【技术实现步骤摘要】
基于微波的转静子轴向间隙在线测量方法和装置
本专利技术属于非接触距离测量领域。具体地说，本专利技术涉及一种基于微波的转静子轴向间隙在线测量方法与装置，特别是一种采用载波路与参考路交叉混频结构、抑制同频干扰信号的转静子轴向间隙在线测量方法与装置。
技术介绍
现代航空发动机正朝高推重比、高增压比及高涡前温度方向发展，一方面，航空发动机受转速变化、温度载荷和气动载荷的影响，转轴受载变形，机匣变形，转轴与机匣热膨胀不一致，过小的轴向间隙会增加轴功，降低效率，降低通流能力，恶化气动性能，甚至导致转子与静子发生碰磨，影响发动机的安全性和可靠性；另一方面，轴向间隙的缩小设计有利于缩短发动机尺寸，使发动机级间更加紧凑，降低发动机重量，有效地提高推重比。目前，航空发动机主动间隙控制技术已成为现代发动机的标志技术之一，对航空发动机运行状态参数的获取和分析，是实现主动间隙控制的基础，航空发动机转静子间隙的非接触在线监测具有非常重要的意义。目前比较成熟的非接触式转静子间隙测量方法的测量对象主要为叶尖间隙，已完成了台架试验，而轴向间隙的国内外...
【技术保护点】
1.一种基于微波的转静子轴向间隙在线测量装置，其特征是，包括微波信号产生模块、信号功率放大模块、信号接收和混频模块、信号调理采集模块、环形器、微波传感器，微波信号产生模块产生的载波信号经过信号功率放大模块放大后，进入环形器的第一个端口，并从环形器的第二个端口输出；环形器的第二个端口与微波传感器连接，微波传感器发射载波信号到被测的转子轴向端面，同时接收转子轴向端面的载波反射信号，输回到环形器的第二个端口，并从环形器的第三个端口输出；/n微波信号产生模块产生参考信号经过信号功率放大模块的放大作为信号接收和混频模块的本振输入信号Y
【技术特征摘要】
1.一种基于微波的转静子轴向间隙在线测量装置，其特征是，包括微波信号产生模块、信号功率放大模块、信号接收和混频模块、信号调理采集模块、环形器、微波传感器，微波信号产生模块产生的载波信号经过信号功率放大模块放大后，进入环形器的第一个端口，并从环形器的第二个端口输出；环形器的第二个端口与微波传感器连接，微波传感器发射载波信号到被测的转子轴向端面，同时接收转子轴向端面的载波反射信号，输回到环形器的第二个端口，并从环形器的第三个端口输出；
微波信号产生模块产生参考信号经过信号功率放大模块的放大作为信号接收和混频模块的本振输入信号Y2；同时，微波信号产生模块产生的载波信号经过信号功率放大模块的放大后作为信号接收和混频模块的射频输入信号X1；信号接收和混频模块输出一路解调信号，该信号通过信号调理采集模块预处理后输出到计算机；
环形器的第三个端口输出的载波信号作为信号接收和混频模块的射频输入信号Y1；同时，微波信号产生模块输出的参考信号经过信号功率放大模块的放大后作为信号接收和混频模块的本振输入信号X2；信号接收和混频模块输出两路正交解调信号，这两路信号通过信号调理采集模块后进行输出到计算机。
2.如权利要求1所述的基于微波的转静子轴向间隙在线测量装置，其特征是，信号接收和混频模块输出的一路解调信号形成信号ZI1，信号接收和混频模块输出两路正交解调信号分别形成信号ZI2和ZQ2，计算机中，将传输上来的ZI2与ZI1进行混频运算和低通滤波处理，得到信号VI(d)，将ZQ2与ZI1进行混频运算和低通滤波处理，得到信号VQ(d)，通过空间距离扫描，即等间隔的进行转静子轴向间隙采样，由VI(d)和VQ(d)最终计算获得转静子轴向间隙变化值。
3.如权利要求1所述的基于微波的转静子轴向间隙在线测量装置，其特征是，微波信号产生模块主要包括：时钟基准、控制器、载波路锁相环、载波路压控振荡器、载波路环路滤波器、参考路锁相环、参考路压控振荡器、参考路环路滤波器；
信号功率放大模块包括：载波路功率放大器、载波路中等功率放大器、参考路功率放大器、参考路中等功率放大器；
信号接收和混频模块包括：参考路混频器、参考路射频低噪声放大器、载波路混频器、载波路射频低噪声放大器、第一个低通滤波器、第二个低通滤波器、第三个低通滤波器；
时钟基准为系统提供稳定的频率参考；
控制器设置载波路锁相环工作在载波频率ωr模式下；载波路锁相环通过内部的电荷泵输出脉冲电流信号，经过载波路环路滤波器带通滤波后，使载波路压控振荡器输出载波频率为ωr的载波信号，同时通过内部的鉴相器，实时监测时钟基准的倍频信号与载波路压控振荡器的载波反馈信号的相位差，并使二者相位差为零；
载波路压控振荡器输出的载波信号经过载波路功率放大器的功率放大后，进入环形器的第一个端口，并从环形器的第二个端口输出；环形器的第二个端口与微波传感器连接，微波传感器发射载波信号到被测的转子轴向端面，同时接收转子轴向端面的载波反射信号，输回到环形器的第二个端口，并从环形器的第三个端口输出；
控制器设置参考路锁相环工作在参考频率ωs模式下；参考路锁相环通过内部的电荷泵输出脉冲电流信号，经过参考路环路滤波器带通滤波后，使参考路压控振荡器输出参考频率为ωs的参考信号，同时通过内部的鉴相器，实时监测时钟基准的倍频信号与参考路压控振荡器的参考反馈信号的相位差，并使二者相位差为零；
参考路压控振荡器输出的参考信号经过参考路功率放大器的功率放大以及参考路射频低噪声放大器的放大后作为参考路混频器的本振输入信号Y2；同时，载波路压控振荡器输出的载波信号经过载波路中等功率放大器的中等增益功率放大后作为参考路混频器的射频输入信号X1；参考路混频器输出一路解调信号，经过第一个低通滤波器后为ZI1，该信号通过信号调理采集模块预处理后，传送至计算机；
环形器的第三个端口输出的载波信号经过载波路射频低噪声放大器的放大后作为载波路混频器的射频输入信号Y1；同时，参考路压控振荡器输出的参考信号经过参考路中等功率放大器的中等增益放大后作为载波路混频器的本振输入信号X2；载波路混频器输出两路正交解调信号，分别经过第二个低通滤波器和第三个低通滤波器后，为ZI2和ZQ2，这两路信号也通过信号调理采集模块预处理后，传送至计算机；
参考路混频器输入的本振输入信号Y2和射频输入信号X1分别用式(1)和式(2)表示：
其中，A1为射频输入信号X1的幅值，A6为本振输入信号Y2的幅值，ωs为参考频率，ωr为载波频率，为射频输入信号X1的相位，为本振输入信号Y2的相位；
参考路混频器输出的一路解调信号，经过第一个低通滤波器滤除频率为ωr+ωs的频率成分后，得到的信号ZI1用式(3)表示：
其中，ωIF＝ωs-ωr为中频频率；
载波路混频器输入的射频输入信号Y1和本振输入信号X2分别用式(4)和式(5)表示：
其中，A2为本振输入信号X2的幅值，A3为射频输入信号Y1中载波反射信号部分的幅值，A4为射频输入信号Y1中传感器端面反射部分和待测转子周围静子件杂散反射部分的幅值，A5为射频输入信号Y1中由于射频芯片或环形器隔离度不高造成的射频同频串扰部分的幅值，为本振输入信号X2的相位，为射频输入信号Y1中载波反射信号部分、传感器端面反射部分和待测转子周围静子件杂散反射部分在传输线缆上延迟的相位，为射频输入信号Y1中由于射频芯片或环形器隔离度不高造成的射频同频串扰部分在传输路径上延迟的相位，为射频输入信号Y1中载波反射信号部分受转静子轴向间隙变化产生的待测相位；
载波路混频器输出的两路正交解调信号分别经过第二个低通滤波器和第三个低通滤波器滤除频率为ωr+ωs的频率成分后，得到的信号ZI2和ZQ2，用式(6)和式(7)分别表示：
ZI2＝SI_IF(t)+SI_tip(t)+SI_le(t)(6)
ZQ2＝SQ...
【专利技术属性】
技术研发人员：段发阶，牛广越，蒋佳佳，傅骁，程仲海，邓震宇，支烽耀，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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