一种针对涡轮叶片红外辐射光采集装置的制作方法

本发明属于机械结构领域，具体设计光线的调焦方法。

背景技术：

与一般测温技术相比,红外测温技术具有无需与被测物体接触,不会破坏被测物体的温度场，反应速度快,可在几毫秒内测出目标温度灵敏度高,可分辨从0.01℃的温度差，测温范围从-170℃到3200℃以上，操作简便,安全可靠,可实现实时观测等优点。因此，红外测温也被国内外企业广泛应用于工业、天文、气象、资源探测、科研、军事等领域。

红外测温系统由两大重要模块组成，分别是红外探测模块与光学模块，光学模块将被测物体表面辐射出的电磁波会聚到红外探测模块，红外探测模块再将接受到的能量转换成电信号，在通过放大电路，补偿电路以及线性处理后，在显示终端显示被测物体的温度。传统红外测温系统的光学模块由准直镜，被测物体的光辐射经准直镜聚焦并经调直盘调制后照射到红外探测模块上。

目前，我国航空发动机自主研发处于关键阶段，涡轮叶片温度的精确测量是制约高性能、高推重比发动机研发的一个技术瓶颈，解决发动机涡轮叶片温度的精确测量问题已成为当务之急。采用红外测温技术，可以实现对于发动机涡轮叶片温度的实时精确监测。在利用红外测温技术对涡轮叶片进行温度监测时，为了获得涡轮叶片整个区域的温度信息，需要对涡轮叶片上的不同区域进行逐点测量。因此，需要利用光学探头对涡轮叶片上的各点进行逐点扫描，通过改变反射镜的摆角，使得准直镜依次收集涡轮叶片上不同位置点的热辐射。在利用光学探头对涡轮叶片上各点进行逐点扫描的过程中，由于涡轮叶片的结构特点，使得涡轮叶片上不同位置的点相对于准直镜来说具有不同的物距，从而使得探测器上的像点产生离焦，进而影响辐射量的测量精度。

传统的红外测温系统中，由于准直镜片是固定不动的，一旦被测物体物距变化，被测物体辐射出的红外光准确将无法聚焦到红外探测模块中，测温精度必将受到很大影响。因此对于涡轮发动机涡轮叶片表面测温而言，研究一种可变焦的红外测温光学模块是急需的。

技术实现要素：

为了克服现有红外测温系统中存在的聚焦准直镜无法调焦的难题，本发明提供了一种应用于涡轮叶片表面温度测量的可调焦红外测温装置。

本发明技术方案为一种针对涡轮叶片红外辐射光采集装置，该装置包括：反射镜及其基座、准直镜、准直导轨、准直滑块、聚焦镜及其基座、红外光接收器，所述反射镜用于将涡轮叶片辐射出的红外光反射到测温光路中，反射镜与基座之间可活动连接以便调节反射镜的反射角度；所述准直镜固定于准直滑块上，准直滑块位于准直导轨上；所述反射镜反射的红外光线依次通过准直镜、聚焦镜后由红外光接收器采集；其特征在于所述准直滑块沿准直导轨滑动方向的左右两侧，一侧设置动力装置及与准直导轨的啮合装置，另一侧设置承重；所述列啮合装置为准直滑块上动力装置的齿轮、准直导轨上的齿条；所述承重为刚性小球；所述准直导轨用于刚性小球滑动的一侧高度低于另一侧。

进一步的，所述准直导轨上设置有多个位置检测点，用于准直滑块的位置检测和校正。

进一步的，所述的反射镜由石英制成，反射面镀有金属铂，镜片直径为10mm；所述的准直镜由氟化钙材料制成，直径为30mm；所述的聚焦镜材料为硒化锌，直径为30mm；测量时反射镜与涡轮叶片距离为100mm。

本发明为一种针对涡轮叶片红外辐射光采集装置，通过反射镜采集涡轮叶片表面的红外辐射光，通过准直镜准直，再通过聚焦镜最后由接收器采集，准直镜设置于准直滑块上，准直滑块设置于准直导轨上，准直滑块和准直导轨之间采用刚性小球来实现滑动连接，通过齿轮和齿条的啮合实现准直滑块的精确移动，为了是准直滑块的移动距离更加精确，在准直导轨上设置位置检测点，用于准直滑块的位置检测和校正；从而本发明具有涡轮叶片红外辐射光线采集相应，聚焦精度高的优点。

附图说明

图1为涡轮叶片测温系统可变焦光学模块示意图。

图2为可变焦红外测温光学模块的整体示意图。

图3为准直镜导轨基座与准直镜移动滑块的示意图。

图4为采用可变焦红外测温系统对涡轮叶片测温时的示意图。

图中：1.反射镜，2.测量基座，3.准直镜，4.准直镜导轨基座，5.准直镜移动滑块，6.聚焦镜，7.红外光接收器，8.位置检测点，9.动力装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步地介绍。

所述的反射镜由石英制成，反射面镀有金属铂，镜片直径为10mm，由主控制中心调节偏转角度，用于将涡轮叶片辐射出的红外光反射到测温光路中。

所述的测量基座用于对反射镜与红外光探测器的固定。

所述的准直镜由氟化钙材料制成，直径为30mm，用于对反射镜反射回来的红外光变为平行光，将涡轮叶片辐射出的红外光准确聚焦在红外探测器中。如图4所示，当反射镜偏转角度改变，涡轮叶片上不同位置的点辐射出的辐射能被反射到光路中，由于叶片上不同位置的点相对于准直镜来说具有不同的物距，而本发明中的像距保持不变，为了使反射镜偏转后所对应的测温点的辐射能能够被聚焦到红外探测器中，准直镜需要随着反射镜偏转移动相应距离以保证物距不变。本实施例涡轮叶片长为100mm，反射镜与涡轮叶片距离为100mm，反射镜垂直于涡轮叶片叶尖上方，当反射镜偏转，测温点从涡轮叶尖移动到叶根，物距变化42mm左右，为了保证物距不变，准直镜需要左移42mm，使得涡轮叶片叶根上的测温点发出的辐射能能够被聚焦到探测器中。

所述的准直镜导轨基座用于将准直镜固定在红外光通过光路中，并确定准直镜移动方向。

所述的准直镜移动滑块用于带动准直镜在准直镜导轨基座上移动以实现调焦。如图2所示，所述的准直镜移动滑块与准直镜导轨基座之间不用中间介质，而用更加适用与高速运动，摩擦系数小、灵敏度高的滚动钢球，准直镜移动滑块移动时，钢球就在准直镜移动滑块与准直镜导轨之间滚动，把导轨与滑块的磨损量分摊到各个钢球上，从而延长导轨与滑块的使用寿命。

所述的聚焦镜为硒化锌制成，直径为30mm，焦距为60mm，用于将通过准直镜的平行光聚焦到红外探测器中。

所述的红外光探测器用于将涡轮叶片辐射出的红外光转化为电信号。

技术特征：

技术总结
该发明公开了一种针对涡轮叶片红外辐射光采集装置，属于机械结构领域，具体设计光线的调焦方法。通过反射镜采集涡轮叶片表面的红外辐射光，通过准直镜准直，再通过聚焦镜最后由接收器采集，准直镜设置于准直滑块上，准直滑块设置于准直导轨上，准直滑块和准直导轨之间采用刚性小球来实现滑动连接，通过齿轮和齿条的啮合实现准直滑块的精确移动，为了是准直滑块的移动距离更加精确，在准直导轨上设置位置检测点，用于准直滑块的位置检测和校正；从而本发明具有涡轮叶片红外辐射光线采集相应，聚焦精度高的优点。

技术研发人员：王超;杨洋;姜晶;胡俊;张晨贵;王飞;段英;张泽展;苟学科;王跃明;耿慧远
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：2017.06.30
技术公布日：2017.11.03