CN105372027B - 一种非接触式发动机转子动态挠性线测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种非接触式发动机转子动态挠性线测试方法，针对发动机转子的弹性线测量，实施多截面双光纤传感器测量转子的弹性线的方案，采用非接触转子径向位移测量系统；在转子上安装光学齿，对应上方相同同轴向位置安装两个光纤传感器，两个光纤传感器夹角Φ，两传感器同时照射至光学齿的相同位置；当轴旋转时光学齿经过光纤传感器产生脉冲信号；通过测量两光纤传感器脉冲到达时刻转换为径向位移；非接触双光纤传感器测量转子径向位移方案：在同一截面测量两个位置径向位移，依据转子特征确定测量截面的径向位移。本发明的优点：可以直接利用，结合机匣挠性线测量结果，分析转静子挠性线之间的关系，为分析发动机整机振动提供保障。
Description
技术领域
本发明涉及发动机转子振动测试领域，特别涉及了一种非接触式发动机转子动态挠性线测试方法。
背景技术
航空发动机工作状态下各截面的不平衡引起转子挠性线变化与静子机匣各截面的质量分布不均匀性引起的机匣挠性线分布不确定性之间的关系复杂，导致转静子碰摩位置和振动敏感度分析困难；发动机则表现为一个复杂的振动现象，目前还很难对复杂的振动现象进行解释。
发明内容
本发明的目的是为了建立工作状态下的航空发动机转子相对于静子的弹性线测试，实现测试结果的可视化，为研究航空发动机工作状态下的整机振动机理研究提供重要的支持，特提供了一种非接触式发动机转子动态挠性线测试方法。
本发明提供了一种非接触式发动机转子动态挠性线测试方法，其特征在于：所述的非接触式发动机转子动态挠性线测试方法，针对发动机转子的弹性线测量，实施多截面双光纤传感器测量转子的弹性线的方案，采用非接触转子径向位移测量系统；
在转子上安装光学齿，对应上方相同同轴向位置安装两个光纤传感器，两个光纤传感器夹角Φ，两传感器同时照射至光学齿的相同位置；
当轴旋转时光学齿经过光纤传感器产生脉冲信号；通过测量两光纤传感器脉冲到达时刻转换为径向位移；
当转轴径向没有位移时，两传感器时差为Δt-＝0，当转轴径向有位移时两传感器时差为Δt1，径向时差Δts＝Δt1/2tan(Φ/2)
Δs＝vΔts
V＝2*3.148*1/T*R
T:转速周期；R：转轴半径，Δs：径向位移
径向位移精度取决于：转速周期，及两传感器时间差；
非接触双光纤传感器测量转子径向位移方案：在同一截面测量两个位置径向位移，每个位置安装两个传感器，依据转子特征确定测量截面的径向位移；
两传感器测量脉冲时差转换到径向位移需要测量转子转速，转速测量方法是在转子粘贴1个光学齿，对应上方安装光纤传感器，在转子运转时产生每转1个脉冲信号，通过测量该脉冲周期得到转子转速信号；
非接触双光纤传感器测量转子径向位移的核心是准确两光纤传感器脉冲前沿时间差，并且有效滤掉现场尖峰干扰信号。
两个脉冲前沿时间差的测量采用美国NI公司6602计数器/定时器板卡，将2路信号以TWO Edge spepartion计数模式，记录2路信号上升沿；计数时钟80MHz，即可分辨时间差为0.0125μs的脉冲前沿；采用美国NI公司PXI控制器及PXI总线实现多通道同步测量，解决转子不同角向位置同步测量问题；
为有效地得到双光纤传感器的两个脉冲前沿时间差，每路传感器信号采用了数字式的脉冲宽度识别滤波，滤掉尖峰干扰脉冲。
数据处理方法：
每个位置计数器记录两路传感器脉冲边沿，得到时间差，经换算得到径向间隙，每转一圈得到N个采样点，旋转轴安装光学齿N，采样频率为N×1/T，在转速范围内，转子出现的振型频率通常5倍以下，当旋转轴上粘贴12个光学齿，N>12，径向位移测量数据采样率12*1/T>5*1/T符合采样定理，光纤传感器测量的间隙数据是可以还原径向位移的原始波形；
每个截面安装两个传感器X、Y方向夹角90°，根据X、Y方向位移数据绘制轴心轨迹；运用同时测量不同截面位移数据绘制的轴心轨迹数据，绘制轴在旋转状态轴心轨迹变化；
三个位置之间旋转角度变化，两个光纤传感器夹角度Φ，旋转轴安装光学齿N,齿间距角θ＝2π/N，M＝Φ/θ,2个光纤传感器之间有M个光学齿，掠过第一个传感器的第一个脉冲是1#，掠过第二个传感器的第一个脉冲是M#，1#脉冲与M#脉冲时间变化，表示轴偏转角度。
本发明的优点：
本发明所述的非接触式发动机转子动态挠性线测试方法，可以直接利用，能进一步开展发动机转子径向位移测量研究，结合机匣挠性线测量结果，分析转静子挠性线之间的关系，为分析发动机整机振动提供保障。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为非接触双光纤传感器测量转子径向位移方法示意图；
图2为双光纤传感器测量径向位移原理示意图；
图3为测量方案示意图；
图4为测试系统框图；
图5为测试试验方案图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种非接触式发动机转子动态挠性线测试方法，其特征在于：所述的非接触式发动机转子动态挠性线测试方法，针对发动机转子的弹性线测量，实施多截面双光纤传感器测量转子的弹性线的方案，采用非接触转子径向位移测量系统；
在转子上安装光学齿，对应上方相同同轴向位置安装两个光纤传感器，两个光纤传感器夹角Φ，两传感器同时照射至光学齿的相同位置；如图1所示非接触双光纤传感器测量转子径向位移的方法；
当轴旋转时光学齿经过光纤传感器产生脉冲信号；通过测量两光纤传感器脉冲到达时刻转换为径向位移，原理如图2所示；
当转轴径向没有位移时，两传感器时差为Δt-＝0，当转轴径向有位移时两传感器时差为Δt1，径向时差Δts＝Δt1/2tan(Φ/2)
Δs＝vΔts
V＝2*3.148*1/T*R
T:转速周期；R：转轴半径，Δs：径向位移
径向位移精度取决于：转速周期，及两传感器时间差；
非接触双光纤传感器测量转子径向位移方案：在同一截面测量两个位置径向位移，每个位置安装两个传感器，依据转子特征确定测量截面的径向位移；
两传感器测量脉冲时差转换到径向位移需要测量转子转速，转速测量方法是在转子粘贴1个光学齿，对应上方安装光纤传感器，在转子运转时产生每转1个脉冲信号，通过测量该脉冲周期得到转子转速信号；
非接触双光纤传感器测量转子径向位移的核心是准确两光纤传感器脉冲前沿时间差，并且有效滤掉现场尖峰干扰信号。
两个脉冲前沿时间差的测量采用美国NI公司6602计数器/定时器板卡，将2路信号以TWO Edge spepartion计数模式，记录2路信号上升沿；计数时钟80MHz，即可分辨时间差为0.0125μs的脉冲前沿；采用美国NI公司PXI控制器及PXI总线实现多通道同步测量，解决转子不同角向位置同步测量问题；
为有效地得到双光纤传感器的两个脉冲前沿时间差，每路传感器信号采用了数字式的脉冲宽度识别滤波，滤掉尖峰干扰脉冲。
数据处理方法：
每个位置计数器记录两路传感器脉冲边沿，得到时间差，经换算得到径向间隙，每转一圈得到N个采样点，旋转轴安装光学齿N，采样频率为N×1/T，在转速范围内，转子出现的振型频率通常5倍以下，当旋转轴上粘贴12个光学齿，N>12，径向位移测量数据采样率12*1/T>5*1/T符合采样定理，光纤传感器测量的间隙数据是可以还原径向位移的原始波形；
每个截面安装两个传感器X、Y方向夹角90°，根据X、Y方向位移数据绘制轴心轨迹；运用同时测量不同截面位移数据绘制的轴心轨迹数据，绘制轴在旋转状态轴心轨迹变化；
三个位置之间旋转角度变化，两个光纤传感器夹角度Φ，旋转轴安装光学齿N,齿间距角θ＝2π/N，M＝Φ/θ,2个光纤传感器之间有M个光学齿，掠过第一个传感器的第一个脉冲是1#，掠过第二个传感器的第一个脉冲是M#，1#脉冲与M#脉冲时间变化，表示轴偏转角度。
Claims (3)
1.一种非接触式发动机转子动态挠性线测试方法，其特征在于：所述的非接触式发动机转子动态挠性线测试方法，针对发动机转子的弹性线测量，实施多截面双光纤传感器测量转子的弹性线的方案，采用非接触转子径向位移测量系统；
在转子上安装光学齿，对应上方相同同轴向位置安装两个光纤传感器，两个光纤传感器夹角Φ，两光纤传感器同时照射至光学齿的相同位置；当轴旋转时光学齿经过光纤传感器产生脉冲信号；将通过测量的两光纤传感器的脉冲到达时刻转换为径向位移；
当转轴径向没有位移时，两光纤传感器时差为Δt-＝0，当转轴径向有位移时两光纤传感器时差为Δt1，径向时差Δts＝Δt1/2tan(Φ/2)
Δs＝VΔts
V＝2*3.148*1/T*R
T:转动周期；R：转轴半径，Δs：径向位移；V：速度
径向位移精度取决于：转动周期，及两光纤传感器时间差；
非接触双光纤传感器测量转子径向位移方案：在同一截面测量两个位置径向位移，每个位置安装两个光纤传感器，依据转子特征确定测量截面的径向位移；
两光纤传感器测量脉冲时差转换到径向位移需要测量转子转速，转速测量方法是在转子粘贴1个光学齿，对应上方安装光纤传感器，在转子运转时产生每转1个脉冲信号，通过测量该脉冲周期得到转子转速信号；
非接触双光纤传感器测量转子径向位移的核心是准确测量两光纤传感器脉冲前沿时间差，并且通过数据处理有效滤掉现场尖峰干扰信号。
2.按照权利要求1所述的非接触式发动机转子动态挠性线测试方法，其特征在于：两个脉冲前沿时间差的测量采用美国NI公司6602计数器/定时器板卡，将两路光纤传感器信号以TWO Edge spepartion计数模式，记录两路信号上升沿；计数时钟80MHz，即可分辨时间差为0.0125μs的脉冲前沿；采用美国NI公司PXI控制器及PXI总线实现多通道同步测量，解决转子不同角向位置同步测量问题；每路光纤传感器信号采用了数字式的脉冲宽度识别滤波，滤掉尖峰干扰脉冲。
3.按照权利要求1所述的非接触式发动机转子动态挠性线测试方法，其特征在于：数据处理方法：
每个位置计数器记录两路光纤传感器脉冲边沿，得到时间差，经换算得到径向间隙，每转一圈得到N个采样点，旋转轴安装光学齿N，采样频率为N×1/T，在转速范围内，转子出现的振型频率通常5倍以下，当旋转轴上粘贴12个光学齿，N>12，径向位移测量数据采样率12*1/T>5*1/T符合采样定理，光纤传感器测量的间隙数据是能够还原径向位移的原始波形；
每个截面安装两个光纤传感器，X、Y方向夹角90°，根据X、Y方向位移数据绘制轴心轨迹；运用同时测量不同截面位移数据绘制的轴心轨迹数据，绘制轴在旋转状态轴心轨迹变化；
三个位置之间旋转角度变化，两个光纤传感器夹角度Φ，旋转轴安装光学齿N,齿间距角θ＝2π/N，M＝Φ/θ,2个光纤传感器之间有M个光学齿，掠过第一个光纤传感器的第一个脉冲是1#，掠过第二个光纤传感器的第一个脉冲是M#，1#脉冲与M#脉冲时间变化，表示轴偏转角度。
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