[发明专利]基于微波的转静子轴向间隙在线测量方法和装置

说明书

本发明属于非接触距离测量领域，为实现空间受限条件下航空发动机转静子轴向间隙的非接触实时在线精确测量。为此，本发明采取的技术方案是，基于微波的转静子轴向间隙在线测量装置,由微波信号产生模块、信号功率放大模块、信号接收和混频模块、信号调理采集模块、环形器、微波传感器组成，微波信号产生模块产生的载波信号经过信号功率放大模块放大后，进入环形器的第一个端口，并从环形器的第二个端口输出；环形器的第二个端口与微波传感器连接，微波传感器发射载波信号到被测的转子轴向端面，同时接收转子轴向端面的载波反射信号，输回到环形器的第二个端口，并从环形器的第三个端口输出。本发明主要应用于非接触距离测量场合。

技术领域

本发明属于非接触距离测量领域。具体地说，本发明涉及一种基于微波的转静子轴向间隙在线测量方法与装置，特别是一种采用载波路与参考路交叉混频结构、抑制同频干扰信号的转静子轴向间隙在线测量方法与装置。

背景技术

现代航空发动机正朝高推重比、高增压比及高涡前温度方向发展，一方面，航空发动机受转速变化、温度载荷和气动载荷的影响，转轴受载变形，机匣变形，转轴与机匣热膨胀不一致，过小的轴向间隙会增加轴功，降低效率，降低通流能力，恶化气动性能，甚至导致转子与静子发生碰磨，影响发动机的安全性和可靠性；另一方面，轴向间隙的缩小设计有利于缩短发动机尺寸，使发动机级间更加紧凑，降低发动机重量，有效地提高推重比。目前，航空发动机主动间隙控制技术已成为现代发动机的标志技术之一，对航空发动机运行状态参数的获取和分析，是实现主动间隙控制的基础，航空发动机转静子间隙的非接触在线监测具有非常重要的意义。

目前比较成熟的非接触式转静子间隙测量方法的测量对象主要为叶尖间隙，已完成了台架试验，而轴向间隙的国内外相关研究成果较少，实际装配时通常使用发动机原型机的计算值为标准，存在安装间隙误差和游隙间隙误差，尚未有成熟的转静子轴向间隙在线测量系统。

在传统的航空发动机微小间隙测量方法中，光学法易受环境油污影响测量寿命缩短，应用于高温(450℃)测试环境的加工成本很高；电容法在测量量程10mm时探头端面直径达到60mm，传感器尺寸过大，不适用于航空发动机内部空间十分有限的测量环境；电涡流法仅适用于常温低速的发动机工作环境，不适用于高温下的间隙测量；微波法相比其他方法不易受发动机内部工作环境影响，更适合发动机内微小间隙测量，但在空间受限条件下，传感器易接收待测转子件周围静子件的杂散反射信号。

微波法可分为反射强度法、线性调频法和相位差法，反射强度法易受温度影响，测量精度不能满足测量要求；线性调频法需要很高的信号带宽才能达到较高的测量精度，但结构过于复杂；相位差法采用正交解调和高低通滤波方法可实现转静子轴向间隙测量，但存在射频泄露信号、传感器端面反射信号及待测物周围静子件杂散反射信号等同频干扰信号影响轴向间隙的测量精度。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种基于微波的转静子轴向间隙在线测量方法与装置，实现空间受限条件下航空发动机转静子轴向间隙的非接触实时在线精确测量。为此，本发明采取的技术方案是，基于微波的转静子轴向间隙在线测量装置，包括微波信号产生模块、信号功率放大模块、信号接收和混频模块、信号调理采集模块、环形器、微波传感器，微波信号产生模块产生的载波信号经过信号功率放大模块放大后，进入环形器的第一个端口，并从环形器的第二个端口输出；环形器的第二个端口与微波传感器连接，微波传感器发射载波信号到被测的转子轴向端面，同时接收转子轴向端面的载波反射信号，输回到环形器的第二个端口，并从环形器的第三个端口输出；

微波信号产生模块产生参考信号经过信号功率放大模块的放大作为信号接收和混频模块的本振输入信号Y₂；同时，微波信号产生模块产生的载波信号经过信号功率放大模块的放大后作为信号接收和混频模块的射频输入信号X₁；信号接收和混频模块输出一路解调信号，该信号通过信号调理采集模块预处理后输出到计算机；