本发明涉及精密测量，尤其涉及一种航空发动机叶顶叶尖形貌及间隙精密测量方法及装置。
背景技术：
1、高压涡轮作为航空发动机核心部件，其性能直接影响发动机耗油率。为了降低飞行任务循环中涡轮性能对涡轮动叶叶尖间隙的敏感性，降低泄漏流量，提高涡轮效率，国外在高压涡轮动叶叶尖设计时通常采用肋尖、隔板、小翼等低损失结构，减小叶顶间隙流通面积，从而降低泄漏流量，提高效率，因此复杂构型叶片在航空发动机运转过程中的叶顶真实形貌及动态间隙分布是验证叶片设计效果的关键数据之一。当前航空发动机叶片间隙动态测试技术，主要依靠电容或者电涡流原理实现，其传感器频率响应通常在230khz，仅能实现叶尖平均间隙测量，无法获得叶顶动态形貌。
2、原因如下：（1）由于电子学传感器单次测量时长约为4微秒，对于典型线速度为500m/s的高速旋转叶片而言，其单次测量过程中叶顶已转动约2mm，因此，单个测量值实际为叶顶2mm范围的间隙平均值，即存在动态模糊效应；（2）由于典型叶顶宽度仅为10mm，因此叶片旋转扫过电子学传感器，仅能捕获4-5个测量值，无法精准描述叶顶间隙分布。
3、综上，现有电子学技术主要适用于以压气机叶片为代表的简单叶顶形貌的叶片间隙测量，而对于以高压涡轮叶片为代表的复杂叶顶叶尖形貌与间隙精确测量无能为力。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种航空发动机叶顶叶尖形貌及间隙精密测量方法及装置，具有克服动态模糊效应，高精度的优点。
2、为实现上述目的，本发明提供一种航空发动机叶顶叶尖形貌及间隙精密测量方法，用于获得，通过，获得瞬时间隙值；其中，为激光往返探头端面至待测目标的飞行时间，为光速；所述方法包括：步骤s1，向待测目标发射激光，获取信号光以及参考光并混合，构建混合干涉光场表达；步骤s2，获取混合干涉光场的相干函数表达；步骤s3，对混合干涉光场的相干函数进行傅里叶变换，获取混合干涉光场的功率谱密度函数表达；步骤s4，基于功率谱密度函数，将混合干涉光场放大后，进行光电转化，得到频域下微波功率谱密度函数表达；步骤s5，对实际混合干涉光场进行光电转化，获得混合干涉微波场；并且获取混合干涉微波场的时域下微波功率谱密度函数，再转化为频域下微波功率谱密度函数，获得和。
3、优选地，所述步骤s1中包括：基于，任意时刻t下的混合干涉光场表达：
4、
5、其中，为t时刻下任意点下的混合干涉光场，q代表物理上任意一点仅作为指示含义；为t时刻下的参考光光场；为（时刻下的信号光光场。
6、优选地，所述步骤s2包括：通过相干度公式，获取混合干涉光场的相干函数表达式：
7、
8、其中，为混合干涉光场的互相干函数；代表系综平均；为参考光光场的自相干函数；为信号光光场的自相干函数；为参考光的互相干函数；为信号光的互相干函数；为共轭算子；为任意时延带来的相位变化。
9、优选地，所述步骤s3中，混合干涉光场的功率谱密度函数为：
10、
11、其中，为参考光光场的功率谱密度函数，为信号光光场的功率谱密度函数，为取实部运算，为参考光光场和信号光光场的互相关作用下的功率谱密度分量。
12、优选地，所述步骤s4中，进行光电转换，微波功率谱密度函数表示为：
13、
14、
15、
16、
17、其中，为探测器响应系数，p为常数项，q为常数项，{}为卷积运算。
18、优选地，所述步骤s5包括，步骤s51，对实际混合干涉光场进行光电转换，获得混合干涉微波场；对其时域信号进行adc采集，获得时域下微波功率谱密度函数；步骤s52，对时域下微波功率谱密度函数进行啁啾z变换至频域数据，通过低通滤波后获得频域下微波功率谱密度函数；步骤s53，对频域下微波功率谱密度函数进行逆傅里叶变换，并对其峰值进行拟合，获得；步骤s54，瞬时间隙值为：。
19、一种航空发动机叶顶叶尖形貌及间隙精密测量装置，用于实现前述的一种航空发动机叶顶叶尖形貌及间隙精密测量方法，所述装置用于对待测目标的间隙，发动机机匣内的发动机叶片的间隙，进行相应的测量，所述装置包括：飞秒激光器，用于发射激光；光环形器，与飞秒激光器连接，接收来自飞秒激光器的激光，并传输给其他部件；耐高温光纤探头，一端通过传输光纤与光环形器连接，另一端与待测目标连接；接收来自光环形器的激光，并向待测目标发射；耐高温光纤探头获取待测目标发射的信号光与自身产生的参考光，并混合产生混合干涉光场；所述耐高温光纤探头将混合干涉光场通过传输光纤传输至光环形器；运算模块，所述运算模块与光环形器连接，接收来自光环形器的混合干涉光场，以及对其时域信号进行adc采集，并进行处理，得到待测目标的瞬时间隙值。
20、优选地，所述光环形器，包括：第一端口，与飞秒激光器连接，接收来自飞秒激光器的激光；第二端口，与第一端口连接，以及通过传输光纤与耐高温光纤探头连接；以及第三端口，分别与第一端口、第二端口以及运算模块连接。
21、优选地，在混合干涉光场形成后，所述耐高温光纤探头通过传输光纤将混合干涉光场传输至第二端口，第二端口向第三端口传输混合干涉光场，第三端口接收到混合干涉光场后，将混合干涉光场发送至运算模块。
22、优选地，所述运算模块包括：光纤放大器，与第三端口连接，接收混合干涉光场，对其进行放大处理；光电探测器，与光纤放大器连接，接收来自光纤放大器的放大后混合干涉光场，进行光电转换，获取混合干涉光场的微波功率谱密度函数；频率解调器，与光电探测器连接，接收微波功率谱密度函数，对其进行处理；计算机，与频率解调器连接，对其时域信号进行adc采集，并将时域下功率谱密度函数转化为频域下微波功率谱密度函数，进而获得瞬时间隙值。
23、综上所述，与现有技术相比，本发明提供的一种航空发动机叶顶叶尖形貌及间隙精密测量方法及装置，具有如下有益效果：
24、第一，本发明采用飞秒激光作为探测激光，将叶尖受感时长从微秒级缩短至亚皮秒级，从原理上克服叶片高速旋转带来的动态模糊效应。
25、第二，本发明采用光－微波实时映射方法实现干涉信号解调，将测量频响从百khz级提高到百mhz级，实现叶顶高空间分辨精密测量。
26、第三，本发明将大幅提升间隙测量的测量精度与空间分辨率，从而掌握复杂叶顶构型的叶片在真实工况下的叶尖形貌与间隙高精度数据。
1.一种航空发动机叶顶叶尖形貌及间隙精密测量方法，其特征在于，用于获得，通过，获得瞬时间隙值；其中，为激光往返探头端面至待测目标的飞行时间，为光速；所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种航空发动机叶顶叶尖形貌及间隙精密测量方法，其特征在于，所述步骤s1中包括：基于，任意时刻t下的混合干涉光场表达为：
3.根据权利要求2所述的一种航空发动机叶顶叶尖形貌及间隙精密测量方法，其特征在于，所述步骤s2包括：通过相干度公式，获取混合干涉光场的相干函数表达为：
4.根据权利要求3所述的一种航空发动机叶顶叶尖形貌及间隙精密测量方法，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的一种航空发动机叶顶叶尖形貌及间隙精密测量方法，其特征在于，所述步骤s4中，进行光电转换，频域下微波功率谱密度函数表示为：
6.根据权利要求5述的一种航空发动机叶顶叶尖形貌及间隙精密测量方法，其特征在于，所述步骤s5包括，
7.一种航空发动机叶顶叶尖形貌及间隙精密测量装置，其特征在于，用于实现权利要求1~6任一所述的一种航空发动机叶顶叶尖形貌及间隙精密测量方法，所述装置用于对发动机机匣（9）内的发动机叶片（10）的间隙进行相应的测量，所述装置包括：
8.根据权利要求7所述的一种航空发动机叶顶叶尖形貌及间隙精密测量装置，其特征在于，所述光环形器（2），包括：
9.根据权利要求8所述的一种航空发动机叶顶叶尖形貌及间隙精密测量装置，其特征在于，在混合干涉光场形成后，所述耐高温光纤探头（4）通过传输光纤（3）将混合干涉光场传输至第二端口（22），第二端口（22）向第三端口（23）传输混合干涉光场，第三端口（23）接收到混合干涉光场后，将混合干涉光场发送至运算模块。
10.根据权利要求9所述的一种航空发动机叶顶叶尖形貌及间隙精密测量装置，其特征在于，所述运算模块包括：