CN114858755A - 一种航空发动机涂层变频原位激光检测系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种航空发动机涂层变频原位激光检测系统，属于航空发动机涂层检测技术领域，具体包括分体式的主机和探头，主机和探头通过光纤束连接，主机上包括电源模块、计算机、激光器和光学模块，电源模块为整个系统供电，计算机为控制整个系统，激光器为产生探测用的激光光源并与光学模块连接，光学模块为接收激光器的激光并对激光进行调制，调制后的激光通过光纤束传递至探头；探头包括相连接的变频模块和光学干涉模块，变频模块接收光纤束传递的激光并产生不同频率的瞬态光栅；光学干涉模块接收瞬态光栅，发射探测光信号辐照涂层，并接收涂层衍射回来的探测光进行干涉探测。本申请提高了测试灵敏度和使用便捷性。

Description

一种航空发动机涂层变频原位激光检测系统

技术领域

本申请涉及航空发动机涂层检测技术领域，尤其涉及一种航空发动机涂层变频原位激光检测系统。

背景技术

航空发动机涂层是提升航空发动机性能，增强发动机运行的可靠性和稳定性的重要手段。测量并掌握航空发动机在整机试验过程或服役过程中涂层材料的状态，对于航空发动机的维护保养有着重要意义。

当前航空发动机涂层损伤检测方法主要为离线式检测，即需要对测试对象进行拆卸，借助实验室仪器设备对其损伤状态的检测。离线检测耗时长，成本较高，不利于战机现场快速检测、维护、重新形成战斗力，并逐渐成为制约战机在远离后方保障基地的远洋环境和外场环境的部署和维护的关键因素之一。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种航空发动机涂层变频原位激光检测系统，用于解决现有技术中的发动机涂层检测需要拆解，并依赖实验室大型设备，外场检测难的问题，本系统属于集成式运输方便、可应用于外场环境、操作简单、测试灵敏度高及测试结果准确的手持式发动机涂层外场在线检测的集成化一体测试装置。

本申请实施例提供一种航空发动机涂层变频原位激光检测系统，包括分体式的主机和探头，所述主机和所述探头通过光纤束连接，所述主机上包括电源模块、计算机、激光器和光学模块，所述电源模块被配置为整个系统供电，所述计算机被配置为控制整个系统，所述激光器被配置为产生探测用的激光光源并与光学模块连接，所述光学模块被配置为接收所述激光器的激光并对所述激光进行调制，调制后的激光通过所述光纤束传递至所述探头；

所述探头包括相连接的变频模块和光学干涉模块，所述变频模块被配置为接收所述光纤束传递的激光并产生不同频率的瞬态光栅；所述光学干涉模块被配置为接收所述瞬态光栅，发射探测光信号辐照涂层，并接收涂层衍射回来的探测光进行干涉探测。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述变频模块包括分光棱镜、第一反射镜、第二反射镜和聚焦透镜，所述分光棱镜的第一侧面与所述光纤束相对设置，所述分光棱镜的第二侧面和第三侧面分别与所述第一反射镜和所述第二反射镜相对设置，所述分光棱镜的第四侧面与所述聚焦透镜相对设置，所述聚焦透镜背向所述分光棱镜的一侧与所述光学干涉模块相对设置。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述第一反射镜的中心线和所述第二反射镜的中心线之间的夹角可调。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述光学干涉模块包括沿光路水平方向依次设置的掩膜、第一滤片、4f系统，经过所述4f系统的一侧光路上设有可调衰减片，经过所述4f系统的另一侧光路上设有第一半反半透镜，所述涂层位于所述可调衰减片和所述第一半反半透镜背向所述4f系统的一侧；在所述第一半反半透镜的反射光光路上设有第二半反半透镜，在所述第二半反半透镜的透射光光路上依次设有第二滤片和第一光电探测器，在所述第二半反半透镜的反射光光路上设有第三反射镜，在所述第三反射镜的反射光光路上依次设有第三滤片和第二光电探测器，所述第一光电探测器和所述第二光电探测器与所述计算机连接。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述主机上还包括移动部件，所述移动部件被配置为所述主机的底盘，所述电源模块、计算机、激光器和光学模块均设置在所述移动部件上。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述移动部件设置为运输车。

有益效果

本申请实施例中的航空发动机涂层变频原位激光检测系统，将测试系统主机集成在运输车上，便于外场快速移动、部署、使用；将测试系统主机和探头分离采用光纤连接，探头可手持，操作简单，使用方便；采用先进激光光谱测试技术，非接触检测，反应灵敏，测试精度高。

本申请的航空发动机涂层变频原位激光检测系统设置为模块化集成激光测试系统，可实现外场非接触测量，系统反应灵敏、测试精度高、结构紧凑、方便运输、使用简单快捷，实现航空发动机涂层外场快速准确检测。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为根据本发明一实施例的航空发动机涂层变频原位激光检测系统的结构示意图；

图2为根据本发明一实施例的变频模块的结构示意图；

图3为根据本发明一实施例的光学干涉模块的结构示意图。

图中：1、主机；2、探头；2-1、变频模块；2-1-1、第一反射镜；2-1-2、第二反射镜；2-1-3、分光棱镜；2-1-4、聚焦透镜；2-2、光学干涉模块；2-2-1、掩膜；2-2-2、第一滤片；2-2-3、4f系统；2-2-4、可调衰减片；2-2-5、第一半反半透镜；2-2-6、第二半反半透镜；2-2-7、第二滤片；2-2-8、第一光电探测器；2-2-9、第三反射镜；2-2-10、第三滤片；2-2-11、第二光电探测器；3、运输车；4、电源模块；5、计算机；6、激光器；7、光学模块；8、光纤束；9、涂层。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

本申请实施例提供了一种航空发动机涂层变频原位激光检测系统，采用先进激光测试技术，并集成测试系统，该系统操作人员可以手持对在服役状态的发动机涂层材料进行原位检测，为发动机在线维护保养提供手段支持，下面参照图1至图3进行详细描述。

参照图1，本实施例提供的航空发动机涂层变频原位激光检测系统，包括分体式的主机1和探头2，主机1和探头2通过光纤束8连接，主机1上包括电源模块4、计算机5、激光器6和光学模块7，电源模块4被配置为整个系统供电，计算机5被配置为控制整个系统，激光器6被配置为产生探测用的激光光源并与光学模块7连接，光学模块7被配置为接收激光器6的激光并对激光进行调制，调制后的激光通过光纤束8传递至探头2；探头2包括相连接的变频模块2-1和光学干涉模块2-2，变频模块2-1被配置为接收光纤束8传递的激光并产生不同频率的瞬态光栅；光学干涉模块2-2被配置为接收瞬态光栅，发射探测光信号辐照涂层9，并接收涂层9衍射回来的探测光进行干涉探测。

在使用过程中，探头2将主机1提供的光信号调制成检测光辐照在涂层9表面上，并同时接受从涂层9衍射回来的光信号，通过光纤束8传递给主机1进行信号处理，得到涂层9的结构状态。

在上述实施例中，将测试系统的主机1和探头2分离采用光纤连接，探头2可手持，操作简单，使用方便；采用先进激光光谱测试技术，非接触检测，具有反应灵敏，测试精度高的优点。

变频模块2-1用来产生不同频率的瞬态光栅，在本实施例中对变频模块2-1作进一步限定，参照图2，变频模块2-1包括分光棱镜2-1-3、第一反射镜2-1-1、第二反射镜2-1-2和聚焦透镜2-1-4，分光棱镜2-1-3的第一侧面与光纤束8相对设置，分光棱镜2-1-3的第二侧面和第三侧面分别与第一反射镜2-1-1和第二反射镜2-1-2相对设置，分光棱镜2-1-3的第四侧面与聚焦透镜2-1-4相对设置，聚焦透镜2-1-4背向分光棱镜2-1-3的一侧与光学干涉模块2-2相对设置。在本实施例中，分光棱镜2-1-3接收来自光纤束8的激光，并通过自身的分光作用，将激光分别传递给第一反射镜2-1-1和第二反射镜2-1-2，两束激光通过第一反射镜2-1-1和第二反射镜2-1-2后产生的反射光反射回分光棱镜2-1-3，并产生干涉光得到瞬态光栅，瞬态光栅通过聚焦透镜2-1-4聚焦后传递给光学干涉模块2-2。

进一步的，第一反射镜2-1-1的中心线和第二反射镜2-1-2的中心线之间的夹角可调。即第一反射镜2-1-1和第二反射镜2-1-2之间的夹角可调，通过调节两个反射镜之间的角度，来控制干涉光夹角，可以得到不同频率的瞬态光栅，频率越高检测的精度和灵敏度越高，通过图层尺寸合理选择瞬态光栅频率。

在另一个实施例中，对光学干涉模块2-2作进一步描述，参照图3，光学干涉模块2-2用于将发射探测光信号辐照涂层9并接受衍射的探测信号，并将涂层9衍射回来的探测光进行干涉探测。具体的，光学干涉模块2-2包括沿光路水平方向依次设置的掩膜2-2-1、第一滤片2-2-2、4f系统2-2-3，经过4f系统2-2-3的一侧光路上设有可调衰减片2-2-4，经过4f系统2-2-3的另一侧光路上设有第一半反半透镜2-2-5，涂层9位于可调衰减片2-2-4和第一半反半透镜2-2-5背向4f系统2-2-3的一侧；在第一半反半透镜2-2-5的反射光光路上设有第二半反半透镜2-2-6，在第二半反半透镜2-2-6的透射光光路上依次设有第二滤片2-2-7和第一光电探测器2-2-8，在第二半反半透镜2-2-6的反射光光路上设有第三反射镜2-2-9，在第三反射镜2-2-9的反射光光路上依次设有第三滤片10和第二光电探测器2-2-11，第一光电探测器2-2-8和第二光电探测器2-2-11与计算机连接。

在上述实施例中，变频模块2-1产生的激光束通过掩膜2-2-1和第一虑片2-2-2后将激光分成两束，激光经过4f系统2-2-3调试，以及可调衰减片2-2-4对多余光进行衰减后通过第一半反半透镜2-2-5，一部分光传递给第二半反半透镜2-2-6，一部分光辐照在涂层9上产生瞬态光栅，瞬态光栅通过第一半反半透镜2-2-5传递给第二半反半透镜2-2-6，瞬态光栅形成的衍射光经过第二半反半透镜2-2-6后与参考光发生干涉，第二半反半透镜2-2-6将干涉光中的一路通过第二滤片2-2-7传递给第一光电探测器2-2-8，另一路通过第三反射镜2-2-9和第三滤片2-2-10传递给第二光电探测器2-2-11，第一光电探测器2-2-8和第二光电探测器2-2-11将受到的信号传递给计算机5，通过计算机5程序将光信号转化为涂层结构状态，进而高效、便捷、准确地在外场实现发动机涂层的非接触在线精确检测。

为了使整个系统移动方便，主机1上还包括移动部件，移动部件被配置为主机1的底盘，电源模块4、计算机5、激光器6和光学模块7均设置在移动部件上。

更进一步的，移动部件设置为运输车3，将测试系统主机1集成在运输车3上，便于外场快速移动、部署、使用。

本发明提供的实施例，航空发动机涂层变频原位激光检测系统中采用激光瞬态光栅的方法对涂层进行检测，激光瞬态光栅光谱技术通过两束激光干涉在结构表面形成周期为微米量级的光栅，由于热弹机制作用，材料表面形成与激光光栅相对应的“热栅”—即瞬态光栅，产生高频声场并向材料内部传播。如果发动机涂层的表面形貌、材料缺陷、层间以及应力发生改变，会导致瞬态光栅及其产生的声场发生改变，通过探测瞬态光栅的衍射光谱的改变可实现对涂层结构状态检测。激光瞬态光栅光谱技术的空间分辨率与形成的瞬态光栅的周期相当，可对航空发动机涂层实现微米尺度的高灵敏、非接触在线检测。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种航空发动机涂层变频原位激光检测系统，其特征在于，包括分体式的主机和探头，所述主机和所述探头通过光纤束连接，所述主机上包括电源模块、计算机、激光器和光学模块，所述电源模块被配置为整个系统供电，所述计算机被配置为控制整个系统，所述激光器被配置为产生探测用的激光光源并与光学模块连接，所述光学模块被配置为接收所述激光器的激光并对所述激光进行调制，调制后的激光通过所述光纤束传递至所述探头；

所述探头包括相连接的变频模块和光学干涉模块，所述变频模块被配置为接收所述光纤束传递的激光并产生不同频率的瞬态光栅；所述光学干涉模块被配置为接收所述瞬态光栅，发射探测光信号辐照涂层，并接收涂层衍射回来的探测光进行干涉探测。

2.根据权利要求1所述的航空发动机涂层变频原位激光检测系统，其特征在于，所述变频模块包括分光棱镜、第一反射镜、第二反射镜和聚焦透镜，所述分光棱镜的第一侧面与所述光纤束相对设置，所述分光棱镜的第二侧面和第三侧面分别与所述第一反射镜和所述第二反射镜相对设置，所述分光棱镜的第四侧面与所述聚焦透镜相对设置，所述聚焦透镜背向所述分光棱镜的一侧与所述光学干涉模块相对设置。

3.根据权利要求2所述的航空发动机涂层变频原位激光检测系统，其特征在于，所述第一反射镜的中心线和所述第二反射镜的中心线之间的夹角可调。

4.根据权利要求1所述的航空发动机涂层变频原位激光检测系统，其特征在于，所述光学干涉模块包括沿光路水平方向依次设置的掩膜、第一滤片、4f系统，经过所述4f系统的一侧光路上设有可调衰减片，经过所述4f系统的另一侧光路上设有第一半反半透镜，所述涂层位于所述可调衰减片和所述第一半反半透镜背向所述4f系统的一侧；在所述第一半反半透镜的反射光光路上设有第二半反半透镜，在所述第二半反半透镜的透射光光路上依次设有第二滤片和第一光电探测器，在所述第二半反半透镜的反射光光路上设有第三反射镜，在所述第三反射镜的反射光光路上依次设有第三滤片和第二光电探测器，所述第一光电探测器和所述第二光电探测器与所述计算机连接。

5.根据权利要求1所述的航空发动机涂层变频原位激光检测系统，其特征在于，所述主机上还包括移动部件，所述移动部件被配置为所述主机的底盘，所述电源模块、计算机、激光器和光学模块均设置在所述移动部件上。

6.根据权利要求5所述的航空发动机涂层变频原位激光检测系统，其特征在于，所述移动部件设置为运输车。

Images