一种用于发动机旋转部件温度测量的无线遥测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于发动机旋转部件温度测量的无线遥测系统，包括：传感模块，数字遥测模块和地面数据处理模块，传感模块包括多个设置于发动机旋转部件的预设测点位置的薄膜型温度传感器；数字遥测模块包括转子组件和静子组件，转子组件设置于发动机旋转部件轴端，其通过设置在发动机空心转轴内的导线与传感模块连接，静子组件设置在发动机定子上，并与转子组件正对设置；所述转子组件用于将温度参数无线发送给所述静子组件，静子组件用于将温度参数发送至地面数据处理模块进行计算处理。本发明专利技术可以实现复杂恶劣环境发动机运动部件表面温度参数的无线读取，可以为旋转部件温度测量提供一种可靠的信号提取手段。

【技术实现步骤摘要】
一种用于发动机旋转部件温度测量的无线遥测系统
本专利技术涉及发动机关键参数测量与状态监测
，特别是涉及一种用于发动机旋转部件温度测量的无线遥测系统。
技术介绍
发动机关键结构部件原位、精确的表面温度及应变测量能力是提高现代先进航空发动机工作效率、增强其可靠性、减少污染排放及新型发动机设计及试车的关键；随着近代航空发动机推比的提高和重型燃气轮机动力的提升，其机组涡轮叶片的转速和工作温度越来越高，叶片温度测量已成为叶片设计验证必要的基础试验内容。典型燃气涡轮发动机的结构包括可动（例如：涡轮叶片）与非可动部件，分别在不同的温度范围下工作。其中，发动机涡轮叶扇直接与燃气接触，其表面温度可达1300℃。随着新一代燃气涡轮发动机性能的不断提升，其燃烧室工作温度也上升至新的水平；发动机转子历经长时间的温度和应力循环，会造成严重的热致和热机械损害，导致部件寿命减低，甚至导致灾难性事故发生。航空发动机、重型燃气轮机等技术装备中涡轮叶片温度测量中，温度传感器需安装于叶片表面上，随转子高速旋转，导致传感器信号难以从转子上传输到地面设备进行处理、分析与存储。同时，在数据采集过程中，为传感器等部件提供电源激励时存在同样的困难。尤其在如航空发动机转子等高速旋转部件中，由于安装空间有限、存在很大的离心力作用等原因，使得信号传输和提供电源激励这个两个方面的困难显得尤为突出。因此，对于旋转状态的传感器信号，需要一套特种测量仪器系统来遥测和处理，要求该遥测系统能够以无线数据传输方式将转子上的测量参数高效、可靠地传输到地面设备，同时还要将地面的电能以非接触的方式传输到转子上以供给传感器等器件使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种用于发动机旋转部件温度测量的无线遥测系统。为解决上述技术问题，本专利技术采用技术方案为：一种用于发动机旋转部件温度测量的无线遥测系统，包括：传感模块：包括多个设置于发动机旋转部件的预设测点位置的薄膜型温度传感器，用于温度参数感知；数字遥测模块：包括转子组件和静子组件，所述转子组件设置于发动机旋转部件轴端，其通过设置在发动机空心转轴内的导线与所述传感模块连接，所述静子组件设置在发动机定子上，并与所述转子组件正对设置；所述转子组件用于将所述传感模块采集的温度参数无线发送给所述静子组件，所述静子组件用于将接收到的温度参数数据发送给地面数据处理模块，所述静子组件还用于通过无线充电的方式对所述转子组件进行充电；地面数据处理模块：用于对所述数字遥测模块发送的温度参数进行计算处理。所述传感模块包括多个传感器组，每个传感器组设置在不同的轮盘上，每个传感器组包括多个高温温度传感器以及一个低温温度传感器，所述多个高温温度传感器分别设置在叶片不同位置，用于测量发动机曲面基底叶片表面温度，所述低温温度传感器设置在发动机旋转部件的叶片转轴结合部，用于测量冷端温度，所述低温温度传感器采用四线制接线方法。所述高温温度传感器利用等离子喷涂或离子溅射的方法直接在旋转部件的测点位置制备，使用类型为薄膜型铂电阻RTD（ResistanceTemperatureDetector）或薄膜热偶式传感器；所述低温温度传感器为Pt测温电阻，其设置方式为在旋转部件叶片的转轴结合部淀积Pt薄膜，然后采用激光调阻工艺刻蚀或采用掩膜工艺制备Pt测温电阻；所述Pt测温电阻用于测量冷端温度，其采用四线制接法，所述高温温度传感器和低温温度传感器通过引线与设置在发动机空心转轴内的导线连接进而与转子组件连接。所述引线采用的材料为导电性良好的银铜合金丝，外层覆漆绝缘；引线从叶片侧面引出，用高温胶固定后与位于发动机的空心转轴内的导线连接。所述转子组件包括数据采集单元、激光数据发送单元及无线充电接收单元；所述静子组件包括激光数据接收单元、无线充电发射单元和信号发送模块；数据采集单元与传感模块的输出端连接，用于接收温度传感器采集的温度信息并发送至所述激光数据发送单元，激光数据发送单元用于将温度信息以激光信号的方式发送到静子组件的激光数据接收单元，信号发送模块将激光数据接收单元接收的激光信号传送给地面数据处理模块；所述无线充电发射单元的输入端与电源连接，输出端通过无线充电的方式对无线充电接收单元充电，以实现对转子组件的供电。无线充电发射单元和无线充电接收单元分别包括一供电线圈，无线充电发射单元的供电线圈与电源连接，并向所述无线充电接收单元的供电线圈提供频率不低于0.6MHz的高频交流电。所述转子组件还包括信号调理模块和AD转换模块，传感模块采集的温度信息的模拟信号经所述信号调理模块进行信号调理以及AD转换模块进行AD转换后，经所述数据采集单元发送给所述激光数据发送单元，所述激光数据发送单元用于对所述温度信息数据进行信源编码和信道编码后，以激光的形式进行发送，所述激光数据接收单元用于接收所述激光数据发送单元发送的包含温度数据的激光信号，并进行解码后通过所述信号发送单元发送至所述地面数据处理模块，所述地面数据处理模块用于对温度数据进行存储和后处理。所述信号调理模块包括与多个模拟开关、多个热敏电阻电压检测模块和多个信号调理子模块，所述模块开关和热敏电阻电压检测模块的数量与传感器组的数量对应，所述信号调理子模块的数量与传感模块中高温温度传感器的数量对应；每个传感器组中，各个高温温度传感器的输出端分别经一个信号调理子模块后与一个模拟开关的输入端连接，低温温度传感器的信号输出端经热敏电阻电压检测模块后与同一个模拟开关的输入端链接，所述模块开关的输出端与所述AD转换模块的输入端连接。所述地面数据处理模块对数据进行后处理的具体方法为：首先对温度传感数据进行实时校准；并对校准后的温度数据进行处理与分析，给出运动部件的温度梯度及动态变化特性参数，采用迟滞非线性修正算法提高测量及温度场重构精度。所述遥测单元输出的数据为连续的串行数据流，其具有复杂的帧结构，所述地面数据处理模块用于将串行数据流分开后，获得单个通道的数据。区别于现有技术，本专利技术提供了用于发动机旋转部件温度测量的无线遥测系统，其通过将遥测模块设置为静子组件和设置在轴端的转子组件，将光学传输装置内置在数字遥测模块内，与数字遥测模块整装一体，不需进行任何设置，不存在调谐问题；静子组件和转子组件的数据传输采用光电技术，可以确保信号不受现场电磁干扰、不失真地进行传输；传感模块包括用于测温的薄膜热电偶和用于温度补偿的薄膜型铂电阻，针对多路热电偶采集通道，采用传感器非线性校正方法及基于温度场建模方法实现热电偶冷端补偿；热电阻采用四线制接法消除引线电阻影响，提高补偿端测温精度。通过本专利技术，可以实现复杂恶劣环境发动机运动部件表面温度参数的无线读取，可在高旋高振及高温环境可靠工作的多通道、大容量多路传感信号采集、存储、无线发送及无线充电，为旋转部件温度测量提供一种可靠的信号提取手段。附图说明图1是本专利技术提供的一种用于发动机旋转部件温度测量的无线遥测系统的结构示意图；图2是本专利技术提供的一种用于发动机旋转部件温度测量的无线遥测系统的控制示意图；图3是本专利技术实施例的安装示意图；图4是本专利技术提供的一种用于发动机旋转部件温度测量的无线遥测系统的工作流程图；图中，1为引线，2为测量点，3为动叶片，4为发动机转轴。具体实施方式下面结合具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于发动机旋转部件温度测量的无线遥测系统，其特征在于，包括：传感模块：包括多个设置于发动机旋转部件的预设测点位置的薄膜型温度传感器，用于温度参数感知；数字遥测模块：包括转子组件和静子组件，所述转子组件设置于发动机旋转部件轴端，其通过设置在发动机空心转轴内的导线与所述传感模块连接，所述静子组件设置在发动机定子上，并与所述转子组件正对设置；所述转子组件用于将所述传感模块采集的温度参数无线发送给所述静子组件，所述静子组件用于将接收到的温度参数数据发送给地面数据处理模块，所述静子组件还用于通过无线充电的方式对所述转子组件进行充电；地面数据处理模块：用于对所述数字遥测模块发送的温度参数进行计算处理。

【技术特征摘要】
1.一种用于发动机旋转部件温度测量的无线遥测系统，其特征在于，包括：传感模块：包括多个设置于发动机旋转部件的预设测点位置的薄膜型温度传感器，用于温度参数感知；数字遥测模块：包括转子组件和静子组件，所述转子组件设置于发动机旋转部件轴端，其通过设置在发动机空心转轴内的导线与所述传感模块连接，所述静子组件设置在发动机定子上，并与所述转子组件正对设置；所述转子组件用于将所述传感模块采集的温度参数无线发送给所述静子组件，所述静子组件用于将接收到的温度参数数据发送给地面数据处理模块，所述静子组件还用于通过无线充电的方式对所述转子组件进行充电；地面数据处理模块：用于对所述数字遥测模块发送的温度参数进行计算处理。2.根据权利要求1所述的用于发动机旋转部件温度测量的无线遥测系统，其特征在于，所述传感模块包括多个传感器组，每个传感器组设置在不同的轮盘上，每个传感器组包括多个高温温度传感器以及一个低温温度传感器，所述多个高温温度传感器分别设置在叶片不同位置，用于测量发动机叶片表面温度，所述低温温度传感器设置在发动机旋转部件的叶片转轴结合部，用于测量冷端温度，所述低温温度传感器采用四线制接线方法。3.根据权利要求2所述的用于发动机旋转部件温度测量的无线遥测系统，其特征在于，所述高温温度传感器利用等离子喷涂或离子束溅射的方法直接在旋转部件的测点位置制备，使用类型为薄膜热偶式传感器；所述低温温度传感器为Pt测温电阻，其设置方式为在旋转部件叶片的转轴结合部淀积Pt薄膜，然后采用激光调阻工艺刻蚀或采用掩膜工艺制备Pt测温电阻；所述Pt测温电阻用于测量冷端温度，其采用四线制接法，所述高温温度传感器和低温温度传感器通过引线与设置在发动机空心转轴内的导线连接进而与转子组件连接。4.根据权利要求3所述的用于发动机旋转部件温度测量的无线遥测系统，其特征在于，所述引线采用的材料为导电性良好的银铜合金丝，外层覆漆绝缘；引线从叶片侧面引出，用高温胶固定后与位于发动机的空心转轴内的导线连接。5.根据权利要求1所述的用于发动机旋转部件温度测量的无线遥测系统，其特征在于，所述转子组件包括数据采集单元、激光数据发送单元及无线充电接收单元；所述静子组件包括激光数据接收单元、无线充电发射单元和信号发送模块；数据采集单元与传感模块的输出端连接，用于接收温度传感器采集的温度信息并发送至所述激光数据发送单元，激光数据发送单元用于将温度信息以激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭秋林，董和磊，熊继军，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14