[實用新型]一種基于微波掃頻諧振腔傳感器的葉尖間隙測量裝置

有效

• 申請號: 201821467029.0
• 申請日: 2018-09-08
• 公開（公告）號: CN209013919U
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 段發階;牛廣越;蔣佳佳;葉德超;程仲海
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B7/14
• 分類號: G01B7/14
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本實用新型涉及一種基于微波掃頻諧振腔傳感器的葉尖間隙測量裝置：包括：固定在動葉片附近的諧振腔傳感器，同軸線纜，CPU和葉尖間隙電路。壓控振蕩器輸出參考信號和發射信號，參考信號與基準信號源輸出的基準信號通過混頻器混頻，混頻信號經過低通濾波器濾除高頻的和頻信號，將差頻信號經選頻網絡選頻，選頻網絡輸出信號觸發基準時刻鑒別器鑒別基準時刻；發射信號放大后的發射信號經環形器后通過同軸線纜由諧振腔傳感器向轉子軸方向投射微波，同時環形器接收由葉片端面反射的信號，葉片端面反射的信號經過環形器后被放大，在檢波網絡濾除射頻載波信號，觸發諧振時刻鑒別器鑒別諧振時刻。本實用新型用于高溫下葉尖間隙高精度測量。

技術領域

本實用新型涉及一種基于微波掃頻的葉尖間隙測量裝置。

背景技術

航空發動機、燃氣渦輪機等大型旋轉機械是國防領域飛機、艦船等重大關鍵設備的“心臟”。動葉片作為其核心做功元件，其狀態參數直接影響重大國防設備的運行安全和工作效率。其中，高溫、高壓及燃氣腐蝕環境下，旋轉葉片葉尖間隙參數的在線測量是避免葉片與機匣發生碰磨故障，保證發動機安全以及減少發動機耗油率，提高壓氣機或渦輪機效率的關鍵環節。其基本原理是將傳感器安裝在旋轉機械機匣上，當動葉片旋轉到傳感器前方時，通過測量葉片頂端距傳感器的距離，從而獲得動葉片到機匣的葉尖間隙參數。

一方面，動葉片葉尖間隙測量系統根據傳感器的工作原理可分為光纖式、電容式、電渦流式和微波式。發動機動葉片工作在高溫、高壓及燃氣腐蝕的惡劣工況環境下，動葉片周圍存在靜葉片、密封遮擋件等靜子件，測量系統需要在極端服役環境及結構受限條件下實現葉尖間隙的測量。光纖式易受油污影響，壽命較短，不適用于高溫環境；電容式在高溫環境下容易擊穿，同時其測量精度易受燃氣和流體介電常數的影響；電渦流式耐高溫性能差，僅適用于低溫(500℃)環境下葉尖間隙的測量，并且易受葉片形狀、葉片材料的影響。微波式具有耐高溫、耐污染、動態范圍寬等優點，可滿足航空發動機、燃氣渦輪機極端惡劣工作環境下葉尖間隙參數的測量。

另一方面，微波式葉尖間隙測量系統類似于近程毫米波雷達，傳感器驅動電路通過微波傳感器向被測對象發射毫米電磁波，該微波信號被目標反射后，被傳感器調理電路接收處理，調理模塊的輸出信號與傳感器和待測目標之間的距離成正比。傳統的相位差法微波式葉尖間隙測量系統，通過測量發射信號和回波信號的相位差來確定目標與傳感器的待測距離，該方法的無模糊測量距離在半波長以內，測量范圍小。基于點頻諧振腔傳感器微波式葉尖間隙測量系統，通過測量固定頻率點電壓與間隙的關系實現葉尖間隙的測量，但環境溫度變化會引起諧振頻點漂移，測量精度受溫度影響很大，需要根據環境溫度實時調整測量頻點。

再一方面，航空發動機風扇的工作轉速可達15000rpm，對于0.7m直徑的整級葉盤，葉片端面最高工作線速度可達500m/s，而葉片端面厚度通常僅為2～3mm，為同時滿足同一葉片多點葉尖間隙的測量需要，傳感器調理電路的信號處理過程必須在2μs內完成，需要響應時間短、處理速度快的傳感器回波信號后續調理電路。

實用新型內容

針對上述問題，本實用新型提供一種可用于高溫及受限結構條件下葉尖間隙高精度測量的動葉片葉尖間隙測量裝置。技術方案如下：

一種基于微波掃頻諧振腔傳感器的葉尖間隙測量裝置，包括：固定在動葉片附近的諧振腔傳感器，同軸線纜，CPU和葉尖間隙電路，其特征在于，所述的葉尖間隙電路包括環形器，壓控振蕩器VCO，射頻功率放大器，基準信號源，混頻器，低通濾波器，選頻網絡，基準時刻鑒別器，射頻低噪聲放大器，檢波網絡，諧振時刻鑒別器和計時器，其中，