[实用新型]一种基于微波扫频谐振腔传感器的叶尖间隙测量装置

说明书

本实用新型涉及一种基于微波扫频谐振腔传感器的叶尖间隙测量装置：包括：固定在动叶片附近的谐振腔传感器，同轴线缆，CPU和叶尖间隙电路。压控振荡器输出参考信号和发射信号，参考信号与基准信号源输出的基准信号通过混频器混频，混频信号经过低通滤波器滤除高频的和频信号，将差频信号经选频网络选频，选频网络输出信号触发基准时刻鉴别器鉴别基准时刻；发射信号放大后的发射信号经环形器后通过同轴线缆由谐振腔传感器向转子轴方向投射微波，同时环形器接收由叶片端面反射的信号，叶片端面反射的信号经过环形器后被放大，在检波网络滤除射频载波信号，触发谐振时刻鉴别器鉴别谐振时刻。本实用新型用于高温下叶尖间隙高精度测量。

技术领域

本实用新型涉及一种基于微波扫频的叶尖间隙测量装置。

背景技术

航空发动机、燃气涡轮机等大型旋转机械是国防领域飞机、舰船等重大关键设备的“心脏”。动叶片作为其核心做功元件，其状态参数直接影响重大国防设备的运行安全和工作效率。其中，高温、高压及燃气腐蚀环境下，旋转叶片叶尖间隙参数的在线测量是避免叶片与机匣发生碰磨故障，保证发动机安全以及减少发动机耗油率，提高压气机或涡轮机效率的关键环节。其基本原理是将传感器安装在旋转机械机匣上，当动叶片旋转到传感器前方时，通过测量叶片顶端距传感器的距离，从而获得动叶片到机匣的叶尖间隙参数。

一方面，动叶片叶尖间隙测量系统根据传感器的工作原理可分为光纤式、电容式、电涡流式和微波式。发动机动叶片工作在高温、高压及燃气腐蚀的恶劣工况环境下，动叶片周围存在静叶片、密封遮挡件等静子件，测量系统需要在极端服役环境及结构受限条件下实现叶尖间隙的测量。光纤式易受油污影响，寿命较短，不适用于高温环境；电容式在高温环境下容易击穿，同时其测量精度易受燃气和流体介电常数的影响；电涡流式耐高温性能差，仅适用于低温(500℃)环境下叶尖间隙的测量，并且易受叶片形状、叶片材料的影响。微波式具有耐高温、耐污染、动态范围宽等优点，可满足航空发动机、燃气涡轮机极端恶劣工作环境下叶尖间隙参数的测量。

另一方面，微波式叶尖间隙测量系统类似于近程毫米波雷达，传感器驱动电路通过微波传感器向被测对象发射毫米电磁波，该微波信号被目标反射后，被传感器调理电路接收处理，调理模块的输出信号与传感器和待测目标之间的距离成正比。传统的相位差法微波式叶尖间隙测量系统，通过测量发射信号和回波信号的相位差来确定目标与传感器的待测距离，该方法的无模糊测量距离在半波长以内，测量范围小。基于点频谐振腔传感器微波式叶尖间隙测量系统，通过测量固定频率点电压与间隙的关系实现叶尖间隙的测量，但环境温度变化会引起谐振频点漂移，测量精度受温度影响很大，需要根据环境温度实时调整测量频点。

再一方面，航空发动机风扇的工作转速可达15000rpm，对于0.7m直径的整级叶盘，叶片端面最高工作线速度可达500m/s，而叶片端面厚度通常仅为2～3mm，为同时满足同一叶片多点叶尖间隙的测量需要，传感器调理电路的信号处理过程必须在2μs内完成，需要响应时间短、处理速度快的传感器回波信号后续调理电路。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种可用于高温及受限结构条件下叶尖间隙高精度测量的动叶片叶尖间隙测量装置。技术方案如下：

一种基于微波扫频谐振腔传感器的叶尖间隙测量装置，包括：固定在动叶片附近的谐振腔传感器，同轴线缆，CPU和叶尖间隙电路，其特征在于，所述的叶尖间隙电路包括环形器，压控振荡器VCO，射频功率放大器，基准信号源，混频器，低通滤波器，选频网络，基准时刻鉴别器，射频低噪声放大器，检波网络，谐振时刻鉴别器和计时器，其中，