[发明专利]基于叶端定时的叶片到达时间测量方法及其采集系统

说明书

本发明公开了一种基于叶端定时的叶片到达时间测量方法及采集系统，方法包括以下步骤：确定叶片振动所需的位移分辨率Δl，基于所需的位移分辨率Δl得到叶端定时采集的定时分辨率Δt，采集叶片到达时间数据，其中，当叶片对应的脉冲信号到来时，采集当前计数器数值，当转速脉冲到来时，记录当前计数器数值并清零计数器，将所采集的到达时间数据转化为叶片振动位移。

技术领域

本发明属于叶片非接触测试技术领域，特别是一种基于叶端定时的叶片到达时间测量方法及其采集系统。

背景技术

航空发动机压气机转子叶片状态监测是航空发动机运行安全的重要保障。传统的叶片测试方法主要是应变片法，通过在叶片上粘贴应变片来获取叶片的振动状态，其由于需要引线、单个应变片只能监测一个叶片、影响叶片性能等因素而不适用于压气机转子叶片监测。叶端定时技术是一种非接触式叶片测试技术，其使用的传感器按照功能主要分为两类：转速传感器、叶端定时传感器，两者皆为光纤传感器。通过将叶端定时传感器安装沿周向布置在机匣上，激光沿径向射向转子，当叶片经过叶端定时传感器时，采集叶片的到达时间。当转轴标记经过转速传感器时采集转速标记到达时间。对到达时间进行处理便可获得叶片振动位移，通过对叶片振动位移进行分析以监测叶片振动状态。

叶端定时技术具有：单个传感器可同时监测所有叶片，非接触的测量方式不影响叶片本身状态等优点使得其在航空发动机转子叶片健康检测领域有巨大的应用前景。有效且准确地采集到达时间是叶端定时技术成功应用的先决条件，对于后续的分析处理至关重要。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种基于叶端定时的叶片到达时间测量方法及其采集系统，本发明提高叶端定时数据采集的效率和稳定性。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种基于叶端定时的叶片到达时间测量方法包括以下步骤：

第一步骤中，确定叶片振动所需的位移分辨率Δl，基于所需的位移分辨率Δl得到叶端定时采集的定时分辨率Δt，其中，R是转子半径，f_max为转子的最高转速，

第二步骤中，采集叶片到达时间数据，其中，当叶片对应的脉冲信号到来时，采集当前计数器数值，当转速脉冲到来时，记录当前计数器数值并清零计数器，

第三步骤中，将所采集的到达时间数据转化为叶片振动位移，其中，叶片到达角度为其中，θ_ij为第i个叶片相对于第j个传感器的到达角度，t_ij为第i个叶片相对于第j个传感器的到达时间，T为相邻两个转速脉冲的到达时间间隔，当叶片不存在振动时测得叶片的期望到达角度，当叶片发生振动时测得叶片的实际到达角度，叶片位移为：其中，d_ij为第j个传感器采集到的第i个叶片的位移，为第i个叶片相对于第j个传感器的实际到达角度，为第i个叶片相对于第j个传感器的期望到达角度。

所述的方法中，第二步骤中，通过高频温补型晶振产生高频时基信号以驱动计数器数值以高频增长。

所述的方法中，第二步骤中，计数器数值增长一个单位所需要的时间短于所述定时分辨率Δt。

所述的方法中，叶片为航空发动机压气机转子叶片。

所述的方法中，航空发动机压气机转子的最高转速为24000RPM，压气机转子半径0.4m，叶片振动的位移分辨率Δl为10μm，定时分辨率为10ns。

所述的方法中，计数器位数为32位，选取频率为100MHz的高频温补型晶振以满足10ns的定时分辨率。

根据本发明的另一方面，一种实施所述基于叶端定时的叶片到达时间测量方法的采集系统包括，