[發明專利]基于反射計傳感器的微波近距測量方法

在審

• 申請號: 201510864487.2
• 申請日: 2015-11-30
• 公開（公告）號: CN105387823A
• 公開（公告）日: 2016-03-09
• 發明（設計）人: 韋高;任亮;韓賀飛;朱朕賓;張申達
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01B15/00
• 分類號: G01B15/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 金鳳

技術領域

本發明涉及微波技術，尤其是微波近距測量領域。

背景技術

發動機葉尖徑向間隙是指發動機各級轉子葉片葉尖與發動機機匣之間的距離，它對發動機性能有很大影響。隨著渦輪機技術的發展，對葉尖間隙精確測量的要求越來越迫切，改進的渦輪機設計圍繞重量輕、性能高的概念，多采用小而薄的葉片。在航空發動機的裝配過程中，葉尖間隙數據的測量可對后期的實驗以及運行狀態下間隙控制提供精確的數據參考，對提高發動機效率與減少耗油量有明顯的幫助。

微波葉尖間隙傳感器的工作原理與短程雷達系統極其相似。傳感器向目標發送連續的微波信號并測量反射信號。輸入輸出信號的相差與傳感器和待測目標之間的距離成正比。傳統的微波法測量葉尖間隙是通過測量輸入輸出信號的相差來確定待測目標與傳感器的距離。對于微波范圍來說，相位差的測量相對比較困難，測量范圍小，測量精度低，不適合高速高精度測量。因此要實現高速高精度測量的測量傳統微波方法并不能滿足要求，而如何優化改進傳統微波法測量葉尖間隙成為了我們的研究方向。

發明內容

為了克服現有技術的不足，傳統的測量葉尖間距的微波法存在相位差測量困難、測量精度低、測量范圍小等問題，這些問題對實際測量帶來很大的困難，測量結果也存在較大誤差，本發明在傳統的微波法測量基礎上進行了改進，優化了測量方案，將傳統的輸入輸出信號相位差測量轉變為輸出信號強度測量，易于測量且測量精度得到大幅度提高，以滿足高速高精度測量需求。

本發明利用終端開口矩形波導作為反射計傳感器，在輸出頻率固定條件下，在矩形波導中會產生駐波，當待測距離滿足一定范圍條件時，在矩形波導同一測量位置處的幅值將在相鄰波谷到波峰之間的λ/4之間進行變化，該幅值與待測距離滿足一一對應關系，通過測量同一位置的電壓大小來計算出對應的葉尖間距。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

步驟1：搭建測試系統

測試系統由PC模塊、信號源模塊、四端口定向耦合器模塊、短路活塞模塊、微波傳感器模塊和數據測量采集模塊組成；

所述PC模塊主要為人機交互界面，實現對信號源模塊輸出強度與通斷的控制以及對數據測量采集模塊數據的提取與分析，在用戶界面顯示葉間間距測量結果信息；

所述信號源模塊對微波傳感器模塊提供微波信號；

所述四端口定向耦合器實現信號源模塊、短路活塞模塊、微波傳感器模塊和數據測量采集模塊的連接，信號源模塊接定向耦合器的1端口，微波傳感器模塊接定向耦合器的2端口，短路活塞接定向耦合器的3端口，數據測量采集模塊接定向耦合器的4端口；

所述短路活塞模塊實現對四端口定向耦合器的3端口輸出信號相位進行調節，使信號在系統測量范圍內滿足單調，3端口輸出信號的幅值在相鄰波峰波谷的λ/4之間變化，以實現待測距離與輸出信號幅值一一對應的關系；

所述微波傳感器模塊為終端開口矩形波導；

所述數據測量采集模塊由檢波電路、放大電路、采樣卡組成，檢波電路連接微波傳感器模塊并輸出微波信號強度，并將微波信號轉換為電壓值，經放大電路放大后，通過采樣卡進行AD采樣，將采集數據傳回PC模塊進行分析及計算；

步驟2：PC模塊控制信號源模塊產生點頻微波信號，該點頻微波信號的頻率根據待測距離范圍確定，應滿足待測距離最大值小于該點頻微波信號的四分之一波長；

步驟3：將點頻微波信號從四端口定向耦合器的1端口輸入，四端口定向耦合器2端口連接反射計傳感器，反射計傳感器正對待測葉尖，四端口定向耦合器的3端口連接短路活塞，四端口定向耦合器的4端口連接檢波計；

步驟4：通過四端口定向耦合器的4端口的檢波計測量到四端口定向耦合器4端口的信號強度，并將檢波計返回電壓信號放大；

步驟5：根據電壓與距離關系，將測量電壓值進行換算后，即可得到待測葉尖間隙。

本發明的有益效果是由于本發明所述測量方法的測量原理是在信號源向矩形波導發射能量后會在傳輸線上產生駐波，葉尖間距不同會使得駐波在同一位置的幅值產生變化，因此測量固定位置的幅值即可計算出葉尖間距。利用四端口定向耦合器將主壁上的駐波按照一定的耦合度耦合到副壁，對副壁上的駐波進行定點測量，即可得到葉尖間距不同時駐波在同一位置上的電壓，根據不同的電壓得到相應的葉尖間距。本發明所述測量方法相比于傳統葉尖間隙測量微波方法測量輸入輸出信號相位差來計算葉尖間距而言，測量信號為電壓值，易于測量且測量精度高，另外，整個測量過程相對簡單，且易于實現，滿足高速高精度測量需求。

附圖說明

圖1是本發明的測量架構圖。