[發明專利]旋轉機械葉尖間隙與葉片轉速綜合測量系統及方法、圖像處理程序

有效

• 申請號: 201810255783.6
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108645602B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 劉偉民;胡忠志
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01D21/02
• 代理公司: 32249 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 秦秋星

本發明公開了一種旋轉機械葉尖間隙與葉片轉速綜合測量系統及方法、圖像處理程序，可以達到僅使用高頻圖像采集器即可測量葉尖間隙與葉片轉速的效果。本發明包括圖像采集器、圖像采集卡、圖像處理單元；所述圖像采集器用以采集旋轉葉片與機匣的實時圖像，并傳輸至圖像采集卡；所述圖像采集卡用于將接收到的信號轉換為數字信號，并傳輸至圖像處理單元；所述圖像處理單元用于對接收到的圖像進行圖像處理與計算，同時得出被測旋轉葉輪葉尖間隙與葉片轉速。本發明測量精確且測量所需傳感器數量少，可用于旋轉機械葉片間隙與轉速的實時測量，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及測量技術領域，尤其涉及一種旋轉機械葉尖間隙與葉片轉速綜合測量系統及方法、圖像處理程序。

背景技術

旋轉機械葉片的葉尖間隙一般是指旋轉機械轉子葉片與機匣間的徑向距離，旋轉機械轉速一般指的是單位時間內旋轉機械繞圓心轉動的圈數，葉尖間隙與轉速是影響旋轉機械性能的兩個重要參數。以典型的旋轉機械——航空發動機為例，當航空發動機葉尖間隙過大時，壓氣機的壓比下降，耗油量增加，發動機的效率也會大大降低。然而葉尖間隙過小時，由于葉片在高溫環境下受熱發生膨脹，可能會導致葉尖與機匣內壁之間產生摩擦，造成零部件的損壞，影響發動機的安全；同時，航空發動機轉速的大小決定了發動機葉片強度和渦輪前溫度的大小，且發動機推力近似與轉速的三次方成正比，所以無論是從發動機安全運行方面還是從發動機綜合性能上來看，轉速都是航空發動機最基本也是較為重要的控制量。綜上，合理的設計和監測發動機的葉尖間隙與葉片轉速，對于提高發動機性能具有重要意義。目前已有分別將圖像處理技術用于旋轉機械間隙測量與轉速測量上的實例，但普遍存在一些缺點與問題，且目前還沒有一種方法可以將基于圖像處理技術的間隙測量與轉速測量有機結合起來的實例。

中國專利201210455748.1公開了“測量發動機葉尖間隙的方法及其系統”，該方法通過圖形采集器拍攝機匣和葉尖的圖像，并通過上位機進行數據分析獲取該發動機各葉片葉尖同機匣之間的間隙；同時根據安裝在轉軸上的角度傳感器，也適時測出相關間隙值對應的角度信息；最后根據相機標定信息，完成像素點與物理距離之間的轉換。但是該方法需要兩個傳感器，即相機與角速度傳感器。其中角速度傳感器安裝在軸上，為接觸式測量，存在一些問題，且角速度傳感器僅適用低轉速范圍，無法測量高轉速物體；不同傳感器之間若發生通訊故障，或通信速率不同，則無法確定測量出的間隙值的角度信息；且該方法僅針對間隙測量。

中國專利200610029122.9公開了“基于計算機視覺的轉速測量裝置”，該方法通過視覺采集裝置采集安裝在測速平臺上被測物體的運動模糊圖像，并將所獲得的模糊圖像信息傳送計算機系統。通過對模糊圖像進行運動降維處理、時頻變換、頻譜分析、運動參數獲取等操作，提取出被測物體的轉速值。但是該方法僅適用于轉速較低的情況，根據香農采樣定律，當被測物體轉速較高時，該方法測量會產生失真；且該方法僅針對轉速測量。

由于旋轉機械轉子高頻圖像包含轉子葉尖間隙與轉子轉速在內的大量信息，所以開發一種基于圖像處理技術的旋轉機械葉尖間隙與葉片轉速綜合測量系統是可行的。通過對單幀圖像的處理，可以提取轉子葉尖間隙的相關信息；通過對一系列帶有時間標識圖像的處理，可以提取轉子轉速的相關信息。為了減少旋轉機械傳感器數量與重量，實現單一傳感器測量多種變量的目標，發明了一種基于圖像處理技術的旋轉機械葉尖間隙與葉片轉速綜合測量系統。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種基于圖像處理技術的旋轉機械葉尖間隙與葉片轉速綜合測量系統及方法、圖像處理程序，可以僅利用一臺高頻圖像采集器，同時測量旋轉機械葉尖間隙與轉速。其結構簡單，安裝使用方便，測量精度高，可以用于實時測量旋轉機械葉尖間隙與轉速，發展前景廣闊。

本發明為實現上述目的采用以下技術方案：