专利名称：直升机旋翼共锥度测量光学装置的制作方法
技术领域：
一种直升机旋翼共锥度测量光学装置，属于光电测量技术领域。
背景技术：
直升机旋翼共锥度测量是直升机旋翼动平衡试验中的重要组成部分，是考核直升机旋翼是否合格的重要手段。它直接关系到直升机的安全和其他各项重要性能的优劣，是直升机生产、维护中的重要检查项目。但由于共锥度的测量是在旋翼高速旋转的动态下进行的，所以在过去一直存在着测量难度较大、测量精度较差的问题。随着光电技术、电子技术，特别是信息技术的发展，使得对旋翼共锥度的测量现在已能做到用多种测量方法进行。
在以往的光路构建方法中采用一个光源的办法，利用光学镜片将一束光分成三束光发射出去，并且经过反射后在发射装置上接收。这样一旦光路出现偏差，在光路的调节中就会出现相互干扰的问题，给光路调节带来很大的麻烦。
目前在国内对旋翼共锥的测量装置设计处于空白状态。仅有的几个测量装置也都是引进国外的产品，并且在使用的过程中均存在光路不宜调节，信号采集及数据处理系统能力较弱等困难，给直升机旋翼共锥度测量带来很多不便。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种实现对直升机旋翼共锥度进行测量的装置，该装置从根本上解决以往测量装置中光路调节机构存在的光路不宜调节、对光源功率要求高和数据采集处理系统中系统运行速度慢、易受干扰等问题，由此设计出一种结构简单，调节方便，数据采集和处理功能强大的共锥度测量装置，它在结构上采用单独光源、单独调节装置的方法从根本上解决了光路调节困难的问题，并在对光源的功率、结构强度以及光学镜片等的要求显著降低；在信号采集及数据处理上采用数字化技术，使采集系统的运行速度和抗干扰能力显著增强。实现对共锥度的简单、快速、高精度的测量。
本实用新型包括光路调节机构[1]和数据采集处理系统[2]两个部分。其中光路调节机构[1]包括3个发射装置[3]和3个接收装置[4]，发射装置[3]安装在上平板[5]上，接收装置[4]安装在下平板[6]上，3个发射装置[3]和3个接收装置[4]在物理结构上分离，它们之间靠激光信号连接。发射装置[3]和接收装置[4]位于一个垂直与地面的竖直平面内，其中发射装置[3]在上，接收装置[4]在下。发射装置[3]包括激光器[7]、激光器护套[10]、激光调节装置[9]和激光器调节螺栓[8]，其中激光器[7]安装在激光器护套[10]内，且激光器[7]和激光器护套[10]安装在激光调节装置[9]内。接收装置[4]包括防偏透镜[11]、透镜护套[18]、透镜支柱[16]、光电接收器[12]、移动底座[14]、恒温系统[15]和二维调节平台[13]。其中防偏透镜[11]安装透镜护套[18]内，透镜护套[18]安装在透镜支柱[16]上，透镜支柱[16]和恒温系统[15]一起安装在移动底座[14]上，移动底座[14]安装在二维调节平台[13]上。3个发射装置[3]发射出两束直光和一束斜光，分别照射在下面3个接收装置[4]的光电接收器[12]上，这样就构成了测量所用的光路平面。当光路出现小的偏差时，通过防偏透镜[11]将光线校正，当光路出现大的偏差时，通过调节二维调节平台[13]来校正光路。
数据采集处理系统[2]包括光电信号采集系统[19]、信号采集处理电路[20]、CAN通讯接口[21]和数据显示处理系统[22]几个部分，它们依次通过电信号连接。首先通过光电信号采集系统[19]对光信号进行采集，实现光电信号的转换，然后对电信号在数据采集处理系统[2]的前端通过信号采集处理电路[20]对电信号做简单处理后通过CAN通讯接口[21]进行数据传输，由数据显示处理系统[22]对CAN通讯接口[21]上的数据进行处理解算，最终实现共锥度测量值的显示器界面和台面仪表的双重显示。
本实用新型在工作时，固定在上平板[5]的3个发射装置[3]发出3束激光，其中2条直光，1条斜光，固定在下平板[6]上的接收装置[4]通过光电接收器[12]接收激光，并转换成电信号在接收装置[4]中采用安装防偏透镜[11]的方法增大接收面积，并配备具有x-y两维方向上调节能力的二维调节平台[13]，一旦光路出现偏差经过简单的调节平台调节螺栓[17]就能很容易将光路校正。
发射装置[3]结构如图2所示。此调节装置分为内外两部分，内部是安装激光器[7]的激光器护套[10]，外部是激光调节装置[9]和安装在激光调节装置[9]上的4根激光器调节螺栓[8]，4根激光器调节螺栓[8]两两对齐并在一条直线上，两条直线不在同一个水平面上且互相垂直。这样通过4根激光器调节螺栓[8]将激光器护套[10]支撑住，在一条直线上的2根激光器调节螺栓[8]形成一条转动轴，当调节另外2根激光器调节螺栓[8]时，安装有激光器[7]的激光器护套[10]就会绕转动轴转动，光线就会产生偏移，从而实现光路的调节，另一个方向上的调节方式与此相同。为了避免激光器护套[10]和激光器调节螺栓[8]卡死，在激光器护套[10]和激光器调节螺栓[8]相接触的地方开一个比激光器调节螺栓[8]直径稍大的孔，这样激光器护套[10]就可以在四个支撑点内做细微的转动，从而实现光路的调节。由于发射装置[3]和接收装置[4]之间的距离较远，所以发射装置[3]的细微转动就可以实现光点的较大偏移。故调节发射装置[3]实现测量光路的粗调。
接收装置[4]结构如图3所示。当光路出现较小的偏差时，只要偏差在防偏透镜[11]的接收范围内，位于防偏透镜[11]透镜焦点上的光电接收器[12]仍然可以接收到发射装置[3]发射的激光进而得到电信号。若光线出现偏差而没有照射在接收装置[4]的防偏透镜[11]上且出现的偏差不大时，就没有必要调节发射装置[3]。只需调节接收装置[4]下部的二维调节平台[13]。二维调节平台[13]依靠两个十字交叉的平台调节螺栓[17]实现x-y两维方向上水平调节。在旋转平台调节螺栓[17]时，移动底座[14]、光电接收器[12]、防偏透镜[11]以及恒温系统[15]一起运动，当调节至光线进入透镜时，就可以锁紧二维调节平台[13]，从而实现微小光线偏差的光线校正。故调节接收装置[4]实现光路的细调。
为了保证系统元器件的正常工作，在发射装置[3]和接收装置[4]中均安装恒温系统[15]，在发射装置[3]中此恒温系统[15]固定在激光调节装置[9]旁，在此实用新型使用的过程中保持静止不动。接收装置[4]由于二维调节平台[13]的左右移动，为了减小整个接收装置[4]体积，将恒温系统[15]和移动底座[14]安装在一起，在调节二维调节平台[13]时，整个接收装置[4]整体移动，节省了整个系统的空间。
图4所示的是一种直升机旋翼共锥度测量光学装置的数据采集处理方框图，在此数据采集处理系统[2]中，首先需要将光信号转换成电信号，故选用三个对所选激光器[7]波长最为敏感的光电接收器[12]来检测激光束是否被叶片所遮挡，然后经过信号放大、滤杂光、滤波整形等处理后送入信号采集处理电路[20]，在信号采集处理电路[20]对信号进行转换、修整后，通过CAN通讯接口[21]进行数据传输，数据采集处理系统[2]终端是数据显示处理系统[22]，在数据显示处理系统[22]中实现对数据的解算处理，最终实现共锥度测量值的显示器界面和台面仪表的双重显示。
本实用新型具有结构简单、集成度高、工作稳定可靠等优点。可应用于直升机旋翼共锥度测量的光学装置，从根本上解决以往测量装置中光路调节机构存在的光路不宜调节、对光源功率要求高和数据采集处理系统中系统运行速度慢、易受干扰等问题，同时还具有光程短，光源功率低，光路调节方便，快捷，维修，更换器件方便以及性能稳定，适应能力强等优点，具有很高的实用价值。
图1是直升机旋翼共锥度测量光学装置的光路调节机构的结构示意图图2是直升机旋翼共锥度测量光学装置的发射装置结构图图3是直升机旋翼共锥度测量光学装置的接收装置结构图图4是直升机旋翼共锥度测量光学装置的数据采集处理方框图具体实施方式
在此直升机旋翼共锥度测量光学装置中，上平板[5]和下平板[6]选用钢制材料，保持一定的硬度和刚度，为了防雨防尘，在发射装置[3]和接收装置[4]外部安装防护玻璃罩。发射装置[3]的激光器护套[10]、激光调节装置[9]和激光器调节螺栓[8]均选用优质不锈钢材料，其中激光器调节螺栓[8]选用特制的0.02mm的超细螺距的螺栓实现细微的调节。激光器[7]选用波长为650nm的可见光范围内，且选用半导体激光器类型。在接收装置[4]中，防偏透镜[11]选用直径为60mm，焦距为40mm的双凸透镜，透镜护套[18]、移动底座[14]和透镜支柱[16]选用不锈钢制作，二维调节平台[13]选用调节螺距为0.02mm，调节范围为±25mm的光学调节模块，光电接收器[12]选用对650nm波长敏感的GT001型号的光敏接收器。在数据采集处理系统[2]中，光电信号采集系统[19]主要选用通用的集成运算放大器进行信号的放大、滤波，CAN通讯接口[21]选用CAN控制器SJA1000以及总线控制器82C250进行信号的处理、发送以及总线驱动，数据显示处理系统[22]中选用研华工控机作为主要处理系统，在工控机安装PCI-CAN卡实现计算机和CAN总线的接口，显示系统选用17时纯平显示器。
在进行直升机旋翼共锥度测量时，旋翼头上安装3片旋翼，分别是标准旋翼、被测旋翼和伴随旋翼。此实用新型竖直放在室外，使直升机旋翼旋转形成的平面位于发射装置[3]和接收装置[4]之间。在进行测试时，旋翼头带动旋翼高速旋转，依次切割3个激光器[7]发射出的激光光束，一片旋翼切割一束直光和一束斜光之间的时间间隔通过接收装置[4]中的光电接收器[12]得到，由于不同锥度的旋翼得到的切割时间间隔不同，故根据简单几何关系就可以换算出不同锥度的旋翼锥度值，实现直升机旋翼共锥度的测量。
本实用新型结构简单，调节方便，安装维修简捷，工作稳定可靠。可适用于对多种型号的直升机旋翼共锥度的测量。
权利要求1.一种直升机旋翼共锥度测量光学装置，它包括光路调节机构[1]和数据采集处理系统[2]两部分，其特征在于光路调节机构[1]由安装在上平板[5]上的3个发射装置[3]和安装在下平板[6]上的3个接收装置[4]构成；数据采集系统[2]包括依次电信号连接的光电信号采集系统[19]、光电信号处理电路[20]、CAN通讯接口[21]和数据显示处理系统[22]。
2.如权利要求1所述的直升机旋翼共锥度测量光学装置，其特征在于其发射装置[3]又包括激光器[7]、激光器护套[10]、激光调节装置[9]和激光器调节螺栓[8]，其中激光器[7]安装在激光器护套[10]内，且激光器[7]和激光器护套[10]安装在激光调节装置[9]内。
3.如权利要求1所述的直升机旋翼共锥度测量光学装置，其特征在于接收装置[4]包括防偏透镜[11]、透镜护套[18]、透镜支柱[16]、光电接收器[12]、移动底座[14]、恒温系统[15]和二维调节平台[13]，其中防偏透镜[11]安装在透镜护套[18]内，透镜护套[18]固定在透镜支柱[16]上，透镜支柱[16]和恒温系统[15]固定在移动底座[14]上，移动底座[14]固定在二维调节平台[13]上。
专利摘要本实用新型公开了一种直升机旋翼共锥度测量光学装置，此装置包括光路调节机构和数据采集处理系统两个部分光路调节机构包括分别安装在上平板和下平板上的3个发射装置和3个接收装置，其中发射装置由激光器、激光器护套、激光调节装置和激光器调节螺栓组成；接收装置由防偏透镜、透镜护套、透镜支柱、光电接收器、移动底座、恒温系统和二维调节平台组成；数据采集处理系统包括光电信号采集系统、信号采集处理电路、CAN通讯接口和数据显示处理系统几个部分，实现信号的处理、解算、显示。本实用新型结构简单，调节方便，安装维修简捷，工作稳定可靠，可适用于对直升机旋翼共锥度的测量。
文档编号G01B11/26GK2911632SQ20062002048
公开日2007年6月13日 申请日期2006年3月30日 优先权日2006年3月30日
发明者朱齐丹, 蔡成涛, 王立辉, 高双, 李磊 申请人:哈尔滨工程大学