[实用新型]一种基于RMS的旋转叶片叶尖间隙测量系统

说明书

本实用新型公开一种基于RMS的旋转叶片叶尖间隙测量系统，包括传感器和位于发动机机匣内的转子和旋转叶片，还包括动态标定试验台及依次相连的信号预处理模块、RMS转换模块、信号采集模块和上位机；所述传感器通过信号传输电缆与信号预处理模块相连；动态标定试验台包括驱动电机、模拟转子、模拟叶片、支撑平台、传感器支架和高精度位移平台；所述模拟转子和高精度位移平台均设置于支撑平台的上表面；高精度位移平台上设置有传感器支架，模拟转子由驱动电机驱动，模拟转子的圆周上等间距的设置有用于夹持所述模拟叶片的卡槽，在卡槽上加装有模拟叶片；预先标定时，将传感器固定在传感器支架上；实际测量时，传感器固定在发动机机匣上。

技术领域

本实用新型属于叶尖间隙测量领域，特别是利用传感器信号处理领域，具体为一种基于RMS的旋转叶片叶尖间隙测量系统。

背景技术

叶尖间隙是指航空发动机中转子叶片的顶端(叶尖)与机匣内壁之间的径向间距。航空发动机转子叶片的叶尖间隙是其性能分析和评估的重要参数，对发动机的工作效率、安全性和可靠性等都具有重要影响。

电容式叶尖间隙测量系统的原理是基于传感器探头与叶片顶端的电容，建立电容与间隙之间的关系。其中，测量探头固定在叶片顶端的机匣中，构成电容的一个极，发动机转子的叶片叶尖在运转过程中会扫过探头前方，从而形成电容中的另一个极。所测得的电容是一个关于电极几何形状、电极之间距离和电极间介质的函数。一般情况下，发动机的工作介质不变，对于叶尖几何形状不变的叶片来说，叶尖与探头正对面积为定值，因此只需通过标定建立电容与距离之间的关系，其叶尖与探头的距离即叶尖间隙就可以通过电容直接测量出来。

典型的军用发动机，叶片厚度为1～2mm，叶片转子的转速约在0～20000r/min，叶片数通常为8～100个。假定转速为18000r/min，叶片数为60个，则每秒钟要对上万个叶片信号进行采集处理，且传感器的动态响应时间仅为5us左右，这就要求数据的采样频率至少为5MHz。在这样的高采样频率下，且对叶片信息的采集通常会使用多传感器多通道同时测量采集，造成数据量更加庞大。对后续数据采集处理的要求较高。同时为了实现对叶尖间隙数据进行在线分析，保证波形的实时显示，还需将大量复杂的叶尖间隙采集信号实时上传，对上位机软件实时性要求亦较高，增加硬件成本和负担。

实用新型内容

本实用新型为克服现有技术中数据采集电路设计要求采样频率高、数据传输量大、从而导致后续系统实时性要求较高以及设计更为复杂等问题，提供一种基于RMS的旋转叶片叶尖间隙测量系统，并设计旋转叶片动态标定方案和动态标定试验台，确定叶尖间隙信号的RMS值与叶尖间隙值之间的对应关系和标定关系式。根据得到的叶尖间隙信号RMS值与叶尖间隙值的标定关系式，搭建基于RMS的旋转叶片叶尖间隙测量系统，实现对发动机叶片叶尖间隙的实时测量。可减少后续信号采集处理难度；将高频叶尖间隙信号转换为直流电平输出；提高测量系统效率。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于RMS的旋转叶片叶尖间隙测量系统，包括传感器和位于发动机机匣内的转子和旋转叶片，还包括动态标定试验台及依次相连的信号预处理模块、RMS转换模块、信号采集模块和上位机；所述传感器通过信号传输电缆与信号预处理模块相连；所述动态标定试验台包括驱动电机、模拟转子、模拟叶片、支撑平台、传感器支架和高精度位移平台；所述模拟转子和高精度位移平台均设置于支撑平台的上表面；所述高精度位移平台上设置有传感器支架，传感器支架上可固定传感器，通过高精度位移平台的移动带动传感器支架和传感器靠近或远离模拟转子；所述模拟转子由驱动电机驱动，驱动电机通过联轴器与模拟转子连接；所述模拟转子的圆周上等间距的设置有用于夹持所述模拟叶片的卡槽，在卡槽上加装有模拟叶片；在预先标定时，将传感器固定在动态标定试验台的传感器支架上形成有动态标定系统；实际测量时，传感器固定在发动机机匣上。

进一步的，所述RMS转换模块内包括依次相连的全波整流模块、平方/除法器功能模块、低通滤波器模块、镜像电流源模块和缓冲放大器模块；镜像电流源模块与平方/除法器功能模块相连。