善測(cè)（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(cè)資本 500 萬(wàn)，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(cè)和健康管理。等產(chǎn)品和服務(wù)。

基于大頻差雙頻激光的旋轉(zhuǎn)葉片葉尖間隙測(cè)量技術(shù)

主要包括以下幾個(gè)部分:

(1)研究采用光纖光路結(jié)構(gòu)的拍波(雙頻激光的合成波)信號(hào)傳輸技術(shù),提出了基于大頻差雙頻激光的葉尖間隙測(cè)量新方法。受間隙泄漏流動(dòng)影響,葉頂前緣由于邊界層較薄,換熱系數(shù)會(huì)較高,葉頂中部的泄漏流量較大,換熱系數(shù)也較高,而葉頂壓力面?zhèn)纫约拔γ鎮(zhèn)扔捎诜蛛x渦和泄漏渦核對(duì)壁面的擾動(dòng),換熱系數(shù)也會(huì)較高。雙路拍波信號(hào)的相位差只與包含葉尖間隙信息的光程差有關(guān),而與葉片特性、電磁環(huán)境干擾等無(wú)關(guān),從而提高測(cè)量精度,并可實(shí)現(xiàn)自標(biāo)定(標(biāo)定的基準(zhǔn)單位是自身的拍波波長(zhǎng))。

 (2)深入分析了基于大頻差雙頻激光的葉尖間隙測(cè)量系統(tǒng)的誤差源并經(jīng)理論推導(dǎo)建立了誤差模型和影響機(jī)制。使用matlab工具驗(yàn)證了誤差模型的正確性,指出影響系統(tǒng)測(cè)量精度的主要誤差因素,較系統(tǒng)地探索了該方法的測(cè)量精度潛力。

 (3)詳細(xì)設(shè)計(jì)并制作了整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的軟、硬件,形成較完整的系統(tǒng)樣機(jī)。該測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)葉尖間隙的非接觸測(cè)量，且操作簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高。具體包括:1)雙路拍波光纖化、微型化光路系統(tǒng)搭建和光纖傳感器設(shè)計(jì);2)電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制板和調(diào)試,如APD高壓偏置電源電路、低噪聲微波級(jí)聯(lián)放大電路、本振電路、混頻電路;3)基于全相位FFT的數(shù)字相位檢測(cè)算法實(shí)現(xiàn),上位機(jī)程序及應(yīng)用軟件編寫等。

 (4)設(shè)計(jì)并完成了系統(tǒng)各子模塊調(diào)試實(shí)驗(yàn)和樣機(jī)聯(lián)調(diào)實(shí)驗(yàn),主要包括空間雙路比相實(shí)驗(yàn)和單路光纖傳輸?shù)碾p路比相測(cè)距實(shí)驗(yàn)。

葉尖有射流時(shí)射流孔后氣膜冷卻效率較高,而葉尖前緣、壓力面?zhèn)纫约扒熬壐浇奈γ鎮(zhèn)葰饽だ湫л^低,這些區(qū)域都是葉尖冷卻射流無(wú)法達(dá)到的區(qū)域。

葉尖間隙分離渦影響范圍較小,而泄漏渦的影響范圍能達(dá)到75%葉高以上的葉尖區(qū)域。交流數(shù)控可調(diào)激勵(lì)的高壓端連接放電探針，陰極通過(guò)電流測(cè)量轉(zhuǎn)換模塊連接轉(zhuǎn)子葉片的中心，電流測(cè)量轉(zhuǎn)換模塊經(jīng)由數(shù)據(jù)處理模塊連接交流數(shù)控可調(diào)激勵(lì)的控制端，用以控制交流數(shù)控可調(diào)激勵(lì)的輸出電壓大小和有無(wú)。受間隙泄漏流動(dòng)影響,葉頂前緣由于邊界層較薄,換熱系數(shù)會(huì)較高,葉頂中部的泄漏流量較大,換熱系數(shù)也較高,而葉頂壓力面?zhèn)纫约拔γ鎮(zhèn)扔捎诜蛛x渦和泄漏渦核對(duì)壁面的擾動(dòng),換熱系數(shù)也會(huì)較高。

葉尖間隙過(guò)大會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率,甚至引起發(fā)動(dòng)機(jī)喘振,造成發(fā)動(dòng)機(jī)損傷;間隙減小雖然能減少工作介質(zhì)泄露,提高工作效率,但是過(guò)小的葉尖間隙會(huì)導(dǎo)致葉尖與機(jī)閘相互磨損碰撞,進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性和可靠性,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)損壞,造成大量的經(jīng)濟(jì)損失,甚至威脅到人身安全。研究了一套實(shí)用可行的基于葉尖定時(shí)傳感的異步振動(dòng)和同步共振分析算法，包括異步和同步信號(hào)的分離，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中成功探測(cè)到了葉片的同步共振信號(hào)，驗(yàn)證了其可靠性，為后續(xù)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)打下了基礎(chǔ)。

為了方便前期的調(diào)試工作,系統(tǒng)模擬部分的控制邏輯是由多個(gè)數(shù)字芯片搭建而成,當(dāng)工作在高頻信號(hào)時(shí),信號(hào)波形有一定失真,這直接導(dǎo)致電容兩端的電壓輸出值與理想值有一定差距。本文以航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉尖間隙泄漏控制技術(shù)和冷卻技術(shù)為研究背景,深入研究間隙泄漏產(chǎn)生機(jī)制、葉尖幾何參數(shù)和流動(dòng)參數(shù)對(duì)間隙流動(dòng)換熱的影響規(guī)律。在后期的改進(jìn)中,該部分控制電路與數(shù)模轉(zhuǎn)換器、RAM的控制邏輯一樣應(yīng)被設(shè)計(jì)在CPLD中,由此能大幅提高系統(tǒng)的檢測(cè)精度。