CN107389337A - 航空发动机转子振动测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航空发动机转子振动测试系统，包括转速传感器、频率信号隔离器、振动传感器、振动测试仪和信号记录分析仪，转速传感器用于测量航空发动机转子的转速信号；频率信号隔离器用于将转速传感器测量的转速信号进行整形、输出隔离的转速信号；振动传感器用于感受航空发动机各测振点的振动电荷信号；振动测试仪用于对振动传感器感受的振动电荷信号转化为振动电压信号；信号记录分析仪用于同步采集转速信号和振动电压信号，并提取振动电压信号中的转子振动基频分量，显示转子振动基频分量的振动幅值随转速和/或时间变化的曲线。本发明提供的航空发动机转子振动测试系统，数据分析效率高，测量出的基频分量值精度高。

Description

航空发动机转子振动测试系统

技术领域

本发明涉及航空发动机转子测试领域，特别地，涉及一种航空发动机转子振动测试系统。

背景技术

振动测试是航空发动机研制试验中的重要环节，现有的航空发动机转子振动测试系统采用的测试方式是以监测规定频带范围内的振动总量和实时FFT(Fast FourierTransformation，快速傅里叶变换)频谱分析为主，当振动总量超限时，将人工手动进行报警，操作人员看到报警指示灯亮后停车，对转子振动的基频分量变化情况需事后分析，其变化曲线需事后通过其它软件或Excel作图得出。

如图1所示，图1是现有的航空发动机转子振动测试系统的原理框图，其工作原理如下所示：

由振动传感器1将感受到的振动信号传输给振动测试仪2；在振动测试仪2里，振动信号经过放大、积分、滤波、归一化等预处理后分为两路信号进行输出，一路是输出通频信号给信号记录分析仪4的模拟通道输入端，由信号记录分析仪4采集、存贮信号，并对通频信号进行数字化处理及振动特性分析，同时实时显示各振动测点的振动速度或振动加速度FFT频谱图；另一路是输出检波信号连接到数据采集系统3的数据采集卡输入端，由数据采集系统3采集、处理检波信号并实时显示各测振点的在规定频带范围内的振动总量幅值。

可见，现有的航空发动机转子振动测试系统在发动机试车过程的试验现场中可以实时观察到的振动测试参数有两部分，一部分是数据采集系统的显示屏显示的各测振点的振动总量幅值；另一部分是信号记录分析仪显示的各测振点的振动速度或振动加速度FFT频谱图，其中信号记录分析仪测试界面的参数显示图，如图2所示。

现有的航空发动机转子振动测试系统的振动报警都是通过观察振动总量是否超过限制值来进行报警的，而振动总量又受诸多因素影响，如静子构件的共振与谐波，低噪音电缆与振动传感器连接不可靠，高温传感器由于累计工作时间长可能导致高温低频噪声大等，都有可能引起振动总量突变或超限，试车过程中一旦出现振动超限或异常，为了安全，通常所采取的措施是暂停试车，这样常常会影响试验的进度。

在发动机试车过程中在试验现场能够观察到的振动测试方面的参数只有振动总量值和FFT频谱图，就转子基频分量值而言只能从显示的FFT频谱图中观察到当前时刻的分量值，对过去时刻的分量值只能凭测试人员的记忆，或者等试验结束之后将存贮的数据回放查看，既使是回放数据转子基频分量值也是离散地分布在一幅一幅的FFT频谱图里，图2中的参数显示图只是其中的一幅。因此，现有的航空发动机转子振动测试系统不能实时监测转子基频分量值，是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种航空发动机转子振动测试系统，以解决现有的航空发动机振动测试系统不能实时监测转子基频分量值的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种航空发动机转子振动测试系统，包括转速传感器、频率信号隔离器、振动传感器、振动测试仪和信号记录分析仪，其中，

转速传感器，用于测量航空发动机转子的转速信号；

频率信号隔离器，与转速传感器相连，用于将转速传感器测量的转速信号进行整形，输出隔离的转速信号；

振动传感器，用于感受航空发动机各测振点的振动电荷信号；

振动测试仪，与振动传感器相连，用于对振动传感器感受的振动电荷信号转化为振动电压信号；

信号记录分析仪，与频率信号隔离器和振动测试仪相连，用于同步采集转速信号和振动电压信号，并提取振动电压信号中的转子振动基频分量，显示转子振动基频分量的振动幅值随转速和/或时间变化的曲线。

进一步地，信号记录分析仪包括同步采集模块、提取模块和显示模块，

同步采集模块，用于将频率信号隔离器输入的等时间间隔采样的转速信号转换成等角度间隔采样的转速信号；以及将振动测试仪输入的等时间间隔采样的振动电压信号转换成等角度间隔采样的振动电压信号，完成转速信号和振动电压信号的同步采样；

提取模块，用于对等角度间隔采样的振动电压信号进行快速傅里叶变换，提取振动电压信号中的转子振动基频分量；

显示模块，用于实时显示转子振动基频分量的振动幅值随转速和/或时间变化的曲线。

进一步地，信号记录分析仪还包括比较模块、开关模块和输出模块，

比较模块，用于将提取的各测振点的振动电压信号中的转子振动基频分量作为报警控制的输入信号，并将各测振点的振动电压信号中的转子振动基频分量的振动幅值与预设的转子基频报警阈值进行比较，若任一测振点中的振动电压信号中的转子振动基频分量的振动幅值大于预设的转子基频报警阈值时，则会触发开关模块中的开关动作，使输出模块的输出接口输出相应的电平信号。

进一步地，航空发动机转子振动测试系统还包括与信号记录分析仪相连的报警功能盒，报警功能盒包括继电器和报警器，

报警功能盒，用于根据输出模块的输出接口输出的电平信号，触发相应的继电器动作，控制报警器报警。

进一步地，报警器为声光报警器。

进一步地，电平信号为高电平信号或低电平信号。

进一步地，振动传感器采用压电加速度振动传感器。

进一步地，报警功能盒，还用于与电气控制系统相连，向电气控制系统发出触点开关信号，以使电气控制系统控制试车台停车。

进一步地，振动测试仪，还用于与数据采集系统相连，向数据采集系统传送各测振点的振动电压信号，以使数据采集系统显示各测振点的振动电压信号中的的振动总量幅值。

进一步地，振动传感器的数量为多个，多个振动传感器均布于航空发动机的机匣上。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的航空发动机转子振动测试系统，采用转速传感器、频率信号隔离器、振动传感器、振动测试仪和信号记录分析仪，信号记录分析仪同步采集转速信号和振动电压信号，并提取振动电压信号中的转子振动基频分量，显示转子振动基频分量的振动幅值随转速和/或时间变化的曲线，实现了转速信号和振动电压信号的同步采样，提高了数据分析效率。本发明提供的航空发动机转子振动测试系统，数据分析效率高，测量出的基频分量值精度高、并可实时监测航空发动机转子的振动基频分量的振动幅值随转速和/或时间的变化情况。

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是现有技术中的航空发动机转子振动测试系统的原理框图；

图2是图1中信号记录分析仪的测试界面的参数显示示意图；

图3是本发明中航空发动机转子振动测试系统优选实施例的原理框图；

图4是图3中信号记录分析仪优选实施例的测试界面参数显示示意图；

图5是图3中信号记录分析仪第一优选实施例的功能模块示意图；

图6是图3中信号记录分析仪第二优选实施例的功能模块示意图；

图7是图3中报警功能盒优选实施例的功能模块示意图。

附图标号说明：

10、转速传感器；20、频率信号隔离器；30、振动传感器；40、振动测试仪；50、信号记录分析仪；51、同步采集模块；52、提取模块；53、显示模块；54、比较模块；55、开关模块；56、输出模块；60、报警功能盒；61、继电器；62、报警器；70、电气控制系统；80、数据采集系统。

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3，本发明的优选实施例提供了一种航空发动机转子振动测试系统，包括转速传感器10、频率信号隔离器20、振动传感器30、振动测试仪40和信号记录分析仪50，其中，转速传感器10，用于测量航空发动机转子的转速信号；频率信号隔离器20，与转速传感器10相连，用于将转速传感器10测量的转速信号进行整形，输出隔离的转速信号；振动传感器30，用于感受航空发动机各测振点的振动电荷信号；振动测试仪40，与振动传感器30相连，用于对振动传感器30感受的振动电荷信号进行电荷放大、处理后转化为振动电压信号；信号记录分析仪50，与频率信号隔离器20和振动测试仪40相连，用于同步采集转速信号和振动电压信号，并提取振动电压信号中的转子振动基频分量，显示转子振动基频分量的振动幅值随转速和/或时间变化的曲线，从而实现对航空发动机转子振动基频分量的实时监测。信号记录分析仪的测试界面的参数显示示意图，如图4所示。具体地，振动传感器30采用压电加速度振动传感器。振动传感器30的数量为多个，多个振动传感器30均布于航空发动机的机匣上。其中，振动传感器30采用压电加速度振动传感器，也可以采用其他类型的振动传感器，均在本专利的保护范围之内。

本实施例提供的航空发动机转子振动测试系统，相比于现有技术，增加了转速传感器和频率信号隔离器，并通过信号记录分析仪同步采集转速信号和振动电压信号，提取振动电压信号中的转子振动基频分量，显示转子振动基频分量的振动幅值随转速和/或时间变化的曲线，与现有技术中只能从一幅一幅离散分布的FFT频谱图里对转子基频分量值进行数据回放查看相比，提高数据分析效率。本实施例提供的航空发动机转子振动测试系统，数据分析效率高，测量出的基频分量值精度高、并可实时监测航空发动机转子的振动基频分量的振动幅值随转速和/或时间的变化情况。

具体地，如图5所示，本实施例提供的航空发动机转子振动测试系统，信号记录分析仪50包括同步采集模块51、提取模块52和显示模块53，同步采集模块51，用于将频率信号隔离器20输入的等时间间隔采样的转速信号转换成等角度间隔采样的转速信号；以及将振动测试仪40输入的等时间间隔采样的振动电压信号转换成等角度间隔采样的振动电压信号，完成转速信号和振动电压信号的同步采样；提取模块52，用于对等角度间隔采样的振动电压信号进行FFT(Fast Fourier Transformation，快速傅里叶变换)，提取振动电压信号中的转子振动基频分量；显示模块53，用于实时显示转子振动基频分量的振动幅值随转速和/或时间变化的曲线。

本实施例提出的航空发动机转子振动测试系统，在信号记录分析仪中采用同步采集模块、提取模块和显示模块，首先通过同步采集模块将等时间间隔采样的转速信号转换成等角度间隔采样的转速信号由于采样率相同，则对应的等时间间隔采样的振动电压信号转换成了等角度间隔采样的振动电压信号，即完成了转速信号和振动电压信号的同步采样；提取模块对等角度间隔采样的振动电压信号进行FFT变换，然后提取振动电压信号中的转子振动基频分量；最后通过显示模块实时显示转子振动基频分量的振动幅值随转速和/或时间变化的曲线。本实施例提供的航空发动机转子振动测试系统，数据分析效率高，测量出的基频分量值精度高、并可实时监测航空发动机转子的振动基频分量的振动幅值随转速和/或时间的变化情况。

优选地，如图6所示，本实施例提供的航空发动机转子振动测试系统，信号记录分析仪50还包括比较模块54、开关模块55和输出模块56，比较模块54，用于将提取的各测振点的振动电压信号中的转子振动基频分量作为报警控制的输入信号，并将各测振点的振动电压信号中的转子振动基频分量的振动幅值与预设的转子基频报警阈值进行比较，若任一测振点中的振动电压信号中的转子振动基频分量的振动幅值大于预设的转子基频报警阈值时，则会触发开关模块55中的开关动作，使输出模块56的输出接口输出相应的电平信号，来驱动报警功能盒进行报警。进一步地，电平信号可以为高电平信号或低电平信号。即可通过高电平来驱动报警功能盒进行报警，也可以通过低电平信号来驱动报警功能盒进行报警。在本实施例中，若任一测振点中的振动电压信号中的转子振动基频分量的振动幅值大于预设的转子基频报警阈值时，则会触发开关模块55中的开关动作，输出模块56的输出接口(数字I/O硬件接口)输出5V的TTL(Transistor-Transistor Logic，晶体管-晶体管逻辑电平)电平信号；若所有测振点中的振动电压信号中的转子振动基频分量的振动幅值都小于或等于预设的转子基频报警阈值时，则不会触发开关模块55中的开关动作，输出模块56的输出接口(数字I/O硬件接口)输出0V的TTL电平信号。

本实施例提出的航空发动机转子振动测试系统，在信号记录分析仪中采用比较模块、开关模块和输出模块，通过比较模块54，用于将提取的各测振点的振动电压信号中的转子振动基频分量作为报警控制的输入信号，并将各测振点的振动电压信号中的转子振动基频分量的振动幅值与预设的转子基频报警阈值进行比较，若任一测振点中的振动电压信号中的转子振动基频分量的振动幅值大于预设的转子基频报警阈值时，则会触发开关模块中的开关动作，使输出模块的输出接口输出相应的电平信号，来驱动报警功能盒进行报警。本实施例提出的航空发动机转子振动测试系统，与现有技术相比，增加了自动报警功能，而自动报警是通过振动基频分量与预设的转子基频报警阈值进行比较来进行报警的，从而排除了振动总量在某一时间段由于突变或超限而带来的整体影响，报警的精度高。

进一步地，如图3和图7所示，本实施例提出的航空发动机转子振动测试系统，航空发动机转子振动测试系统还包括与信号记录分析仪50相连的报警功能盒60，报警功能盒60包括继电器61和报警器62，报警功能盒60，用于根据输出模块56的输出接口输出的电平信号，触发相应的继电器61动作，控制报警器62报警。在本实施例中，若信号记录分析仪50的比较模块54识别到任一测振点中的振动电压信号中的转子振动基频分量的振动幅值大于预设的转子基频报警阈值时，则会触发开关模块55中的开关动作，输出模块56的输出接口(数字I/O硬件接口)输出5V的TTL电平信号。该TTL电平信号通过电位器调节后送给报警功能盒60，报警功能盒60根据该TTL电平信号达到的报警等级，触发相应的继电器61动作，通过触点开关信号控制报警器62报警。其中，报警器62为声光报警器，也可以采用其他类型的报警器，均在本专利的保护范围之内。

本实施例提出的航空发动机转子振动测试系统，通过报警功能盒来对航空发动机转子发生的振动故障进行自动报警，无需人为干预，自动化程度高，且自动报警是通过信号记录分析仪输出的振动基频分量与预设的转子基频报警阈值进行比较后触发的电平信号来进行报警的，从而排除了振动总量在某一时间段由于突变或超限而带来的整体影响，报警的精度高。

优选地，请见图3，本实施例提出的航空发动机转子振动测试系统，报警功能盒60，还用于与电气控制系统70相连，向电气控制系统70发出触点开关信号，以使电气控制系统70控制试车台停车。在本实施例中，电气控制系统70根据报警功能盒60发送过来的触点开关信号，判别出航空发动机转子发生了振动故障，出现了振动超限或异常，及时控制试车台停车。

本实施例提出的航空发动机转子振动测试系统，若航空发动机转子发生了振动故障时，则通过电气控制系统来控制试车台停车，其中，电气控制系统判断航空发动机转子发生振动故障的依据是报警功能盒发出的触点开关信号，而该触点开关信号是基于振动基频分量值并由触发报警功能盒触发相应的继电器后形成的，从而排除了振动总量在某一时间段由于突变或超限而带来的整体影响，试车控制精度高，且不会影响整个试验的进度。

可选地，请见图3，本实施例提出的航空发动机转子振动测试系统，振动测试仪40，还用于与数据采集系统80相连，向数据采集系统80传送各测振点的振动电压信号，以使数据采集系统80显示各测振点的振动电压信号中的振动总量幅值。在发动机试车过程中，在试验现场能够观察到的振动测试参数依旧分为两部分，一是通过数据采集系统80显示屏显示的各测振点的振动总量幅值，一是由信号记录分析仪50显示的振动参数。其中，由图4可知，本实施例中提供的航空发动机转子振动测试系统，与图2进行对比，信号记录分析仪50的测试界面中新增加了显示参数。在本实施例中的信号记录分析仪50的测试界面中，既有各测振点的振动速度或振动加速度FFT频谱图，又有转子基频分量值的变化曲线图；既能显示当前时刻的转子基频分量值，还能时时显示过去时刻的转子基频分量值及转子基频分量值随时间和/或转速的变化趋势，特别是在起动、加减速和停车过程中能够随时非常直观地观察到转子基频振动的变化情况。

与现有技术中的航空发动机转子振动测试系统相比，本实施例中提供的航空发动机转子振动测试系统后，增加了转速传感器、频率信号隔离器和报警功能盒等硬件设备；并增加了两个功能，即：对航空发动机转子振动的基频及谐波分量随转速和/或时间变化情况的实时监测和自动报警功能。

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)

1.一种航空发动机转子振动测试系统，其特征在于，包括转速传感器(10)、频率信号隔离器(20)、振动传感器(30)、振动测试仪(40)和信号记录分析仪(50)，其中，

所述转速传感器(10)，用于测量航空发动机转子的转速信号；

所述频率信号隔离器(20)，与所述转速传感器(10)相连，用于将所述转速传感器(10)测量的所述转速信号进行整形，输出隔离的转速信号；

所述振动传感器(30)，用于感受航空发动机各测振点的振动电荷信号；

所述振动测试仪(40)，与所述振动传感器(30)相连，用于对所述振动传感器(30)感受的所述振动电荷信号转化为振动电压信号；

所述信号记录分析仪(50)，与所述频率信号隔离器(20)和所述振动测试仪(40)相连，用于同步采集所述转速信号和所述振动电压信号，并提取所述振动电压信号中的转子振动基频分量，显示所述转子振动基频分量的振动幅值随转速和/或时间变化的曲线。

2.根据权利要求1所述的航空发动机转子振动测试系统，其特征在于，

所述信号记录分析仪(50)包括同步采集模块(51)、提取模块(52)和显示模块(53)，

所述同步采集模块(51)，用于将所述频率信号隔离器(20)输入的等时间间隔采样的转速信号转换成等角度间隔采样的转速信号；以及将所述振动测试仪(40)输入的等时间间隔采样的振动电压信号转换成等角度间隔采样的振动电压信号，完成所述转速信号和所述振动电压信号的同步采样；

所述提取模块(52)，用于对所述等角度间隔采样的振动电压信号进行快速傅里叶变换，提取所述等角度间隔采样的振动电压信号中的所述转子振动基频分量；

所述显示模块(53)，用于实时显示所述转子振动基频分量的振动幅值随转速和/或时间变化的曲线。

3.根据权利要求2所述的航空发动机转子振动测试系统，其特征在于，

所述信号记录分析仪(50)还包括比较模块(54)、开关模块(55)和输出模块(56)，

所述比较模块(54)，用于将提取的各测振点的所述等角度间隔采样的振动电压信号中的所述转子振动基频分量作为报警控制的输入信号，并将各测振点的所述等角度间隔采样的振动电压信号中的所述转子振动基频分量的振动幅值与预设的转子基频报警阈值进行比较，若任一测振点中的所述等角度间隔采样的振动电压信号中的所述转子振动基频分量的振动幅值大于预设的转子基频报警阈值时，则会触发所述开关模块(55)中的开关动作，使所述输出模块(56)的输出接口输出相应的电平信号。

4.根据权利要求3所述的航空发动机转子振动测试系统，其特征在于，

所述航空发动机转子振动测试系统还包括与信号记录分析仪(50)相连的报警功能盒(60)，所述报警功能盒(60)包括继电器(61)和报警器(62)，

所述报警功能盒(60)，用于根据所述输出模块(56)的输出接口输出的所述电平信号，触发相应的继电器(61)动作，控制报警器(62)报警。

5.根据权利要求4所述的航空发动机转子振动测试系统，其特征在于，

所述报警器(62)为声光报警器。

6.根据权利要求3所述的航空发动机转子振动测试系统，其特征在于，

所述电平信号为高电平信号或低电平信号。

7.根据权利要求4所述的航空发动机转子振动测试系统，其特征在于，

所述报警功能盒(60)，还用于与电气控制系统(70)相连，向所述电气控制系统发出触点开关信号，以使所述电气控制系统(70)控制试车台停车。

8.根据权利要求1所述的航空发动机转子振动测试系统，其特征在于，

所述振动测试仪(40)，还用于与数据采集系统(80)相连，向所述数据采集系统(80)传送各测振点的所述振动电压信号，以使所述数据采集系统(80)显示各测振点的所述振动电压信号中的振动总量幅值。

9.根据权利要求1所述的航空发动机转子振动测试系统，其特征在于，

所述振动传感器(30)采用压电加速度振动传感器。

10.根据权利要求1所述的航空发动机转子振动测试系统，其特征在于，

所述振动传感器(30)的数量为多个，多个所述振动传感器(30)均布于所述航空发动机的机匣上。