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)。

基于電容法的渦輪葉尖間隙測(cè)量技術(shù)研究

燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉尖間隙是評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的重要參數(shù)之一，對(duì)旋轉(zhuǎn)葉片葉尖間隙實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的有效安全運(yùn)行，因此葉尖間隙測(cè)量技術(shù)也成為國(guó)內(nèi)外近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。該系統(tǒng)在自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn),表明系統(tǒng)具有較好的線性度、重復(fù)性和較高的測(cè)量精度。通過(guò)對(duì)國(guó)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(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并對(duì)部分硬件和軟件進(jìn)行了試驗(yàn)和測(cè)試，初步實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)方案的驗(yàn)證。

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

（2）設(shè)計(jì)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(duì)數(shù)放大器等電路。

（3）設(shè)計(jì)了基于PCI接口的葉尖間隙信號(hào)高速數(shù)據(jù)采集方案，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡將系統(tǒng)硬件與虛擬儀器LabVIEW結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)葉尖間隙信號(hào)的采集與顯示。

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)。

葉尖間隙是影響發(fā)動(dòng)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(cè)系統(tǒng)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的有效、安全運(yùn)行至關(guān)重要,也是近幾年國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。方案中PLL無(wú)差載頻跟蹤環(huán)路能夠有效地抑制雜散電容造成的緩慢載頻漂移。基于對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀的分析,本文對(duì)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(cè)量環(huán)境較好,溫度較低的壓氣機(jī);電容法用于測(cè)量溫度較高的渦輪機(jī)高壓級(jí)。

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(cè)量環(huán)境的調(diào)頻電容式葉尖間隙測(cè)量的整體方案,采用混頻下變頻來(lái)提高測(cè)量系統(tǒng)靈敏度的方法。因此在飛行中保持良好的間隙配合對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能和可靠性具有非常重要的實(shí)際意義和工程應(yīng)用價(jià)值。 本文的研究?jī)?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(cè)量的四叉型光纖束式葉尖間隙傳感器,該傳感器對(duì)光源波動(dòng)、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(guò)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(jí)的測(cè)量環(huán)境,設(shè)計(jì)了長(zhǎng)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(zhǎng)電纜引入的大空載電容,影響測(cè)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(hào)的相對(duì)頻偏,以提高測(cè)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(duì)FM信號(hào)的解調(diào)。而經(jīng)過(guò)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。

葉尖間隙測(cè)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(cè)，也可用于其他高速位移或間隙在線測(cè)量。結(jié)合實(shí)際條件,擬出了基于任意角分布的多傳感器布局擇優(yōu)選取方法。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(guò)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。

在測(cè)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(dòng)單元，縱向上采用雙直線運(yùn)動(dòng)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(cè)量。

磁鐵吸合的工作臺(tái)要擦拭干凈

測(cè)量中的注意事項(xiàng)：①因?yàn)榇藴y(cè)量是精密測(cè)量，精度是 在0.001mm的范圍內(nèi)，首要注意千分表的指針要與測(cè)量面相垂 直，讀數(shù)時(shí)目視方向與表盤(pán)相垂直，以保證檢測(cè)的準(zhǔn)確性。對(duì)典型的葉尖定時(shí)算法進(jìn)行了理論推導(dǎo),包括速矢端跡法、雙參數(shù)法、自回歸方法等,分析對(duì)比了各算法優(yōu)缺點(diǎn),為探索欠采樣下的新算法指明方向。②在 測(cè)量的過(guò)程中，指針需持續(xù)壓在檢測(cè)面上，不能離開(kāi)零件，直到 測(cè)量完畢，避免表針離開(kāi)工件時(shí)，再次壓到檢測(cè)面時(shí)會(huì)發(fā)生震 動(dòng)，使誤差加大。③磁鐵吸合的工作臺(tái)要擦拭干凈，以免吸合不 穩(wěn)發(fā)生表座移動(dòng)，影響測(cè)量精度。