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

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110378370.9
• 申請(qǐng)日: 2021-04-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112964204B
• 公開(kāi)（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(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01B15/00
• 分類(lèi)號(hào): G01B15/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專(zhuān)利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 劉子文

本發(fā)明公開(kāi)一種基于微波相位差測(cè)距的葉尖間隙動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)及方法，測(cè)量系統(tǒng)包括微波信號(hào)產(chǎn)生模塊、信號(hào)功率放大模塊、信號(hào)接收及混頻模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、環(huán)行器、微波傳感器、信號(hào)采集模塊、計(jì)算機(jī)，其中微波信號(hào)產(chǎn)生模塊提供射頻穩(wěn)定的發(fā)射信號(hào)和參考信號(hào)，待測(cè)葉片將發(fā)射信號(hào)反射，形成反射信號(hào)；環(huán)行器的三個(gè)端口通過(guò)信號(hào)線(xiàn)分別與信號(hào)功率放大模塊、微波傳感器和信號(hào)接收及混頻模塊相連，信號(hào)功率放大模塊通過(guò)連接線(xiàn)分別與微波信號(hào)產(chǎn)生模塊和信號(hào)接收及混頻模塊相連，信號(hào)調(diào)理模塊通過(guò)連接線(xiàn)與信號(hào)接收及混頻模塊相連，信號(hào)采集模塊通過(guò)連接線(xiàn)與信號(hào)調(diào)理模塊相連，計(jì)算機(jī)通過(guò)連接線(xiàn)與信號(hào)采集模塊相連。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及非接觸距離動(dòng)態(tài)測(cè)量領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于微波相位差測(cè)距的葉尖間隙動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

動(dòng)葉片作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的核心做功元件，其運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)直接決定了飛機(jī)、艦船等重大裝備的工作性能。其中，動(dòng)葉片尖端與機(jī)匣內(nèi)壁之間的葉尖間隙參數(shù)是影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率及運(yùn)行安全的關(guān)鍵。航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的葉尖間隙通常設(shè)計(jì)在3mm以?xún)?nèi)，并且葉尖間隙每減小0.0254mm，燃油消耗率降低0.1％，排氣溫度下降1℃；然而，過(guò)小的葉尖間隙又會(huì)增加葉片與機(jī)匣碰撞摩擦的概率，降低發(fā)動(dòng)機(jī)安全裕度，甚至導(dǎo)致零部件損壞，因此葉尖間隙存在最優(yōu)量值，非接觸、高精度、在線(xiàn)的葉尖間隙測(cè)量方法能為主動(dòng)間隙控制提供數(shù)據(jù)支撐，進(jìn)而保障航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高效安全運(yùn)行，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)高效安全運(yùn)行具有重大意義。

當(dāng)前葉尖間隙測(cè)量方法主要有光學(xué)法、電容法、電渦流法和微波法。但在航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的葉尖間隙測(cè)量中，光學(xué)法易受被測(cè)葉片反射系數(shù)、傳感器的安裝角度和安裝位置以及工作環(huán)境的影響；電容法需要高信噪比的信號(hào)處理電路，且易受工作環(huán)境的影響；電渦流法耐溫特性差，不適用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速下高溫環(huán)境的葉尖間隙測(cè)量；微波法和上述方法相比，具有耐高溫、抗燃?xì)飧g、探頭體積小巧、響應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì)，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的葉尖間隙測(cè)量中具有很大的研究?jī)r(jià)值。

然而微波法在參數(shù)測(cè)量和標(biāo)定過(guò)程常采用靜態(tài)方法，而靜態(tài)測(cè)量方法存在諸多問(wèn)題：(1) 微波式葉尖間隙測(cè)量系統(tǒng)采用基帶式相位解調(diào)結(jié)構(gòu)，易受直流噪聲干擾，隨時(shí)間漂移會(huì)產(chǎn)生直流偏差，直接影響葉尖間隙參數(shù)的標(biāo)定結(jié)果；(2)微波相位差測(cè)距原理存在測(cè)距模糊問(wèn)題，即當(dāng)待測(cè)相位差的變化范圍超過(guò)360°時(shí)，葉尖間隙值d也將呈周期變化，當(dāng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，難以從動(dòng)態(tài)的葉尖間隙相位信號(hào)中定位葉片到達(dá)的最小葉尖間隙值；(3)不同轉(zhuǎn)速下信號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)時(shí)刻變化，直接影響葉尖間隙的測(cè)量精度。因此，亟需對(duì)上述存在的問(wèn)題進(jìn)行逐一解決。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有微波式葉尖間隙測(cè)量方法的不足，設(shè)計(jì)一種基于微波相位差測(cè)距的葉尖間隙動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)以下目的：

(1)提供一種基于微波相位差測(cè)距原理的葉尖間隙參數(shù)動(dòng)態(tài)測(cè)量方法及信號(hào)模型，通過(guò)此方法和模型，能精確測(cè)量表征葉尖間隙參數(shù)動(dòng)態(tài)變化的葉尖間隙測(cè)量信號(hào)；

(2)基于所述的基于微波相位差測(cè)距原理的葉尖間隙動(dòng)態(tài)測(cè)量信號(hào)模型，提供一種葉尖間隙動(dòng)態(tài)測(cè)量信號(hào)的提取方法，能消除微波相位信號(hào)的測(cè)距模糊問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)相位信號(hào)峰值位置的預(yù)估，減小信號(hào)處理過(guò)程中隨機(jī)誤差，實(shí)現(xiàn)葉尖間隙動(dòng)態(tài)測(cè)量信號(hào)的高精度提取。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于微波相位差測(cè)距的葉尖間隙動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，包括微波信號(hào)產(chǎn)生模塊、信號(hào)功率放大模塊、信號(hào)接收及混頻模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、環(huán)行器、微波傳感器、信號(hào)采集模塊、計(jì)算機(jī)，其中微波信號(hào)產(chǎn)生模塊提供射頻穩(wěn)定的發(fā)射信號(hào)和參考信號(hào)，待測(cè)葉片將發(fā)射信號(hào)反射，形成反射信號(hào)；信號(hào)功率放大模塊用于放大參考信號(hào)和發(fā)射信號(hào)的功率；信號(hào)接收及混頻模塊將參考信號(hào)和反射信號(hào)混頻，實(shí)現(xiàn)基帶式正交干涉解調(diào)；