善測(cè)（天津）科技有限公司位于天津市西青學(xué)府工業(yè)區(qū)，于 2015年 7 月份成立，公司注冊(cè)資本 500 萬(wàn)，是一家集研發(fā)生產(chǎn)一體的高科技公司。公司提供旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)和健康管理。等產(chǎn)品和服務(wù)。

發(fā)動(dòng)機(jī)葉尖間隙影像測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片葉尖到開半機(jī)匣內(nèi)壁徑向距離是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量是否合格的一個(gè)重要指標(biāo)，其值的大小對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。在研究過(guò)程中,通過(guò)設(shè)置在精準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)對(duì)葉尖間隙電容進(jìn)行精準(zhǔn)充放電,然后通過(guò)搭建的信號(hào)提取及調(diào)理電路將間隙電容上電壓的變化量輸出,后端通過(guò)CPLD編寫的邏輯來(lái)控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器、高速存儲(chǔ)器和上位機(jī)接口協(xié)調(diào)工作。利用立體視覺原理、自動(dòng)聚焦技術(shù)和邊緣檢測(cè)算法，設(shè)計(jì)了一套發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程中葉尖間隙靜態(tài)測(cè)量裝置。該測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)葉尖間隙的非接觸測(cè)量，且操作簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該套裝置測(cè)量精度達(dá)到20 μm。

善測(cè)（天津）科技有限公司位于天津市西青學(xué)府工業(yè)區(qū)，于 2015年 7 月份成立，公司注冊(cè)資本 500 萬(wàn)，是一家集研發(fā)生產(chǎn)一體的高科技公司。公司提供旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)和健康管理。等產(chǎn)品和服務(wù)。

葉尖定時(shí)傳感器及葉片振動(dòng)信號(hào)處理技術(shù)的研究

速旋轉(zhuǎn)葉片振動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)是電力工業(yè)、能源工業(yè)、航運(yùn)業(yè)尤其是航空 亟待解決的難題，傳統(tǒng)的接觸式測(cè)量方法很難做到同時(shí)監(jiān)測(cè)同級(jí)的所有葉片的振 動(dòng)情況，因此國(guó)外一直在致力研究非接觸式旋轉(zhuǎn)葉片振動(dòng)測(cè)量新技術(shù)—葉尖定時(shí) 測(cè)量技術(shù)。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的分析比較，本文提出了基于電容法的葉尖間隙測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并對(duì)部分硬件和軟件進(jìn)行了試驗(yàn)和測(cè)試，初步實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)方案的驗(yàn)證。依托裝備部預(yù)先研究課題“非接觸式旋轉(zhuǎn)葉片振動(dòng)測(cè)量技術(shù) 研究”，基于葉尖定時(shí)測(cè)量技術(shù)，研制了旋轉(zhuǎn)葉片振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，包括葉尖定時(shí)傳 感器和轉(zhuǎn)速同步傳感器，動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)裝置以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集軟件和振動(dòng)分析 算法，通過(guò)動(dòng)態(tài)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該系統(tǒng)對(duì)壓氣機(jī)、渦輪機(jī)高速旋轉(zhuǎn)葉片的振 動(dòng)檢測(cè)的可行性。主要工作包括如下幾個(gè)方面：

 1. 設(shè)計(jì)了光纖束式葉尖定時(shí)傳感器，經(jīng)過(guò)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的模擬實(shí)驗(yàn)分析，充分驗(yàn)證 了其作為整個(gè)系統(tǒng)的核心部件的實(shí)用性

 2. 設(shè)計(jì)了磁電式的霍耳轉(zhuǎn)速同步傳感器，在模擬實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中，該傳感器工 作正常，保證了轉(zhuǎn)速同步信號(hào)的有效輸出； 3. 開發(fā)了一套采集數(shù)據(jù)采集軟件，輔助采集電路的調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集；

 4. 開發(fā)了一套模擬實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)詳細(xì)的模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)設(shè)計(jì)的傳感器和光電 接收電路進(jìn)行了原理性驗(yàn)證，并進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)；

 5. 研究了一套實(shí)用可行的基于葉尖定時(shí)傳感的異步振動(dòng)和同步共振分析算法，包 括異步和同步信號(hào)的分離，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中成功探測(cè)到了葉片的同步共振信號(hào)， 驗(yàn)證了其可靠性，為后續(xù)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)打下了基礎(chǔ)。

基于葉尖定時(shí)的旋轉(zhuǎn)葉片振動(dòng)檢測(cè)及參數(shù)辨識(shí)技術(shù)

大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械主要包括航空發(fā)動(dòng)機(jī)、煙氣輪機(jī)、汽輪機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等,是航空、艦船、電力、石化、冶金等工業(yè)系統(tǒng)廣為應(yīng)用的關(guān)鍵設(shè)備。葉片作為大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的核心部件,是設(shè)備安全運(yùn)行和提高其效率的重要保障。間隙減小雖然能減少工作介質(zhì)泄露,提高工作效率,但是過(guò)小的葉尖間隙會(huì)導(dǎo)致葉尖與機(jī)閘相互磨損碰撞,進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性和可靠性,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)損壞,造成大量的經(jīng)濟(jì)損失,甚至威脅到人身安全。葉片振動(dòng)是導(dǎo)致葉片工作失效的主要原因之一。由于葉尖定時(shí)測(cè)振屬于嚴(yán)重的欠采樣方法,振動(dòng)參數(shù)辨識(shí)相對(duì)困難。本文在課題組多年研究基礎(chǔ)上,主要致力于葉尖定時(shí)振動(dòng)參數(shù)辨識(shí)算法的研究。建立了葉尖定時(shí)測(cè)振模型,通過(guò)理論和仿zhen分析振動(dòng)信號(hào)特點(diǎn),提出了新的葉片振動(dòng)參數(shù)辨識(shí)方法,并通過(guò)大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證,取得滿意的結(jié)果。主要內(nèi)容如下:

1、對(duì)旋轉(zhuǎn)葉片進(jìn)行受力分析,建立了整個(gè)葉尖定時(shí)測(cè)振系統(tǒng)模型,包括葉片組模型、激振力模型以及葉尖定時(shí)傳感模型等,是葉尖定時(shí)算法理論研究和仿zhen分析的基礎(chǔ)。通過(guò)仿zhen對(duì)比了恒速和變速下的同步振動(dòng)和異步振動(dòng)信號(hào)特點(diǎn)。

 2、討論了不同條件下葉尖定時(shí)振動(dòng)信號(hào)分析處理的難點(diǎn)。對(duì)典型的葉尖定時(shí)算法進(jìn)行了理論推導(dǎo),包括速矢端跡法、雙參數(shù)法、自回歸方法等,分析對(duì)比了各算法優(yōu)缺點(diǎn),為探索欠采樣下的新算法指明方向。

 3、提出了基于任意角分布的多傳感器葉片振動(dòng)參數(shù)辨識(shí)新方法?；诮涣鞣烹姷娜~尖間隙測(cè)量系統(tǒng)，包括交流數(shù)控可調(diào)激勵(lì)、放電探針、電流測(cè)量轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，放電探針的一端與機(jī)匣的內(nèi)壁相平齊，另一端露在機(jī)匣的外部，且放電探針插入機(jī)匣的部分包裹絕緣層。主要針對(duì)變速下同步振動(dòng)、恒速下同步振動(dòng)以及恒速下異步振動(dòng)三種情況分別提出了三種不同的振動(dòng)參數(shù)辨識(shí)方法,并獲得國(guó)家發(fā)明兩項(xiàng)。對(duì)各方法進(jìn)行了詳細(xì)的理論推導(dǎo)及仿zhen分析,其中運(yùn)用了二乘、曲線擬合、全相位FFT以及振動(dòng)倍頻遍歷等算法,能夠準(zhǔn)確辨識(shí)出不同條件下葉片振動(dòng)幅值、頻率、倍頻等參數(shù)。解決了因欠采樣引起的振動(dòng)參數(shù)辨識(shí)不全、不確定性問(wèn)題。

 4、討論了傳感器布局對(duì)不同葉尖定時(shí)振動(dòng)參數(shù)辨識(shí)算法的影響。建立傳感器采樣點(diǎn)分布范圍DR這一函數(shù)對(duì)傳感器布局優(yōu)劣進(jìn)行評(píng)價(jià);利用明顯度(ΔS%)對(duì)振動(dòng)倍頻遍歷結(jié)果進(jìn)行判定。結(jié)合實(shí)際條件,擬出了基于任意角分布的多傳感器布局擇優(yōu)選取方法。

 5、在多種旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備上完成了葉片振動(dòng)檢測(cè)實(shí)驗(yàn),通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)各種葉尖定時(shí)振動(dòng)參數(shù)辨識(shí)算法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明了算法的可行性和有效性。

通過(guò)電液比例定位系統(tǒng)改變轉(zhuǎn)子位置以實(shí)現(xiàn)葉尖間隙主動(dòng)控制的新方法

采用高帶寬(100kHz)電渦流傳感器，基于真實(shí)機(jī)組葉尖間隙測(cè)量實(shí)驗(yàn)臺(tái)，在不同轉(zhuǎn)速下開展慮及轉(zhuǎn)子振動(dòng)及軸位移的的葉尖間隙測(cè)量實(shí)驗(yàn)。文中提出通過(guò)電液比例定位系統(tǒng)改變轉(zhuǎn)子位置以實(shí)現(xiàn)葉尖間隙主動(dòng)控制的新方法?；趯?duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀的分析,本文對(duì)光纖法和電容法進(jìn)行了詳細(xì)研究和論證。電液比例定位系統(tǒng)具有尺寸小、響應(yīng)快、載荷剛度良好、輸出可觀及操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)主動(dòng)控制領(lǐng)域。通過(guò)優(yōu)化葉頂與機(jī)匣內(nèi)表面的幾何形狀，將葉尖間隙與轉(zhuǎn)子的軸位移相關(guān)聯(lián)。在不同轉(zhuǎn)速條件下，基于比例積分控制規(guī)律得到電液比例定位系統(tǒng)的電壓或電流與葉尖間隙的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，葉尖間隙隨轉(zhuǎn)速的升高逐漸減小，且相對(duì)誤差不超過(guò)20％。后，開展了葉尖間隙測(cè)量及主動(dòng)控制的精度分析與誤差分析。