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)機械狀態(tài)監(jiān)測和健康管理。等產(chǎn)品和服務(wù)。

基于電容法的渦輪葉尖間隙測量技術(shù)研究

燃?xì)廨啓C渦輪葉尖間隙是評價發(fā)動機性能的重要參數(shù)之一，對旋轉(zhuǎn)葉片葉尖間隙實時監(jiān)測可以保證發(fā)動機的有效安全運行，因此葉尖間隙測量技術(shù)也成為國內(nèi)外近年來研究的熱點。詳細(xì)研究了間隙高度、葉柵進口參數(shù)及機匣相對轉(zhuǎn)動對間隙泄漏流動換熱的影響規(guī)律。通過對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的分析比較，本文提出了基于電容法的葉尖間隙測量系統(tǒng)設(shè)計方案，并對部分硬件和軟件進行了試驗和測試，初步實現(xiàn)了對系統(tǒng)方案的驗證。

（1）設(shè)計基于載頻跟蹤原理的信號處理電路方案，通過理論分析驗證抑制雜散電容引起的載頻漂移的可行性。

（2）設(shè)計并制作了電容電壓轉(zhuǎn)換電路中的前置放大器、低通濾波器和對數(shù)放大器等電路。

（3）設(shè)計了基于PCI接口的葉尖間隙信號高速數(shù)據(jù)采集方案，通過數(shù)據(jù)采集卡將系統(tǒng)硬件與虛擬儀器LabVIEW結(jié)合，實現(xiàn)對葉尖間隙信號的采集與顯示。

 發(fā)動機葉尖間隙檢測通常采用的方法有光纖法、電渦流法、微波法、調(diào)頻電容法等等,而本項目是基于調(diào)幅電容法對發(fā)動機葉尖間隙動態(tài)檢測的嘗試,通過較高頻率的模擬電路及高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來提取模擬出的葉尖間隙電容上電壓幅度的變化(模擬發(fā)動機轉(zhuǎn)速12000轉(zhuǎn)/分)。 在研究過程中,通過設(shè)置在精準(zhǔn)時間內(nèi)對葉尖間隙電容進行精準(zhǔn)充放電,然后通過搭建的信號提取及調(diào)理電路將間隙電容上電壓的變化量輸出,后端通過CPLD編寫的邏輯來控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器、高速存儲器和上位機接口協(xié)調(diào)工作。交流數(shù)控可調(diào)激勵的高壓端連接放電探針，陰極通過電流測量轉(zhuǎn)換模塊連接轉(zhuǎn)子葉片的中心，電流測量轉(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)激勵的控制端，用以控制交流數(shù)控可調(diào)激勵的輸出電壓大小和有無。 經(jīng)過大量實驗和調(diào)試工作,實現(xiàn)了對電容上電壓幅度變化量的提取,論證了調(diào)幅電容法在發(fā)動機葉尖間隙檢測中可行。然而,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數(shù)字芯片搭建而成,當(dāng)工作在高頻信號時,信號波形有一定失真,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。在后期的改進中,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)計在CPLD中,由此能大幅提高系統(tǒng)的檢測精度。

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。（3）設(shè)計了基于PCI接口的葉尖間隙信號高速數(shù)據(jù)采集方案，通過數(shù)據(jù)采集卡將系統(tǒng)硬件與虛擬儀器LabVIEW結(jié)合，實現(xiàn)對葉尖間隙信號的采集與顯示。系統(tǒng)基于電容調(diào)幅解調(diào)原理，傳感器安裝于靜止機匣上，感受葉片掃過時的電容變化并轉(zhuǎn)換為電壓輸出，經(jīng)采集模塊及軟件處理后還原實時間隙信息。

在測量系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)上，在橫向上采用左右螺旋直線直線運動單元，縱向上采用雙直線運動單元，如此，可依據(jù)實際情況和需要，選用單個或雙個CCD攝像機進行測量。

葉尖間隙過大會降低發(fā)動機的工作效率,甚至引起發(fā)動機喘振,造成發(fā)動機損傷;間隙減小雖然能減少工作介質(zhì)泄露,提高工作效率,但是過小的葉尖間隙會導(dǎo)致葉尖與機閘相互磨損碰撞,進而影響發(fā)動機的安全性和可靠性,嚴(yán)重時會導(dǎo)致發(fā)動機損壞,造成大量的經(jīng)濟損失,甚至威脅到人身安全。基于AD7746的電容法間隙測量應(yīng)用系統(tǒng)研究為精準(zhǔn)測量航空發(fā)動機部件間隙,針對電容法間隙測量進行了應(yīng)用研究,重點設(shè)計了基于可編程電容—數(shù)字轉(zhuǎn)換器AD7746的電容法間隙測量應(yīng)用系統(tǒng)。

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數(shù)字芯片搭建而成,當(dāng)工作在高頻信號時,信號波形有一定失真,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。三棱錐布局的測頭改進設(shè)計提供了在線參數(shù)校正功能,且便于現(xiàn)場安裝和檢測。在后期的改進中,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)計在CPLD中,由此能大幅提高系統(tǒng)的檢測精度。