用于大型熱機氣路部件在線監(jiān)測的靜電監(jiān)測技術(shù)研究.pdf

1、氣路部件是燃氣輪機、航空發(fā)動機等大型熱機的主要故障源，往往引起極其惡劣的重大事故，嚴重威脅裝備運行安全和人員安全，因此對氣路部件實現(xiàn)在線監(jiān)測已成為熱機研發(fā)和使用中的迫切需求。近年來，一種基于監(jiān)測氣路帶電顆粒的靜電監(jiān)測技術(shù)正引起越來越廣泛的關(guān)注，它有效克服了傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)實時性差和難以提供早期預警的缺陷，為滿足大型熱機的高可靠性要求開辟了重要途徑。靜電傳感器是進行靜電監(jiān)測的核心器件，其中探針式靜電傳感器具有體積小、安裝方便、布局靈活等優(yōu)勢，

2、更適用于大型熱機的復雜結(jié)構(gòu)。因此，本文選擇探針式靜電傳感器為研究對象，以實現(xiàn)靜電監(jiān)測為目標，采用理論分析、有限元仿真、實驗驗證相結(jié)合的方法開展研究，主要研究內(nèi)容包括：
　　（1）推導了探針式靜電傳感器的理論測量模型，在此基礎上對探針式靜電傳感器的信號產(chǎn)生原理和空間靜態(tài)靈敏度、空間動態(tài)靈敏度、空間濾波效應以及頻率響應特性進行了深入的理論剖析，為研究的展開奠定了必備的理論基礎。
　　（2）建立了探針式靜電傳感器和氣路管道的高保真

3、三維有限元模型，以仿真獲得探針表面感應電荷量為基礎，首先對探針式靜電傳感器的空間靜態(tài)靈敏度和空間動態(tài)靈敏度進行了詳細研究，一是得到了用高斯函數(shù)和洛倫茲函數(shù)的聯(lián)合函數(shù)描述的空間靜態(tài)靈敏度的擬合公式，二是得到了空間動態(tài)靈敏度的整體分布和研究了傳感器結(jié)構(gòu)變化對空間動態(tài)靈敏度的影響。然后從擬合公式推導出空間濾波效應和頻率特性的計算式，實現(xiàn)了數(shù)值仿真，并分析了相關(guān)的影響因素。
　?。?）設計和制造了內(nèi)置放大電路的探針式靜電傳感器，并搭建了實

4、驗系統(tǒng)，進行了驗證實驗。實驗結(jié)果表明，將探針式靜電傳感器用于靜電監(jiān)測具有可行性，靜電監(jiān)測信號中使用的小波降噪、波形恢復、特征提取等方法具有可操作性，理論和仿真研究中關(guān)于探針式靜電傳感器傳感特性的結(jié)論具有正確性。
　?。?）為克服單個探針式靜電傳感器空間動態(tài)靈敏度分布極不均勻的缺陷，仿真實現(xiàn)了Tikhonov正則化算法和Landweber迭代正則化算法在處理平面陣列監(jiān)測信號上的應用。結(jié)果表明正則化方法的引入能極大提高探針式靜電傳感器