本文的工作内容为篦齿间隙测量系统的研究，工作的主要包括适用于篦齿间隙测量的信号采集系统研究，间隙测量系统自动标定的硬件系统研究和整个测量系统的软件开发。具体工作如下：
（１）设计适用于测量系统的光纤传感器，并设计选用合理的光电信号转换与处理电路，激光发生器，信号放大器，数据采集卡，电源等来构建一套高精度，高稳定的间隙信号采集系统。
（２）合理设计选用适用于篦齿间隙测量的硬件结构，主要包括系统安装支架，高精度、高灵敏的位移电机选用，以及基于ＰＭＡＣ控制卡的上下位机系统构建。
（３）自动标定方法的研究。对篦齿间隙作静态试验通过试验数据选用一种适用于自动标定的标定方法。并且根据选用标定方法和数据采集系统的特点开发系统控制软件。
通过以上工作的内容，本文取得了以下工作成果：
构建了一套满足精度要求的篦齿间隙测量系统。该系统利用ＰＭＡＣ控制卡的强大功能以及与ＩＰＣ组成的ＣｈＩＣ系统，能够满足篦齿间隙测量的精确标定和数据采集。６
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第一搴绻论
该系统目前处于实验室样机阶段，在经过大量现场试验和数据分析以后，通过改善系统硬件结构和软件算法可以壶实验室样机阶段转入成品机开发阶段。１．４本章小结
课题来源于航空预研基金项目“异型旋转件间隙的非接触式激光测量技术研究’，（项目号：０５１２４０１４）。本章奔绍了旋转闻隙测量的蠢内井研究动态，介绍了本系统最终采用的篦齿间隙测量方法。最后给出了本文主要研究内容７
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第二章数据采集系统的设计
２．１光纤传感器设计
光纤传感器技术是伴随着光通讯技术的发展而逐渐形成的。在光通讯系统中，光纤被用作远距离传输光信号的媒介。显然，在这类应用中，光纤传输的光信号受外界的影响越小越好。但是，在实际的传播过程中，光纤易受到外界环境因素的干扰，如温度、压力、电磁场等外界条件的变化将引起光纤光波参数如光强、相位、频率、波长等的变化。因此，人们发现如果能测出光波参数的变化，就可以知道引起光波参数变化的各种物理量的大小变化，于是产生了光纤传感器技术。
光纤传感器是用光纤作为功能材料的传感器。光纤是７０年代为光通信而发展的一种新型材料。通常，它是由高纯度的石英玻璃为主，掺杂少量的杂质锗、硼、磷等的材料制成的细长的圆柱型，外径在５∥ｍ＇－＇１２５∥ｍ范围。实用的结构有两个同轴区，内区称为纤芯，外区称为包层。包层的材料折射率略低于纤芯材料，其外径在≯１２５＂＂３２５∥ｍ范围。包层外涂敖硅树脂之类的缓冲层，最外面有起保护作用的屏蔽套管（一般用塑料或者橡胶材料制成）【１２】【１３】。
２．１．１反射式强度调制光纤传感器测量原理
光纤的调制机理可以分为以下几种：强度调制机理、相位调制机理、频率调制机理、波长调制机理【｜１４１。
强度调制光纤传感器的基本原理是待测的物理量引起光纤中的传输光光强的变化，通过检测光强的变化实现对待测量的测量。强度调制的特点是简单、可靠、经济。强度调制的方法很多，大致可以分为以下几种：反射式强度调制、投射式强度调制、光模式强度调制以及折射率和吸收系数强度调制等等。一般投射式、反射式和折射式强度调制被称为外调制式，光模式称为内调制式。本测量系统测量的是发动机的叶尖间隙，采用反射式光强调制光强位移传感器来实现距离传感。
反射式光纤位移传感器的基本原理是利用光的反射原理，当光束照射到被测表面时，由于测量面位置的变化，引起从被测面反射光的强度也发生相应的变化。利用反射光强度变化与被测物体位置的相对性，便可测得物体的位置。通常，被测物体某个位置上的反射光的强度取决于三个因素：①物体表面本身反射性质；８
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第二章数据采集系统的设计
②物体表面的光洁度；③测量面的位置变化．
非接触式光纤位移传感器是利用光导纤维的传光特性，在并联、邻接的输入光纤与接收光纤之间，由于被测物体的位置变动，引起了反射光强度的变化，接受光纤则接受到这种来自被测表面的反射光量变化扶甭实瑗位移测量。
如图２．１所示，在距光纤端面ｄ的位置放有平面反射镜，它垂直于入射光纤与出射光纤，故在平面镜后相距ｄ处形成一个入射光纤的虚像。因此，确定调制器的响应等效予计算虚光纤与接收光纤之间的耦合。设入射光纤与出射光纤的距离ａ，且都具有阶跃折射率分布。芯径是２ｒ，数值孔径为ＨＡ。
（ＮＡ－ｎｏｓｉｎ‰一撕一《，＾是纤芯豹折射率，露２是包层翡折射率）
图２．１传感器探头光纤结构形式
．厂，
‘Ｌ／‘
▲一、、．‘、．厂
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图２－２交叠情况
９记Ｔ—ｔｇ（ｓｉｎ。１删），兰种交叠情况如图２—２所示。当ｄ《（口一２ｒ）／２ｒ，即
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ａ＞２（ｄＴ＋ｒ）时（２ｄＴ＋ｒ为反射光锥的底面积半径），耦合进出射光纤的光功率为零；当ｄ＞ａ／２Ｔ时，入射光纤和反射光锥底端交叠，交叠面积恒为刀２，此时光锥的底面积为石（，＋２ｄＴ）２，故在此范围内间隙的传光系数为
ｓ１／（Ｉ４－２ｄＴ／ｒ）２≈（ｒ／２ｄＴ）２；当似一２ｒ）／２Ｔ≤ｄａ／２Ｔ时，耦合到出射光纤的光通
量由发射光锥底面与出射光纤相重叠部分的面积决定。利用线性近似，即光锥的底面与接收光纤端面相交的边缘用直线近似，设其重叠宽度为击如图２．３所示。
图２—３光功翠祸合不意图
则接收光纤端面受到光锥照射的表面的百分比是：
口（形）＝％｛ａｒｃ圮ｏｓ（１一形）一（１一％）ｓｉｎ［ａｒｃ℃ｏｓ（１一形）】）
又由图２．２可以得到（２－１）
口２刀－ａ＋２ｒ
ｒｒ（２－２）假设光锥内光功率密度均匀分布，反射面垂直于光纤中心轴线，则接收光纤接收的入射光功率的百分数（即耦合效率Ｆ）是：
Ｐ－只－＂＝Ｖ＝和（知上２ｄＴ）２只。７（２－３）、
、，７、
式中，｛：反射系数。
见：出射光光功率。
届：入射光光功率。
因此，ｎ为环形布置的接收光纤的光功率耦合系数为：