善測（天津）科技有限公司位于天津市西青學(xué)府工業(yè)區(qū)，于 2015年 7 月份成立，公司注冊資本 500 萬，是一家集研發(fā)生產(chǎn)一體的高科技公司。公司提供旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測和健康管理。等產(chǎn)品和服務(wù)。

葉尖間隙是影響發(fā)動機(jī)性能的重要參數(shù),旋轉(zhuǎn)葉片葉尖間隙在線實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)對航空發(fā)動機(jī)的有效、安全運(yùn)行至關(guān)重要,也是近幾年國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。本課題來源于中航工業(yè)沈陽發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)研究所國家安全重大基礎(chǔ)研究課題任務(wù)?；趯鴥?nèi)外現(xiàn)狀的分析,本文對光纖法和電容法進(jìn)行了詳細(xì)研究和論證。光纖法用于測量環(huán)境較好,溫度較低的壓氣機(jī);電容法用于測量溫度較高的渦輪機(jī)高壓級。

本文建立了基于光線跟蹤理論的光纖傳感器的三維數(shù)學(xué)模型,結(jié)合實(shí)際工藝,設(shè)計(jì)出具有補(bǔ)償功能的四叉型光纖束傳感器;探索出一套適于測量環(huán)境的調(diào)頻電容式葉尖間隙測量的整體方案,采用混頻下變頻來提高測量系統(tǒng)靈敏度的方法。 本文的研究內(nèi)容主要有以下幾個(gè)方面: (1)建立了基于光線跟蹤理論的三維數(shù)學(xué)模型,用于分析光纖傳感器的受光特性以指導(dǎo)傳感器設(shè)計(jì)。 (2)設(shè)計(jì)了適于高轉(zhuǎn)速測量的四叉型光纖束式葉尖間隙傳感器,該傳感器對光源波動、葉尖表面反射特性,光纖傳光損耗,葉尖表面微傾斜引起的與傳感器端面夾角等影響因素有補(bǔ)償功能。經(jīng)過靜態(tài)實(shí)驗(yàn),證明了其工作的可靠性。 (3)根據(jù)渦輪機(jī)高壓級的測量環(huán)境,設(shè)計(jì)了長電纜單屏蔽的耐高溫電容傳感器,以及配套的調(diào)頻用高穩(wěn)定度的LC振蕩電路。 (4)電容傳感器長電纜引入的大空載電容,影響測量靈敏度和精度,設(shè)計(jì)了混頻下變頻電路,用于增大調(diào)頻信號的相對頻偏,以提高測量系統(tǒng)的靈敏度。 (5)設(shè)計(jì)了基于鎖相環(huán)的鑒頻系統(tǒng),完成了對FM信號的解調(diào)。建立了葉尖定時(shí)測振模型,通過理論和仿zhen分析振動信號特點(diǎn),提出了新的葉片振動參數(shù)辨識方法,并通過大量現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證,取得滿意的結(jié)果。而經(jīng)過靜態(tài)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了電容傳感器及接口電路工作的可靠性。

善測（天津）科技有限公司位于天津市西青學(xué)府工業(yè)區(qū)，于 2015年 7 月份成立，公司注冊資本 500 萬，是一家集研發(fā)生產(chǎn)一體的高科技公司。公司提供旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測和健康管理。等產(chǎn)品和服務(wù)。

旋轉(zhuǎn)葉片葉尖間隙測量的關(guān)鍵技術(shù)研究

旋轉(zhuǎn)葉片葉尖間隙的實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)是電力工業(yè)、能源工業(yè)、航空、航運(yùn)業(yè)亟待解決的難題,傳統(tǒng)的測量方法主要有放電探針測量法、電渦流測量法、微波測量法、超聲波測量法、電容測量法、X射線測量法、光學(xué)三角測量法等,這些方法存在不同程度的缺陷。為了使葉尖間隙測量技術(shù)達(dá)到實(shí)用水平,國內(nèi)、外一直致力于研究一種非接觸式旋轉(zhuǎn)葉片葉尖間隙測量新技術(shù)——光纖傳感測量技術(shù)。葉尖間隙測量系統(tǒng)(BCMS)采用電容傳感器，用于高速旋轉(zhuǎn)葉片葉尖間隙參數(shù)的在線檢測，也可用于其他高速位移或間隙在線測量。正是依托國家教育新世紀(jì)人才支持計(jì)劃資助項(xiàng)目——“基于光纖傳感的葉尖間隙測試技術(shù)研究”,在已有的各種間隙測量方法的研究基礎(chǔ)上,針對項(xiàng)目的具體技術(shù)要求,圍繞旋轉(zhuǎn)葉片的葉尖間隙測試技術(shù)進(jìn)行分析研究主要工作包括以下幾個(gè)方面:

1、在原有兩組接收光纖的傳感器基礎(chǔ)上,采用了三組光纖束的光纖傳感器接收葉尖表面的反射光信息,實(shí)現(xiàn)了對葉片葉尖間隙的準(zhǔn)確測量;該傳感器不僅可以消除光源波動、葉尖表面反射率變化對測量結(jié)果的影響,而且可以減小葉尖表面與傳感器端面間夾角變化對測量結(jié)果的影響。首先,數(shù)值研究了無射流條件下平頂葉尖間隙泄漏流流動與換熱,研究內(nèi)容包括無射流時(shí)葉尖間隙泄漏流場結(jié)構(gòu)、葉柵出口截面總壓損失系數(shù)及葉尖換熱系數(shù)分布。

 2、建立了單光纖傳光、三組光纖束接收反射光的葉尖間隙傳感器的數(shù)學(xué)模型,并運(yùn)用該模型對傳感器進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),確定了光纖傳感器的端面排列結(jié)構(gòu)、初始距離、線性范圍等性能參數(shù)。

 3、設(shè)計(jì)了靜態(tài)葉尖間隙信號的放大與處理電路,實(shí)現(xiàn)了對靜態(tài)間隙信號的有效測量,并根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)采用多組比值的曲面擬合,在一定測量范圍內(nèi)消除了葉片葉尖傾角變化對間隙測量的影響。

 4、通過分析傳感器的一組、兩組、三組接收光纖的信號特征,采用三組光纖束的光強(qiáng)比值信號對傳感器精度進(jìn)行了比對,并結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對傳感器性能進(jìn)行了分析,在傳感器的線性測量范圍內(nèi),測量精度達(dá)到25um。

葉尖間隙測量系統(tǒng)(BCMS)采用電容傳感器，用于高速旋轉(zhuǎn)葉片葉尖間隙參數(shù)的在線檢測，也可用于其他高速位移或間隙在線測量。系統(tǒng)基于電容調(diào)幅解調(diào)原理，傳感器安裝于靜止機(jī)匣上，感受葉片掃過時(shí)的電容變化并轉(zhuǎn)換為電壓輸出，經(jīng)采集模塊及軟件處理后還原實(shí)時(shí)間隙信息。建立傳感器采樣點(diǎn)分布范圍DR這一函數(shù)對傳感器布局優(yōu)劣進(jìn)行評價(jià)。

在測量系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，在橫向上采用左右螺旋直線直線運(yùn)動單元，縱向上采用雙直線運(yùn)動單元，如此，可依據(jù)實(shí)際情況和需要，選用單個(gè)或雙個(gè)CCD攝像機(jī)進(jìn)行測量。

圍繞葉尖間隙測量、主動控制及阻尼識別方法等開展實(shí)驗(yàn)研究

圍繞葉尖間隙測量、主動控制及阻尼識別方法等開展實(shí)驗(yàn)研究。

通過優(yōu)化靜態(tài)徑向標(biāo)定和靜態(tài)周向標(biāo)定技術(shù)，本文提出一種電渦流觸發(fā)脈沖法，以獲取電渦流傳感器在葉片不同相對位置的靈敏度。電渦流觸發(fā)脈沖法將葉尖間隙測量傳感器與鍵相相融合，能夠較好地解決電渦流傳感器在高線速度下因帶寬受限引起的欠采樣問題。搭建了葉片健康監(jiān)測原理實(shí)驗(yàn)臺，并輔以的靜態(tài)標(biāo)定系統(tǒng)。在不同轉(zhuǎn)速下開展葉尖間隙測量實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明本文提出的電渦流觸發(fā)脈沖法能夠有效改善葉尖間隙的測量準(zhǔn)確性。后，從精度、穩(wěn)定性及有限元分析等三個(gè)角度證實(shí)了該方法的有效性。005%,因此可斷定本文所進(jìn)行的理論研究結(jié)果正確,所建立的各理論模型與國外的Linipot軟件的對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型一致。