CN105352581A - 涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量装置及方法。涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量装置，包括用于模拟涡桨发动机垂直振动频率的振动台、设于振动台上的标准振动传感器和被校振动传感器、用于进行信号放大的功率放大器、用于采集信号和信号发生的信号分析仪、用于综合控制的控制器以及供电电源；信号分析仪的输入端分别连接标准振动传感器和被校振动传感器，信号分析仪的输出端通过功率放大器连接振动台；控制器连接并控制信号分析仪；被校振动传感器的上端设有用于辅助校准被校振动传感器和拆卸后使被校振动传感器与涡桨发动机燃调直接连接以测量涡桨发动机燃调垂直振动数值的辅助校准装置。

Description

涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量装置及方法

技术领域

本发明涉及航空计量与测试技术领域，特别地，涉及一种涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量装置。此外，本发明还涉及一种包括上述涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量装置的涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量方法。

背景技术

某型涡桨发动机台架试车时，根据试车工艺规程要求需测量该航机燃调部位垂直振动数值，并作为验收产品的依据之一。而在试车过程中，有时会出现该部位振动超差现象，为了能够确保在所测振数值真实的情况下对该航机本体进行振动排故，测振人员需首先对燃调部位振动传感器在标准振动台上进行校准。

由于该涡桨发动机燃调预留振动传感器安装底座在发动机正下方，该型振动传感器首次用于燃调部位测振前需将振动传感器的上下外壳卸下，并将其底座更换于传感器上方，再通过螺栓将该传感器底座与燃调预留底座进行刚性连接，测量燃调部位垂直振动。

标准振动台无法将其校准台面旋转于正下方，对燃调部位振动传感器在校准时，需要重新拆卸传感器上下外壳，更换传感器底座。从而垂直安装于标准振动台台面，并与具备传递标准的振动传感器，采用背靠背方式，按校准规程进行校准。

现有技术具有以下缺点：

涡桨发动机开车过程中其燃调部位振动超差后，对该部位振动传感器进行校准验证是否异常前，需按上述方式拆卸传感器上下外壳，在标准振动台进行校准。从生产效率的角度考虑，由于该传感器外壳拆卸较为麻烦，无疑浪费了大量时间，对生产效率产生一定的影响。同时，振动传感器属于精密型测量设备，若人为等其他外界因素在拆卸过程中对振动传感器造成损伤，校准后的结果无法说明本次振动数值测量是否准确。那么，需更换该型新的振动传感器，经过校准后用于该航机燃调部位并进行开车测振验证，这样不但会造成生产成本的巨大浪费，更加延长了生产等待时间。

发明内容

本发明提供了一种涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量装置及方法，以解决现有涡桨发动机燃调测振传感器，从校准到测量需要对振动传感器进行拆卸，从而导致振动传感器损伤；无法保证校准后的振动数值测量的准确性；会造成生产成本的浪费、延长生产等待时间的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量装置，包括用于模拟涡桨发动机垂直振动频率的振动台、设于振动台上的标准振动传感器和被校振动传感器、用于进行信号放大的功率放大器、用于采集信号和信号发生的信号分析仪、用于综合控制的控制器以及供电电源；信号分析仪的输入端分别连接标准振动传感器和被校振动传感器，信号分析仪的输出端通过功率放大器连接振动台；控制器连接并控制信号分析仪；被校振动传感器的上端设有用于辅助校准被校振动传感器和拆卸后使被校振动传感器与涡桨发动机燃调直接连接以测量涡桨发动机燃调垂直振动数值的辅助校准装置。

进一步地，辅助校准装置包括扣合于被校振动传感器上端的活动支座、固接于被校振动传感器上端并于活动支座贴合连接的安装座、用于沿竖直方向将活动支座固接于振动台的振动台面上的固接件以及用于与固接件配合以夹持固定安装座的套圈。

进一步地，活动支座上用于与固接件连接的部位开设有用于微调被校振动传感器安装位置的开口槽。

进一步地，固接件设置有至少两组，多组固接件沿被校振动传感器的周向均匀布置。

进一步地，被校振动传感器设于振动台的振动台面上部；标准振动传感器设于振动台的振动台面下部。

进一步地，被校振动传感器包括上外壳、信号传输部以及下外壳；上外壳、信号传输部以及下外壳沿竖直方向依次排布。

进一步地，被校振动传感器采用磁电式速度传感器。

进一步地，安装于振动台上的被校振动传感器的中心线偏斜角度小于等于5°。

根据本发明的另一方面，还提供了一种涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量方法，其包括上述涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量装置，包括以下步骤：a、将被校振动传感器刚性连接于标准振动台的振动台面上；b、通过动态信号发生器给定振动台恒幅振动信号，确定恒幅值；c、设置不同的振动频率进行测量，得到不同频率下的振动幅值；d、分别将不同频率的振动幅值与横幅值进行比较；如果在被校振动传感器要求的精度范围内，则说明频响特性合格，反之，则说明频响特性不合格。

进一步地，校准环境控制在：温度≤25℃，湿度≤80％；通过控制器控制动态信号分析仪向振动台发出不同频率下进行振动的指令信号，并通功率放大器调节振动台的振动幅值；通过两组信号通道分别连接标准振动传感器和被校振动传感器，用于标准振动传感器与被校振动传感器的信号对比测量；根据标准振动传感器与电荷放大器配套情况下的输出灵敏度输入到相应信号通道对应的传感器灵敏度指定位置；被校振动传感器对应的信号通道的传感器灵敏度位置按传感器出厂给定的初始灵敏度设置。

本发明具有以下有益效果：

本涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量装置，通过在被校振动传感器上部加装辅助校准装置以将被校振动传感器固定于振动台的振动台面上，通过装于振动台面底部的标准振动传感器与被校振动传感器进行信号比对测量，从而实现对被校振动传感器的振动幅值检测；当进行航空发动机燃调部位的垂直振动数值测量时，无需对被校振动传感器进行拆卸以及任何的结构变动，直接将辅助校准装置拆卸即可将航空发动机燃调装配于校准后的被校振动传感器上进行垂直振动数值测量，从而避免对被校振动传感器造成损失，保证航空发动机燃调部位的垂直振动数值测量的正确性。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量装置的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的振动传感器校准状态的结构示意图；

图3是本发明优选实施例的振动传感器与燃调组装进行燃调测量的结构示意图；

图4是本发明优选实施例的辅助校准装置的结构示意图；

图5是本发明优选实施例的活动支座的结构示意图。

图例说明：

1、振动台；101、振动台面；2、标准振动传感器；3、被校振动传感器；301、上外壳；302、信号传输部；303、下外壳；4、功率放大器；5、信号分析仪；6、控制器；7、供电电源；8、辅助校准装置；801、活动支座；802、安装座；803、固接件；804、套圈；9、涡桨发动机燃调；10、开口槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量装置的结构示意图；图2是本发明优选实施例的振动传感器校准状态的结构示意图；图3是本发明优选实施例的振动传感器与燃调组装进行燃调测量的结构示意图；图4是本发明优选实施例的辅助校准装置的结构示意图；图5是本发明优选实施例的活动支座的结构示意图。

如图1和图2所示，本实施例的涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量装置，包括用于模拟涡桨发动机垂直振动频率的振动台1、设于振动台1上的标准振动传感器2和被校振动传感器3、用于进行信号放大的功率放大器4、用于采集信号和信号发生的信号分析仪5、用于综合控制的控制器6以及供电电源7；信号分析仪5的输入端分别连接标准振动传感器2和被校振动传感器3，信号分析仪5的输出端通过功率放大器4连接振动台1；控制器6连接并控制信号分析仪5；被校振动传感器3的上端设有用于辅助校准被校振动传感器3和拆卸后使被校振动传感器3与涡桨发动机燃调9直接连接以测量涡桨发动机燃调9垂直振动数值的辅助校准装置8。本涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量装置，通过在被校振动传感器3上部加装辅助校准装置8以将被校振动传感器3固定于振动台1的振动台面101上，通过装于振动台面101底部的标准振动传感器2与被校振动传感器3进行信号比对测量，从而实现对被校振动传感器3的振动幅值检测；当进行航空发动机燃调部位的垂直振动数值测量时，无需对被校振动传感器3进行拆卸以及任何的结构变动，直接将辅助校准装置拆卸即可将航空发动机燃调装配于校准后的被校振动传感器上进行垂直振动数值测量，从而避免对被校振动传感器3造成损失，保证航空发动机燃调部位的垂直振动数值测量的正确性。

如图1、图2、图3、图4和图5所示，本实施例中，辅助校准装置8包括扣合于被校振动传感器3上端的活动支座801、固接于被校振动传感器3上端并于活动支座801贴合连接的安装座802、用于沿竖直方向将活动支座801固接于振动台1的振动台面101上的固接件803以及用于与固接件803配合以夹持固定安装座802的套圈804。

如图4和图5所示，本实施例中，活动支座801上用于与固接件803连接的部位开设有用于微调被校振动传感器3安装位置的开口槽10。

如图1、图2、图3、图4和图5所示，本实施例中，固接件803设置有至少两组。多组固接件803沿被校振动传感器3的周向均匀布置。

如图1、图2和图3所示，本实施例中，被校振动传感器3设于振动台1的振动台面101上部。标准振动传感器2设于振动台1的振动台面101下部。

如图1、图2和图3所示，本实施例中，被校振动传感器3包括上外壳301、信号传输部302以及下外壳303。上外壳301、信号传输部302以及下外壳303沿竖直方向依次排布。

本实施例中，被校振动传感器3采用磁电式速度传感器。

如图1、图2、图3、图4和图5所示，本实施例中，安装于振动台1上的被校振动传感器3的中心线偏斜角度小于等于5°。

本实施例的涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量方法，采用上述涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量装置，包括以下步骤：a、将被校振动传感器3刚性连接于标准振动台的振动台面上；b、通过动态信号发生器给定振动台1恒幅振动信号，确定恒幅值；c、设置不同的振动频率进行测量，得到不同频率下的振动幅值；d、分别将不同频率的振动幅值与横幅值进行比较；如果在被校振动传感器3要求的精度范围内，则说明频响特性合格，反之，则说明频响特性不合格。燃调是航空发动机的燃油调节器，测振传感器安装在燃油调节器的预留平面下方对燃油调节器的振动进行测量。

本实施例中，校准环境控制在：温度≤25℃，湿度≤80％。通过控制器6控制动态信号分析仪5向振动台1发出不同频率下进行振动的指令信号，并通功率放大器4调节振动台1的振动幅值。通过两组信号通道分别连接标准振动传感器2和被校振动传感器3，用于标准振动传感器2与被校振动传感器3的信号对比测量。根据标准振动传感器2与电荷放大器配套情况下的输出灵敏度输入到相应信号通道对应的传感器灵敏度指定位置。被校振动传感器3对应的信号通道的传感器灵敏度位置按传感器出厂给定的初始灵敏度设置。

实施时，提供一种涡桨发动机燃调部位测振传感器辅助校准装置(材料为不锈钢)，如图4和图5所示。利用辅助校准装置8无需拆卸被校振动传感器的外壳，直接通过长螺栓(固接件803)将辅助校准装置8与标准振动台(振动台1)进行刚性连接。同时，为了防止被校振动传感器3上部安装座802在校准时处于自由状态影响自身频响特性，特利用两个M6螺母(固接件803)将活动支座801固定在标准振动台(振动台1)的振动台面101上，并与振动台面101形成刚性连接。校准时总体连接示意图如下图1所示。使某型涡桨发动机燃调测振传感器进行方便、快速地校准。解决了人为等外界因素对传感器造成的损伤，避免生产成本的损失，削减生产中不必要的等待时间。

设计辅助校准装置图，而后进行加工，并将加工后的工装在被校振动传感器3前按图2进行刚性安装，而后通过背靠背方式进行传感器校准，得出校准数据。而后按照以往的方法进行校准将所得校准数据与辅助装置下校准结果进行比对，验证了该装置的可行性。

有益效果：

(1)、排除了校准前拆卸燃调部位传感器外壳调换底座的时间；

(2)、避免了人为等因素对拆卸该振动传感器外壳时造成的损坏，抑制了因无法判断测振数据准确性而导致重复试车的浪费。

被校振动传感器校准结果比较

校准时所选频率为200—600Hz，间隔为100Hz，给定标准振动幅：2.0g，原始校准方法与运用辅助校准装置后的校准结果比较如下表所示

频率响应特性

幅值线性度

振动传感器的内部结构包括：质量为M的惯性块，通过弹簧与振动体相连，当M较大，弹簧较软，并且在足够高的振动频率下，虽然悬挂点P随着振动物体一起振动，但惯性质量块处于静止不动状态。

该振动速度传感器工作时利用M6螺钉(固接件803)将其壳体外活动套环式连接座(活动支座801)与被测物表面进行刚性连接，从而保证该传感器底面与振动台台刚性接触。

电气原理

传感器的工作原理是基于电磁感应法则。当内部永久磁铁的磁力线经过两个空气隙为传感器的壳体所闭合，并在空气隙中的与壳体刚性联结的线圈相对切割时，在线圈中就感应出与两者相对速度成正比的电动势E。

辅助校准装置材料选择

考虑到传感器基于电磁感应法则，因此辅助校准装置采用不锈钢材料进行加工，防止加工的装置与传感器的磁性相互吸引。

用途

该传感器是一种测定振动速度的传感器，能够感受结构体竖直向下方向的直线振动速度，并将他转化为电压信号。若配置微分电路，可用来测量振动加速度。值得说明的一点，该传感器在测量结构竖直向下振动速度时，无论是上表面的振动还是下表面的振动速度，由于内部结构组合方式的局限性，只可拆卸上下外壳，调换壳体外活动套环式连接座位置，不可将传感器上下颠倒位置。

由于传感器在安装时，不能完全绝对保持竖直向下，因此，传感器安装后的偏斜角不得大于5°。与此同时，在该辅助装置设计时，考虑到较准时传感器要垂直振动台台面安装，其装置内部的平面要与振动台台面、传感器上下表面平行。振动台台面有两个固定间距的M6螺纹孔，满足于利用于两个长M6螺栓使装置对传感器进行垂直安装。

工作范围

频率：10—1000Hz，速度：4—300mm/s，加速度：0.5—10g。

工作环境温度范围：-60～+120℃.

传感器校准

保证传感器在标准振动台台面上进行刚性安装后，校准项目为三项，第一：通过给定某一频率及相应振幅，测出该传感器灵敏度，第二：频响特性校准；第三个：幅值线性度校准。

频响特性：通过动态信号发生器给定振动台恒幅振动信号(动态信号分析仪具有信号发射功能，可通过功率放大器驱动振动台工作)，且设置不同振动频率，得到不同频率下的振动幅值，在与之前给定的恒幅值进行比较，若在该传感器要求的精度范围内(非线性相对误差不大于正负5％)，说明频响特性合格。

幅值线性度：通过动态信号发生器给定振动台恒频振动信号，且设置不同基准振动幅值，得到不同基准幅值下的振动幅值结果，将基准振动幅值与所测量振动幅值进行比较，若在该传感器要求的精度范围内(非线性相对误差不大于正负5％)，说明幅值线性度合格。

校准分为手动与自动校准。手动：依次设置单一频率值，手动调节功率放大器的增益旋钮(即适调电位计)，调定给定的标准幅度值，使振动台在该频率与幅值下振动，；自动：设置频率范围及频率间隔，或者给定一些列频率值，将功率放大器的增益旋钮调至最大，利用动态分析仪内部软件自带功能进行自动校准。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量装置，其特征在于，

包括用于模拟涡桨发动机垂直振动频率的振动台(1)、设于所述振动台(1)上的标准振动传感器(2)和被校振动传感器(3)、用于进行信号放大的功率放大器(4)、用于采集信号和信号发生的信号分析仪(5)、用于综合控制的控制器(6)以及供电电源(7)；

所述信号分析仪(5)的输入端分别连接所述标准振动传感器(2)和所述被校振动传感器(3)，

所述信号分析仪(5)的输出端通过所述功率放大器(4)连接所述振动台(1)；

所述控制器(6)连接并控制所述信号分析仪(5)；

所述被校振动传感器(3)的上端设有用于辅助校准所述被校振动传感器(3)和拆卸后使所述被校振动传感器(3)与所述涡桨发动机燃调(9)连接以测量所述涡桨发动机燃调(9)垂直振动数值的辅助校准装置(8)。

2.根据权利要求1所述的涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量装置，其特征在于，

所述辅助校准装置(8)包括扣合于所述被校振动传感器(3)上端的活动支座(801)、固接于所述被校振动传感器(3)上端并与所述活动支座(801)贴合连接的安装座(802)、用于沿竖直方向将所述活动支座(801)固接于所述振动台(1)的振动台面(101)上的固接件(803)以及用于与所述固接件(803)配合以夹持固定所述安装座(802)的套圈(804)。

3.根据权利要求2所述的涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量装置，其特征在于，

所述活动支座(801)上用于与所述固接件(803)连接的部位开设有用于微调所述被校振动传感器(3)安装位置的开口槽(10)。

4.根据权利要求2所述的涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量装置，其特征在于，

所述固接件(803)设置有至少两组，

多组所述固接件(803)沿所述被校振动传感器(3)的周向均匀布置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量装置，其特征在于，

所述被校振动传感器(3)设于所述振动台(1)的振动台面(101)上部；

所述标准振动传感器(2)设于所述振动台(1)的振动台面(101)下部。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量装置，其特征在于，

所述被校振动传感器(3)包括上外壳(301)、信号传输部(302)以及下外壳(303)；

所述上外壳(301)、所述信号传输部(302)以及所述下外壳(303)沿竖直方向由上至下依次排布。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量装置，其特征在于，

所述被校振动传感器(3)采用磁电式速度传感器。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量装置，其特征在于，

安装于所述振动台(1)上的所述被校振动传感器(3)的中心线偏斜角度小于等于5°。

9.一种涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量方法，其特征在于，

采用权利要求1至8中任一项所述的涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量装置，包括以下步骤：

a、将被校振动传感器(3)刚性连接于标准振动台的振动台面上；

b、通过动态信号发生器给定振动台(1)恒幅振动信号，确定恒幅值；

c、设置不同的振动频率进行测量，得到不同频率下的振动幅值；

d、分别将不同频率的振动幅值与横幅值进行比较；如果在被校振动传感器(3)要求的精度范围内，则说明频响特性合格，反之，则说明频响特性不合格。

10.根据权利要求1所述的涡桨发动机燃调处测振传感器校准和测量方法，其特征在于，

校准环境控制在：温度≤25℃，湿度≤80％；

通过控制器(6)控制动态信号分析仪(5)向振动台(1)发出不同频率下进行振动的指令信号，并通功率放大器(4)调节振动台(1)的振动幅值；

通过两组信号通道分别连接标准振动传感器(2)和被校振动传感器(3)，用于标准振动传感器(2)与被校振动传感器(3)的信号对比测量；

根据标准振动传感器(2)与电荷放大器配套情况下的输出灵敏度输入到相应信号通道对应的传感器灵敏度指定位置；

被校振动传感器(3)对应的信号通道的传感器灵敏度位置按传感器出厂给定的初始灵敏度设置。