CN114034259B - 一种基于双光纤探头的叶尖间隙测量系统和方法 - Google Patents

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CN114034259B CN202210024683.9A CN202210024683A CN114034259B CN 114034259 B CN114034259 B CN 114034259B CN 202210024683 A CN202210024683 A CN 202210024683A CN 114034259 B CN114034259 B CN 114034259B
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Abstract

本发明公开了一种基于双光纤探头的叶尖间隙测量系统和方法，包括安装在转子周向上且位于同一旋转平面的第一光纤探头和第二光纤探头，所述第一光纤探头的轴向指向转子中心，第二光纤探头的轴向介于两相邻叶片之间；第一光纤探头的两端分别连接有第一激光发生器和第一光电探测器，第二光纤探头的两端分别连接有第二激光发生器和第二光电探测器，第一光电探测器和第二光电探测器分别与数据采集分析设备连接。本系统的结构设置简单，光学布局合理，所需的光纤探头数量很少，在保证测量精度的同时降低了硬件成本。同时，能够实现叶尖间隙信息和叶尖位移信息的同时采集，无需拆装更换设备，探头在周向上的位置可以根据实际需要进行调整，安装灵活性高。

Description

一种基于双光纤探头的叶尖间隙测量系统和方法
技术领域
本发明属于叶片检测技术领域，具体涉及一种基于双光纤探头的叶尖间隙测量系统和方法。
背景技术
叶尖间隙是航空发动机、燃气涡轮机健康管理和故障诊断的一个重要参数，对于发动机的效率、安全性和经济性等有着很大影响。叶尖间隙测量技术是将传感器安装在旋转机械机匣上，实现叶片顶端距传感器间隙值的测量，目前比较成熟的测量方法主要基于叶尖定时(Blade Tip-Timing，BTT）技术，对于叶尖间隙的测量所选用的探头多为电涡流传感器、电容传感器或者光学传感器。
其中，电涡流传感器和电容传感器是利用传感器的电学特性直接测量间隙值，但这两种传感器受工作环境影响较大，测试的灵敏度和精确度均较低，且对叶片材料有特殊要求，例如叶片材料需要导电导磁或者需要在被测表面镀上导电涂层等，通用性和实用性较低。
其中，利用光学传感器的间隙测量方法包括使用单光源系统的激光三角法和基于光纤传感器的间隙测量方法。其中，激光三角法的系统结构复杂，测量精度不容易保证，其接收器多为CCD（Charge-coupled Device，电荷耦合元件）或CMOS（Complementary MetalOxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）元件，采样率很低，不适用于高转速状态下的测试。而基于光纤传感器的间隙测量方法，虽然采用两支光纤，但需要测量系统识别两种不同的波长信号，受其原理结构的限制，两支光纤之间的距离需要限定在一定的范围内，为了避免两个光纤之间的干扰，两支光纤的距离不能过小。但为了保证结构算法的准确性，两支光纤之间的距离又不能过大。现有技术的作法是将两支光纤集成在一个探头上，以保证两支光纤有固定的夹角和距离，但这样将导致对于被测位置而言，探头的尺寸过大，两支光纤的相对位置不可调，光纤的安装受到限制。对于测试系统来说，则需要在一个很小的距离内来测量两个光点的到达时间，测量精度较差。此外，由于限制了探头的使用范围，系统无法利用这种集成的探头同时进行叶片叶尖位移的监测，在测位移时需要另外更换并布置多支光纤传感器，操作繁琐。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于双光纤探头的叶尖间隙测量系统和方法，用于解决现有技术中存在的至少一个技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种基于双光纤探头的叶尖间隙测量系统，包括安装在转子周向上且位于同一旋转平面的第一光纤探头和第二光纤探头，所述第一光纤探头的轴向指向转子中心，所述第二光纤探头的轴向介于两相邻叶片之间；
所述第一光纤探头的一端连接有第一激光发生器和第一光电探测器，所述第二光纤探头的一端连接有第二激光发生器和第二光电探测器，所述第一光电探测器和第二光电探测器分别与数据采集分析设备连接。
在一种可能的设计中，所述系统还包括电涡流位移传感器，所述电涡流位移传感器设于所述转子转轴的一侧，并与所述数据采集分析设备连接。
在一种可能的设计中，所述转子转轴的表面开设有一凸起结构或一凹槽结构。
在一种可能的设计中，所述数据采集分析设备还通过网络连接有远程监控终端。
第二方面，本发明提供一种基于双光纤探头的叶尖间隙测量方法，所述方法应用于如第一方面任意一项可能的设计中所述的基于双光纤探头的叶尖间隙测量系统，包括：
启动电机，叶片旋转，通过数据采集分析设备采集转速信号，并将转速信号的采集时间点作为计时起点t0；
通过第一激光发生器发射第一激光，使该第一激光经过第一光纤探头投射到转子表面，并经转子叶片反射后经过所述第一光纤探头被第一光电探测器感知，由所述第一光电探测器输出第一电信号；同时通过第二激光发生器发射第二激光，使该第二激光经过第二光纤探头投射到转子表面，并经转子叶片反射后经过所述第二光纤探头被第二光电探测器感知，由所述第二光电探测器输出第二电信号；
通过所述数据采集分析设备接收所述第一电信号和第二电信号，从计时起点t0开始，利用所述第一电信号触发采集每一叶片分别达到所述第一光纤探头的第一时间T1，并利用所述第二电信号触发采集每一叶片分别达到所述第二光纤探头的第二时间T2；
通过所述数据采集分析设备采集转速周期T，并根据所述转速周期T、第一时间T1和第二时间T2，计算得到叶片的叶尖间隙。
在一种可能的设计中，所述方法还包括：
根据某一叶片到达所述第一光纤探头的实际时间与该叶片到达所述第一光纤探头的理想时间之间的差值，确定该叶片的叶尖位移。
在一种可能的设计中，通过数据采集分析设备采集转速信号，包括：
通过设置在转子转轴的一侧的电涡流位移传感器检测转轴的脉冲信号，在所述电涡流位移传感器检测到脉冲信号后输出第三电信号；
通过所述数据采集分析设备接收所述第三电信号，并通过所述第三电信号触发采集转速信号。
在一种可能的设计中，利用所述第一电信号触发采集每一叶片分别达到所述第一光纤探头的第一时间T1，并利用所述第二电信号触发采集每一叶片分别达到所述第二光纤探头的第二时间T2，包括：
假设第一个到达所述第一光纤探头的叶片为叶片A，利用所述第一电信号触发采集第一时间T1，
Figure 558557DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，
Figure 499968DEST_PATH_IMAGE002
分别表示叶片A以及叶片A之后的N-1个叶片到达所述第一光纤探头的时间；
假设第一个到达所述第二光纤探头的叶片为叶片B，利用所述第二电信号触发采集第二时间T2，
Figure 285522DEST_PATH_IMAGE003
；
其中，
Figure 194441DEST_PATH_IMAGE004
分别表示叶片B以及叶片B之后的M-1个叶片分别到达所述第二光纤探头的时间；
其中，N和M均表示转子的叶片数量，且N=M。
在一种可能的设计中，根据所述转速周期T、第一时间T1和第二时间T2，计算得到叶片的叶尖间隙，包括：
根据所述第一光纤探头与所述第二光纤探头在转子周向上的位置关系，确定叶片A+i和叶片B+j之间的对应关系，进而确定同一叶片分别到达所述第一光纤探头和所述第二光纤探头时的时间差
Figure 887590DEST_PATH_IMAGE005
；其中，叶片A+i表示N个叶片中的其中一个叶片，叶片B+j表示M个叶片中的其中一个叶片；
根据所述时间差
Figure 886770DEST_PATH_IMAGE006
，计算该叶片分别到达所述第一光纤探头和所述第二光纤探头时所形成的夹角β，计算公式如下：
Figure 889230DEST_PATH_IMAGE007
；（1）
根据所述夹角β，计算得到叶片的叶尖间隙a，计算公式如下：
Figure 770599DEST_PATH_IMAGE008
；（2）
其中，L表示所述第一光纤探头在其切线方向上与所述第二光纤探头之间的距离，α表示所述第一光纤探头的轴向与第二光纤探头轴向相交时形成的夹角，R表示叶片半径。
在一种可能的设计中，在确定该叶片的叶尖位移之后，所述方法还包括：
通过对该叶片的多圈位移信息的统计，获取该叶片的叶尖位移变化幅度。
第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括依次通信相连的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第二方面任意一项可能的设计中所述的基于双光纤探头的叶尖间隙测量方法。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介
质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第二方面任意一项可能的设计中所述的基于双光纤探头的叶尖间隙测量方法。
第五方面，本发明提供一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如第二方面任意一项可能的设计中所述的基于双光纤探头的叶尖间隙测量方法。
有益效果：
1.本发明的基于双光纤探头的叶尖间隙测量系统，通过在转子周向上的同一旋转平面内安装第一光纤探头和第二光纤探头，第一光纤探头的轴向指向转子中心，第二光纤探头的轴向介于两相邻叶片之间，然后利用第一光纤探头和第二光纤探头分别检测叶片叶尖到达时的脉冲信号，并利用数据采集分析设备实现数据的采集和分析，从而计算得到叶尖间隙信息和叶尖位移信息。本系统的结构设置简单，光学布局合理，所需的光纤探头数量很少，在保证测量精度的同时降低了硬件成本。同时，本发明能够仅采用两个光纤探头即可实现叶尖间隙信息和叶尖位移信息的同时采集，无需拆装更换设备，对于被测叶片的材质也无特殊要求，且第一光纤探头和第二光纤探头在周向上的位置可以根据实际需要进行调整，安装灵活性高。
2.本发明的基于双光纤探头的叶尖间隙测量方法，通过上述的叶尖间隙测量系统采集转子叶片的脉冲信号，并根据采集得到的转速周期、每一叶片分别达到所述第一光纤探头的第一时间T1和每一叶片分别达到所述第二光纤探头的第二时间T2，计算得到叶片的叶尖间隙；并根据某一叶片到达所述第一光纤探头的实际时间与该叶片到达所述第一光纤探头的理想时间之间的差值，确定该叶片的叶尖位移。整个过程需要计算的数据量较少，在保证测量精度的同时降低了运算量，提高了测量效率。
附图说明
图1为本实施例中基于双光纤探头的叶尖间隙测量系统的结构示意图；
图2为本实施例中基于双光纤探头的叶尖间隙测量方法的流程图；
图3为本实施例中叶尖间隙测量的三角形构成示意图；
图4为本实施例中边沿间隔及脉冲周期计时示意图；
图5为本实施例中叶片到达时间示意图；
图6为本实施例中叶片振动偏离理想位置时的示意图。
其中，1-第一光纤探头；2-第二光纤探头；3-转子；4-第一激光发生器；5-第二激光发生器；6-第一光电探测器；7-第二光电探测器；8-数据采集分析设备；9-电涡流位移传感器；10-转子转轴；11-远程监控终端。
具体实施方式
为使本说明书实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
实施例
如图1所示，第一方面，本发明提供一种基于双光纤探头的叶尖间隙测量系统，包括安装在转子3周向上且位于同一旋转平面的第一光纤探头1和第二光纤探头2，所述第一光纤探头1的轴向指向转子3中心，所述第二光纤探头2的轴向介于两相邻叶片之间；所述第一光纤探头1的两端分别连接有第一激光发生器4和第一光电探测器6，所述第二光纤探头2的两端分别连接有第二激光发生器5和第二光电探测器7，所述第一光电探测器6和第二光电探测器7分别与数据采集分析设备8连接。
其中，需要说明的是，所述第一光纤探头1和所述第二光纤探头2是一种光纤式叶尖定时传感器的组成结构，光纤式叶尖定时传感器是将激光投射到叶片端面，通过感受叶尖反射回来的光强信号变化来获取叶片的到来时刻的传感器。其中，光纤式叶尖定时传感器主要包括电路模块和光纤传感模块，在本实施例中，电路模块包括所述第一激光发生器4、第二激光发生器5、第一光电探测器6和第二光电探测器7，光纤传感模块包括所述第一光纤探头1和所述第二光纤探头2，所述第一光纤探头1和所述第二光纤探头2的具体结构为：设有发射端、接收端、光纤束以及测头，其中，光纤束一般由一个发射光纤和排布在其周围的多根接收光纤组成。在本实施例中，测头安装在转子3机匣上，发射端连接有激光器，接收端连接有光电探测器。
作为一种具体的实施方式，所述系统还包括电涡流位移传感器9，所述电涡流位移传感器9设于所述转子转轴10的一侧，并与所述数据采集分析设备8连接。优选的，所述转子转轴10的表面开设有一凸起结构或一凹槽结构。使用时，当所述凸起结构或所述凹槽结构经过所述电涡流位移传感器9时，所述电涡流位移传感器9的输出会有一个高低电平的变化，通过将该变化作为每周转速信号的触发，可以实现转速的测量，同时将此触发信号作为两路光纤探头信号的计时起点。
作为一种具体的实施方式，所述数据采集分析设备8还通过网络连接有远程监控终端11。使用时，在数据采集分析设备8测量得到叶尖间隙和叶尖位移数据后，通过网络发送至远程监控设备，以对测量结果进行显示，以使作业人员实现对转子3的运行状态的远程监控。当然，可以理解的是，所述叶尖间隙和叶尖位移数据也可以即时在所述数据采集分析设备8进行显示，此处不做限定。
基于上述公开的内容，通过在转子3周向上的同一旋转平面内安装第一光纤探头1和第二光纤探头2，第一光纤探头1的轴向指向转子3中心，第二光纤探头2的轴向介于两相邻叶片之间，然后利用第一光纤探头1和第二光纤探头2分别检测叶片叶尖到达时的脉冲信号，并利用数据采集分析设备8实现数据的采集和分析，从而计算得到叶尖间隙信息和叶尖位移信息。本系统的结构设置简单，光学布局合理，所需的光纤探头数量很少，在保证测量精度的同时降低了硬件成本。同时，本发明能够仅采用两个光纤探头即可实现叶尖间隙信息和叶尖位移信息的同时采集，无需拆装更换设备，对于被测叶片的材质也无特殊要求，且第一光纤探头1和第二光纤探头2在周向上的位置可以根据实际需要进行调整，安装灵活性高。
如图2-6所示，第二方面，本发明提供一种基于双光纤探头的叶尖间隙测量方法，所述方法应用于如第一方面任意一种可能的设计中所述的基于双光纤探头的叶尖间隙测量系统，包括但不限于由步骤S101~S104实现：
步骤S101.启动电机，叶片旋转，通过数据采集分析设备采集转速信号，并将转速信号的采集时间点作为计时起点t0；
作为步骤S101一种具体的实施方式，所述通过数据采集分析设备采集转速信号具体包括：
通过设置在转子转轴的一侧的电涡流位移传感器检测转轴的脉冲信号，在所述电涡流位移传感器检测到脉冲信号后输出第三电信号；
通过所述数据采集分析设备接收所述第三电信号，并通过所述第三电信号触发采集转速信号。
优选的，通过在所述转子转轴的表面开设一凸起结构或一凹槽结构，使用时，当所述凸起结构或所述凹槽结构经过所述电涡流位移传感器时，所述电涡流位移传感器的输出会有一个高低电平变化的第三电信号，通过将第三电信号作为每周转速信号的触发，可以实现转速的测量，同时将此触发信号作为两路光纤探头信号的计时起点t0。
步骤S102.通过第一激光发生器发射第一激光，使该第一激光经过第一光纤探头投射到转子表面，并经转子叶片反射后经过所述第一光纤探头被第一光电探测器感知，由所述第一光电探测器输出第一电信号；同时通过第二激光发生器发射第二激光，使该第二激光经过第二光纤探头投射到转子表面，并经转子叶片反射后经过所述第二光纤探头被第二光电探测器感知，由所述第二光电探测器输出第二电信号；
其中，需要说明的是，当转子旋转，叶片到达第一光纤探头或第二光纤探头时，会产生反射光，反射光经过第一光纤探头被第一光电探测器感知，经过第二光纤探头被第二光电探测器感知，第一光电探测器和第二光电探测器会输出一个较高的电压信号，而无反射光时其输出的信号非常微弱，这种高低变化的电压信号传输到所述数据采集分析设备进行后续处理。
步骤S103.通过所述数据采集分析设备接收所述第一电信号和第二电信号，从计时起点t0开始，利用所述第一电信号触发采集每一叶片分别达到所述第一光纤探头的第一时间T1，并利用所述第二电信号触发采集每一叶片分别达到所述第二光纤探头的第二时间T2；
其中，需要说明的是，所述数据采集分析设备接收到所述第一电信号和第二电信号后，将所述第一电信号和所述第二电信号转换为高低电平，同时数据采集分析设备的及时模块被触发计时，该计时为所述第一时间T1或所述第二时间T2。
如图4所示，其中，将从所述计时起点t0到所述第一光纤探头第一次采集到叶片脉冲信号时之间的时间记为第一边沿间隔t10，将第一光纤探头每次测得的脉冲周期分别记为t11、t12...t1（N-1）。同时，将从所述计时起点t0到所述第二光纤探头第一次采集到叶片脉冲信号时之间的时间记为第二边沿间隔t20，将第二光纤探头每次测得的脉冲周期分别记为t21、t22...t2（N-1）。
在步骤S103一种具体的实施方式中，利用所述第一电信号触发采集每一叶片分别达到所述第一光纤探头的第一时间T1，并利用所述第二电信号触发采集每一叶片分别达到所述第二光纤探头的第二时间T2，包括：
假设第一个到达所述第一光纤探头的叶片为叶片A，利用所述第一电信号触发采集第一时间T1，
Figure 470701DEST_PATH_IMAGE009
；
其中，
Figure 370393DEST_PATH_IMAGE002
分别表示叶片A以及叶片A之后的N-1个叶片到达所述第一光纤探头的时间；
假设第一个到达所述第二光纤探头的叶片为叶片B，利用所述第二电信号触发采集第二时间T2，
Figure 28908DEST_PATH_IMAGE003
；
其中，
Figure 397572DEST_PATH_IMAGE010
分别表示叶片B以及叶片B之后的M-1个叶片分别到达所述第二光纤探头的时间；
其中，N和M均表示转子的叶片数量，且N=M。
其中，需要说明的是，本实施例中的叶片A 和叶片B均是整级叶片中的某一叶片，N和M都是整级叶片的叶片数量，这里将叶片进行编号只是为了便于对分别到达第一光纤探头和第二光纤探头的叶片进行区分，编号不具有实质上的含义。
那么，结合图4和图5所示，叶片A以及叶片A之后的N-1个叶片分别到达第一光纤探头的第一时间T1分别为：
Figure 229262DEST_PATH_IMAGE011
同理，叶片B以及叶片B之后的M-1个叶片分别到达第二光纤探头的第一时间T2分别为：
Figure 449372DEST_PATH_IMAGE012
步骤S104.通过所述数据采集分析设备采集转速周期T，并根据所述转速周期T、第一时间T1和第二时间T2，计算得到叶片的叶尖间隙。
在步骤S104一种可能的设计中，根据所述转速周期T、第一时间T1和第二时间T2，计算得到叶片的叶尖间隙，包括：
步骤S1041.根据所述第一光纤探头与所述第二光纤探头在转子周向上的位置关系，确定叶片A+i和叶片B+j之间的对应关系，进而确定同一叶片分别到达所述第一光纤探头和所述第二光纤探头时的时间差
Figure 278788DEST_PATH_IMAGE013
；其中，叶片A+i表示N个叶片中的其中一个叶片，叶片B+j表示M个叶片中的其中一个叶片；
由于第一光纤探头和第二光纤探头在转子周向上的位置可调，根据两个光纤探头的位置关系，可以确定叶片A+i和叶片B+j之间的对应关系。例如，在图5中，叶片A对应着叶片B+2，此时i=0，j=2,进而可以确定叶片A和叶片B+2是同一叶片，则可以根据同一叶片分别到达所述第一光纤探头和所述第二光纤探头时的时间节点确定二者的时间差
Figure 931486DEST_PATH_IMAGE014
。如上所述，叶片A到达第一光纤探头的时间为
Figure 770129DEST_PATH_IMAGE015
，叶片B+2（即叶片A）到达第二光纤探头的时间
Figure 129566DEST_PATH_IMAGE016
，则二者的时间差
Figure 644730DEST_PATH_IMAGE017
。
步骤S1042.根据所述时间差
Figure 722407DEST_PATH_IMAGE018
，计算该叶片分别到达所述第一光纤探头和所述第二光纤探头时所形成的夹角β，计算公式如下：
Figure 364741DEST_PATH_IMAGE019
；（1）
步骤S1043.根据所述夹角β，计算得到叶片的叶尖间隙a，计算公式如下：
Figure 578685DEST_PATH_IMAGE020
；（2）
其中，L表示所述第一光纤探头在其切线方向上与所述第二光纤探头之间的距离，α表示所述第一光纤探头的轴向与第二光纤探头轴向相交时形成的夹角，R表示叶片半径。
其中，如图3所示，所述叶尖间隙a计算公式的推导过程如下：
Figure 264750DEST_PATH_IMAGE021
以上3个公式带入后可以得出：
Figure 829724DEST_PATH_IMAGE022
整理后，可得：
Figure 806907DEST_PATH_IMAGE023
；
根据三角函数两角和公式，最后可得：
Figure 140936DEST_PATH_IMAGE024
。
在一种具体的实施方式中，所述方法还包括：
步骤S105.根据某一叶片到达所述第一光纤探头的实际时间与该叶片到达所述第一光纤探头的理想时间之间的差值，确定该叶片的叶尖位移。
如图6所示，其中，需要说明的是，在叶片不发生振动的情况下，在转子每旋转一周内，每一叶片到达第一光纤探头的时间应为固定值，例如在图5中，叶片A以及叶片A之后的N-1个叶片分别到达第一光纤探头的第一时间T1分别为：
Figure 748635DEST_PATH_IMAGE025
可将此种状态下每个叶片在一个转速周期上的圆周位置认为是理想位置，当发生振动时，每个叶片的到达时间会发生改变，其位置会在偏离理想位置一定的幅度内摆动。通过实际测得的叶片到达时间与理想到达时间之间的差值，可以求出叶片实际位置偏离理想位置的位移大小，即叶尖位移。
在一种可能的设计中，在确定该叶片的叶尖位移之后，所述方法还包括：
通过对该叶片的多圈位移信息的统计，获取该叶片的叶尖位移变化幅度。
那么，在获取到每一叶片的叶尖位移信息之后，可以获取整级叶片的叶尖位移信息，后续通过频谱分析，可以获得整级叶片非整阶次耦合振动的频率及幅度。
基于上述公开的内容，通过上述的叶尖间隙测量系统采集转子叶片的脉冲信号，并根据采集得到的转速周期、每一叶片分别达到所述第一光纤探头的第一时间T1和每一叶片分别达到所述第二光纤探头的第二时间T2，计算得到叶片的叶尖间隙；并根据某一叶片到达所述第一光纤探头的实际时间与该叶片到达所述第一光纤探头的理想时间之间的差值，确定该叶片的叶尖位移。整个过程需要计算的数据量较少，在保证测量精度的同时降低了运算量，提高了测量效率。
第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括依次通信相连的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第二方面任意一项可能的设计中所述的基于双光纤探头的叶尖间隙测量方法。
具体举例的，所述存储器可以但不限于包括随机存取存储器（Random-AccessMemory，RAM）、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、闪存（Flash Memory）、先进先出存储器（First Input First Output，FIFO）和/或先进后出存储器（First Input Last Output，FILO）等等；所述收发器可以但不限于为WiFi（无线保真）无线收发器、蓝牙无线收发器、GPRS（General Packet Radio Service，通用分组无线服务技术）无线收发器和/或ZigBee（紫蜂协议，基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议）无线收发器等；所述处理器可以不限于采用型号为STM32F105系列的微处理器。此外，所述网关设备还可以但不限于包括有电源模块、显示屏和其它必要的部件。
第四方面，本发明提供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指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第二方面任意一项可能的设计中所述的基于双光纤探头的叶尖间隙测量方法。
其中，所述可读存储介质是指存储数据的载体，可以但不限于包括软盘、光盘、硬盘、闪存、优盘和/或记忆棒(Memory Stick)等，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。
第五方面，本发明提供一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如第二方面任意一项可能的设计中所述的基于双光纤探头的叶尖间隙测量方法。
其中，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。
最后应说明的是：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的保护范围。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 (7)

1.一种基于双光纤探头的叶尖间隙测量系统，其特征在于，包括安装在转子（3）周向上且位于同一旋转平面的第一光纤探头（1）和第二光纤探头（2），所述第一光纤探头（1）的轴向指向转子（3）中心，所述第二光纤探头（2）的轴向介于两相邻叶片之间；
所述第一光纤探头(1)的一端连接有第一激光发生器 (4)和第一光电探测器(6)， 所述第二光纤探头(2)的一端连接有第二激光发生器(5)和第二光电探测器(7)，所述第一光电探测器（6）和第二光电探测器（7）分别与数据采集分析设备（8）连接；
所述系统还包括电涡流位移传感器（9），所述电涡流位移传感器（9）设于转子转轴（10）的一侧，并与所述数据采集分析设备（8）连接；
该叶尖间隙测量系统的工作方法包括：
启动电机，叶片旋转，通过数据采集分析设备采集转速信号，并将转速信号的采集时间点作为计时起点t0；
通过第一激光发生器发射第一激光，使该第一激光经过第一光纤探头投射到转子表面，并经转子叶片反射后经过所述第一光纤探头被第一光电探测器感知，由所述第一光电探测器输出第一电信号；同时通过第二激光发生器发射第二激光，使该第二激光经过第二光纤探头投射到转子表面，并经转子叶片反射后经过所述第二光纤探头被第二光电探测器感知，由所述第二光电探测器输出第二电信号；
通过所述数据采集分析设备接收所述第一电信号和第二电信号，从计时起点t0开始，利用所述第一电信号触发采集每一叶片分别达到所述第一光纤探头的第一时间T1，并利用所述第二电信号触发采集每一叶片分别达到所述第二光纤探头的第二时间T2；
通过所述数据采集分析设备采集转速周期T，并根据所述转速周期T、第一时间T1和第二时间T2，计算得到叶片的叶尖间隙；
利用所述第一电信号触发采集每一叶片分别达到所述第一光纤探头的第一时间T1，并利用所述第二电信号触发采集每一叶片分别达到所述第二光纤探头的第二时间T2，包括：
假设第一个到达所述第一光纤探头的叶片为叶片A，利用所述第一电信号触发采集第一时间T1，
Figure 430329DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，
Figure 597131DEST_PATH_IMAGE002
分别表示叶片A以及叶片A之后的N-1个叶片到达所述第一光纤探头的时间；
假设第一个到达所述第二光纤探头的叶片为叶片B，利用所述第二电信号触发采集第二时间T2，
Figure 771760DEST_PATH_IMAGE003
；
其中，
Figure 264184DEST_PATH_IMAGE004
分别表示叶片B以及叶片B之后的M-1个叶片分别到达所述第二光纤探头的时间；
其中，N和M均表示转子的叶片数量，且N=M；
根据所述转速周期T、第一时间T1和第二时间T2，计算得到叶片的叶尖间隙，包括：
根据所述第一光纤探头与所述第二光纤探头在转子周向上的位置关系，确定叶片A+i和叶片B+j之间的对应关系，进而确定同一叶片分别到达所述第一光纤探头和所述第二光纤探头时的时间差
Figure 55422DEST_PATH_IMAGE005
；其中，叶片A+i表示N个叶片中的其中一个叶片，叶片B+j表示M个叶片中的其中一个叶片；根据所述时间差
Figure 930974DEST_PATH_IMAGE006
，计算该叶片分别到达所述第一光纤探头和所述第二光纤探头时所形成的夹角β，计算公式如下：
Figure 491269DEST_PATH_IMAGE007
；（1）
根据所述夹角β，计算得到叶片的叶尖间隙a，计算公式如下：
Figure 537681DEST_PATH_IMAGE008
；（2）
其中，L表示所述第一光纤探头在其切线方向上与所述第二光纤探头之间的距离，α表示所述第一光纤探头的轴向与第二光纤探头轴向相交时形成的夹角，R表示叶片半径。
2.根据权利要求1所述的基于双光纤探头的叶尖间隙测量系统，其特征在于，所述转子转轴（10）的表面开设有一凸起结构或一凹槽结构。
3.根据权利要求1所述的基于双光纤探头的叶尖间隙测量系统，其特征在于，所述数据采集分析设备（8）还通过网络连接有远程监控终端（11）。
4.一种基于双光纤探头的叶尖间隙测量方法，所述方法应用于如权利要求1-3任意一项所述的基于双光纤探头的叶尖间隙测量系统，其特征在于，包括：
启动电机，叶片旋转，通过数据采集分析设备采集转速信号，并将转速信号的采集时间点作为计时起点t0；
通过第一激光发生器发射第一激光，使该第一激光经过第一光纤探头投射到转子表面，并经转子叶片反射后经过所述第一光纤探头被第一光电探测器感知，由所述第一光电探测器输出第一电信号；同时通过第二激光发生器发射第二激光，使该第二激光经过第二光纤探头投射到转子表面，并经转子叶片反射后经过所述第二光纤探头被第二光电探测器感知，由所述第二光电探测器输出第二电信号；
通过所述数据采集分析设备接收所述第一电信号和第二电信号，从计时起点t0开始，利用所述第一电信号触发采集每一叶片分别达到所述第一光纤探头的第一时间T1，并利用所述第二电信号触发采集每一叶片分别达到所述第二光纤探头的第二时间T2；
通过所述数据采集分析设备采集转速周期T，并根据所述转速周期T、第一时间T1和第二时间T2，计算得到叶片的叶尖间隙；
利用所述第一电信号触发采集每一叶片分别达到所述第一光纤探头的第一时间T1，并利用所述第二电信号触发采集每一叶片分别达到所述第二光纤探头的第二时间T2，包括：
假设第一个到达所述第一光纤探头的叶片为叶片A，利用所述第一电信号触发采集第一时间T1，
Figure 285057DEST_PATH_IMAGE009
；
其中，
Figure 229879DEST_PATH_IMAGE002
分别表示叶片A以及叶片A之后的N-1个叶片到达所述第一光纤探头的时间；
假设第一个到达所述第二光纤探头的叶片为叶片B，利用所述第二电信号触发采集第二时间T2，
Figure 644680DEST_PATH_IMAGE003
；
其中，
Figure 714791DEST_PATH_IMAGE010
分别表示叶片B以及叶片B之后的M-1个叶片分别到达所述第二光纤探头的时间；
其中，N和M均表示转子的叶片数量，且N=M；
根据所述转速周期T、第一时间T1和第二时间T2，计算得到叶片的叶尖间隙，包括：
根据所述第一光纤探头与所述第二光纤探头在转子周向上的位置关系，确定叶片A+i和叶片B+j之间的对应关系，进而确定同一叶片分别到达所述第一光纤探头和所述第二光纤探头时的时间差
Figure 808518DEST_PATH_IMAGE005
；其中，叶片A+i表示N个叶片中的其中一个叶片，叶片B+j表示M个叶片中的其中一个叶片；根据所述时间差
Figure 120813DEST_PATH_IMAGE006
，计算该叶片分别到达所述第一光纤探头和所述第二光纤探头时所形成的夹角β，计算公式如下：
Figure 390120DEST_PATH_IMAGE007
；（1）
根据所述夹角β，计算得到叶片的叶尖间隙a，计算公式如下：
Figure 300308DEST_PATH_IMAGE008
；（2）
其中，L表示所述第一光纤探头在其切线方向上与所述第二光纤探头之间的距离，α表示所述第一光纤探头的轴向与第二光纤探头轴向相交时形成的夹角，R表示叶片半径。
5.根据权利要求4所述的基于双光纤探头的叶尖间隙测量方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据某一叶片到达所述第一光纤探头的实际时间与该叶片到达所述第一光纤探头的理想时间之间的差值，确定该叶片的叶尖位移。
6.根据权利要求4所述的基于双光纤探头的叶尖间隙测量方法，其特征在于，通过数据采集分析设备采集转速信号，包括：
通过设置在转子转轴的一侧的电涡流位移传感器检测转轴的脉冲信号，在所述电涡流位移传感器检测到脉冲信号后输出第三电信号；
通过所述数据采集分析设备接收所述第三电信号，并通过所述第三电信号触发采集转速信号。
7.根据权利要求5所述的基于双光纤探头的叶尖间隙测量方法，其特征在于，在确定该叶片的叶尖位移之后，所述方法还包括：
通过对该叶片的多圈位移信息的统计，获取该叶片的叶尖位移变化幅度。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2785260A1 (en) * 2011-09-16 2013-03-16 Meggitt Sa Device and method for monitoring rotor blades of a turbine
CN203100688U (zh) * 2013-02-28 2013-07-31 济南大学 一种测量旋转叶片叶尖间隙的光纤传感器
JP2015001414A (ja) * 2013-06-14 2015-01-05 三菱重工業株式会社 チップクリアランス計測装置
CN104501728A (zh) * 2014-12-12 2015-04-08 天津大学 一种基于全光纤叶尖定时的叶尖间隙测量方法
CN112129400A (zh) * 2020-09-24 2020-12-25 哈尔滨工程大学 一种基于光纤束探头的叶尖定时测量装置及方法
CN112902859A (zh) * 2021-02-02 2021-06-04 上海交通大学 基于叶尖定时技术的叶顶间隙在线测量方法与装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1080726A (en) * 1965-10-13 1967-08-23 Rolls Royce Method and apparatus for testing the clearances at the tips of blades
RU2095751C1 (ru) * 1995-01-04 1997-11-10 Войсковая часть 75360 Способ безразборного измерения зазора в механизме двигателя
CN100523720C (zh) * 2006-06-08 2009-08-05 邱大明 光学非接触式三维形状测量仪
US9234743B2 (en) * 2014-01-16 2016-01-12 Sikorsky Aircraft Corporation Tip clearance measurement
JP6235379B2 (ja) * 2014-03-05 2017-11-22 株式会社神戸製鋼所 ギャップ検査装置
CN112944395B (zh) * 2021-05-12 2021-09-07 成都中科翼能科技有限公司 一种用于燃气轮机的组合式预混器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2785260A1 (en) * 2011-09-16 2013-03-16 Meggitt Sa Device and method for monitoring rotor blades of a turbine
CN203100688U (zh) * 2013-02-28 2013-07-31 济南大学 一种测量旋转叶片叶尖间隙的光纤传感器
JP2015001414A (ja) * 2013-06-14 2015-01-05 三菱重工業株式会社 チップクリアランス計測装置
CN104501728A (zh) * 2014-12-12 2015-04-08 天津大学 一种基于全光纤叶尖定时的叶尖间隙测量方法
CN112129400A (zh) * 2020-09-24 2020-12-25 哈尔滨工程大学 一种基于光纤束探头的叶尖定时测量装置及方法
CN112902859A (zh) * 2021-02-02 2021-06-04 上海交通大学 基于叶尖定时技术的叶顶间隙在线测量方法与装置

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