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叶尖定时旋转叶片测振信号获取及处理技术研究

孙宇扬

  旋转叶片在线振动监测对航空发动机、电站发电机组及各种轴流式压气机的安全运行至关重要。传统接触式测量方法很难做到同时监测同级所有叶片的振动情况,因此国外一直在致力研究非接触叶尖定时测量技术式旋转叶片振动测量技术以满足高精度、全面监测的要求。本课题的目标即是在叶尖定时测量方法研究的基础上,研制一套实用的叶尖定时旋转叶片振动测量样机系统。该系统主要关键技术包括光纤叶尖定时传感器、高速叶尖定时振动信号获取和处理、以及同步、异步振动数据处理算法软件。其中高速叶尖定时振动信号获取和处理系统的研究尤为关键,一是因为它直接影响测量精度,二是因为国内此方面信息缺乏,完全依靠我们自行研制,难度较大。本文提出一套叶尖定时旋转叶片测振信号获取及处理技术,设计了硬件电路实现系统;同时研究了叶尖间隙测量技术,设计了叶尖间隙测量系统。叶尖定时测振系统样机已成功通过现场试验和中期验收。本文主要研究包括以下内容:1. 研究了三种叶尖定时时间测量方法,并最终确定采用固定频率脉冲填充方法。2. 在深入分析光纤叶尖定时传感器输出信号的基础上,设计了一套叶尖定时信号光电接收系统。采用光通信芯片 SA5211 与 SA5217 设计叶尖定时信号光电接收与预处理前置电路,实现宽带微弱光信号检测。3. 设计并调试了四种方案实现叶尖定时脉冲采集处理电路,时钟达到 100MHz,实现 10ns 叶尖定时精度。其中一种基于 74 系列集成芯片,另外两种基于 FPGA的设计方案均在实验室或现场条件下得到验证,每种方案均设计了 ISA 或 EPP 计算机接口电路。4. 设计了 FPGA 与 DSP 相融合的实时振动检测处理电路,完成了原理图设计与仿真验证。5. 提出了一套叶尖间隙测量系统。设计采集速率达到 20MHz 的高速叶尖间隙采集电路,以及叶尖间隙信号前置放大处理电路。6. 研究了利用 3~5 传感器进行同步振动共振分析的数据处理方法。……   
[关键词]:叶尖定时;数据采集;振动测量;光电检测;光纤传感;叶尖间隙;弱信号检测
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:天津大学2004年
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