[发明专利]一种基于转子位置同步的转静子间隙误差补偿方法与装置

说明书

本发明公开一种基于转子位置同步的转静子间隙误差补偿方法及装置，通过使待测转子低速转动得到待测转子的位置同步信息，并将光纤探头与待测转子之间的间隙作为待测转子端面跳动的标定数据；当待测转子高速转动时，根据待测转子的位置同步信息，得到每帧干涉光数字信号对应的端面跳动量；通过数据拟合得到端面跳动量的数组；使用扫频方式测量得到待测转子的干涉光数字信号；对干涉光数字信号做希尔伯特变换得到与干涉光数字信号相位相差90°的过渡信号；根据端面跳动量的数组及扫频光源的扫频波数变化形式构建正弦信号、余弦信号；最终构造得到补偿后的干涉光数字信号。

技术领域

本发明涉及非接触测距领域，尤其是涉及旋转机械转静子轴向间隙测量领域。具体来说，本发明涉及一种基于转子位置同步的转静子间隙误差补偿方法及装置，特别是对帧信号处理得到测量结果并结合旋转参数同步以提高转静子间隙识别精度的转静子轴向间隙在线测量方法。

背景技术

旋转机械如压气机，发动机，汽轮机等大型机械是关乎我国军事水平和国防安全的“国之重器”，其核心部件(转子、动叶片等)的状态参数直接影响设备运转状态、工作效率和安全性能，特别是转子与静子之间的轴向间隙变化是影响装备性能和安全的主要因素之一。

而对于旋转机械轴向间隙测量，被测转轴的振动主要由轴向窜动和端面跳动两部分构成，研究发现轴向窜动引起的振动频率低，在单次测量周期内振动幅度小且可以看作匀速运动；而端面跳动引起的振动受探头安装角度误差、待测轴端面的平面误差以及待测轴转速的影响，振动频率高，往往是转动频率数倍至数十倍不等，振动幅度取决于安装角度和端面的平面误差；而对于超高速转动的旋转机械，由于端面跳动的频率太高，测量速度往往无法满足奈奎斯特采样定律，特别对于帧信号得到一个测量结果的测量方式，如扫频干涉，扫频相位式测距等方法，测量周期内待测物的移动将直接影响测量结果，测量误差会是单位周期内物体移动量的几十甚至数百倍，极大程度减小测量精度。

本发明将针对国内现有技术的不足，提出基于转子位置同步的转静子间隙误差补偿方法，对恶劣环境下测量对象旋转导致的误差进行了补偿，使在恶劣测量条件下实现转静子间隙测量成为可能。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于转子位置同步的转静子间隙误差补偿方法与装置，该补偿方法通过在测量过程中引入转子位置信息，并借助该信息实时追踪转子当前位置。通过前期的标定数据，确定当前转子角度对应的位置误差，并以此构造参考信号，跟踪补偿单帧信号内的轴向跳动，减小了旋转机械转子在高速转动中大幅振动带来的巨大测量误差，实现了高温、空间受限条件下旋转机械转静子轴向间隙的非接触实时在线精确测量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于转子位置同步的转静子间隙误差补偿方法，包括：

使待测转子进行60rpm以下的转动，上位机一方面接收干涉光的数字信号，另一方面接收由待测转子测量得到的转子位置同步信息并处理得到待测转子的转速信号；

上位机通过频率估计处理得到光纤探头与待测转子之间的间隙；将光纤探头与待测转子之间的间隙作为待测转子端面跳动的标定数据；

通过转静子间隙误差补偿装置即可测量待测转子转动端面的端面跳动量与角度的变化关系；对于表面粗糙不平的端面，上述标定数据包含待测转子端面的粗糙度信息；

将待测转子与光纤探头之间的轴向间隙变化写为其中，L_CH(t)为轴向窜动导致的间隙变化量，为端面跳动导致的间隙变化量，仅与角度有关；

在待测转子进行60rpm以上的转动条件下，根据待测转子的位置同步信息，得到每帧干涉光数字信号对应的端面跳动量；设为帧采样开始时的待测转子初始位置，假设每帧干涉光数字信号包括N个采样点，则通过数据拟合得到端面跳动量的数组；