本發明涉及發動機葉片的關鍵參數采集和測量，公開了一種應變溫度同步測量綜合探頭系統。

背景技術：

1、航空發動機渦輪葉片長期處在高溫高壓的多場耦合極端環境下，是發動機最核心，也是航空發動機故障多發的部件之一。例如渦扇-15發動機，燃燒室出口溫度接近1700℃，渦輪工作葉片轉速達到15000rpm，表面溫度超過1000℃，同時還要承受氣動載荷、振動載荷、離心載荷、熱沖擊載荷等，平均載荷約300～400mpa。目前，航空發動機渦輪葉片面臨檢測困難的問題，尤其是如何解決溫度場及應變場的測量問題。

2、對于發動機渦輪葉片等結構來說，應變場/溫度場二者并非是獨立的關系，而是溫度和各種荷載的多重影響下的耦合疊加，因此需要綜合起來考慮，以便得到更精確的結構響應。熱-應變耦合首先是由于結構溫度場的分布不均引起結構的熱應變和熱變形，而熱應變和熱變形又會影響結構的形態繼而造成結構的受熱不均導致溫度的重新分布，如此相互影響相互作用。其中較為典型的一類是某特定結構在外界輻射邊界作用下其表面形態會發生變化，在表面形態發生變化的同時會影響結構對邊界上的輻射條件，因此二者具有相關性，不能獨立地研究某一方面，需對整體進行分析。

3、對于檢測手段而言，目前傳統的單點、單參數或峰值測量無法描述服役過程中葉片應變、溫度場穩態和瞬態分布及二者的耦合作用，而基于光學原理的非接觸測試技術則克服了接觸式測試干擾流場、破壞被測件等缺點，具有很高的研究價值。應變測量做常用的方法為數字圖像相關dic方法，其是基于數字圖像處理和計算機視覺的非接觸式、全場形貌變形光學測量方法,通過比對試樣在變形前后的數字圖像，識別預制散斑之間黑白像素體之間的相對位置差信息，從而通過相關的計算獲取所需應變信息。dic的優勢在于物體局部表面應變的可視化以及加載過程中不同時刻可定制的應變表征，可以有效測量渦輪葉片表面的變形演化。

4、輻射測溫法是基于普朗克輻射理論的一種非接觸式溫度測量方法，自輻射測溫原理提出至今，輻射測溫法已經發展成為比較成熟的測溫方法，并廣泛應用于各個領域的溫度測量。輻射測溫技術通過輻射高溫計對目標表面的熱輻射進行測量再計算其溫度，它不影響葉片溫度場分布，不受測量點數量的限制，適合高速運動目標的溫度測量，具有分辨率高、靈敏度高、響應時間段、測溫范圍廣等特點。此外，通過選擇合適的溫度測量的特征波長，基于光柵反射分光和二向色分光鏡組合分光結構對不同波段光譜傳輸效率的作用特性設計光路系統，可針對發動機渦輪葉片進行非接觸式大跨度輻射測溫。

5、對于光路的傳輸，光纖傳向束歸功于其質量小、耐高溫、可任意彎折、能有效抗振、穩定性好等特點，非常適用于航空發動機渦輪葉片高溫、高振動以及狹小的惡劣工作壞境，并且使得整個光學系統的結構更加靈活合理，能夠有效解決探頭裝配和測試難的問題。

6、然而，現有的一些非接觸式測量裝置無法滿足應變和溫度同步測量的需求，或者在類似于發動機內部極端環境的情況下無法正常工作，導致測量工作難以開展。因此，發動機渦輪葉片的測量亟需設計更加穩定和精確的測量系統及測量方案。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種應變溫度同步測量綜合探頭系統，能夠最小化延時誤差，以確保溫度采集模塊、圖像采集模塊能夠同時運作，采集同一時刻的溫度和圖像信息，實現待測物表面溫度和應變的同步測量。

2、為了實現上述技術效果，本發明采用的技術方案是：

3、一種應變溫度同步測量綜合探頭系統，包括：

4、前端探頭系統，用于伸入發動機內部進行探測，捕捉葉片表面的溫度和應變信息；

5、溫度采集模塊，用于傳輸和處理所述前端探頭系統的溫度信息；

6、圖像采集模塊，用于傳輸和處理所述前端探頭系統的圖像信息；

7、同步鎖相觸發裝置，用于同步觸發溫度采集模塊、圖像采集模塊，采集同一時刻的溫度和圖像信息。

8、進一步地，所述同步鎖相觸發裝置包括：

9、音輪結構，所述音輪結構同軸設置在發動機渦輪轉軸，所述音輪結構上設置有凸起；

10、電磁式傳感器，所述電磁式傳感器包括磁鐵和感應線圈，所述磁鐵固定安裝于航空發動上靠近所述凸起的位置；所述感應線圈用于感應磁鐵的磁路中磁通量的變化情況，并將磁通量的變化情況轉換成電信號；

11、同步基準裝置，用于接收感應線圈傳輸的電信號，并將所述電信號轉換成ttl電平信號，所述ttl電平信號用于觸發同步脈沖，使溫度采集模塊、圖像采集模塊在同一時刻觸發采集。

12、進一步地，所述前端探頭系統包括：

13、探頭鏡筒，所述探頭鏡筒用于采集待測物表面的溫度光譜和應變光譜信息，并對采集的溫度光譜和應變光譜進行整合傳輸；

14、半透半反射鏡，所述半透半反射鏡用于接收探頭鏡筒整合傳輸的溫度光譜和應變光譜信息，并將第一波段的溫度光譜信息分離導入至溫度采集模塊；

15、分束鏡，所述分束鏡用于接收通過半透半反射鏡的剩余光譜信息，分離出第二波段光譜信息和第三波段光譜信息，并將所述第二波段光譜信息和第三波段光譜信息分別導入至圖像采集模塊。

16、進一步地，所述探頭鏡筒包括殼體，所述殼體通過安裝法蘭盤固定在航空發動機靜子結構上；所述筒體內沿光譜信息傳輸路徑依次設置有第一反射鏡、第二反射鏡、前端鏡組結構。

17、進一步地，所述溫度采集模塊包括溫度光電探測器，所述溫度光電探測器通過近紅外光纖接收半透半反射鏡分離出的第一波段光譜信息，所述溫度光電探測器用于將第一波段光譜信息轉換為電信號并進行放大，采用高頻數據采集系統對放大后的電信號進行采集與處理，獲得待測物表面溫度信息。

18、進一步地，所述溫度光電探測器中，通過光闌對近紅外光纖傳輸的第一波段光譜信息進行限光后，通過準直鏡準直為平行光，然后入射至以45°角擺放的第一二向分光鏡上，獲得反射光譜i和透射光譜i，反射光譜i通過第一聚焦透鏡聚焦后再通過第一濾光片獲得工作波長為1050nm附近的測溫工作光譜i，然后入射到第一光電探測器的敏感面上，獲得對應的電信號并進入第一接收電路；所述透射光譜i經過以45°角擺放的第二二向分光鏡，獲得反射光譜ii和透射光譜ii，反射光譜ii通過第二聚焦透鏡聚焦后再通過第二濾光片獲得工作波長為1650nm附近的測溫工作光譜ii，然后入射到第二光電探測器的敏感面上，獲得對應的電信號并進入第二接收電路；所述透射光譜ii則通過第三聚焦透鏡聚焦后再通過第三濾光片獲得工作波長為2200nm附近的測溫工作光譜iii，然后入射到第三光電探測器的敏感面上，獲得對應的電信號并進入第三接收電路；測溫工作光譜i、測溫工作光譜ii、測溫工作光譜iii轉換得到的三路電信號分別通過運放電路進行運算放大處理。

19、進一步地，所述圖像采集系統包括：

20、第一光纖傳像束、第一后組鏡頭和第一高速相機；用于將分束鏡分離出的第二波段光譜信息通過第一光纖傳像束及第一后組鏡頭進入到第一高速相機進行信號處理和成像。

21、第二光纖傳像束、第二后組鏡頭和第二高速相機；用于將分束鏡分離出的第三波段光譜信息通過第二光纖傳像束及第二后組鏡頭進入到第二高速相機進行信號處理和成像。

22、進一步地，還包括頻閃光源模塊，所述頻閃光源模塊用于通過頻閃光源的脈沖激光為待測物表面提供瞬時照明。

23、與現有技術相比，本發明所具備的有益效果是：本發明利用同步鎖相觸發裝置發射同步脈沖至圖像采集模塊、溫度采集模塊，以實現同步鎖相的功能，確保多個檢測模塊能夠在同一時刻觸發，能夠最小化延時誤差，以確保溫度采集模塊、圖像采集模塊能夠同時運作，采集同一時刻的溫度和圖像信息，實現待測物表面溫度和應變的同步測量，為發動機渦輪葉片應變和溫度的同步測量提供了技術支撐。