CN106501798A - 一种自校准的双探针微波叶尖间隙测试系统 - Google Patents

一种自校准的双探针微波叶尖间隙测试系统 Download PDF

Info

Publication number
CN106501798A
CN106501798A CN201611245251.1A CN201611245251A CN106501798A CN 106501798 A CN106501798 A CN 106501798A CN 201611245251 A CN201611245251 A CN 201611245251A CN 106501798 A CN106501798 A CN 106501798A
Authority
CN
China
Prior art keywords
probe
microwave
circulator
tip clearance
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201611245251.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106501798B (zh
Inventor
彭斌
周伟
张万里
张文旭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN201611245251.1A priority Critical patent/CN106501798B/zh
Publication of CN106501798A publication Critical patent/CN106501798A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106501798B publication Critical patent/CN106501798B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/40—Means for monitoring or calibrating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)

Abstract

本发明属于微波测距技术领域，提供一种带有自校准功能的双探针微波叶尖间隙测试系统，用以克服现有系统中参考信号存在不足以及温度变化引起的谐振频率偏移导致测量误差增大的缺陷。本发明包括：功分器、检测电路、基准电路、数据处理模块，由功分器产生幅度和相位均相同的两路微波信号，分别输入检测电路和基准电路，分别产生检测信号和参考信号输入数据处理模块得到微波叶尖间隙。本发明通过设定固定间距的模拟叶片，检测电路与基准电路为完全对称电路结构，有效避免温度变化引起的谐振频率的偏移带来的影响；参考信号由基准电路产生，包含入射波经过环形器和探针产生的相移；即大大降低测量误差；实现自校准双探针微波叶尖间隙测试。

Description

一种自校准的双探针微波叶尖间隙测试系统
技术领域
本发明属于微波测距技术领域，涉及微波信号的发射、接收以及信号的处理，具体为一种带有自校准功能的双探针微波叶尖间隙测试系统。
背景技术
微波叶尖间隙测试技术是基于相位的一种测试技术，主要是针对航空发动机的机匣与叶片的小间隙测量和控制提出来的。由固定在机匣的微波探针(天线)发射出一定频率的微波信号，当叶片经过探针前端时，产生反射，反射波被探针接收，由后端的环形器将入射波和反射波区分开来，通过比较入射波(参考信号)和反射波的相位差得到叶片和机匣的间隙，其间隙与相位差的关系为：
式中，Δl为机匣与叶片的间隙，λ为工作波长，f为发射的微波频率，c为真空中的光速；由于相位的周期性，再考虑微波在间隙中的往返行程，将最大的可测Δl约定为λ/2。
由间隙与相位的关系可以看出：f越高，可测量的间隙越小；当f固定时，Δl与呈一次函数关系，且直线的斜率为故当f增大时，间隙改变同样的Δl，f越高，获得的越大，灵敏度越大。因此国外有报道的设计的第一代微波探针工作在5.8GHz，第二代探针工作在24GHz。
现有的微波测量系统如图1所示，其原理为：由功分器产生的两路幅度相位一致的信号，一路经过环形器进入微波探针，形成入射波信号；由功分器产生的另一路信号直接形成参考信号；入射波信号经过叶尖的反射，产生的反射波再经过环形器与入射波分离开来；包含间隙信息的反射波信号和参考信号经过后端电路的处理，得到间隙的大小。由于该种测试方法得到的参考信号直接由功分器产生，并没有包含入射波经过环形器和探针产生的相移，故由于系统中环形器和探针的不匹配也会带来测试误差。
此外，微波相位测试的关键在于微波探针，目前设计的微波探针是由一节高温同轴线和一端开口的圆柱形谐振腔构成，通过同轴线的中心导体对谐振腔进行馈电，谐振腔的谐振频率即是探针的工作频率，而其工作频率主要由腔体的内尺寸及其内部填充的介质的决定。然而航空发动机机匣的的气流通道是一个极高温的环境(900℃以上)，探针从常温上升到这样的高温，腔体的尺寸和填充的介质材料的电参数势必会发生改变，从而导致谐振频率的偏移，若一直保持常温下的工作频率不变，那么随着温度的升高，由于谐振频率的偏移，由探针反射的功率增强，也就是干扰信号增强，从而使测量误差增大。
发明内容
本发明的目的在于针对提供一种自校准的双探针微波叶尖间隙测试系统，用以克服现有系统中参考信号存在不足以及温度变化引起的谐振频率偏移导致测量误差增大的缺陷。为实现该目的，本发明采用的技术方案为：
一种自校准的双探针微波叶尖间隙测试系统，包括，功分器、检测端环形器、检测端探针、基准端环形器、基准端探针、模拟叶片及数据处理模块；由功分器产生幅度和相位均相同的两路微波信号，一路微波信号经过检测端环形器后进入高温微波传输线、再通过馈电进入检测端探针，另一路微波信号经过基准端环形器后进入高温微波传输线、再通过馈电进入基准端探针，构成对称电路结构；所述模拟叶片与待测叶片处于同一环境温度中；所述检测端探针对准待测叶片，产生反射信号经检测端探针、检测端环形器输入数据处理模块，作为检测信号；所述基准端探针对准模拟叶片、且设定基准端探针与模拟叶片为固定间隙，产生反射信号经检测端探针、检测端环形器输入数据处理模块，作为基准信号；所述数据处理模块计算输出微波叶尖间隙。
进一步的，所述基准端探针与模拟叶片的间隙为1～25um。
需要说明的是，上述测试系统中，所述对称电路结构表示：检测端环形器与基准端环形器采用相同器件、检测端探针与基准端探针采用相同器件、以及高温微波传输线也采用相同器件。
本发明的有益效果在于：
本发明提供自校准的双探针微波叶尖间隙测试系统，通过设定固定间距的模拟叶片，当检测电路与基准电路为完全对称电路结构时，检测端探针与基准端探针处于同一环境温度，即使探针的谐振频率发生偏移，在原谐振频率处探针的反射增大，由于电路的对称性，器件本身的反射仍然保持一致，又由于间隙是由相位差得到的，从而由温度变化引起的误差都会相互的补偿抵消，从而避免测量误差；同时，基准信号由基准电路产生，包含入射波经过环形器和探针产生的相移，进一步降低测量误差；实现自校准双探针微波叶尖间隙测试。
附图说明
图1现有微波叶尖间隙测试系统结构图。
图2本发明自校准的双探针微波叶尖间隙测试系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
本实施例提供一种自校准的双探针微波叶尖间隙测试系统，其系统结构如图2所示：
由PLL产生的微波信号，经过功分器以后产生两路幅度一致，初始相位均为的入射波信号，两路入射波信号经过环形器分别到达探针A和探针B前端时，相位变为其中经过探针A的信号经过移动的叶尖反射，反射回探针前端的相位变为另一路经过探针B的信号经过固定的叶尖(固定间隙设定为0.01mm)反射，反射回探针前端的相位变为两路反射信号再经过探针和环形器，形成的相移，得到的相位信号的相位为参考信号的相位为再将相位信号和参考信号送入原来的信号处理电路，即可得到间隙为d时与间隙为0.01mm时的相位差为最后即可得到实际间隙与测得的相位差的关系为：
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (2)

1.一种自校准的双探针微波叶尖间隙测试系统，包括，功分器、检测端环形器、检测端探针、基准端环形器、基准端探针、模拟叶片及数据处理模块；由功分器产生幅度和相位均相同的两路微波信号，一路微波信号经过检测端环形器后进入高温微波传输线、再通过馈电进入检测端探针，另一路微波信号经过基准端环形器后进入高温微波传输线、再通过馈电进入基准端探针，构成对称电路结构；所述模拟叶片与待测叶片处于同一环境温度中；所述检测端探针对准待测叶片，产生反射信号经检测端探针、检测端环形器输入数据处理模块，作为检测信号；所述基准端探针对准模拟叶片、且设定基准端探针与模拟叶片为固定间隙，产生反射信号经检测端探针、检测端环形器输入数据处理模块，作为基准信号；所述数据处理模块计算输出微波叶尖间隙。
2.按权利要去1所述自校准的双探针微波叶尖间隙测试系统，其特征在于，所述基准端探针与模拟叶片的间隙为1～25um。
CN201611245251.1A 2016-12-29 2016-12-29 一种自校准的双探针微波叶尖间隙测试系统 Expired - Fee Related CN106501798B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611245251.1A CN106501798B (zh) 2016-12-29 2016-12-29 一种自校准的双探针微波叶尖间隙测试系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611245251.1A CN106501798B (zh) 2016-12-29 2016-12-29 一种自校准的双探针微波叶尖间隙测试系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106501798A true CN106501798A (zh) 2017-03-15
CN106501798B CN106501798B (zh) 2019-02-15

Family

ID=58334601

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611245251.1A Expired - Fee Related CN106501798B (zh) 2016-12-29 2016-12-29 一种自校准的双探针微波叶尖间隙测试系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106501798B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107044835A (zh) * 2017-03-16 2017-08-15 厦门乃尔电子有限公司 一种发动机叶尖间隙微波测试的温度补偿方法
CN107101600A (zh) * 2017-05-04 2017-08-29 天津大学 基于微波的动叶片叶尖间隙和振动参数融合测量装置
CN109141213A (zh) * 2018-09-08 2019-01-04 天津大学 一种基于微波扫频的叶尖间隙测量方法
CN109373942A (zh) * 2018-10-12 2019-02-22 北京理工大学 一种基于Vivado HLS的叶尖间隙测量系统中的相位获取方法
CN112462358A (zh) * 2020-10-09 2021-03-09 天津大学 提高转静子轴向间隙测量精度的方法与装置
CN112964204A (zh) * 2021-04-08 2021-06-15 天津大学 一种基于微波相位差测距的叶尖间隙动态测量系统及方法
CN114812476A (zh) * 2021-01-28 2022-07-29 中国人民解放军63833部队 一种叶尖间隙传感器的低温快速温变试验装置及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2583819Y (zh) * 2002-12-10 2003-10-29 烟台高盈科技有限公司 一种双探针扇形波束基站用天线
CN104459360A (zh) * 2014-12-18 2015-03-25 南京航空航天大学 基于微波光子混频技术的微波源相位噪声测试方法及装置
CN104515475A (zh) * 2014-12-12 2015-04-15 天津大学 一种基于大频差双频激光相位测距的叶尖间隙测量系统
CN105352457A (zh) * 2015-11-30 2016-02-24 西北工业大学 具有截止波导辐射口的点频高速微波近距测量方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2583819Y (zh) * 2002-12-10 2003-10-29 烟台高盈科技有限公司 一种双探针扇形波束基站用天线
CN104515475A (zh) * 2014-12-12 2015-04-15 天津大学 一种基于大频差双频激光相位测距的叶尖间隙测量系统
CN104459360A (zh) * 2014-12-18 2015-03-25 南京航空航天大学 基于微波光子混频技术的微波源相位噪声测试方法及装置
CN105352457A (zh) * 2015-11-30 2016-02-24 西北工业大学 具有截止波导辐射口的点频高速微波近距测量方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107044835A (zh) * 2017-03-16 2017-08-15 厦门乃尔电子有限公司 一种发动机叶尖间隙微波测试的温度补偿方法
CN107044835B (zh) * 2017-03-16 2019-03-26 厦门乃尔电子有限公司 一种发动机叶尖间隙微波测试的温度补偿方法
CN107101600A (zh) * 2017-05-04 2017-08-29 天津大学 基于微波的动叶片叶尖间隙和振动参数融合测量装置
CN107101600B (zh) * 2017-05-04 2019-09-10 天津大学 基于微波的动叶片叶尖间隙和振动参数融合测量装置
CN109141213A (zh) * 2018-09-08 2019-01-04 天津大学 一种基于微波扫频的叶尖间隙测量方法
CN109141213B (zh) * 2018-09-08 2020-04-10 天津大学 一种基于微波扫频的叶尖间隙测量方法
CN109373942A (zh) * 2018-10-12 2019-02-22 北京理工大学 一种基于Vivado HLS的叶尖间隙测量系统中的相位获取方法
CN112462358A (zh) * 2020-10-09 2021-03-09 天津大学 提高转静子轴向间隙测量精度的方法与装置
CN114812476A (zh) * 2021-01-28 2022-07-29 中国人民解放军63833部队 一种叶尖间隙传感器的低温快速温变试验装置及方法
CN112964204A (zh) * 2021-04-08 2021-06-15 天津大学 一种基于微波相位差测距的叶尖间隙动态测量系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106501798B (zh) 2019-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106501798A (zh) 一种自校准的双探针微波叶尖间隙测试系统
Gil et al. Differential sensor based on electroinductive wave transmission lines for dielectric constant measurements and defect detection
CN110389259B (zh) 一种基于siw-csrr结构的固体材料介电常数传感器
US4045727A (en) Microwave proximity detector
CN100523834C (zh) 用于八毫米波段电介质测量的圆波导驻波测量装置
US7095944B2 (en) Distance measuring device and method for determining a distance
CN109669075B (zh) 基于开口矩形波导的介质复介电常数无损反射测量方法
US10132922B2 (en) Proximity sensor and method for measuring the distance from an object
CN104991215A (zh) 在片s参数共面波导trl校准件
CN105371790B (zh) 具有截止波导辐射口的腔体谐振式微波近距测量传感器
Hasar Accurate complex permittivity inversion from measurements of a sample partially filling a waveguide aperture
CN109061319B (zh) 一种基于矩形谐振腔的电磁参数测量方法
Zeng et al. Performance and data analysis aspects of the new DIII-D monostatic profile reflectometer system
Horestani et al. High dynamic range microwave displacement and rotation sensors based on the phase of transmission in groove gap waveguide technology
US10598777B2 (en) Proximity sensor and method for measuring the distance from a target
CN204832482U (zh) 在片s参数共面波导trl校准件
Herrojo et al. Highly sensitive defect detectors and comparators exploiting port imbalance in rat-race couplers loaded with step-impedance open-ended transmission lines
CN106199188B (zh) 一种利用环形器校准矢量场测量中移动电缆相位变化的装置及方法
CN100520289C (zh) 微波测量方法、测量装置以及振荡器
Will et al. A time domain transmission measurement system for dielectric characterizations
Rittner et al. Design and Evaluation of a Measurement Procedure to obtain the Electric Permittivity and the Magnetic Permeability
Blednykh et al. NSLS-II storage ring bpm button development
Alsaleh et al. Machine Learning-Based Monostatic Microwave Radar for Building Material Classification
Hoffmann et al. Contactless distance measurement method
RU2372608C1 (ru) Способ измерения влагосодержания смеси и датчик для его осуществления

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190215

Termination date: 20211229

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee