基于葉尖定時(shí)和雙頻激光相位測距的葉尖間隙測量技術(shù).pdf

1、基于葉尖定時(shí)和雙頻激光相位測距的葉尖基于葉尖定時(shí)和雙頻激光相位測距的葉尖間隙測量技術(shù)間隙測量技術(shù)RotatingBladeTipClearanceMeasuringTechniqueUsingBladeTipTimingDualFrequencyLaserPhaseRanging學(xué)科專業(yè)：儀器科學(xué)與技術(shù)研究生：王凱指導(dǎo)教師：段發(fā)階教授天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院二零一三年十二月中文摘要中文摘要葉尖間隙是航空發(fā)動(dòng)機(jī)、煙氣輪機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和

2、汽輪機(jī)等重大裝備的發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)葉片葉尖與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣之間的微小距離，是影響發(fā)動(dòng)機(jī)健康運(yùn)行、能耗效率的關(guān)鍵參數(shù)，因此其實(shí)時(shí)高精度檢測對旋轉(zhuǎn)機(jī)械的安全維護(hù)和隱患預(yù)警相當(dāng)重要，而且是現(xiàn)階段制約大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械葉尖間隙主動(dòng)調(diào)控和發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的主要瓶頸之一。在分析惡劣應(yīng)用條件和葉尖間隙主動(dòng)調(diào)控對間隙測量技術(shù)提出的要求的基礎(chǔ)上，本文提出了基于葉尖定時(shí)的葉尖間隙測量方案，建立了系統(tǒng)測量模型。分析了各組成部分的設(shè)計(jì)要求，并詳細(xì)設(shè)計(jì)了基于葉尖定時(shí)的葉尖間隙測量系統(tǒng)

3、。深入分析了測量系統(tǒng)的誤差源，提出了測量系統(tǒng)的優(yōu)化方案，在已有實(shí)驗(yàn)平臺上完成了測量系統(tǒng)聯(lián)調(diào)和葉尖間隙測量實(shí)驗(yàn)。最后，本文分析了雙頻激光相位測距的葉尖間隙測量技術(shù)的主要優(yōu)缺點(diǎn)，并針對其同頻串?dāng)_問題進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。主要工作包括下述四點(diǎn)：第一，簡要分析了激光三角法和光纖傳感技術(shù)的原理，在此基礎(chǔ)上，提出了葉尖定時(shí)的葉尖間隙測量技術(shù)。隨后，理論推導(dǎo)了測量系統(tǒng)的測量模型，并設(shè)計(jì)了各組成部分。采用葉尖到達(dá)信號的上升沿作為定時(shí)信號，從原理上克服了激光器

4、光源不穩(wěn)、不同葉片表面散射特性不同和旋轉(zhuǎn)設(shè)備內(nèi)部介質(zhì)變化導(dǎo)致的反射光強(qiáng)弱變化和漂移及某些電路參數(shù)變化導(dǎo)致的電信號幅值變化等諸多因素的對測量系統(tǒng)的影響，測量系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。第二，根據(jù)測量模型，系統(tǒng)地分析了基于葉尖定時(shí)原理的葉尖間隙測量系統(tǒng)的誤差源；在此基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出測量系統(tǒng)的主要誤差因素，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施和技術(shù)方案，詳細(xì)地分析了該測量系統(tǒng)的精度潛力。第三，在已有實(shí)驗(yàn)平臺和葉尖定時(shí)測振系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，引入