CN114812417B - 一种基于转子位置同步的转静子间隙误差补偿方法与装置 - Google Patents
一种基于转子位置同步的转静子间隙误差补偿方法与装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114812417B CN114812417B CN202210408702.8A CN202210408702A CN114812417B CN 114812417 B CN114812417 B CN 114812417B CN 202210408702 A CN202210408702 A CN 202210408702A CN 114812417 B CN114812417 B CN 114812417B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rotor
- coupler
- interference light
- signal
- face
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 50
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 47
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000009191 jumping Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 36
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 25
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 abstract 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开一种基于转子位置同步的转静子间隙误差补偿方法及装置，通过使待测转子低速转动得到待测转子的位置同步信息，并将光纤探头与待测转子之间的间隙作为待测转子端面跳动的标定数据；当待测转子高速转动时，根据待测转子的位置同步信息，得到每帧干涉光数字信号对应的端面跳动量；通过数据拟合得到端面跳动量的数组；使用扫频方式测量得到待测转子的干涉光数字信号；对干涉光数字信号做希尔伯特变换得到与干涉光数字信号相位相差90°的过渡信号；根据端面跳动量的数组及扫频光源的扫频波数变化形式构建正弦信号、余弦信号；最终构造得到补偿后的干涉光数字信号。
Description
技术领域
本发明涉及非接触测距领域，尤其是涉及旋转机械转静子轴向间隙测量领域。具体来说，本发明涉及一种基于转子位置同步的转静子间隙误差补偿方法及装置，特别是对帧信号处理得到测量结果并结合旋转参数同步以提高转静子间隙识别精度的转静子轴向间隙在线测量方法。
背景技术
旋转机械如压气机，发动机，汽轮机等大型机械是关乎我国军事水平和国防安全的“国之重器”，其核心部件(转子、动叶片等)的状态参数直接影响设备运转状态、工作效率和安全性能，特别是转子与静子之间的轴向间隙变化是影响装备性能和安全的主要因素之一。
而对于旋转机械轴向间隙测量，被测转轴的振动主要由轴向窜动和端面跳动两部分构成，研究发现轴向窜动引起的振动频率低，在单次测量周期内振动幅度小且可以看作匀速运动；而端面跳动引起的振动受探头安装角度误差、待测轴端面的平面误差以及待测轴转速的影响，振动频率高，往往是转动频率数倍至数十倍不等，振动幅度取决于安装角度和端面的平面误差；而对于超高速转动的旋转机械，由于端面跳动的频率太高，测量速度往往无法满足奈奎斯特采样定律，特别对于帧信号得到一个测量结果的测量方式，如扫频干涉，扫频相位式测距等方法，测量周期内待测物的移动将直接影响测量结果，测量误差会是单位周期内物体移动量的几十甚至数百倍，极大程度减小测量精度。
本发明将针对国内现有技术的不足，提出基于转子位置同步的转静子间隙误差补偿方法，对恶劣环境下测量对象旋转导致的误差进行了补偿，使在恶劣测量条件下实现转静子间隙测量成为可能。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于转子位置同步的转静子间隙误差补偿方法与装置，该补偿方法通过在测量过程中引入转子位置信息，并借助该信息实时追踪转子当前位置。通过前期的标定数据，确定当前转子角度对应的位置误差，并以此构造参考信号，跟踪补偿单帧信号内的轴向跳动，减小了旋转机械转子在高速转动中大幅振动带来的巨大测量误差，实现了高温、空间受限条件下旋转机械转静子轴向间隙的非接触实时在线精确测量。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于转子位置同步的转静子间隙误差补偿方法，包括：
使待测转子进行60rpm以下的转动，上位机一方面接收干涉光的数字信号，另一方面接收由待测转子测量得到的转子位置同步信息并处理得到待测转子的转速信号；
上位机通过频率估计处理得到光纤探头与待测转子之间的间隙；将光纤探头与待测转子之间的间隙作为待测转子端面跳动的标定数据；
通过转静子间隙误差补偿装置即可测量待测转子转动端面的端面跳动量与角度的变化关系；对于表面粗糙不平的端面，上述标定数据包含待测转子端面的粗糙度信息；
将待测转子与光纤探头之间的轴向间隙变化写为
其中，LCH(t)为轴向窜动导致的间隙变化量，/>
为端面跳动导致的间隙变化量，/>
仅与角度
有关；
在待测转子进行60rpm以上的转动条件下，根据待测转子的位置同步信息，得到每帧干涉光数字信号对应的端面跳动量；设
为帧采样开始时的待测转子初始位置，假设每帧干涉光数字信号包括N个采样点，则通过数据拟合得到端面跳动量的数组；
使用扫频方式测量时，干涉光模拟信号S写为S＝Am cos(k(t)*L(t))，其中Am为幅值，k(t)为扫频光源的扫频波数变化形式，L(t)为待测轴向间隙；采样后得到干涉光数字信号Ssa；
对干涉光数字信号Ssa做希尔伯特变换得到与干涉光数字信号Ssa相位相差90°的信号SsaH；
根据端面跳动量的数组及扫频光源的扫频波数变化形式构建正弦信号SCM、余弦信号CCM；
最终，构造得到补偿后的干涉光数字信号SST，SST＝Ssa·CCM+SsaH·SCM。
轴向窜动导致的间隙变化量LCH(t)为缓变信号，在单个测量周期内，端面跳动导致的间隙变化量能够达到轴向窜动导致的间隙变化量的十倍以上。
进一步的，
数据拟合得到端面跳动量的数组为：
其中ω为待测转子的转动角速度，T为采样间隔时间，上式表示了采样周期内每个采样点对应的端面跳动量；
采样后得到干涉光数字信号Ssa为：
对干涉光数字信号Ssa做希尔伯特变换得到与干涉光数字信号Ssa相位相差90°的信号SsaH为：
根据端面跳动量的数组及扫频光源的扫频波数变化形式构建的正弦信号SCM、余弦信号CCM分别为：
最终，构造得到补偿后的干涉光数字信号SST为：
本发明还提供一种基于转子位置同步的转静子间隙误差补偿装置，包括扫频光源、第一耦合器、环形器、光纤探头、待测转子、第二耦合器、平衡探测器、第三耦合器、第四耦合器、光电传感器、采集卡和上位机，所述扫频光源与第一耦合器连接，第一耦合器分别与环形器和第三耦合器通过光纤连接，环形器分别与光纤探头和第二耦合器通过光纤连接；待测转子设置在光纤探头对面，第二耦合器与平衡探测器通过光纤连接，平衡探测器通过模拟信号线与采集卡连接，第三耦合器通过光纤依次与第四耦合器、光电传感器连接，光电传感器通过模拟信号线与采集卡连接，采集卡通过数据线与上位机连接；待测转子上的传感器通过数据线与上位机连接；
光纤探头上镀有半透半反膜；第三耦合器与第四耦合器共同构成参考迈克尔逊干涉仪；
扫频光源发射扫频光传输至第一耦合器，第一耦合器输出两路扫频光，其中一路扫频光依次经过环形器、光纤探头入射至待测转子；部分扫频光作为参考光在光纤探头处发生反射，另一部分扫频光作为测量光经过待测转子后反射回到光纤探头并与参考光发生干涉形成干涉光，干涉光经过环形器返回到第二耦合器后，分光为两束光相位相差180°的光信号，并进入平衡探测器转换为干涉光模拟信号，最终由采集卡转化为干涉光数字信号；平衡探测器用于完成光电信号转换和提高信号信噪比。
第一耦合器输出的另一路扫频光经过由第三耦合器与第四耦合器共同构成的参考迈克尔逊干涉仪后形成参考光信号，参考光信号通过光电传感器转化为电信号并作为由采集卡的时钟信号；
上位机接收来自采集卡输出的干涉光数字信号和待测转子测量得到的转子位置同步信息，上位机将转子位置同步信息处理得到待测转子的转速信号；上位机结合干涉光数字信号和转速信号进行频率估计处理得到光纤探头与待测转子之间的间隙。
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.本发明可以大大减小由多普勒效应带来的帧信号采样过程中待测物移动引起的测量误差，改善间隙测量精度。在标定结果和位置跟踪准确的情况下可以从原理上消除采样过程中待测物移动引起的测量误差。
2.本发明可以补偿由于不同测量端面粗糙度带来的测量误差，从而实现间隙变化的精准监测，打破国内外尚无成熟的转静子轴向间隙测量方案的现状。
3.本发明在对干涉光信号的处理过程中无论是采用傅里叶变化还是其改进方法，其频谱都会更加尖锐，采用希尔伯特变化求取轴向窜动导致的间隙变化量LCH,相邻采样点之间的相位变化规律将会更加平缓，从而极大程度的提高了测量精度。
4.本发明构造的补偿后的干涉光数字信号信号能使每帧数据中待测轴向间隙L(t)内的
项与补偿相/>
完全对应，从而大大减小了每帧信号内物体的移动量，由于基于帧信号的扫频测量方法的测量误差一般为帧信号持续时间内物体移动量的几十上百倍，因此直接消除了由端面跳动导致每帧测量结果的漂移，提高了距离识别精度。
5.本发明采用的基于待测转子位置同步的方法，将轴向窜动和端面跳动分开分析，可以更加直观判断转子移动趋势方向，更符合轴向间隙监测过程的需要，便于进行后续转子故障诊断。
6.本发明采用的基于待测转子位置同步的方法，在分析转子轴向间隙的同时即结合了转子实时位置，为实现旋转机械多参数数据融合，动态转静子间隙控制提供便利，符合科学技术发展趋势。
7.本发明通过设计小尺寸、耐高温的探头，更适用于航空发动机内部高温、空间狭小的测量环境。
8.本发明采用的基于扫频干涉测量的转静子轴向间隙在线测量方法和装置，是基于激光发射、光纤传输的光学测量方法，适用于航空发动机内部信号引出路径复杂的测量环境，并且激光在航空发动机内部传输，相比于电信号，不易受到电磁干扰。
9.本发明采用的基于探头端面反射作为参考光的测量光路，可以补偿航空发动机内部温度大幅度变化带来的温漂，更适用于航空发动机内部温度变化较大的测量环境。
10.本发明中构成的参考干涉仪的参考光信号通过光电传感器转化为电信号。使用该信号作为采集卡的时钟信号，可以大大减小扫频激光器的扫频非线性效应对测量结果的影响，提高测量精度。
附图说明
图1为本发明实施例中的转静子间隙误差补偿装置的结构示意图。
图2为本发明中间隙误差补偿方法的优化过程。
图3为使用本发明后实时测量误差的消除效果，补偿结果与标定数据幅度误差及位置跟踪误差有关。
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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示为一种基于转子位置同步的转静子间隙误差补偿装置，包括扫频光源1、第一耦合器2、环形器3、光纤探头4、待测转子5、第二耦合器6、平衡探测器7、第三耦合器8、第四耦合器9、光电传感器10、采集卡11和上位机12，所述扫频光源1与第一耦合器2连接，第一耦合器2分别与环形器3和第三耦合器8通过光纤连接，环形器3分别与光纤探头4和第二耦合器6通过光纤连接；待测转子5设置在光纤探头4对面，第二耦合器6与平衡探测器7通过光纤连接，平衡探测器7通过模拟信号线与采集卡11连接，第三耦合器8通过光纤依次与第四耦合器9、光电传感器10连接，光电传感器10通过模拟信号线与采集卡11连接，采集卡11通过数据线与上位机12连接；待测转子5上的传感器通过数据线与上位机12连接；
光纤探头4上镀有半透半反膜；第三耦合器8与第四耦合器9共同构成参考迈克尔逊干涉仪；
扫频光源1发射扫频光传输至第一耦合器2，第一耦合器2输出两路扫频光，其中一路扫频光依次经过环形器3、光纤探头4入射至待测转子5；部分扫频光作为参考光在光纤探头4处发生反射，另一部分扫频光作为测量光经过待测转子5后反射回到光纤探头4并与参考光发生干涉形成干涉光，干涉光经过环形器3返回到第二耦合器6后，分光为两束光相位相差180°的光信号，并进入平衡探测器7转换为干涉光模拟信号，最终由采集卡11转化为干涉光数字信号；平衡探测器7用于完成光电信号转换和提高信号信噪比。
第一耦合器2输出的另一路扫频光经过由第三耦合器8与第四耦合器9共同构成的参考迈克尔逊干涉仪后形成参考光信号，参考光信号通过光电传感器10转化为电信号并作为由采集卡11的时钟信号；
上位机12接收来自采集卡11输出的干涉光数字信号和待测转子5测量得到的转子位置同步信息，上位机12将转子位置同步信息处理得到待测转子的转速信号；上位机12结合干涉光数字信号和转速信号进行频率估计处理得到光纤探头4与待测转子5之间的间隙。
基于上述转静子间隙误差补偿装置，本实施提供一种基于转子位置同步的转静子间隙误差补偿方法，包括：
使待测转子进行60rpm以下的转动，上位机一方面接收干涉光的数字信号，另一方面接收由待测转子测量得到的转子位置同步信息并处理得到待测转子的转速信号；
上位机通过频率估计处理得到光纤探头与待测转子之间的间隙；将光纤探头与待测转子之间的间隙作为待测转子端面跳动的标定数据；
通过转静子间隙误差补偿装置即可测量待测转子转动端面的端面跳动量与角度的变化关系；对于表面粗糙不平的端面，上述标定数据包含待测转子端面的粗糙度信息；
将待测转子与光纤探头之间的轴向间隙变化写为
其中，LCH(t)为轴向窜动导致的间隙变化量，为频率较低的缓变信号，由于测量速度远高于该频率，因此其在单个测量周期内轴向窜动的移动量十分微小，一般为亚μm量级；/>
为端面跳动导致的间隙变化量，由于安装探头后探头与待测转子端面的角度不再发生变化，且待测转子的形貌不会改变，因此/>
仅与角度/>
有关；当转速低时，角度变化速度慢，轴向间隙变化迟缓；转速高时，角度变化速度快，轴向间隙变化剧烈。为了得到具体的端面跳动量
在安装探头后，使待测转子端面进行多圈低速转动60rpm以下，通过补偿装置即可测量待测转子转动端面的端面跳动与角度的变化关系。对于表面粗糙不平的端面，该标定数据也会包含待测量表面的粗糙度信息。
在待测转子进行60rpm以上的转动条件下，根据待测转子的位置同步信息，得到高速条件下每帧干涉光数字信号对应的端面跳动量；设
为帧采样开始时的待测转子初始位置，假设每帧干涉光数字信号包括N个采样点，则通过数据拟合得到端面跳动量的数组如下：/>
其中ω为待测转子的转动角速度，T为采样间隔时间，上式表示了采样周期内每个采样点对应的端面跳动量；
使用扫频方式测量时，模拟信号S可以写为
S＝Am cos(k(t)*L(t))
其中Am为幅值，L(t)为待测轴向间隙；k(t)作为扫频光源的扫频波数变化形式，是由扫频速度和起始波长结合起来构成的表达式，也是扫频激光器有的固有参数。
采样后得到干涉光数字信号Ssa为：
对干涉光数字信号Ssa做希尔伯特变换得到与干涉光数字信号Ssa相位相差90°的信号SsaH为：
根据端面跳动量的数组及扫频光源的扫频波数变化形式构建的正弦信号SCM、余弦信号CCM分别为：
最终，构造得到补偿后的干涉光数字信号SST为：
由上式可见，构造的补偿后的干涉光数字信号SST能使每帧数据中L(t)内的
项与补偿相/>
完全对应，从而大大减小了每帧信号内物体的移动量，由于基于帧信号的扫频测量方法的测量误差一般为帧信号持续时间内物体移动量的几十上百倍，因此直接消除了由端面跳动导致每帧测量结果的漂移，提高了距离识别精度。
后续在对干涉光信号的处理过程中无论是采用傅里叶变化还是其改进方法，其频谱都会更加尖锐，采用希尔伯特变化求取距离信号LCH,相邻采样点之间的相位变化规律将会更加平缓，从而极大程度的提高了测量精度。
图2示出了本发明中间隙误差补偿方法的优化过程，图右上侧为探头安装及待测转子示意图。由于待测转子端面不平整及探头安装误差导致探头与待测转轴之间存在的角度，待测转轴与探头之间的距离实际上随着转轴旋转不断发生变化。该间隙变化量可以分解为由待测转子轴向窜动导致的移动量及端面跳动导致的移动量。其中轴向窜动导致的间隙变化量为缓变信号，而端面跳动导致的间隙变化量与转速相关，频率可达数百赫兹，单个测量周期内端面跳动导致的间隙变化量是轴向窜动导致的间隙变化量几倍甚至几十倍。
如图2中两个重合曲线所示，端面跳动导致的间隙变化量与转轴转动角度一般为正弦关系(深色曲线)，由于端面粗糙度的存在，该正弦曲线关系也可能会发生变化(浅色曲线)。在转子转速大于60rpm的间隙测量过程中，对每帧扫频干涉数字信号，取端面跳动标定数据拟合得到与该段时间匹配的端面跳动量，再根据扫频光源的扫频波数变化形式生成正余弦信号。利用正余弦信号对原本频率因端面跳动变化的初始干涉光数字信号进行补偿，得到补偿后的干涉光数字信号的频率即为恒定值，此时对补偿后的信号再使用频率估计算法计算间隙值时，即可大大减小间隙值的测量误差。
图3为使用本发明后实时测量误差的消除效果，该结果由matlab软件仿真得到，结果显示，误差补偿效果与标定数据幅度误差及位置跟踪误差有关，一般来讲，端面跳动标定数据的幅度误差通过多次拟合可以控制在2μm之内，而角度跟踪误差与使用的角度测量传感器有关，一般可以控制在1°以内。在无噪声干扰的情况下，此时由端面跳动导致的误差可控制在10μm以下，相比未补偿前的间隙测量误差可降低数十倍。
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 (4)
1.一种基于转子位置同步的转静子间隙误差补偿方法，其特征在于，包括：
使待测转子进行60rpm以下的转动，由部分扫频光作为参考光在光纤探头处发生反射，另一部分扫频光作为测量光经过待测转子后反射回到光纤探头并与参考光发生干涉形成干涉光；干涉光中包含待测转子转动端面与光纤探头之间距离的信息，能够用来测量待测转子端面跳动；上位机一方面接收干涉光的数字信号，另一方面接收由待测转子测量得到的转子位置同步信息并处理得到待测转子的转速信号；
上位机通过频率估计处理得到光纤探头与待测转子之间的间隙；将光纤探头与待测转子之间的间隙作为待测转子端面跳动的标定数据；
通过转静子间隙误差补偿装置即可测量待测转子转动端面的端面跳动量与角度的变化关系；对于表面粗糙不平的端面，上述标定数据包含待测转子端面的粗糙度信息；
将待测转子与光纤探头之间的轴向间隙变化写为
其中，LCH(t)为轴向窜动导致的间隙变化量，/>
为端面跳动导致的间隙变化量，/>
仅与角度/>
有关；
在待测转子进行60rpm以上的转动条件下，根据待测转子的位置同步信息，得到每帧干涉光数字信号包含的端面跳动量；设
为帧采样开始时的待测转子初始位置，假设每帧干涉光数字信号包括N个采样点，则通过数据拟合得到端面跳动量的数组；
数据拟合得到端面跳动量的数组为：
其中ω为待测转子的转动角速度，T为采样间隔时间，上式表示了采样周期内每个采样点对应的端面跳动量；
采样后得到干涉光数字信号Ssa为：
对干涉光数字信号Ssa做希尔伯特变换得到与干涉光数字信号Ssa相位相差90°的信号SsaH为：
根据端面跳动量的数组及扫频光源的扫频波数变化形式构建的正弦信号SCM、余弦信号CCM分别为：
最终，构造得到补偿后的干涉光数字信号SST为：
使用扫频方式测量时，干涉光模拟信号S写为S＝Amcos(k(t)*L(t))，其中Am为幅值，k(t)为扫频光源的扫频波数变化形式，L(t)为待测轴向间隙；采样后得到干涉光数字信号Ssa；
对干涉光数字信号Ssa做希尔伯特变换得到与干涉光数字信号Ssa相位相差90°的信号SsaH；
根据端面跳动量的数组及扫频光源的扫频波数变化形式构建正弦信号SCM、余弦信号CCM；
最终，构造得到补偿后的干涉光数字信号SST，SST＝Ssa·CCM+SsaH·SCM。
2.根据权利要求1所述一种基于转子位置同步的转静子间隙误差补偿方法，其特征在于，轴向窜动导致的间隙变化量LCH(t)为缓变信号，在单个测量周期内，端面跳动导致的间隙变化量能够达到轴向窜动导致的间隙变化量的十倍以上。
3.一种基于转子位置同步的转静子间隙误差补偿装置，使用权利要求1-2任意一项所述转静子间隙误差补偿方法，其特征在于，包括扫频光源(1)、第一耦合器(2)、环形器(3)、光纤探头(4)、待测转子(5)、第二耦合器(6)、平衡探测器(7)、第三耦合器(8)、第四耦合器(9)、光电传感器(10)、采集卡(11)和上位机(12)，所述扫频光源(1)与第一耦合器(2)连接，第一耦合器(2)分别与环形器(3)和第三耦合器(8)通过光纤连接，环形器(3)分别与光纤探头(4)和第二耦合器(6)通过光纤连接；待测转子(5)设置在光纤探头(4)对面，第二耦合器(6)与平衡探测器(7)通过光纤连接，平衡探测器(7)通过模拟信号线与采集卡(11)连接，第三耦合器(8)通过光纤依次与第四耦合器(9)、光电传感器(10)连接，光电传感器(10)通过模拟信号线与采集卡(11)连接，采集卡(11)通过数据线与上位机(12)连接；待测转子(5)上的传感器通过数据线与上位机(12)连接；
光纤探头(4)上镀有半透半反膜；第三耦合器(8)与第四耦合器(9)共同构成参考迈克尔逊干涉仪；
扫频光源(1)发射扫频光传输至第一耦合器(2)，第一耦合器(2)输出两路扫频光，其中一路扫频光依次经过环形器(3)、光纤探头(4)入射至待测转子(5)；部分扫频光作为参考光在光纤探头(4)处发生反射，另一部分扫频光作为测量光经过待测转子(5)后反射回到光纤探头(4)并与参考光发生干涉形成干涉光，干涉光经过环形器(3)返回到第二耦合器(6)后，分光为两束光相位相差180°的光信号，并进入平衡探测器(7)转换为干涉光模拟信号，最终由采集卡(11)转化为干涉光数字信号；
第一耦合器(2)输出的另一路扫频光经过由第三耦合器(8)与第四耦合器(9)共同构成的参考迈克尔逊干涉仪后形成参考光信号，参考光信号通过光电传感器(10)转化为电信号并作为由采集卡(11)的时钟信号；
上位机(12)接收来自采集卡(11)输出的干涉光数字信号和待测转子(5)测量得到的转子位置同步信息，上位机(12)将转子位置同步信息处理得到待测转子的转速信号；上位机(12)结合干涉光数字信号和转速信号进行频率估计处理得到光纤探头(4)与待测转子(5)之间的间隙。
4.根据权利要求3所述一种基于转子位置同步的转静子间隙误差补偿装置，其特征在于，所述平衡探测器(7)用于完成光电信号转换和提高信号信噪比。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210408702.8A CN114812417B (zh) | 2022-04-19 | 2022-04-19 | 一种基于转子位置同步的转静子间隙误差补偿方法与装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210408702.8A CN114812417B (zh) | 2022-04-19 | 2022-04-19 | 一种基于转子位置同步的转静子间隙误差补偿方法与装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114812417A CN114812417A (zh) | 2022-07-29 |
| CN114812417B true CN114812417B (zh) | 2023-05-26 |
Family
ID=82505401
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210408702.8A Active CN114812417B (zh) | 2022-04-19 | 2022-04-19 | 一种基于转子位置同步的转静子间隙误差补偿方法与装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114812417B (zh) |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10302531B4 (de) * | 2003-01-20 | 2007-02-08 | Minebea Co., Ltd. | Messeinrichtung und Messverfahren für Elektromotoren |
| US8959785B2 (en) * | 2010-12-30 | 2015-02-24 | General Electric Company | Apparatus and method for measuring runout |
| CN103808463A (zh) * | 2013-10-30 | 2014-05-21 | 杭州汽轮机股份有限公司 | 转子跳动检测仪及其测试数据处理方法 |
| CN105698871B (zh) * | 2016-03-29 | 2018-08-21 | 天津大学 | 基于光频域反射的分布式应变温度同时测量装置及方法 |
| US10753817B2 (en) * | 2017-03-06 | 2020-08-25 | Yaskawa America, Inc. | Testing apparatus, computer readable medium, and method for minimizing runout |
| CN111384828A (zh) * | 2018-12-27 | 2020-07-07 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | 转子组件装配的优化方法 |
| CN110081829A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-08-02 | 天津大学 | 基于菲索共光路结构的转静子轴向间隙在线测量系统 |
| CN111060143B (zh) * | 2019-12-18 | 2021-07-20 | 重庆大学 | 基于扫频干涉的转子轴向距离、转速、倾角同步测量方法 |
| CN111241609B (zh) * | 2020-01-20 | 2022-04-01 | 西北工业大学 | 一种航空发动机转静子装配叶尖间隙的预测方法 |
| JP7228540B2 (ja) * | 2020-04-01 | 2023-02-24 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 回転子電気的振れ測定装置の信号処理装置、回転子電気的振れ測定装置および回転子電気的振れ測定方法 |
| CN111694008A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-09-22 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种扫频相干测距中激光跳模影响的消除方法 |
| CN111948664B (zh) * | 2020-08-18 | 2022-10-18 | 中国科学院光电技术研究所 | 基于色散系数调制的调频连续波激光雷达色散补偿方法 |
| CN113776445A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-12-10 | 重庆大学 | 一种单调频干涉的转静子轴向间隙高速动态测量方法 |
-
2022
- 2022-04-19 CN CN202210408702.8A patent/CN114812417B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114812417A (zh) | 2022-07-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11579162B2 (en) | Apparatus and method for measuring rotational speed of rotary shaft based on variable density sinusoidal fringe | |
| CN103364069A (zh) | 一种基于无转速定位的非接触式旋转叶片振动测试方法 | |
| Zhong et al. | Vision-based measurement system for instantaneous rotational speed monitoring using linearly varying-density fringe pattern | |
| CN108917643B (zh) | 基于双光梳扫描测距的三维形貌测量系统及方法 | |
| Ye et al. | Turbine blade tip clearance measurement using a skewed dual-beam fiber optic sensor | |
| CN110160770A (zh) | 高速旋转主轴实时检测装置及其检测方法 | |
| Binghui et al. | An optical fiber measurement system for blade tip clearance of engine | |
| CN102359759B (zh) | 回转体电跳动量测量系统 | |
| CN110514103A (zh) | 一种加工孔中心线偏移量检测装置及检测方法 | |
| CN114812417B (zh) | 一种基于转子位置同步的转静子间隙误差补偿方法与装置 | |
| CN102506942A (zh) | 高速旋转叶片自动同步定位方法及装置 | |
| Alejandre et al. | Method for the evaluation of optical encoders performance under vibration | |
| Guo et al. | Blade tip clearance measurement of the turbine engines based on a multi-mode fiber coupled laser ranging system | |
| Li et al. | Real-time direction judgment system of sub-nanometer scale grating ruler | |
| CN104776923A (zh) | 基于频率扫描干涉的外时钟信号频率振荡测量装置及方法 | |
| Sivanathan et al. | Development of a hardware for frequency scanning interferometry for long range measurement | |
| CN113776445A (zh) | 一种单调频干涉的转静子轴向间隙高速动态测量方法 | |
| Ma et al. | Method and system for simultaneously measuring six degrees of freedom motion errors of a rotary axis based on a semiconductor laser | |
| CN210533710U (zh) | 一种轴承故障检测装置 | |
| CN210533292U (zh) | 基于菲索共光路结构的转静子轴向间隙在线测量系统 | |
| Tian et al. | Experimental study on the optimization of the sensor arrangement for blade tip timing measurement | |
| Zaitsev | Shaft Run-Out Optical Remote Sensing System for Large Generator Fault Diagnosis | |
| Chen et al. | Analysis and calibration of blade tip-timing vibration measurement under variable rotating speeds | |
| CN102564355B (zh) | 干涉式高密度圆光栅偏心检测方法 | |
| Palermo et al. | Evaluation and improvement of accuracy in the instantaneous angular speed (ias) and torsional vibration measurement using zebra tapes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240122 Address after: Office Building 451-04, Xuefu Industrial Zone Management Committee, Xiqing District, Tianjin, 300000 Patentee after: SMARTMENS (TIANJIN) TECHNOLOGY CO.,LTD. Country or region after: China Address before: 300072 Tianjin City, Nankai District Wei Jin Road No. 92 Patentee before: Tianjin University Country or region before: China |