[发明专利]一种叶片振动测量键相基准信号产生装置及方法

说明书

本发明公开一种叶片振动测量键相基准信号产生装置及方法，信号产生装置包括控制器和依次相连的转速测量传感器、驱动及调理模块、电平转换模块、锁相倍频单元和小数分频单元，所述锁相倍频单元包括首尾依次相连的鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和分频器；所述控制器与电平转换模块、小数分频单元和分频器连接；本发明利用了锁相技术的合成频率稳定度高、相位噪声水平低、频率建立时间短的优势，通过鉴相器的相位比较和分频器的信号反馈，能抑制原始的测试转速信号与产生的键相基准信号之间的相位误差，实现高时间定位精度的叶片振动测量键相基准提取。

技术领域

本发明属于旋转叶片振动参数非接触测量领域。具体地说，本发明涉及一种叶片振动测量键相基准信号产生方法，特别是一种利用锁相环实现旋转机械测试转速倍/分频的叶片振动测量键相基准信号产生装置与方法。

背景技术

叶片作为航空发动机、燃气轮机、汽轮机、烟气轮机等大型旋转机械的核心做功部件，其健康状态直接影响旋转机械的工作效率和运行安全。高速旋转叶片在温度、气动等多种载荷作用下极易发生疲劳损伤，特别是当叶片发生共振时，振动幅度最为显著，其造成的高周疲劳损伤是叶片最主要失效形式，将导致叶片产生裂纹、断裂等故障，造成直接经济损失，甚至引发安全事故。动叶片振动参数在线测量能为旋转机械故障诊断及预测性维护提供重要数据支撑，是保证装备运行安全的关键。具有非接触、低介入、在线、高精度等特点的叶尖定时法是目前大型旋转机械动叶片振动参数工程测试的标配技术。传统上，该技术须借助转速同步传感器，当叶轮旋转一周时获得一个脉冲信号，其频率等于转速频率；该脉冲信号作为键相基准信号，为叶片振动测量提供时间基准。然而，转速同步传感器安装于转轴附近，与叶盘的轴向位置不同，转轴扭转、弯曲会改变时间基准的准确性，进而引入较大的叶尖定时误差；此外，在大型旋转机械内部的狭窄空间内，转速同步传感器安装困难、容易脱落、易受油污影响后失效，降低了叶片振动参数工程测试的可靠性和安全性。因此，研究无转速同步传感器条件下的叶片振动测量键相基准信号产生方法，具有重要工程意义。

转子转速是另一个影响旋转机械工作效率和运行安全的重要状态参数，转速控制是旋转机械状态控制的具体体现，而转速测量是转速控制的前提。旋转机械常采用主动轮、从动轮等齿轮系传动的方式实现转子系统正常运转，转速测量传感器安装在主动轮转轴处，通过在该传感器正对的转轴上刻印凹槽或者安装带齿的音轮，获取测试转速信号。然而，受传动关系的影响，该测试转速信号与键相基准信号之间的频率存在差异，比值为小数；基于测试转速信号，实时在线地产生叶片振动测量键相基准信号，保证时间定位精度，是亟待突破的技术难题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种叶片振动测量键相基准信号产生装置及方法，本发明利用主动轮转轴的测试转速信号，采用基于锁相环的频率合成技术，通过信号频率倍/分频，实现叶片振动测量键相基准信号的产生，为旋转机械动叶片振动测量提供一种无转速同步传感器条件下的时间基准提取方案。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于锁相技术的叶片振动测量键相基准信号产生装置，应用于旋转机械的轴系传动结构，所述轴系传动结构包括安装有主动轮的主动轮转轴、安装有从动轮的从动轮转轴，所述主动轮和从动轮相啮合，从动轮转轴上还安装有旋转叶片；所述主动轮转轴上设置有凹槽、条码或者音轮；所述信号产生装置包括控制器和依次相连的转速测量传感器、驱动及调理模块、电平转换模块、锁相倍频单元和小数分频单元，所述锁相倍频单元包括首尾依次相连的鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和分频器；所述控制器与驱动及调理模块、小数分频单元和分频器连接；

所述转速测量传感器安装在主动轮转轴处，转速测量传感器的探头正对主动轮转轴上的凹槽、条码或者音轮；所述转速测量传感器在驱动及调理模块的驱动下，随着发动机转速的变化，在转轴旋转一周时，输出与凹槽的数量、条码的数量或者音轮的齿数相同数量的测试转速信号；