非接触式高速旋转叶片振动测量新技术的研究

基于叶尖定时原理开发了一套旋转叶片振动监测系统,该系统主要由光纤传感、数据采集、振动分析三个部分组成.光纤传感的核心是叶尖定时传感器和光电转换模块的设计,数据采集实现对转换后的脉冲数据进行高速采集、预处理和与计算机之间的高速通信,振动分析则由计算机软件进行实时处理并显示分析结果.整套系统在现场某大型压气机上进行了原理性验证,同时在高速模拟转子上通过了实时性验证,分析得到的结果与应变片监测的数据完全吻合,保证了整套系统最终应用于压气机叶片振动的在线实时监测.     

叶端定时测量方法及关键技术研究

研究了叶端定时测量方法及其实时监测系统的关键技术——叶端定时传感器、高速叶端脉冲信号采集系统和叶端定时信号的实时分析和处理。采用叶端定时测量系统在实验现场对某发动机的首级叶片振动进行实时测量，获得了满意的结果。     

叶尖定时旋转叶片振动测量新技术

设计了一套基于叶尖定时传感的旋转叶片振动测量系统.系统主要由光电传感系统、振动信号采集与预处理系统、叶片振动数据处理系统3部分组成.叶尖定时传感器采用单根光纤发射、多光纤接收的Y型结构,并用高性能专用集成芯片完成弱光信号的放大检测,使传感器信噪比大于500,信号带宽大于50 MHz.设计了基于PCI总线,并融合CPLD和DSP技术的高速叶尖定时信号实时采集与处理板卡;建立了同步共振条件下叶片振动的数据处理模型,实现了叶片振动的实时监测.     

一种新型叶尖定时信号高精度处理技术

提出一种新型叶尖定时信号高精度处理方法。采用固定频率脉冲填充方法，并基于CPLD、FIFO、EPP的融合技术，实现10ns的叶尖定时分辩力。利用CPLD设计了24位高速同步计数锁存电路，引入光通信用放大芯片设计了高灵敏度、宽频带光电接收预处理电路，并设计了高速EPP接口电路及软件。在实验室条件下对处理系统进行了功能验证，实验证明该系统可以实现0．4μw的弱光检测。     

汽轮机叶片振动的叶端定时测量法

提出了用叶端定时测量法测量叶片的振动幅度和频率,该方法只需在叶片顶部安装2个叶尖定时传感器,在转子的适当位置安装一同步传感器,就可以测量整级叶片的振动,克服了传统应变片测量法仅能测量某几个叶片,应变片寿命低,可靠性差等缺点.研究开发了汽轮机叶片动态监测实验系统,通过该系统对实验叶片的振动频率进行测量,验证了该方法的可靠性.     

反射式光纤在高速旋转叶片振动测量中的应用

采用基于反射式光纤工作原理的新型光纤束式叶尖定时传感器,研制了涡轮机高速旋转叶片振动监测系统,能够高效地收集叶尖定时信号,配合后续的光电转换、数据采集和数据分析,实现了高速旋转叶片的实时振动检测.在现场高速模拟转子的实时监测实验中,该系统的工作性能良好,得到的结果与同时进行监测的应变片实验结果基本一致,分析的异步振动阶次和频率也基本符合,为发动机的在线监测奠定了基础.     

基于空域变换的叶尖定时信号预处理方法

叶片振动参数的实时监测是保障航空发动机健康运行的关键。 传统的叶尖定时传感信号预处理方法会因转子转速变 化范围较宽(20~ 20 000 r/ min),产生较大的定时误差,影响叶片振动参数的辨识精度。 通过分析采样率转换模型,提出了一种 基于空域变换的叶尖定时信号预处理方法,将叶尖信号的等时间采样转换为等角度空间采样,实现高精度叶尖定时信号的获 取;使用基于三阶拉格朗日插值的 Farrow 结构并通过流水线优化技巧,在现场可编程逻辑门阵列上实现了逻辑资源占用与数 据处理速率的均衡设计。 实验验证表明,该方法可以有效完成等空间角度采样,降低了转速变化的影响,在实时转速为 1 000 ~ 8 000 rpm,基准转速为 3 000 rpm 时,无论采用前沿时刻鉴别还是采用双边沿时刻鉴别,本文采用的方法振动位移测量误差均在 20. 19 μm 内,远低于传统位移测量方法的测量误差,提高了叶片到达时刻及叶片振动位移的测量精度。     

基于光纤传感的旋转叶片振动检测技术研究

论述的涡轮机高速旋转叶片振动监测系统采用了基于反射式光纤工作原理的新型光纤束式叶尖定时传感器,能够高效地收集叶尖定时信号,配合后续的光电转换、数据采集、数据分析,实现了高速旋转叶片的实时振动检测。整套系统在现场高速模拟转子的实时监测试验中工作性能良好,得到的结果与同时进行监测的应变计试验结果基本一致,分析的异步振动阶次和频率也基本符合,这将有利于进一步改进和完善整套系统,使之能达到发动机在线监测的要求。     

叶端定时光纤传感器特性研究

为了探讨叶端定时光纤传感器的设计方法和设计依据,在实验测量的基础上建立了一个在高斯光束几何反射模型下的一维数值计算方法,可以在计算机上对叶端定时光纤传感器的特性进行计算分析,为叶端定时光纤传感器的优化设计提供了一个必要工具.对62.5/125多模光纤构成的19芯和37芯叶端定时光纤传感器的计算分析结果表明,传感器端面处的反射光斑半径在300 μm附近时有最佳的信噪比和接收光强波形;由发射光纤直接出射光束的19芯或37芯叶端定时传感器在与叶端的间距为1～3 mm范围内有较好性能;若用LD作为光源,37芯叶端定时传感器可以更好地的减少激光散斑的影响.     

无转速同步叶尖定时预处理方法及误差分析

提出了一种无转速同步叶尖定时信号预处理方法,通过同一叶片到达不同叶尖定时传感器的振动位移差进行振动参数辨识和转速测量。误差分析表明,该方法可以降低转速测量误差以及转速误差对振动位移测量的影响。分析了振动位移差的测量误差,并与采用转速同步的方法进行了比较。实验结果表明,该方法能够有效地实现叶尖定时测量并具有良好的测量精度。