專利名稱：直升機旋翼共錐度測量光學裝置的制作方法
技術領域：
一種直升機旋翼共錐度測量光學裝置，屬于光電測量技術領域。
背景技術：
直升機旋翼共錐度測量是直升機旋翼動平衡試驗中的重要組成部分，是考核直升機旋翼是否合格的重要手段。它直接關系到直升機的安全和其他各項重要性能的優劣，是直升機生產、維護中的重要檢查項目。但由于共錐度的測量是在旋翼高速旋轉的動態下進行的，所以在過去一直存在著測量難度較大、測量精度較差的問題。隨著光電技術、電子技術，特別是信息技術的發展，使得對旋翼共錐度的測量現在已能做到用多種測量方法進行。
在以往的光路構建方法中采用一個光源的辦法，利用光學鏡片將一束光分成三束光發射出去，并且經過反射后在發射裝置上接收。這樣一旦光路出現偏差，在光路的調節中就會出現相互干擾的問題，給光路調節帶來很大的麻煩。
目前在國內對旋翼共錐的測量裝置設計處于空白狀態。僅有的幾個測量裝置也都是引進國外的產品，并且在使用的過程中均存在光路不宜調節，信號采集及數據處理系統能力較弱等困難，給直升機旋翼共錐度測量帶來很多不便。
發明內容
本實用新型的目的是提供一種實現對直升機旋翼共錐度進行測量的裝置，該裝置從根本上解決以往測量裝置中光路調節機構存在的光路不宜調節、對光源功率要求高和數據采集處理系統中系統運行速度慢、易受干擾等問題，由此設計出一種結構簡單，調節方便，數據采集和處理功能強大的共錐度測量裝置，它在結構上采用單獨光源、單獨調節裝置的方法從根本上解決了光路調節困難的問題，并在對光源的功率、結構強度以及光學鏡片等的要求顯著降低；在信號采集及數據處理上采用數字化技術，使采集系統的運行速度和抗干擾能力顯著增強。實現對共錐度的簡單、快速、高精度的測量。
本實用新型包括光路調節機構[1]和數據采集處理系統[2]兩個部分。其中光路調節機構[1]包括3個發射裝置[3]和3個接收裝置[4]，發射裝置[3]安裝在上平板[5]上，接收裝置[4]安裝在下平板[6]上，3個發射裝置[3]和3個接收裝置[4]在物理結構上分離，它們之間靠激光信號連接。發射裝置[3]和接收裝置[4]位于一個垂直與地面的豎直平面內，其中發射裝置[3]在上，接收裝置[4]在下。發射裝置[3]包括激光器[7]、激光器護套[10]、激光調節裝置[9]和激光器調節螺栓[8]，其中激光器[7]安裝在激光器護套[10]內，且激光器[7]和激光器護套[10]安裝在激光調節裝置[9]內。接收裝置[4]包括防偏透鏡[11]、透鏡護套[18]、透鏡支柱[16]、光電接收器[12]、移動底座[14]、恒溫系統[15]和二維調節平臺[13]。其中防偏透鏡[11]安裝透鏡護套[18]內，透鏡護套[18]安裝在透鏡支柱[16]上，透鏡支柱[16]和恒溫系統[15]一起安裝在移動底座[14]上，移動底座[14]安裝在二維調節平臺[13]上。3個發射裝置[3]發射出兩束直光和一束斜光，分別照射在下面3個接收裝置[4]的光電接收器[12]上，這樣就構成了測量所用的光路平面。當光路出現小的偏差時，通過防偏透鏡[11]將光線校正，當光路出現大的偏差時，通過調節二維調節平臺[13]來校正光路。
數據采集處理系統[2]包括光電信號采集系統[19]、信號采集處理電路[20]、CAN通訊接口[21]和數據顯示處理系統[22]幾個部分，它們依次通過電信號連接。首先通過光電信號采集系統[19]對光信號進行采集，實現光電信號的轉換，然后對電信號在數據采集處理系統[2]的前端通過信號采集處理電路[20]對電信號做簡單處理后通過CAN通訊接口[21]進行數據傳輸，由數據顯示處理系統[22]對CAN通訊接口[21]上的數據進行處理解算，最終實現共錐度測量值的顯示器界面和臺面儀表的雙重顯示。
本實用新型在工作時，固定在上平板[5]的3個發射裝置[3]發出3束激光，其中2條直光，1條斜光，固定在下平板[6]上的接收裝置[4]通過光電接收器[12]接收激光，并轉換成電信號在接收裝置[4]中采用安裝防偏透鏡[11]的方法增大接收面積，并配備具有x-y兩維方向上調節能力的二維調節平臺[13]，一旦光路出現偏差經過簡單的調節平臺調節螺栓[17]就能很容易將光路校正。
發射裝置[3]結構如圖2所示。此調節裝置分為內外兩部分，內部是安裝激光器[7]的激光器護套[10]，外部是激光調節裝置[9]和安裝在激光調節裝置[9]上的4根激光器調節螺栓[8]，4根激光器調節螺栓[8]兩兩對齊并在一條直線上，兩條直線不在同一個水平面上且互相垂直。這樣通過4根激光器調節螺栓[8]將激光器護套[10]支撐住，在一條直線上的2根激光器調節螺栓[8]形成一條轉動軸，當調節另外2根激光器調節螺栓[8]時，安裝有激光器[7]的激光器護套[10]就會繞轉動軸轉動，光線就會產生偏移，從而實現光路的調節，另一個方向上的調節方式與此相同。為了避免激光器護套[10]和激光器調節螺栓[8]卡死，在激光器護套[10]和激光器調節螺栓[8]相接觸的地方開一個比激光器調節螺栓[8]直徑稍大的孔，這樣激光器護套[10]就可以在四個支撐點內做細微的轉動，從而實現光路的調節。由于發射裝置[3]和接收裝置[4]之間的距離較遠，所以發射裝置[3]的細微轉動就可以實現光點的較大偏移。故調節發射裝置[3]實現測量光路的粗調。
接收裝置[4]結構如圖3所示。當光路出現較小的偏差時，只要偏差在防偏透鏡[11]的接收范圍內，位于防偏透鏡[11]透鏡焦點上的光電接收器[12]仍然可以接收到發射裝置[3]發射的激光進而得到電信號。若光線出現偏差而沒有照射在接收裝置[4]的防偏透鏡[11]上且出現的偏差不大時，就沒有必要調節發射裝置[3]。只需調節接收裝置[4]下部的二維調節平臺[13]。二維調節平臺[13]依靠兩個十字交叉的平臺調節螺栓[17]實現x-y兩維方向上水平調節。在旋轉平臺調節螺栓[17]時，移動底座[14]、光電接收器[12]、防偏透鏡[11]以及恒溫系統[15]一起運動，當調節至光線進入透鏡時，就可以鎖緊二維調節平臺[13]，從而實現微小光線偏差的光線校正。故調節接收裝置[4]實現光路的細調。
為了保證系統元器件的正常工作，在發射裝置[3]和接收裝置[4]中均安裝恒溫系統[15]，在發射裝置[3]中此恒溫系統[15]固定在激光調節裝置[9]旁，在此實用新型使用的過程中保持靜止不動。接收裝置[4]由于二維調節平臺[13]的左右移動，為了減小整個接收裝置[4]體積，將恒溫系統[15]和移動底座[14]安裝在一起，在調節二維調節平臺[13]時，整個接收裝置[4]整體移動，節省了整個系統的空間。
圖4所示的是一種直升機旋翼共錐度測量光學裝置的數據采集處理方框圖，在此數據采集處理系統[2]中，首先需要將光信號轉換成電信號，故選用三個對所選激光器[7]波長最為敏感的光電接收器[12]來檢測激光束是否被葉片所遮擋，然后經過信號放大、濾雜光、濾波整形等處理后送入信號采集處理電路[20]，在信號采集處理電路[20]對信號進行轉換、修整后，通過CAN通訊接口[21]進行數據傳輸，數據采集處理系統[2]終端是數據顯示處理系統[22]，在數據顯示處理系統[22]中實現對數據的解算處理，最終實現共錐度測量值的顯示器界面和臺面儀表的雙重顯示。
本實用新型具有結構簡單、集成度高、工作穩定可靠等優點。可應用于直升機旋翼共錐度測量的光學裝置，從根本上解決以往測量裝置中光路調節機構存在的光路不宜調節、對光源功率要求高和數據采集處理系統中系統運行速度慢、易受干擾等問題，同時還具有光程短，光源功率低，光路調節方便，快捷，維修，更換器件方便以及性能穩定，適應能力強等優點，具有很高的實用價值。
圖1是直升機旋翼共錐度測量光學裝置的光路調節機構的結構示意圖圖2是直升機旋翼共錐度測量光學裝置的發射裝置結構圖圖3是直升機旋翼共錐度測量光學裝置的接收裝置結構圖圖4是直升機旋翼共錐度測量光學裝置的數據采集處理方框圖具體實施方式
在此直升機旋翼共錐度測量光學裝置中，上平板[5]和下平板[6]選用鋼制材料，保持一定的硬度和剛度，為了防雨防塵，在發射裝置[3]和接收裝置[4]外部安裝防護玻璃罩。發射裝置[3]的激光器護套[10]、激光調節裝置[9]和激光器調節螺栓[8]均選用優質不銹鋼材料，其中激光器調節螺栓[8]選用特制的0.02mm的超細螺距的螺栓實現細微的調節。激光器[7]選用波長為650nm的可見光范圍內，且選用半導體激光器類型。在接收裝置[4]中，防偏透鏡[11]選用直徑為60mm，焦距為40mm的雙凸透鏡，透鏡護套[18]、移動底座[14]和透鏡支柱[16]選用不銹鋼制作，二維調節平臺[13]選用調節螺距為0.02mm，調節范圍為±25mm的光學調節模塊，光電接收器[12]選用對650nm波長敏感的GT001型號的光敏接收器。在數據采集處理系統[2]中，光電信號采集系統[19]主要選用通用的集成運算放大器進行信號的放大、濾波，CAN通訊接口[21]選用CAN控制器SJA1000以及總線控制器82C250進行信號的處理、發送以及總線驅動，數據顯示處理系統[22]中選用研華工控機作為主要處理系統，在工控機安裝PCI-CAN卡實現計算機和CAN總線的接口，顯示系統選用17時純平顯示器。
在進行直升機旋翼共錐度測量時，旋翼頭上安裝3片旋翼，分別是標準旋翼、被測旋翼和伴隨旋翼。此實用新型豎直放在室外，使直升機旋翼旋轉形成的平面位于發射裝置[3]和接收裝置[4]之間。在進行測試時，旋翼頭帶動旋翼高速旋轉，依次切割3個激光器[7]發射出的激光光束，一片旋翼切割一束直光和一束斜光之間的時間間隔通過接收裝置[4]中的光電接收器[12]得到，由于不同錐度的旋翼得到的切割時間間隔不同，故根據簡單幾何關系就可以換算出不同錐度的旋翼錐度值，實現直升機旋翼共錐度的測量。
本實用新型結構簡單，調節方便，安裝維修簡捷，工作穩定可靠。可適用于對多種型號的直升機旋翼共錐度的測量。
權利要求1.一種直升機旋翼共錐度測量光學裝置，它包括光路調節機構[1]和數據采集處理系統[2]兩部分，其特征在于光路調節機構[1]由安裝在上平板[5]上的3個發射裝置[3]和安裝在下平板[6]上的3個接收裝置[4]構成；數據采集系統[2]包括依次電信號連接的光電信號采集系統[19]、光電信號處理電路[20]、CAN通訊接口[21]和數據顯示處理系統[22]。
2.如權利要求1所述的直升機旋翼共錐度測量光學裝置，其特征在于其發射裝置[3]又包括激光器[7]、激光器護套[10]、激光調節裝置[9]和激光器調節螺栓[8]，其中激光器[7]安裝在激光器護套[10]內，且激光器[7]和激光器護套[10]安裝在激光調節裝置[9]內。
3.如權利要求1所述的直升機旋翼共錐度測量光學裝置，其特征在于接收裝置[4]包括防偏透鏡[11]、透鏡護套[18]、透鏡支柱[16]、光電接收器[12]、移動底座[14]、恒溫系統[15]和二維調節平臺[13]，其中防偏透鏡[11]安裝在透鏡護套[18]內，透鏡護套[18]固定在透鏡支柱[16]上，透鏡支柱[16]和恒溫系統[15]固定在移動底座[14]上，移動底座[14]固定在二維調節平臺[13]上。
專利摘要本實用新型公開了一種直升機旋翼共錐度測量光學裝置，此裝置包括光路調節機構和數據采集處理系統兩個部分光路調節機構包括分別安裝在上平板和下平板上的3個發射裝置和3個接收裝置，其中發射裝置由激光器、激光器護套、激光調節裝置和激光器調節螺栓組成；接收裝置由防偏透鏡、透鏡護套、透鏡支柱、光電接收器、移動底座、恒溫系統和二維調節平臺組成；數據采集處理系統包括光電信號采集系統、信號采集處理電路、CAN通訊接口和數據顯示處理系統幾個部分，實現信號的處理、解算、顯示。本實用新型結構簡單，調節方便，安裝維修簡捷，工作穩定可靠，可適用于對直升機旋翼共錐度的測量。
文檔編號G01B11/26GK2911632SQ20062002048
公開日2007年6月13日 申請日期2006年3月30日 優先權日2006年3月30日
發明者朱齊丹, 蔡成濤, 王立輝, 高雙, 李磊 申請人:哈爾濱工程大學