动机的效率很大方面要取决于发动机转子叶尖与机匣之间的径向间隙要尽可能小,以减少工作介质泄露而造成的损失。
据有关文献报道:叶尖间隙每增加叶片长度的1%,效率约降低1.5%,而效率每降低 l%,耗油率约增加2%111。
2国内外研究现状…9l航空发动机径向间隙测量,特别是高压涡轮间隙测量,一直以来属于世界性的测试难题。
近半个世纪,英、美、俄一些先进的航空发动机公司和研究机构为了达到测试、控制问隙的目的,想尽了各种办法,投入了大量的人力物力,不断开发完善间隙测试技术和测试手段。
随着光纤传感技术的发展,现在又出现了光纤法的测量技术。
我国开展航空发动机转子叶尖间隙测试应用研究起步较晚。
对于实测设备的开发应用大多还处于研制阶段。
由于有国外可借鉴的技术和经验,以及已商品化的可利用的测试手段,因此研制开发的投入比较小。
2.1探针法11I[al探针法采用的是叶尖放电方式,即依靠电机使外加直流电压的探针沿径向移动,当探针移向叶尖至发生放电为止,探针的行程与初始安装间隙(静态时探针到机匣内表面的距离之差即叶尖间隙。
英国RCMS4的间隙测量系统属探针类,它主要由探针、执行机构及控制器组成。
其间隙测量系统在探针上旌加高压,在执行机构的驱动下,以连续的步进逐渐伸向被测物体,当探针距被测物体只有微米量级时,发生电弧放电,控制器感受到放电后,在探针与叶尖物理接触之前,停止探针步进,并将其缩回到安全位置,同时显示叶尖间隙测量结果。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)测温 原理
• 两束强单色激光：v1, v2 v1：固定频率；v2：可调谐，假设v1>v2 • 调谐v2使v1-v2=Δv Δv ：介质内某一拉曼散射的频移值 • Δv 与 v3 相互作用，产生相干信号光束 v4=v3±(v1-v2)=v3±Δv • 第四束波的空间方向 k4 =k3 ± ( k1 - k2 )
相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)测温 CARS测温——高温火焰(1730°C)
N2分子的Q支CARS光谱 (a)实验谱 (b)计算谱 注：因氮是供气燃烧的主要组分，且在燃烧过程中保持不变，故为理想的温度指 示器。
相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)测温 EKSPLA CARS光谱仪
除了CARS光谱仪外，不同CARS应用需要搭建不同的CARS 测试结构，因此此类产品大多属于定制。
j K j
2 j j
2 4 2 j j
j Kj
j
2 4 2 j j
Kj
2 4 0c 4 N j T
h s4 j
j
j T 为引起j阶跃迁能级间的相对布居差。 其中：N为待测组分的数密度；
相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)测温 参考文献
[1] 李麦亮. 激光光谱诊断技术及其在发动机燃烧研究中的应用[D]. 国防科学技术 大学, 2004. [2] 刘正帆. 基于光纤束的相干反斯托克斯拉曼散射显微内窥成像系统研究[D]. 北 京理工大学, 2015. [3] 赵阳. 飞秒CARS在分子超快动力学与气体燃烧测温中的应用研究[D]. 哈尔滨工 业大学, 2015. [4] /doi/10.1002/9783527628148.hoc028/pdf. [5] /sites//files/Al111.pdf. [6] /channel_1044.html. [7] Roy S, Gord J R, Patnaik A K. Recent advances in coherent anti-Stokes Raman scattering spectroscopy: Fundamental developments and applications in reacting flows[J]. Progress in Energy and Combustion Science, 2010, 36(2): 280-306. [8] Bohlin A, et al. Development of two-beam femtosecond/picosecond one-dimensional rotational coherent anti-Stokes Raman spectroscopy: Time-resolved probing of flame wall interactions[J]. Proceedings of the Combustion Institute, 2015, 35(3): 3723-3730. [9] Slipchenko M N, Cheng J X. Nonlinear Raman Spectroscopy: Coherent Anti-Stokes Raman Scattering (CARS)[M]. Encyclopedia of Biophysics. Springer Berlin Heidelberg, 2013: 1744-1750.
相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)测温 概述 • 自发拉曼散射光强很弱，测量不便。 • 实验研究发现，随着激光功率的提高，由强激光电场诱导的 二次以上的高阶极化现象越来越显著。 • 产生了一些新的拉曼散射现象：受激拉曼散射、受激拉曼增 益散射与逆拉曼散射、相干斯托克斯拉曼散射与反斯托克斯 拉曼散射、拉曼诱导克尔效应等。 • 这些新的拉曼散射共同特点是信号强度大，比自发拉曼散射 光强提高109量级。 • 用相干拉曼散射进行光谱测量，发现了一些用自发拉曼散射 无法发现的光谱信息。
温度与各频率处光强呈非线性关系，光强分布(线型)还与压力、 微分散射截面以及谱线加宽、激光线宽等多种因素相关，所 以CARS信号的分析处理将是一项艰巨工作。
相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)测温 实验装置原理图
1) Nd:YAG激光器发出的532nm激光在BS1上分为两束，反射光作为CARS 泵浦光，而透射光则作为染料激光的泵浦光源。
相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)测温 概述 • 1965年，Maker和Terhune首先发现相干反斯托克斯效应 (CARS)，使CARS技术应用于高分辨分子振动光谱和温度、 浓度测试的研究。 • 气相CARS研究的一个应用是对于燃烧体系中温度和浓度的 测量。
相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)测温 原理 • CARS是一种特殊的四波混频效应。 • 特点：三束入射光波中，两束入射光的差频与待测介质的拉 曼跃迁能级间隔产生共振，从而使三次非线性电极化率得到 共振增强，并产生第四束向高频方向移动的相干波信号，频 移值正好等于介质拉曼光谱频移值。
航空发动机光学测量方法
激光多普勒(LDV)测速 相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)测温 激光诱导荧光(LIF)测温 激光散斑测量应变
激光多普勒测速 激光多普勒测速原理：用一束单色激光照射到随流体一起运 动的微粒上，测出其散射光相对入射光的频率偏移，即多普 勒频移，进而确定流速。
静止光源S发出频率为f0的单色光，入射到与被测流体一起运 动(速度为 v p )的微粒P上，经过一次多普勒效应，微粒接收到 的光频为 f f 0 (1 v p e0 / c) 经过二次多普勒效应，探测器D处接收到的散射光频为 f D f0 (1 v p (es e0 ) / c)
ห้องสมุดไป่ตู้ 相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)测温 原理
4 3 1 2 3
k4 k3 k1 k2
p p
Pump
a
CARS
s
Probe Stokes
1 3
a 21 2 1
频率为vp=v1的泵浦束和频率为vs=v2的探测束（即由泵浦束 频率与拉曼频移之差而成的斯托克斯束）借助几何匹配技 术被混频。激光通过三阶非线性极化率同介质相互作用产 生频率为va的振荡偏振，并发出CARS信号。
a 2 p s p
相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)测温 CARS相位匹配原理 • 气体：三束波按同一方向实现相位匹配作用 • 固/液体：两入射光成一定夹角入射时才可实现相位匹配
气体
固液
反斯托克斯拉曼光产生时的波矢匹配角
相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)测温 CARS信号强度与谱特征 假设气相介质的折射率为1，单色激光源、频率va的CARS信 号强度为 3 2
2) 经M1、M2反射的CARS泵浦光和染料激光在打有45度斜孔的环形反射 镜AM处会合，染料激光从中心斜孔穿过，而泵浦光则通过反射而成为一 个环形光束，染料激光位于环形光束的中心。
相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)测温 实验装置原理图
3) 通过AM调制后的两束激光，由透镜L1聚焦到测量点。在焦点附近两束 激光的重合区域即为CARS的测量区域。
振动频率范围0.3 Hz～100 kHz ±0.5 ppm Max: 4m/s
激光多普勒测速 参考文献
[1] /docs/products-and-services/generalliterature/Laser_Doppler_Anemometry_318.pdf. [2] LDV.pdf.（附件） [3] LDA.text.pdf. （附件） [4] 李秀明. 用于弹丸速度测量的激光多普勒测速技术研究[D]. 天津大学, 2014. [5] 王蒙蒙. 基于激光多普勒测速方法的聚合物熔体拉伸流动行为研究[D]. 华南理 工大学, 2013. [6] 张艳艳, 巩轲, 何淑芳, 等. 激光多普勒测速技术进展[J]. 激光與紅外, 2010, 40(11): 1157-1162. [7] . [8] http://www.elovis.de/de/produkte/produkt_2/uspeed.html. [9] /001013001/p47.html. [10] /products/sl-series/slm-series/. [11] https://www.onosokki.co.jp/CHN/hp_c/products/keisoku/soundvib/lv3800.htm. [12] /opnew5/DownloadFile/mcv5000web.pdf. [13] /us/products/speed-and-length-sensors/.
激光多普勒测速 多普勒频移为
f f D f 0 1 v p (es e0 )
多普勒频移与粒子在 es e0 方向上的投影速度成正比。
常采用差频法测量多普勒频移，即将入射光与散射光混频， 两束光“混频”产生的拍频信号的频率就是多普勒频移。
参考光束型多普勒测速 检测散射光和入射光之间的频移
f D1 f D 2 2V cos sin 2 4 4 2V sin 2
激光多普勒测速 双散射光束型多普勒测速原理
采用Bragg Cell对光频进行调制
光电探测器接收到的信号为E所 示的调制信号，信号频率即为 多普勒频移，对应于粒子速度。
激光多普勒测速 商用产品技术参数
CARS光强及介质三阶非线性极化率表达式构成了CARS技术 的理论基础，给出了将CARS信号与基本物理量相联系的途径。
相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)测温 CARS信号强度与谱特征
• 待测的燃烧产物组分特征正是根据CARS谱的特征形状 （信号强度随频率的变化）和辐射强度来测量。 • 温度信息：三阶非线性极化率正比于CARS过程所涉及的 能级间粒子数密度差，而粒子数的布居与温度密切相关， 在热力学平衡状态下，服从玻尔兹曼分布，这是CARS测 温的基础。 • 浓度信息：基于CARS信号的强度。非共振CARS信号的作 用，组分浓度在一定范围内对光谱线型有明显影响。