[发明专利]基于降温过渡段的耐高温微波谐振腔式叶尖间隙传感器

说明书

本发明公开一种基于降温过渡段的耐高温微波谐振腔式叶尖间隙传感器，包括耐高温射频同轴电缆、降温过渡段和探头；耐高温射频同轴电缆包括电缆外层、电缆绝缘层、内导体和外导体；降温过渡段由电缆护套、电缆端垫片、内套筒和外护套组成；探头由探头端垫片、探针、谐振腔外壳、外壳端盖和压环组成；耐高温射频同轴电缆通过伸入降温过渡段内与探头连接，内导体从内到外依次包裹于电缆绝缘层和电缆外层内，外导体伸出于电缆外层、电缆绝缘层且外导体细于内导体；探头端垫片放置在谐振腔外壳的底端限位槽中；探针插入探头端垫片的中心孔内，探针一端伸入谐振腔外壳中，另一端与内导体连接，外壳端盖放置在谐振腔外壳的顶端限位槽中；压环放置在外壳端盖上。

技术领域

本发明属于微波技术领域，涉及一种谐振腔式微波传感器，特别涉及一种基于降温过渡段的用于测量航空发动机涡轮叶片叶尖间隙的耐高温谐振腔式微波传感器。

背景技术

涡轮叶片是航空发动机的核心做功部件，处于高温、高压及燃气腐蚀的恶劣环境中。叶尖间隙传感器安装在机匣内壁中，除了要实现非接触、高精度、在线的叶尖间隙测量外，还需要有耐高温、高压及燃气腐蚀等恶劣工作环境的性能。

目前，非接触、在线的叶尖间隙测量方法主要包括放电探针法、光纤法、电涡流法、电容法和微波法。其中，微波法的传感器探头结构小巧，适用于空间受限的工作环境；传感器探头耐高温、抗燃气腐蚀的能力强；响应速度快、分辨力高、系统带宽可达兆赫兹级别，适用于航空发动机涡轮叶片的高转速测试。因此，微波式叶尖间隙测量方法是叶片状态参数测量领域的研究热点。

微波式叶尖间隙测量方法分为谐振频率测距法和相位差测距法，其中由于传感器探头工作在高温、高压及燃气腐蚀的恶劣环境中，金属材料的体积会随温度增加而膨胀，陶瓷材料的介电常数会随温度变化而漂移，使得传感器的谐振频率必然会随高温工作环境漂移，直接影响了测量精度。因此微波式叶尖间隙传感器多采用相位差测距法，其基本工作原理是，单频射频信号源发射出连续的微波信号，经目标物体反射后与参考信号进行干涉解调，解调出的相位差信息即可反映目标物体的位移情况。

但由于航空发动机涡轮叶片的工作环境温度高达1300℃以上，对微波式叶尖间隙传感器的耐温性能提出了极高的要求，因此，亟需解决微波式叶尖间隙传感器在高温环境下正常工作的问题，提高微波式叶尖间隙传感器的耐高温性能，使其能在高温环境下实现非接触、在线的叶尖间隙测量。

发明内容

本发明的目的是解决现有微波式叶尖间隙传感器耐温性能的不足，提供一种基于降温过渡段的耐高温谐振腔式微波传感器，能在1300℃高温环境下正常工作，从而实现在航空发动机1300℃高温工作环境下进行非接触、在线的叶尖间隙测量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

基于降温过渡段的耐高温微波谐振腔式叶尖间隙传感器，包括耐高温射频同轴电缆、降温过渡段和探头；所述耐高温射频同轴电缆由电缆外层、电缆绝缘层、内导体和外导体组成；降温过渡段由电缆护套、电缆端垫片、内套筒和外护套组成；所述探头由探头端垫片、探针、谐振腔外壳、外壳端盖和压环组成；

所述耐高温射频同轴电缆通过伸入降温过渡段内与探头连接，所述内导体从内到外依次包裹于所述电缆绝缘层和电缆外层内，所述外导体伸出于所述电缆外层、电缆绝缘层且外导体细于所述内导体，耐高温射频同轴电缆与电缆端垫片共同伸入至电缆护套中，直至电缆端垫片被电缆护套的限位槽卡住不再能前进为止；电缆护套与外护套通过螺纹连接；内套筒与外护套为间隙配合，以确保内套筒端面与电缆护套端面紧密接触；

探头端垫片放置在谐振腔外壳的底端限位槽中；探针插入探头端垫片的中心孔内，探针一端伸入谐振腔外壳中，另一端与内导体连接，外壳端盖放置在谐振腔外壳的顶端限位槽中；压环放置在外壳端盖上。

进一步的，所述电缆护套、内套筒、外护套、探针、谐振腔外壳、压环均匀由高温合金制作而成；电缆端垫片、探头端垫片和外壳端盖由透波陶瓷制作而成。