CN110579198A - 一种监测涡轮叶尖间隙的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种监测涡轮叶尖间隙的装置及方法，包括：在对涡轮进行监测的过程中，分别获取涡流传感器的涡流电压信号以及光纤传感器的脉冲信号，光纤传感器频率响应大于涡流传感器频率响应；获取待分析脉冲信号的脉冲信号采集时刻，从涡流电压信号中，获取对应该脉冲信号采集时刻的涡流电压信号对应的涡流电压信号采样时刻；计算涡流电压信号采样时刻与脉冲信号采集时刻的时间差值；基于时间差值及涡轮的转动周期，获取涡轮叶尖相对涡流传感器的转动角度；依据转动角度及涡流电压信号采样时刻对应的涡流电压，查询预构建的涡流电压、转动角度以及涡轮叶尖间隙的映射关系，得到涡轮叶尖间隙。可以有效提升涡轮叶尖间隙的监测精度。

Description

一种监测涡轮叶尖间隙的装置及方法

技术领域

本发明涉及检测与故障诊断技术领域，具体而言，涉及一种监测涡轮叶尖间隙的装置及方法。

背景技术

涡轮叶尖间隙反映了叶尖与机匣之间的距离。涡轮叶尖间隙与涡轮的效率成反比，随着涡轮叶尖间隙的减小，涡轮的工作效率提高，但涡轮叶尖间隙不能无限制地减小，因为当涡轮叶尖间隙过小时，由于涡轮叶尖的扰动，涡轮叶尖在转动过程中会与机匣产生摩擦，容易损坏机组。为了提高机组的运行效率、降低维修成本，业界工作人员往往需要对涡轮叶尖间隙进行监测。

现有技术中，普遍采用涡流传感器对涡轮叶尖间隙进行监测。其中，在涡流传感器出厂时，在涡流传感器的中心线与涡轮叶尖的中心线重合的情形下，标定该涡轮叶尖间隙与涡流传感器产生的涡流电压的对应关系，在监测时，通过涡流传感器监测得到的涡流电压，查询标定的对应关系，得到涡轮叶尖间隙，从而依据监测得到的涡轮叶尖间隙对涡轮叶尖进行相应处理。但该监测涡轮叶尖间隙的方法，由于电涡流传感器存在欠采样问题，不能保证每次都能采集到完整的信号信息，会导致分析结果不够准确，使得涡轮叶尖间隙的监测精度不高，从而造成潜在的机组损坏隐患，甚至安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种监测涡轮叶尖间隙的装置及方法，提升涡轮叶尖间隙的监测精度。

第一方面，本发明实施例提供了一种监测涡轮叶尖间隙的装置，包括：壳体、支架、涡流传感器探头、光纤传感器探头、电缆、接头、涡流线圈，其中，

涡流传感器探头安装在壳体上，并开设有对称的中空通孔；

涡流传感器探头的上部开设有容置涡流线圈的凹槽；

壳体固定在支架上；

电缆包括光纤电缆和涡流电缆，一端延伸入通孔内，另一端固定在接头上，接头与外部的信号采集设备相连接；

延伸入通孔内的电缆中的涡流电缆通过涡流线圈与通孔之间的斜通孔连接至涡流线圈；

光纤传感器探头固定在通孔的前部，延伸入阶梯通孔内的电缆中的光纤电缆连接至光纤传感器探头。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，由所述电缆引出的所述涡流电缆缠绕在所述涡流传感器探头上部的凹槽内，形成所述涡流线圈。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述涡流线圈、涡流传感器探头、壳体以及支架组成涡流传感器，光纤传感器探头以及光纤电缆组成光纤传感器。

结合第一方面、第一方面的第一种或第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述涡流传感器探头与光纤传感器探头平齐，且中心线同线。

第二方面，本发明实施例还提供了一种监测涡轮叶尖间隙的方法，包括：

在对涡轮进行监测的过程中，分别获取涡流传感器采集的涡流电压信号以及光纤传感器采集的脉冲信号，所述光纤传感器的频率响应大于所述涡流传感器的频率响应；

获取光纤传感器采集的待分析脉冲信号的脉冲信号采集时刻，从所述涡流电压信号中，获取对应该脉冲信号采集时刻的涡流电压信号对应的涡流电压信号采样时刻；

计算所述涡流电压信号采样时刻与所述脉冲信号采集时刻的时间差值；

基于所述时间差值以及所述涡轮的转动周期，获取涡轮叶尖相对所述涡流传感器的转动角度；

依据所述转动角度以及所述涡流电压信号采样时刻对应的涡流电压，查询预先构建的涡流电压、转动角度以及涡轮叶尖间隙的映射关系，得到涡轮叶尖间隙。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，构建所述涡流电压、转动角度以及涡轮叶尖间隙的映射关系，包括：

保持涡流传感器与涡轮叶尖的转动角度不变，改变涡轮叶尖间隙，获取各涡轮叶尖间隙下，涡流传感器采集的涡流电压信号的电压值，构建以所述涡轮叶尖间隙为自变量，所述电压值为因变量的第一映射关系；

保持涡轮叶尖间隙不变，改变涡流传感器与涡轮叶尖的转动角度，获取各转动角度下，涡流传感器采集的涡流电压信号的电压值，构建以所述转动角度为自变量，所述电压值为因变量的第二映射关系；

拟合所述第一映射关系和所述第二映射关系，得到所述涡流电压、转动角度以及涡轮叶尖间隙的映射关系，其中，所述涡轮叶尖间隙和转动角度为自变量，所述涡流电压为因变量。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，利用下式计算所述转动角度：

其中，

式中，

α为转动角度；

n为涡轮上的叶片数；

t为时间差值；

T为单个叶片转过(2π/n)角度的用时；

T′为涡轮的转动周期；

r为叶片半径；

v为叶片转动的线速度。

结合第二方面、第二方面的第一种或第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：

判断得到的所述涡轮叶尖间隙是否小于预先设置的第一间隙阈值，若是，终止运行所述涡轮。

结合第二方面、第二方面的第一种或第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：

判断得到的所述涡轮叶尖间隙是否大于预先设置的第二间隙阈值，若是，生成提示信息，以使操作所述涡轮的技术人员依据接收的所述提示信息确定是否终止运行所述涡轮。

结合第二方面、第二方面的第一种或第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第五种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：

依据得到的所述涡轮叶尖间隙生成时间历程曲线。

第三方面，本申请实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述的方法的步骤。

本发明实施例提供的监测涡轮叶尖间隙的装置及方法，在对涡轮进行监测的过程中，分别获取涡流传感器采集的涡流电压信号以及光纤传感器采集的脉冲信号，所述光纤传感器的频率响应大于所述涡流传感器的频率响应；获取光纤传感器采集的待分析脉冲信号的脉冲信号采集时刻，从所述涡流电压信号中，获取对应该脉冲信号采集时刻的涡流电压信号对应的涡流电压信号采样时刻；计算所述涡流电压信号采样时刻与所述脉冲信号采集时刻的时间差值；基于所述时间差值以及所述涡轮的转动周期，获取涡轮叶尖相对所述涡流传感器的转动角度；依据所述转动角度以及所述涡流电压信号采样时刻对应的涡流电压，查询预先构建的涡流电压、转动角度以及涡轮叶尖间隙的映射关系，得到涡轮叶尖间隙，这样，在涡流传感器发生欠采样时，根据光纤传感器输出的脉冲信号确定叶片中心与涡流传感器探头的重合时刻，对涡流传感器在欠采样时刻采样得到的涡流电压信号进行修正，使其对应至叶尖中心对应的涡流电压信号，从而得到真实的叶片与机匣之间的最小距离，有效提升了涡轮叶尖间隙的监测精度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种监测涡轮叶尖间隙的装置结构示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种监测涡轮叶尖间隙的方法流程示意图；

图3示出了本发明实施例的脉冲信号和涡流电压信号的示意图；

图4示出了本发明实施例的改变涡轮叶尖间隙的示意图。

图5示出了本发明实施例的涡流传感器与涡轮叶尖的转动角度示意图；

图6为本申请实施例提供的一种计算机设备600的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

涡流传感器的频率响应受到自身的限制，频率响应一般不高。本申请实施例中，基于光纤传感器以及涡流传感器，提出了一种监测涡流叶尖间隙的装置，利用光纤传感器灵敏度更高、捕捉能力更强的特点，根据光纤传感器输出的脉冲信号确定涡轮叶尖与涡流传感器探头的重合时刻，再根据某时刻涡流传感器采样输出的涡流电压、该涡流电压对应的时刻以及上述重合时刻，计算出涡流电压对应的时刻时涡轮叶尖与涡流传感器探头偏离的角度，基于该偏离的角度以及预先构建的偏离角、涡流电压以及涡轮叶尖间隙的映射关系，得到真实的叶尖与机匣之间的距离。

当涡轮叶尖的旋转速度过大，受涡流传感器本身频率响应的限制，涡流传感器无法准确捕捉到涡轮叶尖，从而在某些时间段内无法产生涡流电压，即出现欠采样现象，利用上述方法，对于有涡流电压输出的部分，均能计算出相应的真实涡轮叶尖间隙。

图1示出了本发明实施例所提供的一种监测涡轮叶尖间隙的装置结构示意图。如图1所示，该装置包括：壳体7、支架8、涡流传感器探头6、光纤传感器探头9、电缆3、接头4、涡流线圈5，

涡流传感器探头6安装在壳体7上，并开设有对称的中空通孔；

涡流传感器探头6的上部开设有容置涡流线圈5的凹槽；

壳体7固定在支架8上；

电缆3包括光纤电缆和电涡流电缆，一端延伸入通孔内，另一端固定在接头4上，接头4与外部的信号采集设备相连接；

延伸入通孔内的电缆3中的电涡流电缆通过涡流线圈5与通孔之间的斜通孔连接至涡流线圈5；

光纤传感器探头9固定在通孔的前部，延伸入阶梯通孔内的电缆3中的光纤电缆连接至光纤传感器探头9。

本申请实施例中，作为一可选实施例，光纤电缆位于电涡流电缆中心内部。

本申请实施例中，作为一可选实施例，由电缆引出的电涡流电缆缠绕在电涡流传感器探头上部的凹槽内形成涡流线圈。作为一可选实施例，涡流线圈位于传感器探头内部凹槽内，为一缠绕凹槽的缠绕线圈。

本申请实施例中，涡流传感器探头内部中心形成一空心长孔(通孔)，光纤电缆由电缆引出后，与光纤传感器探头相连，光纤传感器探头固定于电涡流传感器探头的中心长孔内。

本申请实施例中，涡流线圈5、电涡流传感器探头6、壳体7以及支架8组成电涡流传感器2，光纤传感器探头9以及光纤电缆10组成光纤传感器1。

本申请实施例中，壳体与涡流传感器探头机械连接，支架与壳体机械连接。这里的机械连接可以为插接，也可以为套接，还可以为螺旋连接，不作限定。

本申请实施例中，作为一可选实施例，光纤电缆与涡流电缆均采用屏蔽材料分别包裹，光纤电缆与涡流电缆之间相互隔开，由此，涡流电缆与光纤电缆相互独立，互不影响。作为一可选实施例，光纤电缆与涡流电缆之间相互缠绕隔开，电缆外部采用屏蔽材料包裹。

本申请实施例中，作为一可选实施例，电涡流传感器可采用低频透射式传感器。

本申请实施例中，作为一可选实施例，涡流传感器探头与光纤传感器探头平齐，且中心线同线。

本申请实施例中，在对涡轮进行监测的过程中，涡流传感器采集叶片形成涡流电压信号，光纤传感器采集叶片形成脉冲信号，其中，光纤传感器的频率响应大于涡流传感器的频率响应；依据光纤传感器采集的待分析脉冲信号的脉冲信号采集时刻，从涡流电压信号中，获取对应该脉冲信号采集时刻的涡流电压信号对应的涡流电压信号采样时刻；计算所述涡流电压信号采样时刻与所述脉冲信号采集时刻的时间差值；基于所述时间差值以及所述涡轮的转动周期，获取所述涡轮叶尖相对所述涡流传感器的转动角度；依据所述转动角度以及所述涡流电压信号采样时刻对应的涡流电压，查询预先构建的涡流电压、转动角度以及涡轮叶尖间隙的映射关系，得到涡轮叶尖间隙。

本申请实施例中，构建涡流电压、转动角度以及涡轮叶尖间隙的映射关系的流程如下：

保持涡流传感器与涡轮叶尖的转动角度不变，改变涡轮叶尖间隙，获取各涡轮叶尖间隙下，涡流传感器采集的涡流电压信号的电压值，构建以所述涡轮叶尖间隙为自变量，所述电压值为因变量的第一映射关系；

保持涡轮叶尖间隙不变，改变涡流传感器与涡轮叶尖的转动角度，获取各转动角度下，涡流传感器采集的涡流电压信号的电压值，构建以所述转动角度为自变量，所述电压值为因变量的第二映射关系；

拟合所述第一映射关系和所述第二映射关系，得到所述涡流电压、转动角度以及涡轮叶尖间隙的映射关系，其中，所述涡轮叶尖间隙和转动角度为自变量，所述涡流电压为因变量。

图2示出了本发明实施例所提供的一种监测涡轮叶尖间隙的方法流程示意图。如图2所示，该方法包括：

步骤201，在对涡轮进行监测的过程中，分别获取涡流传感器采集的涡流电压信号以及光纤传感器采集的脉冲信号，所述光纤传感器的频率响应大于所述涡流传感器的频率响应；

本申请实施例中，涡流传感器与光纤传感器同步运行，即涡流传感器与光纤传感器在同一时刻开始启动工作，启动工作后，按照各自的频率响应对涡轮叶尖(涡轮上的叶片)进行采样。作为一可选实施例，涡流传感器的频率响应大于涡轮叶尖的运行频率的n倍，其中，n为涡轮上的涡轮叶尖数，即涡流传感器的频率响应大于叶片转频与叶片个数的乘积。

步骤202，获取光纤传感器采集的待分析脉冲信号的脉冲信号采集时刻，从所述涡流电压信号中，获取对应该脉冲信号采集时刻的涡流电压信号对应的涡流电压信号采样时刻；

图3示出了本发明实施例的脉冲信号和涡流电压信号的示意图。如图3所示，本申请实施例中，假设光纤传感器采集的脉冲信号如图中上部分，涡流传感器采集的涡流电压信号如图中下部分，分别对应采集第i-1采样点、第i采样点以及第i+1采样点的采样值。图中，光纤传感器采集到第i采样点(第i个涡轮叶尖，即涡轮上的叶片圆弧面的最高点，即叶片中心或叶片正中间)的脉冲信号，但涡流传感器发生欠采样现象，未采集到第i采样点的涡流电压信号，而是采集到了A点(即偏离涡轮叶片圆弧面的最高点的某一点)的涡流电压信号。此时，光纤传感器采集的脉冲信号的脉冲信号采集时刻为第i采样点对应的高脉冲信号的中心时刻，该脉冲信号采集时刻的涡流电压信号对应的涡流电压信号采样时刻为A点对应的时刻。如果依据A点的涡流电压信号对应的涡流电压获取涡轮叶尖间隙，将使得获取的涡轮叶尖间隙过大，影响监测精度。

本申请实施例中，通过增设光纤传感器，用于捕捉涡轮叶片与光纤传感器探头中心线重合的时间，因而，在涡流传感器发生欠采样时，依据光纤传感器探头精确采样得到的叶尖中心对应的时刻，对该欠采样时刻(非叶尖中心对应的时刻)采样得到的涡流电压信号进行修正，使其对应至叶尖中心对应的涡流电压信号。

步骤203，计算所述涡流电压信号采样时刻与所述脉冲信号采集时刻的时间差值；

本申请实施例中，如图3所示，计算得到的时间差值为t。

步骤204，基于所述时间差值以及所述涡轮的转动周期，获取所述涡轮叶尖相对所述涡流传感器的转动角度；

本申请实施例中，利用下式计算转动角度：

其中，

式中，

α为转动角度，即涡轮叶尖相对涡流传感器的转动角度；

n为涡轮上的叶片数，每个叶片对应的角度为(2π/n)；

t为时间差值；

T为单个叶片转过(2π/n)角度的用时；

T′为涡轮的转动周期，即涡轮转动一周的用时；

r为叶片半径；

v为叶片转动的线速度。

步骤205，依据所述转动角度以及所述涡流电压信号采样时刻对应的涡流电压，查询预先构建的涡流电压、转动角度以及涡轮叶尖间隙的映射关系，得到涡轮叶尖间隙。

本申请实施例中，作为一可选实施例，构建涡流电压、转动角度以及涡轮叶尖间隙的映射关系，包括：

A11，保持涡流传感器与涡轮叶尖的转动角度不变，改变涡轮叶尖间隙，获取各涡轮叶尖间隙下，涡流传感器采集的涡流电压信号的电压值，构建以所述涡轮叶尖间隙为自变量，电压值为因变量的第一映射关系；

本申请实施例中，基于静态标定法构建第一映射关系，优选地，涡流传感器与涡轮叶尖的转动角度为零，即涡流传感器的中心线与涡轮叶尖的中心线同线。

图4示出了本发明实施例的改变涡轮叶尖间隙的示意图。如图4所示，本申请实施例中，H为涡流传感器探头尺寸，h为叶尖对应的叶片宽度，通过改变涡流传感器或涡轮叶尖的安装位置，从而改变涡轮叶尖间隙。其中，D_i、D_j和D_k分别为通过三次改变涡流传感器的安装位置，从而与涡轮叶尖形成三种不同的涡轮叶尖间隙。

本申请实施例中，基于静态标定法，不断改变涡流传感器探头与叶片的距离D，基于改变的每一涡轮叶尖间隙，利用涡流传感器探头对该涡轮叶尖间隙的叶尖进行涡流电压信号采样，获得一系列的涡流电压信号对应的电压值U，最终得到一系列以坐标点进行表征的数据对(D,U)，对坐标点进行曲线拟合，得到该转动角度下，涡轮叶尖间隙与电压值之间的第一映射关系，即U＝φ(D)。

A12，保持涡轮叶尖间隙不变，改变涡流传感器与涡轮叶尖的转动角度，获取各转动角度下，涡流传感器采集的涡流电压信号的电压值，构建以所述转动角度为自变量，所述电压值为因变量的第二映射关系；

本申请实施例中，与构建第一映射关系相类似，基于静态标定法构建第二映射关系。

本申请实施例中，作为一可选实施例，设置不同的涡轮叶尖间隙，对于每一涡轮叶尖间隙，分别获取各转动角度下涡流传感器采集的涡流电压信号的电压值。

图5示出了本发明实施例的涡流传感器与涡轮叶尖的转动角度示意图。如图5所示，本申请实施例中，对于第i个叶尖，转动角度是指涡流传感器的中心线与涡轮叶尖的中心线之间的夹角。通过改变涡流传感器与涡轮叶尖(叶片)的转动角度α，获得一系列的涡流电压信号对应的电压值U，最终得到一系列以坐标点进行表征的数据对(α,U)，对坐标点进行曲线拟合，得到每一涡轮叶尖间隙下，涡流传感器与涡轮叶尖的转动角度与电压值之间的第二映射关系，即U＝φ(α)。

A13，拟合所述第一映射关系和所述第二映射关系，得到所述涡流电压、转动角度以及涡轮叶尖间隙的映射关系，其中，所述涡轮叶尖间隙和转动角度为自变量，所述涡流电压为因变量。

本申请实施例中，作为一可选实施例，可以采用包含拟合算法的图像处理软件，如Matlab软件，对第一映射关系U＝φ(D)和第二映射关系U＝φ(α)进行曲线拟合，得到以涡轮叶尖间隙和转动角度为自变量，以涡流电压为因变量的映射关系，即U＝f(D,α)。

本申请实施例中，作为一可选实施例，在依据所述转动角度以及所述涡流电压信号采样时刻对应的涡流电压，查询预先构建的涡流电压、转动角度以及涡轮叶尖间隙的映射关系之前，该方法还可以包括：

确定所述涡流电压信号采样时刻对应的涡流电压是否为零，若为零，跳转至下一脉冲信号，若不为零，执行所述依据所述转动角度以及所述涡流电压信号采样时刻对应的涡流电压，查询预先构建的涡流电压、转动角度以及涡轮叶尖间隙的映射关系的步骤。

本申请实施例中，作为另一可选实施例，若计算的时间差值为零，则无需执行获取所述涡轮叶尖相对所述涡流传感器的转动角度的步骤，直接查询第一映射关系，得到涡轮叶尖间隙。

本申请实施例中，作为一可选实施例，该方法还包括：

判断得到的所述涡轮叶尖间隙是否小于预先设置的第一间隙阈值，若是，终止运行所述涡轮。

本申请实施例中，若得到的涡轮叶尖间隙小于第一间隙阈值，表明叶片与机匣之间的距离过短，可能会导致机组损坏，甚至导致运行事故等安全隐患，因此，停止运行涡轮，以对涡轮的安装位置进行相应调整，避免潜在事故。

本申请实施例中，作为另一可选实施例，该方法还包括：

判断得到的所述涡轮叶尖间隙是否大于预先设置的第二间隙阈值，若是，生成提示信息，以使操作所述涡轮的技术人员依据接收的所述提示信息确定是否终止运行所述涡轮。

本申请实施例中，第一间隙阈值小于第二间隙阈值。若得到的涡轮叶尖间隙大于第二间隙阈值，表明叶片与机匣之间的距离过长，会导致机组运行效率较低，因此，可以由相关技术人员确定是否终止运行所述涡轮。

本申请实施例中，作为再一可选实施例，该方法还包括：

依据得到的所述涡轮叶尖间隙生成时间历程曲线。

本申请实施例中，以涡轮叶尖间隙为纵坐标，对应的时间为横坐标，生成时间历程曲线，可以在涡轮的显示屏幕实时生成时间历程曲线，以便技术人员了解该涡轮的运转情况。也可以按照预先设置的时间周期，将生成的时间历程曲线发送至预先设置的各移动终端。

如图6所示，本申请一实施例提供了一种计算机设备600，用于执行图2中的监测涡轮叶尖间隙的方法，该设备包括存储器601、处理器602及存储在该存储器601上并可在该处理器602上运行的计算机程序，其中，上述处理器602执行上述计算机程序时实现上述监测涡轮叶尖间隙的方法的步骤。

具体地，上述存储器601和处理器602能够为通用的存储器和处理器，这里不做具体限定，当处理器602运行存储器601存储的计算机程序时，能够执行上述监测涡轮叶尖间隙的方法。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种监测涡轮叶尖间隙的装置，其特征在于，包括：壳体、支架、涡流传感器探头、光纤传感器探头、电缆、接头、涡流线圈，其中，

涡流传感器探头安装在壳体上，并开设有对称的中空通孔；

涡流传感器探头的上部开设有容置涡流线圈的凹槽；

壳体固定在支架上；

电缆包括光纤电缆和涡流电缆，一端延伸入通孔内，另一端固定在接头上，接头与外部的信号采集设备相连接；

延伸入通孔内的电缆中的涡流电缆通过涡流线圈与通孔之间的斜通孔连接至涡流线圈；

光纤传感器探头固定在通孔的前部，延伸入阶梯通孔内的电缆中的光纤电缆连接至光纤传感器探头。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，由所述电缆引出的所述涡流电缆缠绕在所述涡流传感器探头上部的凹槽内，形成所述涡流线圈。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述涡流线圈、涡流传感器探头、壳体以及支架组成涡流传感器，光纤传感器探头以及光纤电缆组成光纤传感器。

4.根据权利要求1至3任一项所述的装置，其特征在于，所述涡流传感器探头与光纤传感器探头平齐，且中心线同线。

5.一种监测涡轮叶尖间隙的方法，其特征在于，包括：

在对涡轮进行监测的过程中，分别获取涡流传感器采集的涡流电压信号以及光纤传感器采集的脉冲信号，所述光纤传感器的频率响应大于所述涡流传感器的频率响应；

获取光纤传感器采集的待分析脉冲信号的脉冲信号采集时刻，从所述涡流电压信号中，获取对应该脉冲信号采集时刻的涡流电压信号对应的涡流电压信号采样时刻；

计算所述涡流电压信号采样时刻与所述脉冲信号采集时刻的时间差值；

基于所述时间差值以及所述涡轮的转动周期，获取涡轮叶尖相对所述涡流传感器的转动角度；

依据所述转动角度以及所述涡流电压信号采样时刻对应的涡流电压，查询预先构建的涡流电压、转动角度以及涡轮叶尖间隙的映射关系，得到涡轮叶尖间隙。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，构建所述涡流电压、转动角度以及涡轮叶尖间隙的映射关系，包括：

保持涡流传感器与涡轮叶尖的转动角度不变，改变涡轮叶尖间隙，获取各涡轮叶尖间隙下，涡流传感器采集的涡流电压信号的电压值，构建以所述涡轮叶尖间隙为自变量，所述电压值为因变量的第一映射关系；

保持涡轮叶尖间隙不变，改变涡流传感器与涡轮叶尖的转动角度，获取各转动角度下，涡流传感器采集的涡流电压信号的电压值，构建以所述转动角度为自变量，所述电压值为因变量的第二映射关系；

拟合所述第一映射关系和所述第二映射关系，得到所述涡流电压、转动角度以及涡轮叶尖间隙的映射关系，其中，所述涡轮叶尖间隙和转动角度为自变量，所述涡流电压为因变量。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，利用下式计算所述转动角度：

其中，

式中，

α为转动角度；

n为涡轮上的叶片数；

t为时间差值；

T为单个叶片转过(2π/n)角度的用时；

T′为涡轮的转动周期；

r为叶片半径；

v为叶片转动的线速度。

8.根据权利要求5至7任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

判断得到的所述涡轮叶尖间隙是否小于预先设置的第一间隙阈值，若是，终止运行所述涡轮。

9.根据权利要求5至7任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

判断得到的所述涡轮叶尖间隙是否大于预先设置的第二间隙阈值，若是，生成提示信息，以使操作所述涡轮的技术人员依据接收的所述提示信息确定是否终止运行所述涡轮。

10.根据权利要求5至7任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

依据得到的所述涡轮叶尖间隙生成时间历程曲线。