[发明专利]旋转机械叶尖间隙与叶片转速综合测量系统及方法、图像处理程序

说明书

本发明公开了一种旋转机械叶尖间隙与叶片转速综合测量系统及方法、图像处理程序，可以达到仅使用高频图像采集器即可测量叶尖间隙与叶片转速的效果。本发明包括图像采集器、图像采集卡、图像处理单元；所述图像采集器用以采集旋转叶片与机匣的实时图像，并传输至图像采集卡；所述图像采集卡用于将接收到的信号转换为数字信号，并传输至图像处理单元；所述图像处理单元用于对接收到的图像进行图像处理与计算，同时得出被测旋转叶轮叶尖间隙与叶片转速。本发明测量精确且测量所需传感器数量少，可用于旋转机械叶片间隙与转速的实时测量，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种旋转机械叶尖间隙与叶片转速综合测量系统及方法、图像处理程序。

背景技术

旋转机械叶片的叶尖间隙一般是指旋转机械转子叶片与机匣间的径向距离，旋转机械转速一般指的是单位时间内旋转机械绕圆心转动的圈数，叶尖间隙与转速是影响旋转机械性能的两个重要参数。以典型的旋转机械——航空发动机为例，当航空发动机叶尖间隙过大时，压气机的压比下降，耗油量增加，发动机的效率也会大大降低。然而叶尖间隙过小时，由于叶片在高温环境下受热发生膨胀，可能会导致叶尖与机匣内壁之间产生摩擦，造成零部件的损坏，影响发动机的安全；同时，航空发动机转速的大小决定了发动机叶片强度和涡轮前温度的大小，且发动机推力近似与转速的三次方成正比，所以无论是从发动机安全运行方面还是从发动机综合性能上来看，转速都是航空发动机最基本也是较为重要的控制量。综上，合理的设计和监测发动机的叶尖间隙与叶片转速，对于提高发动机性能具有重要意义。目前已有分别将图像处理技术用于旋转机械间隙测量与转速测量上的实例，但普遍存在一些缺点与问题，且目前还没有一种方法可以将基于图像处理技术的间隙测量与转速测量有机结合起来的实例。

中国专利201210455748.1公开了“测量发动机叶尖间隙的方法及其系统”，该方法通过图形采集器拍摄机匣和叶尖的图像，并通过上位机进行数据分析获取该发动机各叶片叶尖同机匣之间的间隙；同时根据安装在转轴上的角度传感器，也适时测出相关间隙值对应的角度信息；最后根据相机标定信息，完成像素点与物理距离之间的转换。但是该方法需要两个传感器，即相机与角速度传感器。其中角速度传感器安装在轴上，为接触式测量，存在一些问题，且角速度传感器仅适用低转速范围，无法测量高转速物体；不同传感器之间若发生通讯故障，或通信速率不同，则无法确定测量出的间隙值的角度信息；且该方法仅针对间隙测量。

中国专利200610029122.9公开了“基于计算机视觉的转速测量装置”，该方法通过视觉采集装置采集安装在测速平台上被测物体的运动模糊图像，并将所获得的模糊图像信息传送计算机系统。通过对模糊图像进行运动降维处理、时频变换、频谱分析、运动参数获取等操作，提取出被测物体的转速值。但是该方法仅适用于转速较低的情况，根据香农采样定律，当被测物体转速较高时，该方法测量会产生失真；且该方法仅针对转速测量。

由于旋转机械转子高频图像包含转子叶尖间隙与转子转速在内的大量信息，所以开发一种基于图像处理技术的旋转机械叶尖间隙与叶片转速综合测量系统是可行的。通过对单帧图像的处理，可以提取转子叶尖间隙的相关信息；通过对一系列带有时间标识图像的处理，可以提取转子转速的相关信息。为了减少旋转机械传感器数量与重量，实现单一传感器测量多种变量的目标，发明了一种基于图像处理技术的旋转机械叶尖间隙与叶片转速综合测量系统。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于图像处理技术的旋转机械叶尖间隙与叶片转速综合测量系统及方法、图像处理程序，可以仅利用一台高频图像采集器，同时测量旋转机械叶尖间隙与转速。其结构简单，安装使用方便，测量精度高，可以用于实时测量旋转机械叶尖间隙与转速，发展前景广阔。

本发明为实现上述目的采用以下技术方案：