【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于相位法位移传感器的高温校准和测试方法，属于计量测试。
技术介绍
1、位移传感器作为一种常见的基本传感器，有很高的测量精度和广泛的应用。目前位移传感器进一步发展的主要的方向为测量精度的提高，体积的减小和能够适应更加特殊的工作条件和环境。例如航空发动机内部叶尖间隙的尺寸严重影响发动机的工作的效率和稳定性，但是由于发动机中高温、燃气、燃油污染等特殊的工作环境，需要一种特殊的位移传感器和有效的校准和测试方法，实现此环境下叶尖间隙的高精度测量。
2、基于相位法工作的位移传感器的主要原理为：信号源发出的连续波信号通过传感器辐射向被测目标，反射信号在被测目标的金属端面被反射回传感器，通过测量反射信号和被测信号的相位差，获得被测目标的位移信息。在传感器工作频率为f时，相位差φ对应的位移值r的计算公式为：
3、
4、此方法为非接触测量，可以减小对被测物运行状态的影响，有很好的环境适应性。为了避免相位模糊，要求被测位移范围在传感器工作频率的半波长范围内。
5、当位移传感器工作环境温度升高时，受到材料热膨胀的影响，传感器内部所有部件尺寸增大，使得连续波传输路径增长，测量结果发生偏移。其次，由于传感器的传输电缆和探头内部都存在一定的传输介质，一般介质在高温环境下介电常数增大，引起传输其中的信号波长变短，严重影响传感器最终的相位测试结果。以航空发动机叶尖间隙测试为例，一般情况下，航空发动机中高压压气机内的燃气温度可以达到600℃，而高压涡轮机中可以达到1100℃甚至更高，这对传感器在高
6、us6856281b2公开了一种基于相位法测试系统的校准方法，提出了通过传感器通带阻带的双工作频点测试方法补偿由于高温下电缆长度伸长引起的测试相位偏差。此专利技术提出的思路有很多地方值得借鉴，其缺点为：理论分析设置前提过于理想化，忽略了传感器探头本身在高温下的伸长量，同时也忽略了传感器中传输介质在高温下介电性能变化引起的测量相位的偏差。
技术实现思路
1、为了解决基于相位法位移传感器由于高温测试环境引起的测量误差大，精度差的问题，本专利技术的目的是提供一种基于相位法位移传感器的高温校准和测试方法，该方法通过增加阻带频点和引入高温补偿因子函数，补偿高温环境下由于传感器电缆和探头材料热膨胀、传输介质介电性能变化以及空间滤波效应引起的测量偏差；同时提出对高温补偿因子和校准公式的重复迭代修正算法，实现传感器在高温环境下的高精度位移测试。本专利技术能够实现传感器不需要测量温度值即可进行高温环境下的实时位移测量，保证更高的稳定性、测量精度和可靠性。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术公开的一种基于相位法位移传感器的高温校准和测试方法，包括如下步骤：
4、步骤a：测量传感器的传输频带范围，在传感器传输频带内(通带)和频带外(阻带)各取一个工作频点，在传感器校准过程中，同时测量传感器在通带频点和阻带频点下，发射信号和反射信号的相位差值，增加阻带频点测量的目的是为补偿高温环境下传输电缆的加长和介质介电性能变化引起的测量相位偏移。
5、步骤b：利用步骤a中的传感器校准过程中的所有标定数据，即所有校准点和温度环境下的相位差值，分别计算每个校准点的高温补偿因子，形成与标准位移值相关的高温补偿因子函数，用于在传感器测试数据处理过程中对补偿因子的修正。
6、步骤c：建立传感器高温校准公式，校准公式中引入高温补偿因子，用于补偿传感器由于高温下探头材料热膨胀、传输介质介电性能改变和空间滤波效应引起的测量相位偏移。
7、所述测试方法还包括步骤d：将传感器常温标定数据带入步骤c中的校准公式，得到相应的测量位移值。再依据步骤b和步骤c重新修正传感器的高温补偿因子和校准公式，重复迭代，并重复修正测量位移值，直到相邻两次的测量位移值之间满足设定的阈值关系，则判定传感器测试数据稳定，实现传感器高精度的位移测试。
8、进一步地，所述步骤a包括：步骤a1，测量传感器传输频带范围，在传输频带范围内寻找传输效率最高的频点作为传感器的通带工作频点，默认传感器在此频点能够将信号通过探头全部向外传输；在传输频带范围外选择频点，作为传感器的阻带工作频点，默认传感器在阻带工作频点信号无法通过探头，只能在探头根部位置全部反射回传输电缆；步骤a2：在传感器校准平台上，信号源同时发出通带和阻带工作频点的连续波信号到传感器探头，同时记录测量范围内的所有校准点上传感器在两频点测量得到的通带相位差值φc和阻带相位差值φb，完成微波传感器的常温标定；步骤a3：在传感器高温环境下，同时记录测量范围内所有校准点上传感器通带相位差值φ1c和阻带相位差值φ1b，完成微波传感器的高温标定。
9、进一步地，所述步骤b包括：步骤b1，根据步骤a2得到常温下的通带相位差值φc和阻带相位差值φb，步骤a3得到的高温下的通带相位差值φ1c和阻带相位差值φ1b，以及公式k＝(φ1c-φc)/(φ1b-φb)计算相应校准点的高温补偿因子k，当在温度点为两个或更多时，k表示温度引起的传感器通带测量相位变化量与阻带相位变化量形成的关系曲线的斜率；步骤b2：整理所有校准点上的高温补偿因子k值，拟合形成传感器高温补偿因子函数：k＝g(r)，式中r表示校准过程中的所有标准位移值。
10、进一步地，在所述步骤c中，建立传感器的直接测量结果与标准位移之间的校准公式为：r＝f(φc-kφb)，式中φc、φb分别为标准位移下r测量得到的通带和阻带相位差，k为将高温补偿因子；k的引入对传感器探头部分在高温下由于热膨胀和介电常数变化，以及空间滤波效应引起的相位偏差进行了补偿。
11、进一步地，所示步骤d包括：步骤d1，设置高温补偿因子k的初始值，即所有校准点上k值的平均值带入步骤c中的校准公式，形成：公式中带入步骤a2中传感器常温标定数据，即所有校准点上的测量值φc和φb，r为对应校准点的标准位移值，拟合出相应的校准曲线f1；步骤d2：：在传感器测试过程中，将传感器通带和阻带的测量值和带入步骤d1中的校准公式f1，计算出对应的位移值步骤d3：将步骤d2计算得到的r1带入步骤b2中的高温补偿因子函数，对高温补偿因子k进行修正，得到：k1＝g(r1)；步骤d4：将步骤d3计算得到的高温补偿因子k1带入步骤c中的传感器校准公式进行修正，形成：r＝f2(φc-k1φb)，拟合出修正后的传感器校准曲线；步骤d5：将步骤d2中得到的传感器通带和阻带的测量值和带入步骤d4中的校准公式f2，重新计算传感器测量位移值：步骤d6：比较r1和r2之差是否符合设定的阈值要求，若符合，则判定测量结果稳定可靠，r2即测量的最终位移值；若不符本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于相位法位移传感器的高温校准和测试方法，其特征在于：包括如下步骤，
2.如权利要求1所述基于相位法位移传感器的高温校准和测试方法，其特征在于：所述步骤A具体包括如下步骤，
3.如权利要求1所述基于相位法位移传感器的高温校准和测试方法，其特征在于：所述步骤B包括如下步骤，
4.如权利要求1所述基于相位法位移传感器的高温校准和测试方法，其特征在于：步骤C的具体实现方式为，
5.如权利要求1所述基于相位法位移传感器的高温校准和测试方法，其特征在于：步骤D包括如下步骤，
【技术特征摘要】
1.基于相位法位移传感器的高温校准和测试方法，其特征在于：包括如下步骤，
2.如权利要求1所述基于相位法位移传感器的高温校准和测试方法，其特征在于：所述步骤a具体包括如下步骤，
3.如权利要求1所述基于相位法位移传感器的高温校准和测试方...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢兴娟，吴娅辉，高珊，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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