CN112964204B - 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 - Google Patents

Abstract

本发明公开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，测量系统包括微波信号产生模块、信号功率放大模块、信号接收及混频模块、信号调理模块、环行器、微波传感器、信号采集模块、计算机，其中微波信号产生模块提供射频稳定的发射信号和参考信号，待测叶片将发射信号反射，形成反射信号；环行器的三个端口通过信号线分别与信号功率放大模块、微波传感器和信号接收及混频模块相连，信号功率放大模块通过连接线分别与微波信号产生模块和信号接收及混频模块相连，信号调理模块通过连接线与信号接收及混频模块相连，信号采集模块通过连接线与信号调理模块相连，计算机通过连接线与信号采集模块相连。

Description

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

技术领域

本发明涉及非接触距离动态测量领域，尤其是涉及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。

背景技术

动叶片作为航空发动机、燃气轮机等大型旋转机械的核心做功元件，其运行状态参数直接决定了飞机、舰船等重大装备的工作性能。其中，动叶片尖端与机匣内壁之间的叶尖间隙参数是影响发动机工作效率及运行安全的关键。航空发动机涡轮叶片的叶尖间隙通常设计在3mm以内，并且叶尖间隙每减小0.0254mm，燃油消耗率降低0.1％，排气温度下降1℃；然而，过小的叶尖间隙又会增加叶片与机匣碰撞摩擦的概率，降低发动机安全裕度，甚至导致零部件损坏，因此叶尖间隙存在最优量值，非接触、高精度、在线的叶尖间隙测量方法能为主动间隙控制提供数据支撑，进而保障航空发动机的高效安全运行，对于发动机高效安全运行具有重大意义。

当前叶尖间隙测量方法主要有光学法、电容法、电涡流法和微波法。但在航空发动机涡轮叶片的叶尖间隙测量中，光学法易受被测叶片反射系数、传感器的安装角度和安装位置以及工作环境的影响；电容法需要高信噪比的信号处理电路，且易受工作环境的影响；电涡流法耐温特性差，不适用于航空发动机高转速下高温环境的叶尖间隙测量；微波法和上述方法相比，具有耐高温、抗燃气腐蚀、探头体积小巧、响应速度快等优势，在航空发动机涡轮叶片的叶尖间隙测量中具有很大的研究价值。

然而微波法在参数测量和标定过程常采用静态方法，而静态测量方法存在诸多问题：(1) 微波式叶尖间隙测量系统采用基带式相位解调结构，易受直流噪声干扰，随时间漂移会产生直流偏差，直接影响叶尖间隙参数的标定结果；(2)微波相位差测距原理存在测距模糊问题，即当待测相位差的变化范围超过360°时，叶尖间隙值d也将呈周期变化，当航空发动机工作时，难以从动态的叶尖间隙相位信号中定位叶片到达的最小叶尖间隙值；(3)不同转速下信号采样点数时刻变化，直接影响叶尖间隙的测量精度。因此，亟需对上述存在的问题进行逐一解决。

发明内容

本发明的目的是解决现有微波式叶尖间隙测量方法的不足，设计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，实现以下目的：

(1)提供一种基于微波相位差测距原理的叶尖间隙参数动态测量方法及信号模型，通过此方法和模型，能精确测量表征叶尖间隙参数动态变化的叶尖间隙测量信号；

(2)基于所述的基于微波相位差测距原理的叶尖间隙动态测量信号模型，提供一种叶尖间隙动态测量信号的提取方法，能消除微波相位信号的测距模糊问题，实现相位信号峰值位置的预估，减小信号处理过程中随机误差，实现叶尖间隙动态测量信号的高精度提取。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于微波相位差测距的叶尖间隙动态测量系统，包括微波信号产生模块、信号功率放大模块、信号接收及混频模块、信号调理模块、环行器、微波传感器、信号采集模块、计算机，其中微波信号产生模块提供射频稳定的发射信号和参考信号，待测叶片将发射信号反射，形成反射信号；信号功率放大模块用于放大参考信号和发射信号的功率；信号接收及混频模块将参考信号和反射信号混频，实现基带式正交干涉解调；

所述环行器包括三个用于单向传输信号的端口，三个端口通过信号线分别与信号功率放大模块、微波传感器和信号接收及混频模块相连，所述信号功率放大模块通过连接线分别与微波信号产生模块和信号接收及混频模块相连，所述信号调理模块通过连接线与信号接收及混频模块相连，所述信号采集模块通过连接线与信号调理模块相连，所述计算机通过连接线与信号采集模块相连；

微波信号产生模块输出频率相同的参考信号和发射信号，其中，发射信号在信号功率放大模块中经过功率放大，通过环行器单向传输到微波传感器，微波传感器安装在机匣上，微波传感器探头向待测叶片尖端投射微波，并同时接收反射信号，反射信号通过环行器单向传输到信号接收及混频模块进行低噪声线性放大，之后与经过信号功率放大模块放大后的参考信号进行基带式正交干涉解调，两路正交信号分别经信号调理模块进行线性放大和带通滤波，最后通过信号采集模块传输到计算机，通过信号相位值实现叶尖间隙测量。

基于上述测量系统，本发明还提供一种基于微波相位差测距的叶尖间隙动态测量方法，包括以下步骤：

(101)微波信号产生模块提供频率相同的参考信号和发射信号；发射信号在信号功率放大模块中经过功率放大后通过环行器单向传输到微波传感器，微波传感器探头向待测叶片尖端投射微波，并同时接收反射信号；

(102)反射信号通过环行器单向传输到信号接收及混频模块进行低噪声线性放大，之后分别与参考信号、移相90°后的参考信号混频得到两路正交信号，两路正交信号分别经信号调理模块进行线性放大和带通滤波，根据连续波干涉雷达测距原理实现叶尖间隙的测量；

(103)考虑叶片端面的辐射面积；叶尖间隙测量信号通过两路正交信号表示为与叶片旋转角有关的复数函数形式；叶尖间隙的测量结果是辐射面积内所有点到传感器探头距离的矢量加权平均值；

(104)将微波幅值信号的平方表示为微波强度信号，采用滑动均值滤波方法，将采样点前后N个点的均值作为当前采样点的滤波结果，实现微波强度信号的初步预处理，去除高频噪声干扰；

(105)为确定待测叶片扫过传感器前端的信号区域，利用微波强度信号完成包含最小叶尖间隙值的微波相位信号的区域自适应截取；利用量程范围内传感器距待测叶片最远处的微波强度信号的峰峰值，预设初始阈值电压值，保证所有叶尖间隙下切割电压均能有效截取信号区间；截取高于阈值电压的微波强度信号，搜索信号区域内的最大电压值，并以当前叶片旋转一圈时的最大电压值的恒定百分比作为下一次叶片旋转一圈时的阈值电压，进而实现对微波强度信号的区域自适应截取，最终实现对微波强度信号对应的微波相位信号的区域自适应截取；

(106)取叶片旋转一圈时，最小叶尖间隙测量值、最低叶片转速下的微波相位信号为标定信号，利用尺度因子将标定信号和微波相位信号的尺度调整到一致；

(107)标定信号与微波相位信号是线性相关的，通过信号相关匹配运算得到微波相位信号的区域自适应截取中的最大峰值，即对应最小叶尖间隙值的采样点位置；

(108)采用基于高次多项式的曲线拟合方法，对叶尖间隙测量范围内的峰值参数进行拟合，分别获得不同端面形貌叶片的叶尖间隙标定曲线，最终实现叶尖间隙值的动态测量。

进一步的，步骤(103)中，叶尖间隙测量信号Z通过两路正交信号表示为与叶片旋转角θ有关的复数函数的形式为：

式中：叶尖间隙测量信号的微波幅值信号为

微波相位信号为

Z'_I和Z'_Q表示滤波后的两路正交信号；b为叶片的宽度， h为叶片的厚度；ρ(x,y,θ)表示辐射面积内各点的反射系数。

进一步的，步骤(104)中微波强度信号A(i),i＝1,2,3,…用微波幅值信号的平方表示，即 A(i)＝A²(θ)＝Z'_I ²+Z'_Q ²。

进一步的，步骤(105)中由于微波强度信号呈现脉冲形式，恒定百分比的选取一方面需要保证信号的全部顶端特征被完全截取到区间内，另一方面需要避免截取到底部的噪声信号；因此恒定百分比的范围为40％至80％。

进一步的，步骤(106)以叶片端面宽度对应的数据点数为基准，设信号采集模块的采样频率为f_m，叶片端面的宽度为b，叶片的旋转半径为R，则当标定过程的转速为ω₁时，叶端对应的标定信号数据点数表示为N₁＝(f_m·b)/(ω₁·R)；当测量过程的转速为ω₂时，叶端对应的叶尖间隙测量信号数据点数表示为N₂＝(f_m·b)/(ω₂·R)，因此尺度因子表示为β＝N₁/N₂＝ω₂/ω₁。设标定信号为

微波相位测量信号为

β'为β最接近的整数，则尺度调整后的标定信号为

其中i'＝(i-1)·β'+1，其峰值位置设为i_a。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)提供了一种基于微波相位差测距原理的微波式叶尖间隙测量系统及信号模型，通过此系统和模型，能精确获得含有幅度信息和相位信息的微波式叶尖间隙动态测量信号，实现了叶尖间隙参数的动态测量。解决了现有基于微波法的叶尖间隙参数测量和标定过程中采用静态方法而导致易受直流噪声干扰，直流偏差随时间漂移影响测量精度的问题。

(2)基于上述方法和动态测量信号模型，提出一种叶尖间隙动态测量信号的提取方法。将叶尖间隙测量信号的微波幅值信号和微波相位信号相结合，实现对相位区域的自适应截取，解决了微波式叶尖间隙测量方法的测距模糊问题。

(3)通过相关匹配运算预估微波相位信号峰值位置，并在峰值位置附近开展线性的多项式拟合运算，解决了微波相位信号难以获得准确解析表达式，从而难以利用标准函数完成曲线拟合的问题，实现了叶尖间隙动态测量信号的高精度提取。

附图说明

图1为测量系统结构框图。

图2为反射信号示意图。

图3为动态的叶尖间隙相位信号示意图。

图4为叶尖间隙参数动态测量方法流程图。

附图标记：1-微波信号产生模块，2-信号功率放大模块，3-信号接收及混频模块，4-信号调理模块，5-环行器，6-微波传感器，7-信号采集模块，8-计算机，9-待测叶片，10-参考信号， 11-发射信号，12-反射信号

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

见图1，本发明提供基于微波相位差测距的叶尖间隙动态测量系统，包括微波信号产生模块1，信号功率放大模块2、信号接收和混频模块3、信号调理模块4、环行器5、微波传感器6、信号采集模块7和计算机8，其中微波信号产生模块1提供频率相同的射频参考信号10和发射信号11；待测叶片9将发射信号11反射，形成反射信号12；信号功率放大模块2 用于放大参考信号10和发射信号11的功率；信号接收和混频模块3将参考信号10和反射信号12混频，实现基带式正交干涉解调；信号调理模块4用于对解调后的正交信号进行放大和滤波；环行器5上设有一端口、二端口和三端口；用于单向传输信号，即实现信号从一端口到二端口、二端口到三端口的单向传输。

所述环行器5的三个端口通过信号线分别与信号功率放大模块2、微波传感器6和信号接收和混频模块3相连，信号功率放大模块2通过连接线分别与微波信号产生模块1和信号接收和混频模块3相连，信号调理模块4通过连接线与信号接收和混频模块3相连，信号采集模块7通过连接线与信号调理模块4相连，计算机6通过连接线与信号采集模块7相连。

微波信号产生模块1输出频率相同的射频参考信号10和发射信号11，其中，发射信号 11在信号功率放大模块2中经过功率放大，通过环行器5单向传输到微波传感器6，微波传感器6安装在机匣上，微波传感器6探头向待测叶片9尖端投射微波，并同时接收反射信号12，反射信号12通过环行器5单向传输到信号接收和混频模块3进行低噪声线性放大，紧接着与经过中等功率放大后的参考信号10进行基带式正交干涉解调，两路正交信号分别经信号调理模块4进行线性放大和带通滤波，紧接着通过信号采集模块7传输到计算机8，通过信号相位值实现叶尖间隙测量。

参照图2至图4，应用上述测量系统进行叶尖间隙动态测量的具体方法如下：

(1)微波信号产生模块提供的频率相同的射频发射信号X_s和参考信号X₀可分别表示为：

式中：A_s和A₀分别为发射信号和参考信号的幅值；ω_s为发射信号和参考信号的频率；

和

分别为发射信号和参考信号的相位。

(2)微波反射信号Y可表示为：

式中：前一项为叶片端面反射信号，其中A(t)为反射信号的幅值，

为叶尖间隙变化引起的相位差，是瞬变的交流信号；后一项为同频干扰信号，由微波在传感器端面反射、待测叶片周围静子件杂散反射、射频芯片或环行器隔离度不高造成，其中A_r为同频干扰信号的幅值，

为传输路径上的累积相位，是随环境温度、振动情况漂移的缓变信号。

(3)反射信号分别与参考信号、移相90°的参考信号混频，得到的两路正交信号分别为Z_I和Z_Q：

(4)由式(4)和式(5)，信号Z_I和Z_Q中包含了混频产生的频率为射频频率ω_s二倍频的分量、含有待测相位差

信息的消除了射频频率ω_s的叶片端面反射信号分量、由同频干扰引入的可视为直流的分量。为消除频率为射频频率二倍频和直流的分量，系统采用带通滤波的方法，滤波后的两路正交信号分别为Z'_I和Z'_Q：

(5)根据连续波干涉雷达测距原理，叶尖间隙d可通过下式计算获得:

式中：λ为射频信号对应的空间波长，a₁、a₂为常数值可通过系统标定实验获取。

(6)在式(3)中，可以看到通常是将系统接收微波反射信号的过程视为一维点测量，理想的一维点测量是将传感器探头等效为无限细的探针，然而微波式叶尖间隙测量传感器通常具有较大的半功率角，在被测叶片端面具有一定的辐射面积。反射信号的示意图如图2所示，其中，d₀为叶尖间隙最小值，d(t)为当前的叶尖间隙值，l为叶片的长度，θ为叶片旋转角，ω_r为叶片旋转频率，o为叶片端面横截面的中心点，o'为叶片端面横截面的一个边缘角点，H为叶片的旋转中心点，S为微波信号投射到叶片端面的辐射面积，(x,y)为辐射面积内一点距离中心点的位置，则(x,y)∈S，θ＝ω_rt。

(7)因此，若考虑叶片端面的辐射面积，反射信号Y又可表示为：

式中：ρ(x,y,t)为辐射面积内各点的反射系数，t表示时间。

(8)反射信号经过正交解调和带通滤波后的两路正交信号又可表示为：

(9)由式(10)和式(11)，叶尖间隙测量信号Z可通过两路正交信号表示为与叶片旋转角θ有关的复数函数的形式：

式中：叶尖间隙测量信号的微波幅值信号为

微波相位信号为

叶尖间隙的测量结果是辐射面积内所有点到传感器探头距离的矢量加权平均值。

(10)当分析叶尖间隙的动态测量方法时，认为在叶片距离传感器最近位置的附近，叶片旋转角度范围较小时，反射系数基本不变，若叶片端面中心点的间隙值表示为 d(t,0,0)＝d₀+l-lcos(ω_rt)，则辐射面积内其余点(x,y)的间隙值也是频率为ω_r的余弦函数，可表示为d(t,x,y)＝α₁cos(ω_rt+α₂)+α₃，因此微波相位信号又可表示为：

式中：α'₁、α'₂、α'₃为常数值。

(11)微波幅值信号的平方可表示为微波强度信号A(i),i＝1,2,3,…，即A(i)＝A²(θ)＝Z'_I ²+Z'_Q ²。原始的微波强度信号受噪声的影响存在毛刺且随机误差较大，可采用滑动均值滤波方法，将采样点前后N个点的均值作为当前采样点的滤波结果，实现微波强度信号的初步预处理，去除信号中毛刺等高频噪声干扰。计算公式为：

(12)由于微波强度信号不存在测距模糊问题，因此与微波相位信号对比，微波强度信号的边沿更加陡峭，更适用于确定叶片扫过传感器前端的信号区域。因此可利用微波强度信号完成包含最小叶尖间隙值的相位区域自适应截取。

(13)同时，为保证基于微波强度信号截取的区域内有足够的、数量恒定的数据进行后续的相关匹配运算，需开展阈值电压值的自适应设定。利用量程范围内传感器距叶片最远处的微波强度信号的峰峰值，预设初始阈值电压值，保证所有叶尖间隙下切割电压均能有效截取信号区间。截取高于阈值电压的微波强度信号，搜索区域内的最大电压值，并以当前叶片旋转一圈时的最大电压值的恒定百分比作为下一次叶片旋转一圈时的阈值电压，进而实现对微波强度信号的区域自适应截取，从而实现对微波强度信号对应的微波相位信号的区域自适应截取。

由于微波强度信号呈现脉冲形式，该百分比的选取一方面需要保证信号的全部顶端特征被完全截取到区间内，另一方面需要避免截取到底部的噪声信号。通常可以根据前期标定实验结果，在40％至80％范围内进行选取。

(14)取叶片旋转一圈时，最小叶尖间隙测量值、最低叶片转速下的微波相位信号为标定信号，利用尺度因子将标定信号和微波相位信号的尺度调整到一致。

(15)以叶片端面宽度对应的数据点数为基准，设信号采集模块的采样频率为f_m，叶片端面的宽度为b，叶片的旋转半径为R，则当标定过程的转速为ω₁时，叶端对应的标定信号数据点数可表示为N₁＝(f_m·b)/(ω₁·R)；当测量过程的转速为ω₂时，叶端对应的叶尖间隙测量信号数据点数可表示为N₂＝(f_m·b)/(ω₂·R)，因此尺度因子可表示为β＝N₁/N₂＝ω₂/ω₁。设标定信号为

微波相位测量信号为

β'为β最接近的整数，则尺度调整后的标定信号为

其中i'＝(i-1)·β'+1，其峰值位置设为i_a。

(16)标定信号与微波相位测量信号是线性相关的，可通过信号相关匹配运算，预估峰值位置。由皮尔逊相关系数的定义，标定信号与叶尖间隙测量信号之间的相关系数可表示为：

式中：

为

与

的协方差；

为

的标准差；

为

的标准差；表达式分别为：

(17)若

时，i＝n_a，因此，信号峰值位置的预估值为：

τ＝i_a-n_a (19)

此时基本确定了自适应截取的相位区域中最大峰值(对应最小叶尖间隙值)的采样点位置。

(18)标定信号与叶尖间隙测量信号的相关匹配运算确定了动态叶尖间隙测量信号中叶片距离传感器探头最近时的采样点位置。在最小叶尖间隙值附近，以及不超过60°的叶片旋转角度范围内，微波相位信号可近似成余弦函数形式。然而余弦曲线为超越曲线，基于正余弦函数的曲线拟合问题属于非线性回归问题，当将拟合算法移植到下位机时，占用的处理空间会较大。实际上，当待拟合的峰值区域较小时，可用抛物线近似余弦曲线。因此，使用基于二次多项式(抛物线)的峰值区域拟合算法。

(19)同时由于叶片端面以外的相位采样点会叠加叶片侧面反射信号，影响叶尖间隙测量结果，需确定信号峰值位置τ左右、叶片端面宽度b的N₃个采样点作为拟合运算数据。设二次多项式形式的标准函数为p(i)，且p(i)＝a·i²+b·i+c，则拟合公式为：

峰值参数α为拟合曲线的最大值，表示为：

(20)微波相位信号的峰值参数α是与叶尖间隙值直接相关的参数，由式(8)，理论上峰值参数α与叶尖间隙值d是一次函数关系。然而两路正交信号Z'_I和Z'_Q可能存在幅相不平衡因素，使得微波式叶尖间隙测量系统获得的相位差信号与叶尖间隙值之间不为简单的一次函数关系，因此，采用基于高次多项式的曲线拟合方法，对叶尖间隙测量范围内的峰值参数进行拟合，分别获得不同端面形貌叶片的叶尖间隙标定曲线，如式(22)所示，进而实现叶尖间隙值的动态测量。

d＝f(α) (22)。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于微波相位差测距的叶尖间隙动态测量方法，应用基于微波相位差测距的叶尖间隙动态测量系统进行叶尖间隙测量，动态测量系统包括微波信号产生模块(1)、信号功率放大模块(2)、信号接收及混频模块(3)、信号调理模块(4)、环行器(5)、微波传感器(6)、信号采集模块(7)、计算机(8)，其中微波信号产生模块(1)提供射频稳定的发射信号(11)和参考信号(10)，待测叶片将发射信号(11)反射，形成反射信号(12)；信号功率放大模块(2)用于放大参考信号(10)和发射信号(11)的功率；信号接收及混频模块(3)将参考信号(10)和反射信号(12)混频，实现基带式正交干涉解调；

所述环行器(5)包括三个用于单向传输信号的端口，三个端口通过信号线分别与信号功率放大模块(2)、微波传感器(6)和信号接收及混频模块(3)相连，所述信号功率放大模块(2)通过连接线分别与微波信号产生模块(1)和信号接收及混频模块(3)相连，所述信号调理模块(4)通过连接线与信号接收及混频模块(3)相连，所述信号采集模块(7)通过连接线与信号调理模块(4)相连，所述计算机(8)通过连接线与信号采集模块(7)相连；微波信号产生模块(1)输出频率相同的参考信号(10)和发射信号(11)，其中，发射信号(11)在信号功率放大模块(2)中经过功率放大，通过环行器(5)单向传输到微波传感器(6)，微波传感器(6)安装在机匣上，微波传感器(6)探头向待测叶片尖端投射微波，并同时接收反射信号(12)，反射信号(12)通过环行器(5)单向传输到信号接收及混频模块(3)进行低噪声线性放大，之后与经过信号功率放大模块(2)放大后的参考信号(10)进行基带式正交干涉解调，两路正交信号分别经信号调理模块(4)进行线性放大和带通滤波，最后通过信号采集模块(7)传输到计算机，通过信号相位值实现叶尖间隙测量，其特征在于，包括以下步骤：

(101)微波信号产生模块提供频率相同的参考信号和发射信号；发射信号在信号功率放大模块中经过功率放大后通过环行器单向传输到微波传感器，微波传感器探头向待测叶片尖端投射微波，并同时接收反射信号；

(102)反射信号通过环行器单向传输到信号接收及混频模块进行低噪声线性放大，之后分别与参考信号、移相90°后的参考信号混频得到两路正交信号，两路正交信号分别经信号调理模块进行线性放大和带通滤波，根据连续波干涉雷达测距原理实现叶尖间隙的测量；

(103)考虑叶片端面的辐射面积，叶尖间隙测量信号通过滤波后的两路正交信号表示为与叶片旋转角有关的复数函数形式；叶尖间隙的测量结果是辐射面积内所有点到传感器探头距离的矢量加权平均值；

(104)将微波幅值信号的平方表示为微波强度信号，采用滑动均值滤波方法，将采样点前后合计N个点的微波强度信号的均值作为当前采样点的滤波结果，实现微波强度信号的初步预处理，去除高频噪声干扰；

(105)为确定待测叶片扫过传感器前端的信号区域，利用微波强度信号完成包含最小叶尖间隙值的微波相位信号的区域自适应截取；利用量程范围内传感器距待测叶片最远处的微波强度信号的峰峰值，预设初始阈值电压值，保证所有叶尖间隙下切割电压均能有效截取信号区间；截取高于阈值电压的微波强度信号，搜索信号区域内的最大电压值，并以当前叶片旋转一圈时的最大电压值的恒定百分比作为下一次叶片旋转一圈时的阈值电压，进而实现对微波强度信号的区域自适应截取，最终实现对微波强度信号对应的微波相位信号的区域自适应截取；

(106)取叶片旋转一圈时，最小叶尖间隙值和最低叶片转速下的微波相位信号为标定信号，利用尺度因子将标定信号和微波相位信号的尺度调整到一致；

(107)标定信号与微波相位信号是线性相关的，通过信号相关匹配运算得到自适应截取的微波相位信号区域中的最大峰值的采样点位置，最大峰值对应最小叶尖间隙值；

(108)采用基于高次多项式的曲线拟合方法，对叶尖间隙测量范围内的峰值参数进行拟合，分别获得不同端面形貌叶片的叶尖间隙标定曲线，最终实现叶尖间隙值的动态测量。

2.根据权利要求1所述一种基于微波相位差测距的叶尖间隙动态测量方法，步骤(103)中，叶尖间隙测量信号Z通过滤波后的两路正交信号表示为与叶片旋转角θ有关的复数函数的形式为：

式中：叶尖间隙测量信号的微波幅值信号为

微波相位信号为

Z'_I和Z'_Q表示滤波后的两路正交信号；b为叶片端面的宽度，h为叶片的厚度；ρ(x,y,θ)表示辐射面积内各点的反射系数。

3.根据权利要求2所述一种基于微波相位差测距的叶尖间隙动态测量方法，步骤(104)中微波强度信号A(i),i＝1,2,3,...用微波幅值信号的平方表示，即A(i)＝A²(θ)＝Z'_I ²+Z'_Q ²。

4.根据权利要求1所述一种基于微波相位差测距的叶尖间隙动态测量方法，步骤(105)中由于微波强度信号呈现脉冲形式，恒定百分比的选取一方面需要保证信号的全部顶端特征被完全截取到区间内，另一方面需要避免截取到底部的噪声信号；因此恒定百分比的范围为40％至80％。

5.根据权利要求1所述一种基于微波相位差测距的叶尖间隙动态测量方法，步骤(106)以叶片端面宽度对应的数据点数为基准，设信号采集模块的采样频率为f_m，叶片端面的宽度为b，叶片的旋转半径为R，则当标定过程的转速为ω₁时，叶端对应的标定信号数据点数表示为N₁＝(f_m·b)/(ω₁·R)；当测量过程的转速为ω₂时，叶端对应的叶尖间隙测量信号数据点数表示为N₂＝(f_m·b)/(ω₂·R)，因此尺度因子表示为β＝N₁/N₂＝ω₂/ω₁；设标定信号为

微波相位信号为

β'为β最接近的整数，则尺度调整后的标定信号为

其中i'＝(i-1)·β'+1。

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