[发明专利]基于反射计传感器的微波近距测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及微波技术，尤其是微波近距测量领域。

背景技术

发动机叶尖径向间隙是指发动机各级转子叶片叶尖与发动机机匣之间的距离，它对发动机性能有很大影响。随着涡轮机技术的发展，对叶尖间隙精确测量的要求越来越迫切，改进的涡轮机设计围绕重量轻、性能高的概念，多采用小而薄的叶片。在航空发动机的装配过程中，叶尖间隙数据的测量可对后期的实验以及运行状态下间隙控制提供精确的数据参考，对提高发动机效率与减少耗油量有明显的帮助。

微波叶尖间隙传感器的工作原理与短程雷达系统极其相似。传感器向目标发送连续的微波信号并测量反射信号。输入输出信号的相差与传感器和待测目标之间的距离成正比。传统的微波法测量叶尖间隙是通过测量输入输出信号的相差来确定待测目标与传感器的距离。对于微波范围来说，相位差的测量相对比较困难，测量范围小，测量精度低，不适合高速高精度测量。因此要实现高速高精度测量的测量传统微波方法并不能满足要求，而如何优化改进传统微波法测量叶尖间隙成为了我们的研究方向。

发明内容

为了克服现有技术的不足，传统的测量叶尖间距的微波法存在相位差测量困难、测量精度低、测量范围小等问题，这些问题对实际测量带来很大的困难，测量结果也存在较大误差，本发明在传统的微波法测量基础上进行了改进，优化了测量方案，将传统的输入输出信号相位差测量转变为输出信号强度测量，易于测量且测量精度得到大幅度提高，以满足高速高精度测量需求。

本发明利用终端开口矩形波导作为反射计传感器，在输出频率固定条件下，在矩形波导中会产生驻波，当待测距离满足一定范围条件时，在矩形波导同一测量位置处的幅值将在相邻波谷到波峰之间的λ/4之间进行变化，该幅值与待测距离满足一一对应关系，通过测量同一位置的电压大小来计算出对应的叶尖间距。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

步骤1：搭建测试系统

测试系统由PC模块、信号源模块、四端口定向耦合器模块、短路活塞模块、微波传感器模块和数据测量采集模块组成；

所述PC模块主要为人机交互界面，实现对信号源模块输出强度与通断的控制以及对数据测量采集模块数据的提取与分析，在用户界面显示叶间间距测量结果信息；

所述信号源模块对微波传感器模块提供微波信号；

所述四端口定向耦合器实现信号源模块、短路活塞模块、微波传感器模块和数据测量采集模块的连接，信号源模块接定向耦合器的1端口，微波传感器模块接定向耦合器的2端口，短路活塞接定向耦合器的3端口，数据测量采集模块接定向耦合器的4端口；

所述短路活塞模块实现对四端口定向耦合器的3端口输出信号相位进行调节，使信号在系统测量范围内满足单调，3端口输出信号的幅值在相邻波峰波谷的λ/4之间变化，以实现待测距离与输出信号幅值一一对应的关系；

所述微波传感器模块为终端开口矩形波导；

所述数据测量采集模块由检波电路、放大电路、采样卡组成，检波电路连接微波传感器模块并输出微波信号强度，并将微波信号转换为电压值，经放大电路放大后，通过采样卡进行AD采样，将采集数据传回PC模块进行分析及计算；

步骤2：PC模块控制信号源模块产生点频微波信号，该点频微波信号的频率根据待测距离范围确定，应满足待测距离最大值小于该点频微波信号的四分之一波长；

步骤3：将点频微波信号从四端口定向耦合器的1端口输入，四端口定向耦合器2端口连接反射计传感器，反射计传感器正对待测叶尖，四端口定向耦合器的3端口连接短路活塞，四端口定向耦合器的4端口连接检波计；

步骤4：通过四端口定向耦合器的4端口的检波计测量到四端口定向耦合器4端口的信号强度，并将检波计返回电压信号放大；

步骤5：根据电压与距离关系，将测量电压值进行换算后，即可得到待测叶尖间隙。

本发明的有益效果是由于本发明所述测量方法的测量原理是在信号源向矩形波导发射能量后会在传输线上产生驻波，叶尖间距不同会使得驻波在同一位置的幅值产生变化，因此测量固定位置的幅值即可计算出叶尖间距。利用四端口定向耦合器将主壁上的驻波按照一定的耦合度耦合到副壁，对副壁上的驻波进行定点测量，即可得到叶尖间距不同时驻波在同一位置上的电压，根据不同的电压得到相应的叶尖间距。本发明所述测量方法相比于传统叶尖间隙测量微波方法测量输入输出信号相位差来计算叶尖间距而言，测量信号为电压值，易于测量且测量精度高，另外，整个测量过程相对简单，且易于实现，满足高速高精度测量需求。

附图说明

图1是本发明的测量架构图。