[发明专利]提高转静子轴向间隙测量精度的方法与装置

说明书

本发明属于非接触距离测量领域，为提高在射频传输线缆长度变化、环境温度升高时转静子轴向间隙的测量精度。为此，本发明采取的技术方案是，提高转静子轴向间隙测量精度的装置和方法，由微波信号产生模块、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、计算机、载波路环形器、参考路环形器、载波路射频线缆、参考路射频线缆、微波载波传感器、微波参考传感器组成，借助前述装置，利用基于幅相不平衡矫正因子的同频干扰信号抑制模型及射频线缆上相位延迟量的确定方法实现轴向间隙测。本发明主要应用于非接触距离测量场合。

技术领域

本发明属于非接触距离测量领域。具体地说，本发明涉及一种转静子轴向间隙在线测量方法与装置，特别是一种采用微波双路参比结构的提高转静子轴向间隙测量精度的方法与装置。

背景技术

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相关研究成果较少，实际装配时通常使用发动机原型机的计算值为标准，存在安装间隙误差和游隙间隙误差，尚未有成熟的转静子轴向间隙在线测量系统。

航空发动机的转静子轴向间隙监测位置通常处在外涵道空气冷却环境中，风扇、压气机的转静子轴向间隙测量位置温度达到300℃，涡轮机的转静子轴向间隙测量位置温度达到450℃。在传统的航空发动机微小间隙测量方法中，光学法易受环境油污影响测量寿命缩短，应用于高温(450℃)测试环境的加工成本很高；电容法在测量量程10mm时探头端面直径达到60mm，传感器尺寸过大，不适用于航空发动机内部空间十分有限的测量环境；电涡流法仅适用于常温低速的发动机工作环境，不适用于高温下的间隙测量；微波法相比其他方法不易受发动机内部工作环境影响，更适合发动机内微小间隙测量，但微波发射和接收信号的强度和相位都会受到高温工作环境影响，进而降低转静子轴向间隙的测量精度。

微波法可分为反射强度法、线性调频法和相位差法，反射强度法易受转子件周围静子遮挡物、工作环境温度影响，测量精度不能满足测量要求；线性调频法需要很高的信号带宽才能达到较高的测量精度，但结构过于复杂；相位差法采用正交解调和低通滤波方法可实现转静子轴向间隙测量，但射频传输线缆的长度变化、环境温度升高时射频传输线缆相位延迟量的漂移会直接降低转静子轴向间隙的测量精度。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种提高转静子轴向间隙测量精度的方法与装置，提高在射频传输线缆长度变化、环境温度升高时转静子轴向间隙的测量精度。为此，本发明采取的技术方案是，提高转静子轴向间隙测量精度的装置，由微波信号产生模块、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、计算机、载波路环形器、参考路环形器、载波路射频线缆、参考路射频线缆、微波载波传感器、微波参考传感器组成；

信号接收和混频模块由载波路混频器和第一和第二两路参考路混频器组成；

微波信号产生模块产生载波信号和参考信号，载波信号依次经信号功率放大模块、载波路环形器、载波路射频线缆传输到微波载波传感器，微波载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，接收的载波反射信号经过接收用载波路射频线缆、载波路环形器后作为载波路混频器的射频输入信号；所述参考信号经过信号功率放大模块放大后作为载波路混频器的本振输入信号；载波路混频器输出两路正交解调信号通过信号调理采集模块预处理后传送至计算机；