CN102272567A - 测量旋转轴扭曲的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用激光束和偏振滤镜测量旋转轴的扭曲。测量装置包括：激光束发生器(27)，两个紧固到所述轴(25)并相互分开的偏振滤镜(29，31)，和在激光束经过两个滤镜之后接收激光束的激光辐射接收器(33)。

Description

测量旋转轴扭曲的装置
技术领域
本发明涉及测量旋转轴的扭曲，其更具体地涉及一种装置，所述装置轻质且精确，并可直接测量所述旋转轴的扭曲，且有利地可由此得出其传送的扭矩。其中，本发明可连续监测所述扭曲的值是否保持在临界值之下，若超出所述临界值，则可能出现断裂。本发明特别适于测量飞机涡轮喷气发动机中的风扇轴的扭曲，然而其原理也可应用于其他推进系统，特别是应用于具有两个逆时针旋转(contrarotating)螺旋桨的涡轮喷气发动机。
背景技术
在旁置涡轮喷气发动机(bypass turbojet)中，不存在直接测量用于驱动风扇的“低压”轴扭曲的装置。然而，这样的信息将会是有用的，不仅可用于监测涡轮喷气发动机的操作，而且可用作预测故障的着手点。
这样的涡轮喷气发动机通常装配有用于测量由涡轮所传输扭矩的机械装置。
这种装置笨重而且不很精确。
文献WO 2004/067215也是已知的，其描述用于测量轴扭曲的电磁机构。
发明内容
本发明提供一种用于测量此种轴的扭曲的光学装置。
更具体地，本发明提供一种用于测量一旋转轴、特别是一驱动轴扭曲的装置，该装置包括：激光束发生器，两个紧固到所述轴并相互分开的偏振滤镜，和激光辐射接收器，所述发生器被安装而使得其发射的激光束经过两个滤镜，所述接收器被安装以在所述束经过两个所述滤镜之后接收所述束，所述装置的特征在于，反射系统安装在这样的滤镜附近，以将已经经过所述滤镜的所述束反射并使所述束平行于其自身地朝向所述接收器返回，所述反射系统包括45°截锥镜。
在有利实施例中，所述两个滤镜安装在所述轴自身上而处于其两端中的各端附近。当轴中空时，两个滤镜有利地均安装在轴内。
根据另一有利特征，所述发生器和所述接收器被布置为垂直于所述轴的旋转轴线并处于所述轴的两侧上，该布置方式使得所述发生器和所述接收器的光学轴线对准。然而，由所述轴承载的另一45°截锥镜被置于所述发射器与所述接收器之间。
根据另一有利特征，所述滤镜之一包括环，所述环中的偏振区域和非偏振区域交替以获得体现出测量值和基准值的周期性连续的偏振。
这提供一种测量系统的连续校准。
附图说明
通过以下仅利用示例性方式并参照附图给出的对根据本发明原理用于测量旋转轴扭曲的装置的描述，本发明可被更好地理解，而且本发明的其他优点将显得更清楚，其中：
图1是装配有根据本发明的扭曲测量装置的旁路涡轮喷气发动机的半视纵截面的整体示意图；
图2是以更大比例显示出所述装置的上游部分的局部图；
图3是以更大比例显示出所述装置的下游部分的示意图；
图4是显示出基准值测量的示意图；和
图5是显示出体现轴扭曲的值的测量的示意图。
具体实施方式
参见图1至3可见，飞机旁路涡轮喷气发动机11的主要子组件从上游至下游包括：风扇13，低压压缩机15，高压压缩机16，燃烧室19，高压涡轮21，和低压涡轮23。低压涡轮连接到中空轴向轴25，轴25具有轴线X并用于驱动风扇13的转子。
所有这些元件都是公知的，不进行更详细描述。
本发明的主要目的在于，连续测量轴25的扭曲角度。在所述实施例中，此轴呈现出大致管状结构，其有利于将根据本发明的测量装置的部件置入。
所述装置包括：激光束发射器27，第一偏振滤镜29，第二偏振滤镜31，和光电电池类型的激光辐射接收器33。两个滤镜均紧固到轴25上。滤镜被布置以使激光束经它们穿过。所述束首先经过的第一滤镜29位于接近所述轴的上游端(在风扇旁边)，而第二个被经过的第二滤镜31位于接近所述轴的下游端(在高压涡轮旁边)。
通常，根据本发明，发生器27被安装为使得激光束经过两个滤镜，而接收器33被安装为在所述束经过两个滤镜之后接收所述束。
而且，在此实例中，在下游，反射系统35安装在一个滤镜(在此为第二滤镜31)附近，以反射已经经过所述滤镜的所述束并使所述束平行于其自身地朝向所述接收器33返回。所述装置的此部分在图3中可见。更准确地，所述第二偏振滤镜31和反射系统35布置在被安装于轴25内的公共支撑部39上，接近于下游端，即，在涡轮23旁边。此支撑部39从上游至下游沿轴向布置，并承载所述第二偏振滤镜31和相对于旋转轴线X成45°角的截锥镜。结果，在与旋转轴线X分开一距离d处经过一第一时间穿过偏振滤镜31的激光束F被反射两次，并沿相对于旋转轴线X对称的方向平行于其自身地返回。
在轴25的上游端旁边，激光束发生器27和接收器33被布置为垂直于所述轴的旋转轴线X而相互面对并处于所述轴的两侧上。因而它们的光学轴线成一直线；由轴25沿轴向承载的另一45°截锥镜43被置于所述发射器与所述接收器之间。在轴的此上游端附近，支撑部45被限制随其一同旋转，并从上游至下游承载此截锥镜43和所述第一偏振滤镜29。
这种布置使得由发生器发射的平行于轴线X的激光束F能够朝向第一偏振滤镜29被导引，并使得所述束能够在经过一第二时间穿过第一偏振滤镜29之后被反射而朝向所述接收器33返回。
透明屏46从轴的上游沿横向设置，以避免油雾逸出而部分地污染设备。
在发生器27与镜43之间，并在镜43与接收器33之间，激光束经过在风扇盘中加工出的孔49。
根据本发明的另一有利特征，滤镜中的一个(在此具体为第一滤镜29)包括一个环，在该环中，偏振区域51和非偏振区域52交替，由此可获得分别体现出测量值和基准值的周期性连续的偏振。
参照图4和5阐释操作。
发生器发射垂直于旋转轴线的束，所述束被朝向截锥镜43导引。因而所述束平行于轴线X而返回。此束经过一第一时间穿过位于上游的所述第一滤镜29，然后穿过位于下游的所述第二滤镜31。所述束通过截锥镜35被反射两次，并平行于其自身返回。所述束再次经过所述第二滤镜31并最终经过第一滤镜29，然后最后一次朝向接收器33返回。所述第一滤镜具有四个扇区51、52，每个扇区占据90°并具有以下偏振：
竖直偏振；
无偏振；
水平偏振；和
无偏振。
以I0作为由发生器27发射的激光束的强度。当轴25相对于所述束的角度位置如图4中所示时(没有由于第一滤镜所致的衰减)，由接收器33测得的强度值构成不大于I0/2的基准值。
当轴25相对于束F的角度位置如图5中所示时，测得的强度值是基准值和扭曲角度θ的函数。
接收器33因而发射可变的信号。此信号的最小/最大比率表示为sin2(2θ)。于是获得扭曲θ的直接测量值。而且，此信号的频率表示轴的速度。已知速度和扭曲(由此的扭矩)，则可以在所有时间获知由轴传送的机械力。

Claims (8)

1.一种用于测量一旋转轴(25)，特别是一驱动轴的扭曲的装置，该装置包括：激光束发生器(27)，两个紧固到所述轴并相互分开的偏振滤镜(29，31)，和激光辐射接收器(33)，所述发生器的安装使得其发射的激光束经过两个滤镜，所述接收器安装为在所述束经过两个所述滤镜之后接收所述束，其特征在于，
一反射系统(35)安装在这样的滤镜(31)的附近，以将已经穿过所述滤镜的所述束反射并使所述束平行于其自身地朝向所述接收器返回，所述反射系统包括45°截锥镜(35)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述两个滤镜(29，31)安装在所述轴(25)上而处于其两端中各端的附近。
3.根据任一前述权利要求所述的装置，其特征在于，所述发生器(27)和所述接收器(33)布置为垂直于所述轴(25)的旋转轴线(X)而相互面对并处于所述轴的两侧上，该布置方式使得所述发生器(27)和所述接收器(33)的光学轴线成一直线；由所述轴承载的另一45°截锥镜(43)被置于所述发射器(27)与所述接收器(33)之间。
4.根据任一前述权利要求所述的装置，其特征在于，所述滤镜(29)中的一个包括一环，在所述环中，偏振区域(51)和非偏振区域(52)交替以获得分别表示测量值和基准值的周期性连续的偏振。
5.根据任一前述权利要求所述的装置，其特征在于，所述轴(25)是中空的，所述轴容纳所述滤镜(29，31)。
6.根据权利要求1和5所述的装置，其特征在于，所述轴容纳所述反射系统(35)。
7.根据权利要求3和5所述的装置，其特征在于，所述轴容纳所述另一截锥镜(43)。
8.根据任一前述权利要求所述的装置，其特征在于，其与飞机涡轮喷气发动机中的风扇轴(25)相连。
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