[发明专利]一种基于全光纤叶尖定时的叶尖间隙测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及叶尖间隙测量领域，尤其涉及一种基于全光纤叶尖定时的叶尖间隙测量方法。

背景技术

作为航空发动机等重大装备的重要参数之一，旋转机械叶片的叶尖间隙在线测量技术对此类装备的技术发展有相当重大的意义。叶尖间隙的存在使流体发生泄漏，并影响流体的理想流动状态，从而降低工作温度和效率。

叶尖间隙相当于一个动力泄漏源，使叶尖间隙尽可能小至最佳值有利于提高发动机的性能和效率。然而，叶尖间隙过小，会增加叶尖与机匣碰磨的可能性，从而威胁发动机和系统的安全运行，甚至造成灾难性后果。

若能够对叶尖间隙进行自动化、智能化控制，就可以促使叶尖间隙保持最佳值，从而保障发动机维持最佳效率。

要实现系统的自动化和智能化必须满足两个条件：其一，实现参数高精度、实时在线测量；其二，开发相应的控制系统和算法，使系统执行所需命令，达到期望运行状态。而对于高速旋转机械的叶片叶尖间隙主动调控技术，现阶段的研究瓶颈主要在于如何获得可靠的、实时的监测数据。因为旋转机械的叶片的工作条件非常苛刻，如：高温、高压、高速旋转、电磁环境复杂、油污、叶片数量和形状不同等，这些客观工作环境对叶尖间隙测量系统的抗干扰能力和可靠性提出了极高的要求。因此，虽然旋转机械的叶片叶尖间隙在线测量极具挑战性，但是亟待解决。

发明内容

本发明提供了一种基于全光纤叶尖定时的叶尖间隙测量方法，本发明将间隙值巧妙的转化为与之相关的叶尖定时信号，使得测量系统与叶片、电磁干扰等大部分环境因素无关，提高了系统抗干扰能力和间隙测量精度，详见下文描述：

一种基于全光纤叶尖定时的叶尖间隙测量方法，所述方法包括以下步骤：

将三角法中长度量的测量转化为叶尖定时信号的测量；

采用两支光纤束式定时传感器，定时传感器中的发射光纤发出两束不同波长的自准直出射光；而定时传感器中的接收光纤则接收叶片来临测量区域和离开测量区域的时刻信号；

再用一支转速同步传感器来实时监测转子转速；对所有传感器信号进行高速信号采集和电路模块处理，通过数学模型即可通过上位机反算出传感器端面与叶尖间距。

所述光纤束式定时传感器包括：半导体激光器、光隔离器、光纤传感器、光电探测器和电路板，

所述半导体激光器连接光隔离器，所述光隔离器与所述光纤传感器之间采用光纤传输，所述光纤传感器与所述光电探测器之间采用光纤传输，所述光纤连接电路板。

所述光纤传感器由发射端、接收端、Y型光纤束和测头组成。

所述数学模型具体为：

d=AB2×cot(α2)[(t2-t1)×vAB-1]]]>

其中，d表示叶尖间距；α表示两支纤束式定时传感器的夹角，AB表示两传感器测头顶端中心之间的距离，v表示转速同步传感器测到的转子切向速度，t₁、t₂表示叶片经过两支定时传感器出射光斑的时刻。

本发明提供的技术方案的有益效果是：采用叶尖到达信号的上升沿作为定时信号，从原理上克服了激光器光源不稳、不同叶片表面散射特性不同和旋转设备内部介质变化导致的反射光强弱变化和漂移，及某些电路参数变化导致的电信号幅值变化等诸多因素对测量系统的影响，测量系统具有动态响应速度快、抗电磁干扰能力强等优点。本发明将间隙值巧妙的转化为与之相关的叶尖定时信号，使得测量系统与叶片、电磁干扰等大部分环境因素无关，提高了系统抗干扰能力和间隙测量精度。

附图说明

图1为一种基于全光纤叶尖定时的叶尖间隙测量方法的流程图；