善測（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，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)測和健康管理。等產(chǎn)品和服務(wù)。

基于電容法的渦輪葉尖間隙測量技術(shù)研究

燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉尖間隙是評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的重要參數(shù)之一，對(duì)旋轉(zhuǎn)葉片葉尖間隙實(shí)時(shí)監(jiān)測可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的有效安全運(yùn)行，因此葉尖間隙測量技術(shù)也成為國內(nèi)外近年來研究的熱點(diǎn)。詳細(xì)研究了間隙高度、葉柵進(jìn)口參數(shù)及機(jī)匣相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)間隙泄漏流動(dòng)換熱的影響規(guī)律。通過對(duì)國內(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)和測試，初步實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)方案的驗(yàn)證。

（1）設(shè)計(jì)基于載頻跟蹤原理的信號(hào)處理電路方案，通過理論分析驗(yàn)證抑制雜散電容引起的載頻漂移的可行性。

（2）設(shè)計(jì)并制作了電容電壓轉(zhuǎn)換電路中的前置放大器、低通濾波器和對(duì)數(shù)放大器等電路。

（3）設(shè)計(jì)了基于PCI接口的葉尖間隙信號(hào)高速數(shù)據(jù)采集方案，通過數(shù)據(jù)采集卡將系統(tǒng)硬件與虛擬儀器LabVIEW結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)葉尖間隙信號(hào)的采集與顯示。

 發(fā)動(dòng)機(jī)葉尖間隙檢測通常采用的方法有光纖法、電渦流法、微波法、調(diào)頻電容法等等,而本項(xiàng)目是基于調(diào)幅電容法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)葉尖間隙動(dòng)態(tài)檢測的嘗試,通過較高頻率的模擬電路及高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來提取模擬出的葉尖間隙電容上電壓幅度的變化(模擬發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速12000轉(zhuǎn)/分)。 在研究過程中,通過設(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CPLD編寫的邏輯來控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器、高速存儲(chǔ)器和上位機(jī)接口協(xié)調(diào)工作。交流數(shù)控可調(diào)激勵(lì)的高壓端連接放電探針，陰極通過電流測量轉(zhuǎn)換模塊連接轉(zhuǎn)子葉片的中心，電流測量轉(zhuǎn)換模塊經(jīng)由數(shù)據(jù)處理模塊連接交流數(shù)控可調(diào)激勵(lì)的控制端，用以控制交流數(shù)控可調(diào)激勵(lì)的輸出電壓大小和有無。 經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)和調(diào)試工作,實(shí)現(xiàn)了對(duì)電容上電壓幅度變化量的提取,論證了調(diào)幅電容法在發(fā)動(dòng)機(jī)葉尖間隙檢測中可行。然而,為了方便前期的調(diào)試工作,系統(tǒng)模擬部分的控制邏輯是由多個(gè)數(shù)字芯片搭建而成,當(dāng)工作在高頻信號(hào)時(shí),信號(hào)波形有一定失真,這直接導(dǎo)致電容兩端的電壓輸出值與理想值有一定差距。在后期的改進(jìn)中,該部分控制電路與數(shù)模轉(zhuǎn)換器、RAM的控制邏輯一樣應(yīng)被設(shè)計(jì)在CPLD中,由此能大幅提高系統(tǒng)的檢測精度。

葉尖間隙測量系統(tǒng)(BCMS)采用電容傳感器，用于高速旋轉(zhuǎn)葉片葉尖間隙參數(shù)的在線檢測，也可用于其他高速位移或間隙在線測量。（3）設(shè)計(jì)了基于PCI接口的葉尖間隙信號(hào)高速數(shù)據(jù)采集方案，通過數(shù)據(jù)采集卡將系統(tǒng)硬件與虛擬儀器LabVIEW結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)葉尖間隙信號(hào)的采集與顯示。系統(tǒng)基于電容調(diào)幅解調(diào)原理，傳感器安裝于靜止機(jī)匣上，感受葉片掃過時(shí)的電容變化并轉(zhuǎn)換為電壓輸出，經(jīng)采集模塊及軟件處理后還原實(shí)時(shí)間隙信息。

在測量系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，在橫向上采用左右螺旋直線直線運(yùn)動(dòng)單元，縱向上采用雙直線運(yùn)動(dòng)單元，如此，可依據(jù)實(shí)際情況和需要，選用單個(gè)或雙個(gè)CCD攝像機(jī)進(jìn)行測量。

葉尖間隙過大會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率,甚至引起發(fā)動(dòng)機(jī)喘振,造成發(fā)動(dòng)機(jī)損傷;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?；贏D7746的電容法間隙測量應(yīng)用系統(tǒng)研究為精準(zhǔn)測量航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件間隙,針對(duì)電容法間隙測量進(jìn)行了應(yīng)用研究,重點(diǎn)設(shè)計(jì)了基于可編程電容—數(shù)字轉(zhuǎn)換器AD7746的電容法間隙測量應(yīng)用系統(tǒng)。

為了方便前期的調(diào)試工作,系統(tǒng)模擬部分的控制邏輯是由多個(gè)數(shù)字芯片搭建而成,當(dāng)工作在高頻信號(hào)時(shí),信號(hào)波形有一定失真,這直接導(dǎo)致電容兩端的電壓輸出值與理想值有一定差距。三棱錐布局的測頭改進(jìn)設(shè)計(jì)提供了在線參數(shù)校正功能,且便于現(xiàn)場安裝和檢測。在后期的改進(jìn)中,該部分控制電路與數(shù)模轉(zhuǎn)換器、RAM的控制邏輯一樣應(yīng)被設(shè)計(jì)在CPLD中,由此能大幅提高系統(tǒng)的檢測精度。