[發(fā)明專利]一種基于微波相位差測距的葉尖間隙動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110378370.9
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號(hào): CN112964204B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段發(fā)階;周琦;牛廣越;劉志博;李芳怡;蔣佳佳;傅驍
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B15/00
• 分類號(hào): G01B15/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 劉子文

1.一種基于微波相位差測距的葉尖間隙動(dòng)態(tài)測量方法，應(yīng)用基于微波相位差測距的葉尖間隙動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)進(jìn)行葉尖間隙測量，動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)包括微波信號(hào)產(chǎn)生模塊(1)、信號(hào)功率放大模塊(2)、信號(hào)接收及混頻模塊(3)、信號(hào)調(diào)理模塊(4)、環(huán)行器(5)、微波傳感器(6)、信號(hào)采集模塊(7)、計(jì)算機(jī)(8)，其中微波信號(hào)產(chǎn)生模塊(1)提供射頻穩(wěn)定的發(fā)射信號(hào)(11)和參考信號(hào)(10)，待測葉片將發(fā)射信號(hào)(11)反射，形成反射信號(hào)(12)；信號(hào)功率放大模塊(2)用于放大參考信號(hào)(10)和發(fā)射信號(hào)(11)的功率；信號(hào)接收及混頻模塊(3)將參考信號(hào)(10)和反射信號(hào)(12)混頻，實(shí)現(xiàn)基帶式正交干涉解調(diào)；

所述環(huán)行器(5)包括三個(gè)用于單向傳輸信號(hào)的端口，三個(gè)端口通過信號(hào)線分別與信號(hào)功率放大模塊(2)、微波傳感器(6)和信號(hào)接收及混頻模塊(3)相連，所述信號(hào)功率放大模塊(2)通過連接線分別與微波信號(hào)產(chǎn)生模塊(1)和信號(hào)接收及混頻模塊(3)相連，所述信號(hào)調(diào)理模塊(4)通過連接線與信號(hào)接收及混頻模塊(3)相連，所述信號(hào)采集模塊(7)通過連接線與信號(hào)調(diào)理模塊(4)相連，所述計(jì)算機(jī)(8)通過連接線與信號(hào)采集模塊(7)相連；微波信號(hào)產(chǎn)生模塊(1)輸出頻率相同的參考信號(hào)(10)和發(fā)射信號(hào)(11)，其中，發(fā)射信號(hào)(11)在信號(hào)功率放大模塊(2)中經(jīng)過功率放大，通過環(huán)行器(5)單向傳輸?shù)轿⒉▊鞲衅?6)，微波傳感器(6)安裝在機(jī)匣上，微波傳感器(6)探頭向待測葉片尖端投射微波，并同時(shí)接收反射信號(hào)(12)，反射信號(hào)(12)通過環(huán)行器(5)單向傳輸?shù)叫盘?hào)接收及混頻模塊(3)進(jìn)行低噪聲線性放大，之后與經(jīng)過信號(hào)功率放大模塊(2)放大后的參考信號(hào)(10)進(jìn)行基帶式正交干涉解調(diào)，兩路正交信號(hào)分別經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊(4)進(jìn)行線性放大和帶通濾波，最后通過信號(hào)采集模塊(7)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，通過信號(hào)相位值實(shí)現(xiàn)葉尖間隙測量，其特征在于，包括以下步驟：

(101)微波信號(hào)產(chǎn)生模塊提供頻率相同的參考信號(hào)和發(fā)射信號(hào)；發(fā)射信號(hào)在信號(hào)功率放大模塊中經(jīng)過功率放大后通過環(huán)行器單向傳輸?shù)轿⒉▊鞲衅鳎⒉▊鞲衅魈筋^向待測葉片尖端投射微波，并同時(shí)接收反射信號(hào)；

(102)反射信號(hào)通過環(huán)行器單向傳輸?shù)叫盘?hào)接收及混頻模塊進(jìn)行低噪聲線性放大，之后分別與參考信號(hào)、移相90°后的參考信號(hào)混頻得到兩路正交信號(hào)，兩路正交信號(hào)分別經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊進(jìn)行線性放大和帶通濾波，根據(jù)連續(xù)波干涉雷達(dá)測距原理實(shí)現(xiàn)葉尖間隙的測量；

(103)考慮葉片端面的輻射面積，葉尖間隙測量信號(hào)通過濾波后的兩路正交信號(hào)表示為與葉片旋轉(zhuǎn)角有關(guān)的復(fù)數(shù)函數(shù)形式；葉尖間隙的測量結(jié)果是輻射面積內(nèi)所有點(diǎn)到傳感器探頭距離的矢量加權(quán)平均值；

(104)將微波幅值信號(hào)的平方表示為微波強(qiáng)度信號(hào)，采用滑動(dòng)均值濾波方法，將采樣點(diǎn)前后合計(jì)N個(gè)點(diǎn)的微波強(qiáng)度信號(hào)的均值作為當(dāng)前采樣點(diǎn)的濾波結(jié)果，實(shí)現(xiàn)微波強(qiáng)度信號(hào)的初步預(yù)處理，去除高頻噪聲干擾；

(105)為確定待測葉片掃過傳感器前端的信號(hào)區(qū)域，利用微波強(qiáng)度信號(hào)完成包含最小葉尖間隙值的微波相位信號(hào)的區(qū)域自適應(yīng)截取；利用量程范圍內(nèi)傳感器距待測葉片最遠(yuǎn)處的微波強(qiáng)度信號(hào)的峰峰值，預(yù)設(shè)初始閾值電壓值，保證所有葉尖間隙下切割電壓均能有效截取信號(hào)區(qū)間；截取高于閾值電壓的微波強(qiáng)度信號(hào)，搜索信號(hào)區(qū)域內(nèi)的最大電壓值，并以當(dāng)前葉片旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)的最大電壓值的恒定百分比作為下一次葉片旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)的閾值電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對微波強(qiáng)度信號(hào)的區(qū)域自適應(yīng)截取，最終實(shí)現(xiàn)對微波強(qiáng)度信號(hào)對應(yīng)的微波相位信號(hào)的區(qū)域自適應(yīng)截取；

(106)取葉片旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)，最小葉尖間隙值和最低葉片轉(zhuǎn)速下的微波相位信號(hào)為標(biāo)定信號(hào)，利用尺度因子將標(biāo)定信號(hào)和微波相位信號(hào)的尺度調(diào)整到一致；

(107)標(biāo)定信號(hào)與微波相位信號(hào)是線性相關(guān)的，通過信號(hào)相關(guān)匹配運(yùn)算得到自適應(yīng)截取的微波相位信號(hào)區(qū)域中的最大峰值的采樣點(diǎn)位置，最大峰值對應(yīng)最小葉尖間隙值；

(108)采用基于高次多項(xiàng)式的曲線擬合方法，對葉尖間隙測量范圍內(nèi)的峰值參數(shù)進(jìn)行擬合，分別獲得不同端面形貌葉片的葉尖間隙標(biāo)定曲線，最終實(shí)現(xiàn)葉尖間隙值的動(dòng)態(tài)測量。