[发明专利]一种单调频干涉的转静子轴向间隙高速动态测量方法

说明书

本发明涉及一种单调频干涉的转静子轴向间隙高速动态测量方法，属于转静子轴向间隙测量领域，包括以下步骤：S1：由转子轴向运动造成的FSI调频干涉信号；S2：对调频干涉信号进行滤波归一化处理得到I_FSI(t)；S3：利用希尔伯特变换从滤波归一化处理后的调频干涉信号中计算出增量相位；S4：利用增量相位与构造变量L_c构建虚拟轴向位移；S5：获取一系列虚拟轴向位移是否准确的功能函数值，当功能函数V取得最小值时，认为当前构造变量L_c‑optimal与虚拟轴向位移均最接近真实值；S6：利用最优化构造变量L_c‑optimal，获取高精度动态轴向间隙测量结果。

技术领域

本发明属于转静子轴向间隙测量领域，涉及一种单调频干涉的转静子轴向间隙高速动态测量方法。

背景技术

转静子轴向间隙对于涡轮机、压缩机、电机而言是一个非常重要的参数，对于旋转机械的运行状态至关重要。过小的轴向间隙将增加机械结构损毁的风险，同时过大的间隙将降低旋转机械的运行效率。因此，在旋转机械高速运动过程中，轴向间隙的高速动态测量是非常中是非常重要的。

光学调频测距技术抗干扰能力强、测量精度高，在民用设施与国防军备中应用广泛，在旋转机械轴向间隙测量的特殊环境中，光学调频测距技术具有优势。若测量目标在一个调频周期内静止时，待测距离与干涉信号频率成正比，通过频率方法估计可实现高精度绝对距离测量。然而，对于动态目标，干涉信号频率同时由当前间隙距离和目标运动速度决定，使用传统频率估计解调方法会引入成百上千倍于目标运动速度大小的多普勒误差。

为克服多普勒误差造成的测量精度下降问题，当前通用方法是利用额外的辅助干涉仪获取多普勒效应造成的频率变化，采用反向补偿的方式实现多普勒误差的消除。这些方式虽然能在一定程度上消除多普勒误差，但额外辅助干涉仪造成系统复杂度高、成本高、可靠性低，难以适应产业化应用环境。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种单调频干涉的转静子轴向间隙高速动态测量方法，在只使用一个调频光源的情况下，降低由对象运动造成的多普勒测量误差，同时给出每个采样点处的实时距离值。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种单调频干涉的转静子轴向间隙高速动态测量方法，包括以下步骤：

S1：由转子轴向运动造成的FSI调频干涉信号；

S2：对调频干涉信号进行滤波归一化处理得到I_FSI(t)；

S3：利用希尔伯特变换从滤波归一化处理后的调频干涉信号中计算出增量相位；

S4：利用增量相位与构造变量L_c构建虚拟轴向位移；

S5：获取一系列虚拟轴向位移是否准确的功能函数值，当功能函数V取得最小值时，认为当前构造变量L_c-optimal与虚拟轴向位移均最接近真实值；

S6：利用最优化构造变量L_c-optimal，获取高精度动态轴向间隙测量结果。

进一步，步骤S1中，通过调频激光器产生激光沿单模光纤传输至光环形器OC后到达光纤探针，激光分别在光纤探针出射表面和转子表面反射后，在光纤探针端头处干涉形成调频干涉信号，所述调频干涉信号经由OC达到光电探测器PD，PD探测得到的调频干涉信号经数据采集模块采样并送入计算机进行动态距离解算。

进一步，步骤S2中，由转子轴向运动造成的调频干涉信号滤波归一化后如下：