CN106989816A - 涡桨发动机测振传感器校准和测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，包括标准振动台、设置于标准振动台上的标准振动传感器和被校振动传感器、设置于标准振动台旁的工作环境模拟装置、电荷放大器、以及信号分析仪，电荷放大器用于将标准振动传感器在常规试验环境下采集到的第一灵敏度电荷信号转化为第一灵敏度电压信号及将被校振动传感器在模拟的涡桨发动机现场工作环境下采集到的第二灵敏度电荷信号转化为第二灵敏度电压信号；信号分析仪用于将第一灵敏度电压信号与第二灵敏度电压信号进行对比分析，测量出被校振动传感器在模拟的涡桨发动机现场工作环境下的灵敏度。本发明提供的涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，提高了涡桨发动机振动测试的可靠性。

Description

涡桨发动机测振传感器校准和测量装置

技术领域

本发明涉及航空振动计量与测试领域，特别地，涉及一种涡桨发动机测振传感器校准和测量装置。

背景技术

任何类型的航空发动机在地面台架试车过程中，都需要通过振动测试来监控其工作状态下的振动是否超过技术要求规定的限制值，防止后续飞机在飞行时存在振动破坏的隐患，以提高飞行员的工作安全性。一直以来，随着航空制造技术的不断发展，航空发动机结构越来越复杂，对其振动测量精度的要求也更加严格，因此，振动计量校准技术显得尤为关键。

附图1是现有技术中的振动传感器校准实验室的校准装置，该装置由计算机1、信号分析仪2、功率放大器3、标准振动台4组成。校准软件安装于计算机1上，通过TCP/IP网络通讯来控制信号分析仪发送与接收信号，信号分析仪2输出通道所发送信号的频率及振动量级由校准软件进行控制，该输出通道连接于功率放大器3，其信号用于驱动功率放大器3，以实现标准振动台4以给定的频率及振动量级进行振动。振动台4台面下方刚性安装标准传感器5，振动台4台面上方刚性安装被校传感器6，两个振动传感器的信号分别通过各自匹配的电荷放大器7进入信号分析仪的两个输入通道，通过数据对比分析，计算出给定频率及振动量级下的灵敏度参数。

一般振动传感器的计量校准是在具有良好环境的实验室内进行，并严格控制室内的环境温度与湿度，但对于涡桨发动机来说，工作环境复杂，在其工作的过程中，不仅桨轴带动桨叶高速旋转，向后压缩空气产生气流脉动，而且发动机本体正常工作也会使其机匣产生一定的温度。然而，在涡桨发动机气流脉动与温度的复杂环境下，是否会对安装于发动机机匣安装边的测振传感器灵敏度造成影响尚未可知。因此，现有的振动传感器校准装置无法测量出在涡桨发动机的现场工作环境下对测振传感器的灵敏度的影响，是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，以解决现有的振动传感器校准装置无法测量出在涡桨发动机的现场工作环境下对测振传感器的灵敏度的影响的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，包括用于模拟涡桨发动机振动频率的标准振动台、设置于标准振动台上的标准振动传感器和被校振动传感器、设置于标准振动台旁用于模拟涡桨发动机现场工作环境的工作环境模拟装置、与标准振动传感器和被校振动传感器电连接的电荷放大器、以及与电荷放大器电连接的信号分析仪，其中，

电荷放大器包括第一电荷放大器和第二电荷放大器，第一电荷放大器与标准振动传感器相连，用于将标准振动传感器在常规试验环境下采集到的第一灵敏度电荷信号进行信号放大和阻抗匹配，转化为第一灵敏度电压信号；第二电荷放大器与被校振动传感器相连，用于将被校振动传感器在工作环境模拟装置模拟的涡桨发动机现场工作环境下采集到的第二灵敏度电荷信号进行信号放大和阻抗匹配，转化为第二灵敏度电压信号；

信号分析仪上设置有第一输入通道和第二输入通道，第一输入通道与第一电荷放大器相连，第二输入通道与第二电荷放大器相连，信号分析仪用于将第一输入通道接收的第一灵敏度电压信号与第二输入通道接收的第二灵敏度电压信号进行对比分析，测量出被校振动传感器在模拟的涡桨发动机现场工作环境下的灵敏度。

进一步地，第二电荷放大器，还用于将被校振动传感器在常规试验环境下采集到的第三灵敏度电荷信号进行信号放大和阻抗匹配，转化为第三灵敏度电压信号；

信号分析仪，还用于将第一输入通道接收的第一灵敏度电压信号与第二输入通道接收的第三灵敏度电压信号进行对比分析，测量出被校振动传感器在常规试验环境下的灵敏度；并将测量出的被校振动传感器在常规试验环境下的灵敏度与测量出的被校振动传感器在模拟的涡桨发动机现场工作环境下的灵敏度进行对比，来对被校振动传感器的灵敏度进行修正。

进一步地，工作环境模拟装置包括用于模拟涡桨发动机现场工作环境中的环境温度的温度调节装置及用于模拟涡桨发动机现场工作环境中的脉动气流的气流调节装置。

进一步地，温度调节装置包括加热设备及与加热设备电连接用于控制加热设备的发热温度以产生给定温度的温度控制器；气流调节装置包括气流输送设备、带动气流输送设备转动的驱动设备、以及与驱动设备相连用于控制驱动设备的输出转速以产生给定气流的转速调节器。

进一步地，工作环境模拟装置包括加热筒、设置于加热筒内的电阻丝和风扇、设置于加热筒外与电阻丝电连接用于控制电阻丝的发热温度的温控装置、用于带动风扇转动的电机、以及用于控制电机的旋转转速以产生给定气流的变频器，电阻丝设置在风扇的出风侧，加热筒上设置有用于导出工作环境模拟装置产生的热气流的出气口，出气口正对被校振动传感器设置。

进一步地，涡桨发动机测振传感器校准和测量装置还包括主控制器和功率放大器，主控制器、信号分析仪、功率放大器和标准振动台依次电连接，其中，

信号分析仪上还设置有输出通道，输出通道与功率放大器相连，信号分析仪用于在主控制器的控制下通过输出通道发送振动信号，以控制功率放大器以给定的频率及振动量级驱动标准振动台进行振动。

进一步地，标准振动传感器设置于标准振动台的振动台面的下方，被校振动传感器设置于标准振动台的振动台面的上方。

进一步地，振动台面和被校振动传感器两者之间还设置有用于防止工作环境模拟装置产生的热气流损坏振动台面的隔热支撑座。

进一步地，隔热支撑座采用陶瓷材料制造而成。

进一步地，连接于被校振动传感器和第二电荷放大器之间的信号输出线采用铠装电缆。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，采用放置于标准振动台旁的工作环境模拟装置来模拟涡桨发动机现场工作环境，并利用信号分析仪将被校振动传感器在模拟的涡桨发动机现场工作环境中采集到的灵敏度信号与标准振动传感器在常规试验环境下采集到的灵敏度信号进行对比分析，测量出被校振动传感器在模拟的涡桨发动机现场工作环境下的灵敏度。本发明提供的涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，可模拟涡桨发动机在现场工作环境中对振动传感器的灵敏度的影响；并提高涡桨发动机振动测试的可靠性。

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是现有技术中的涡桨发动机测振传感器校准和测量装置的结构示意图；

图2是本发明涡桨发动机测振传感器校准和测量装置优选实施例的连接框图；

图3是图2中工作环境模拟装置的温度调节装置优选实施例的结构框图；

图4是图2中工作环境模拟装置的气流调节装置优选实施例的结构框图；

图5是图2中工作环境模拟装置优选实施例的结构示意图。

附图标号说明：

10、标准振动台；20、标准振动传感器；30、被校振动传感器；40、工作环境模拟装置；50、电荷放大器；60、信号分析仪；51、第一电荷放大器；52、第二电荷放大器；61、第一输入通道；62、第二输入通道；41、温度调节装置；42、气流调节装置；411、加热设备；412、温度控制器；421、气流输送设备；422、驱动设备；423、转速调节器；43、加热筒；44、电阻丝；45、风扇；46、温控装置；47、电机；48、变频器；431、出气口；70、主控制器；80、功率放大器；63、输出通道；11、振动台面；12、隔热支撑座。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，包括用于模拟涡桨发动机振动频率的标准振动台10、设置于标准振动台10上的标准振动传感器20和被校振动传感器30、设置于标准振动台10旁用于模拟涡桨发动机现场工作环境的工作环境模拟装置40、与标准振动传感器20和被校振动传感器30电连接的电荷放大器50、以及与电荷放大器50电连接的信号分析仪60，其中，电荷放大器50包括第一电荷放大器51和第二电荷放大器52，第一电荷放大器51与标准振动传感器20相连，用于将标准振动传感器20在常规试验环境下采集到的第一灵敏度电荷信号进行信号放大和阻抗匹配，转化为第一灵敏度电压信号；第二电荷放大器52与被校振动传感器30相连，用于将被校振动传感器30在工作环境模拟装置40模拟的涡桨发动机现场工作环境下采集到的第二灵敏度电荷信号进行信号放大和阻抗匹配，转化为第二灵敏度电压信号；信号分析仪60上设置有第一输入通道61和第二输入通道62，第一输入通道61与第一电荷放大器51相连，第二输入通道62与第二电荷放大器52相连，信号分析仪60用于将第一输入通道61接收的第一灵敏度电压信号与第二输入通道62接收的第二灵敏度电压信号进行对比分析，测量出被校振动传感器30在模拟的涡桨发动机现场工作环境下的灵敏度。

本实施例提供的涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，采用放置于标准振动台旁的工作环境模拟装置来模拟涡桨发动机现场工作环境，并利用信号分析仪将被校振动传感器在模拟的涡桨发动机现场工作环境中采集到的灵敏度信号与标准振动传感器在常规试验环境下采集到的灵敏度信号进行对比分析，测量出被校振动传感器在模拟的涡桨发动机现场工作环境下的灵敏度。本实施例提供的涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，可模拟涡桨发动机在现场工作环境中对振动传感器的灵敏度的影响；并提高涡桨发动机振动测试的可靠性。

优选地，本实施例提供的涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，第二电荷放大器52，还用于将被校振动传感器30在常规试验环境下(未加入工作环境模拟装置中产生的热气流)采集到的第三灵敏度电荷信号进行信号放大和阻抗匹配，转化为第三灵敏度电压信号；信号分析仪60，还用于将第一输入通道61接收的第一灵敏度电压信号与第二输入通道62接收的第三灵敏度电压信号进行对比分析，测量出被校振动传感器30在常规试验环境下的灵敏度；并将测量出的被校振动传感器30在常规试验环境下的灵敏度与测量出的被校振动传感器30在模拟的涡桨发动机现场工作环境下的灵敏度进行对比，来对被校振动传感器30的灵敏度进行修正。

本实施例提供的涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，将在模拟的涡桨发动机现场工作环境下测量出来的灵敏度与在常规试验环境下的测量出来的灵敏度进行对比，来对被校振动传感器的灵敏度进行修正，从而提高测振传感器在复杂工作环境中的可靠性。

优选地，本实施例提供的涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，工作环境模拟装置40用于模拟涡桨发动机在现场工作环境中的气流和温度。进一步地，如图3和图4所示，工作环境模拟装置40包括用于模拟涡桨发动机现场工作环境中的环境温度的温度调节装置41及用于模拟涡桨发动机现场工作环境中的脉动气流的气流调节装置42。其中，温度调节装置41和气流调节装置42可设置在同一个设备上，也可以分开设置在多个设备上。具体地，请见图3，温度调节装置41包括加热设备411及与加热设备411电连接用于控制加热设备411的发热温度以产生给定温度的温度控制器412。请见图4，气流调节装置42包括气流输送设备421、带动气流输送设备421转动的驱动设备422、以及与驱动设备422相连用于控制气流输送设备421的输出转速以产生给定气流的转速调节器423。加热设备411可采用电热丝，或者是陶瓷PTC(Posite Temperature coefficient，正的温度系数)加热器件。气流输送设备421可采用风扇。驱动设备422可采用电机等。

本实施例提供的涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，采用温度调节装置和气流调节装置来模拟涡桨发动机在现场工作环境中的气流和温度，环境模拟仿真度高、可控性强。

优选地，如图5所示，本实施例提供的涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，采用高温风筒，工作环境模拟装置40包括加热筒43、设置于加热筒43内的电阻丝44和风扇45、设置于加热筒43外与电阻丝44电连接用于控制电阻丝44的发热温度的温控装置46、用于带动风扇45转动的电机47、以及用于控制电机47的旋转转速以产生给定气流的变频器48，电阻丝44设置在风扇45的出风侧，加热筒43上设置有用于导出工作环境模拟装置40产生的热气流的出气口431，出气口431正对被校振动传感器30设置。

本实施例提供的涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，采用高温风筒来模拟涡桨发动机在现场工作环境中的气流和温度，结构简单、环境模拟仿真度高、可控性强。

优选地，请见图2，本实施例提供的涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，涡桨发动机测振传感器校准和测量装置还包括主控制器70和功率放大器80，主控制器70、信号分析仪60、功率放大器80和标准振动台10依次电连接，其中，信号分析仪60上还设置有输出通道63，输出通道63与功率放大器80相连，信号分析仪60用于在主控制器70的控制下通过输出通道63发送振动信号，以控制功率放大器80以给定的频率及振动量级驱动标准振动台10进行振动。其中，主控制器70可以为计算机、也可以为其他控制终端等。主控制器7上设置有校准软件，信号分析仪60的输出通道63所发送的振动信号的频率及振动量级由校准软件进行控制。

本实施例提供的涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，测振传感器的校准的方式如下所示：

一、在模拟的涡桨发动机现场工作环境下，通过校准软件设定的给定频率与振动量级对振动传感器进行校准，计算出被校振动传感器在给定温度和给定气流场环境下的初始灵敏度。

二、在模拟的涡桨发动机现场工作环境下，保持振动量级不变，改变振动频率，实现同一振动量级不同频率下的被校振动传感器的灵敏度测量，确保不同频率下所对应的灵敏度相对误差(即频响特性)皆在工作标准规定的±5％范围内。

三、在模拟的涡桨发动机现场工作环境下，保持频率不变，通过从小到大等间隔递增振动量级，实现同一频率不同振动量级下被校传感器的灵敏度测量，确保同一频率不同振动量级下所对应的灵敏度相对误差(幅值线性度特性)皆在工作标准规定的±5％范围内。

四、通过调节温控装置或变频器，实现被校振动传感器在同一温度不同流场条件下的灵敏度的测量，以及同一流场不同温度下的灵敏度的测量，并结合发动机的实际气流及温度条件对被校振动传感器的灵敏度进行校准，将所得到的灵敏度与未进行加温和加气流条件下的校准灵敏度进行比较，而后在被校振动传感器使用时加以修正。

本实施例提供的涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，通过对被校振动传感器的初始灵敏度进行校准，并测量出被校振动传感器的频响特性和幅值线性度特性，测试可靠性高。

优选地，如图5所示，本实施例提供的涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，标准振动传感器20设置于标准振动台10的振动台面11的下方，被校振动传感器30设置于标准振动台10的振动台面11的上方。振动台面11和被校振动传感器30两者之间还设置有用于防止工作环境模拟装置40产生的热气流损坏振动台面11的隔热支撑座12。隔热支撑座12采用陶瓷材料制造而成。隔热支撑座12包括支座、设置于支座两端的第一平面和第二平面、以及贯穿支座用于安装传感器螺钉的螺纹孔。被校振动传感器30安装于隔热支撑座12顶端的第一平面上，且被校振动传感器30与隔热支撑座12为刚性连接，以避免高温对振动台面11的影响。进一步地，为了避免工作环境模拟装置40产生的热气流的影响，将连接于被校振动传感器30和第二电荷放大器52之间的信号输出线采用铠装电缆。

本实施例提供的涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，通过在振动台面和被校振动传感器两者之间设置有用于防止工作环境模拟装置产生的热气流损坏振动台面的隔热支撑座以及将连接于被校振动传感器和第二电荷放大器之间的信号输出线采用铠装电缆，来防止高温的影响，测试可靠性高。

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振动频率的标准振动台(10)、设置于所述标准振动台(10)上的标准振动传感器(20)和被校振动传感器(30)、设置于所述标准振动台(10)旁用于模拟涡桨发动机现场工作环境的工作环境模拟装置(40)、与所述标准振动传感器(20)和所述被校振动传感器(30)电连接的电荷放大器(50)、以及与所述电荷放大器(50)电连接的信号分析仪(60)，其中，

所述电荷放大器(50)包括第一电荷放大器(51)和第二电荷放大器(52)，所述第一电荷放大器(51)与所述标准振动传感器(20)相连，用于将所述标准振动传感器(20)在常规试验环境下采集到的第一灵敏度电荷信号进行信号放大和阻抗匹配，转化为第一灵敏度电压信号；所述第二电荷放大器(52)与所述被校振动传感器(30)相连，用于将所述被校振动传感器(30)在所述工作环境模拟装置(40)模拟的涡桨发动机现场工作环境下采集到的第二灵敏度电荷信号进行信号放大和阻抗匹配，转化为第二灵敏度电压信号；

所述信号分析仪(60)上设置有第一输入通道(61)和第二输入通道(62)，所述第一输入通道(61)与所述第一电荷放大器(51)相连，所述第二输入通道(62)与所述第二电荷放大器(52)相连，所述信号分析仪(60)用于将所述第一输入通道(61)接收的所述第一灵敏度电压信号与所述第二输入通道(62)接收的所述第二灵敏度电压信号进行对比分析，测量出所述被校振动传感器(30)在模拟的涡桨发动机现场工作环境下的灵敏度。

2.根据权利要求1所述的涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，其特征在于，

所述第二电荷放大器(52)，还用于将所述被校振动传感器(30)在常规试验环境下采集到的第三灵敏度电荷信号进行信号放大和阻抗匹配，转化为第三灵敏度电压信号；

所述信号分析仪(60)，还用于将所述第一输入通道(61)接收的所述第一灵敏度电压信号与所述第二输入通道(62)接收的所述第三灵敏度电压信号进行对比分析，测量出所述被校振动传感器(30)在常规试验环境下的灵敏度；并将测量出的所述被校振动传感器(30)在常规试验环境下的灵敏度与测量出的所述被校振动传感器(30)在模拟的涡桨发动机现场工作环境下的灵敏度进行对比，来对所述被校振动传感器(30)的灵敏度进行修正。

3.根据权利要求2所述的涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，其特征在于，

所述工作环境模拟装置(40)包括用于模拟涡桨发动机现场工作环境中的环境温度的温度调节装置(41)及用于模拟涡桨发动机现场工作环境中的脉动气流的气流调节装置(42)。

4.根据权利要求3所述的涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，其特征在于，

所述温度调节装置(41)包括加热设备(411)及与所述加热设备(411)电连接用于控制所述加热设备(411)的发热温度以产生给定温度的温度控制器(412)；所述气流调节装置(42)包括气流输送设备(421)、带动所述气流输送设备(421)转动的驱动设备(422)、以及与所述驱动设备(422)相连用于控制所述驱动设备(422)的输出转速以产生给定气流的转速调节器(423)。

5.根据权利要求2所述的涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，其特征在于，

所述工作环境模拟装置(40)包括加热筒(43)、设置于所述加热筒(43)内的电阻丝(44)和风扇(45)、设置于所述加热筒(43)外与所述电阻丝(44)电连接用于控制所述电阻丝(44)的发热温度的温控装置(46)、用于带动所述风扇(45)转动的电机(47)、以及用于控制所述电机(47)的旋转转速以产生给定气流的变频器(48)，所述电阻丝(44)设置在所述风扇(45)的出风侧，所述加热筒(43)上设置有用于导出所述工作环境模拟装置(40)产生的热气流的出气口(431)，所述出气口(431)正对所述被校振动传感器(30)设置。

6.根据权利要求2所述的涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，其特征在于，

所述涡桨发动机测振传感器校准和测量装置还包括主控制器(70)和功率放大器(80)，所述主控制器(70)、所述信号分析仪(60)、所述功率放大器(80)和所述标准振动台(10)依次电连接，其中，

所述信号分析仪(60)上还设置有输出通道(63)，所述输出通道(63)与所述功率放大器(80)相连，所述信号分析仪(60)用于在所述主控制器(70)的控制下通过所述输出通道(63)发送振动信号，以控制所述功率放大器(80)以给定的频率及振动量级驱动所述标准振动台(10)进行振动。

7.根据权利要求2所述的涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，其特征在于，

所述标准振动传感器(20)设置于所述标准振动台(10)的振动台面(11)的下方，所述被校振动传感器(30)设置于所述标准振动台(10)的振动台面(11)的上方。

8.根据权利要求7所述的涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，其特征在于，

所述振动台面(11)和所述被校振动传感器(30)两者之间还设置有用于防止所述工作环境模拟装置(40)产生的热气流损坏所述振动台面(11)的隔热支撑座(12)。

9.根据权利要求8所述的涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，其特征在于，

所述隔热支撑座(12)采用陶瓷材料制造而成。

10.根据权利要求9所述的涡桨发动机测振传感器校准和测量装置，其特征在于，

连接于所述被校振动传感器(30)和所述第二电荷放大器(52)之间的信号输出线采用铠装电缆。