基于微波的动叶片叶尖间隙和振动参数融合测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及旋转动叶片非接触振动测量领域，为有效提高振动参数测量精度，实现叶尖间隙高精度测量，本发明专利技术采用的技术方案是，基于微波的动叶片叶尖间隙和振动参数融合测量装置，包括：微波传感器，传感器驱动模块，传感器驱动模块包括环形器、锁相环PLL、移相器、混频器、低通滤波电路、高通滤波电路、单片机MCU、乘法器、加法器、自动增益控制电路AGC、比较器、A/D模拟数字信号转化器；数据采集模块，数据采集模块包括现场可编程门阵列FPGA、数字信号处理器DSP，上位机。本发明专利技术主要应用于旋转动叶片非接触振动测量场合。

【技术实现步骤摘要】
基于微波的动叶片叶尖间隙和振动参数融合测量装置
本专利技术涉及旋转动叶片非接触振动测量领域，特别是一种基于微波传感器的动叶片叶尖间隙和定时参数高速融合测量系统。具体讲，涉及基于微波的动叶片叶尖间隙和振动参数融合测量装置。
技术介绍
在航空发动机、燃气轮机、汽轮机、烟气轮机等大型旋转机械中，动叶片作为核心做功元件，其运行状态参数直接影响设备的工作性能及运行安全，高温下叶尖间隙和振动参数的在线测量是保证设备工作性能和运行安全的关键。目前，非接触旋转叶片叶尖定时测振技术和叶尖间隙监测技术是典型的非接触检测方法，基本原理是将传感器安装在旋转机械机匣上，测量叶片顶端距传感器的间隙值同时检测其经过传感器的到达时间，计算得到叶片振动参数。一方面，传统的动叶片叶尖间隙和定时参数测量系统根据传感器的工作原理不同，可分为电涡流式，光纤式和电容式。这些叶尖间隙和定时参数测量技术的特点是：(1)电涡流传感器灵敏度高、分辨力强，且具有不需要在机匣上开孔的优点，但其耐高温性能差，响应速度慢，易受机械结构、叶片形状、温度等参数的影响，目前仅适用于在低温(500℃以下)低速情况下试验台上的叶片振动参数测量。(2)光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微波的动叶片叶尖间隙和振动参数融合测量装置，其特征是，包括：微波传感器，传感器驱动模块，传感器驱动模块包括环形器、锁相环PLL、移相器、混频器、低通滤波电路、高通滤波电路、单片机MCU、乘法器、加法器、自动增益控制电路AGC、比较器、A/D模拟数字信号转化器；数据采集模块，数据采集模块包括现场可编程门阵列FPGA、数字信号处理器DSP、上位机；单片机控制锁相环PLL提供稳定的发射信号和参考信号；在测量过程中，对锁相环PLL产生射频微波信号的频率进行扫描，通过自动增益控制电路AGC的功率检测功能确定微波传感器的最小驻波点频率，通过调整锁相环PLL频率使微波传感器工作在最小驻波点附近；发射...

【技术特征摘要】
1.一种基于微波的动叶片叶尖间隙和振动参数融合测量装置，其特征是，包括：微波传感器，传感器驱动模块，传感器驱动模块包括环形器、锁相环PLL、移相器、混频器、低通滤波电路、高通滤波电路、单片机MCU、乘法器、加法器、自动增益控制电路AGC、比较器、A/D模拟数字信号转化器；数据采集模块，数据采集模块包括现场可编程门阵列FPGA、数字信号处理器DSP、上位机；单片机控制锁相环PLL提供稳定的发射信号和参考信号；在测量过程中，对锁相环PLL产生射频微波信号的频率进行扫描，通过自动增益控制电路AGC的功率检测功能确定微波传感器的最小驻波点频率，通过调整锁相环PLL频率使微波传感器工作在最小驻波点附近；发射信号经环形器后通过安装在机匣上的微波传感器向转子轴方向投射微波，同时接收由叶尖反射的信号；其中的一路回波信号与参考射频信号经混频器混频后依次经过低通滤波电路、高通滤波电路滤波后得到同相信号I，另一路回波信号与经90°移相器移相后的参考信号依次经过混频器混频、及低通滤波电路、高通滤波电路滤波后得到正交信号Q；另外传感器驱动模块将I和Q两路信号经乘法器平方及加法器相加后由自动增益控制电路AGC保持信号幅度不变，经比较器提取信号的幅值生成前后沿陡峭、光滑的定时强度信号；比较器采用双边沿联合检测的方法，同时采集定时脉冲两个边沿的定时值，取其平均值作为叶尖定时值，消除信号上升时间变化对定时参数测量的影响；两路正交解调信号通过A/D模拟数字信号转化器模数转换，由数据采集模块采样并利用现场可编程门阵列FPGA同时将叶尖定时时刻值和叶尖间隙位移值高速传输给上位机；进一步，数据采集模块利用数字信号处理器DSP，采用反正切或DCM算法及相位解包裹方法，计算出相位并得到实时的叶尖间隙位移值；上位机实现多级转子测量数据的实时显示、存储，以及数据回显、数据分析、振动参数辨识。2.如权利要求1所述的基于微波的动叶片叶尖间隙和振动参数融合测量装置，其特征是，微波传感器一方面负责向转子轴方向投射微波信号，另一方面接收叶片尖端通过时的微波反射信号；进一步，微波传感器可采用微带天线结构、谐振腔天线结构或波导类天线结构。3.如权利要求1所述的基于微波的动叶片叶尖间隙和振动参数融合测量装置，其特征是，传感器驱动模块：用于驱动微波传感器，即一方面向微波传感器提供发射信号，另一方面对微波传感器的接收信号进行处理；进一步，单片机MCU控制锁相环PLL产生射频微波信号，一路经环形器由微波传感器发射的信号由式1表示：其中，As为发射信号幅值，ωs为发射信号频率，为时间零点发射信号的初相位，以测量开始时刻作为时间零点，t为时间；另一路作为本振信号提供给混频器，由式2表示：其中，Ai为本振信号幅值，ωs为本振信号频率，为时间零点本振信号的初相位，以测量开始时刻作为时间零点，t为时间；进一步，单片机MCU控制锁相环PLL产生射频微波信号的频率进行扫描，通过自动增益控制电路的功率检测功能确定微波传感器的最小驻波点频率，通过调整锁相环频率使传感器工作在最小驻波点附近，提高系统信噪比；进一步，环形器用于将微波信号单向环形传输，即一方面将锁相环PLL产生的微波发射信号传输给微波传感器，另一方面将微波传感器接收信号传输给混频器；微波传感器接收信号由式3表示：其中，前一项为叶尖反射信号，为传输路径上的累积相位，为叶尖间隙变化引起的相位差，是瞬变信号，A(t)为叶尖反射信号幅值，相对于微波载波频率而言是一个缓变信号；后一项为传感器端面反射信号，...

【专利技术属性】
技术研发人员：段发阶，牛广越，张济龙，程仲海，蒋佳佳，郑好，杨毅，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12