叶尖定时旋转叶片实时振动测量技术 段发阶 2005

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1、第32卷第3期光电工程Vol.32,No.32005年3月Opto-ElectronicEngineeringMarch,2005文章编号：1003-501X(2005)03-0028-04叶尖定时旋转叶片实时振动测量技术段发阶，方志强，孙宇扬，叶声华（天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津300072）摘要：设计了一套基于叶尖定时传感的旋转叶片振动测量系统。系统主要由光电传感系统、数据采集与预处理系统、叶片振动数据处理系统三部分组成。叶尖定时传感器采用单根光纤发射、多光纤接收的Y型结构，并用高性能专用集成芯片完成弱光信号的放大检测，使传感器信噪比大于500，信号带宽大于5

2、0MHz。利用CPLD和DSP技术，实现了叶尖定时信号的高速实时采集与处理；建立了同步共振条件下叶片振动的数据处理模型，实现了叶片振动的实时监测。整套测量系统在现场某大型压气机上进行了原理性验证，在转速高达9210rpm的情况下测得的同步共振最大幅值为0.4231mm，接近于同等条件下国外的测量结果，从而验证了整套测量系统的可靠性。关键词：叶尖定时；振动测量；数据采集；光电传感器中图分类号：TB936，TP212文献标识码：AReal-timevibrationmeasurementbasedontip-timingforrotatingbladesDUANFa-jie，FANGZ

3、hi-qiang，SUNYu-yang，YESheng-hua(StateKeyLaboratoryofPrecisionMeasuringTechnologyandInstruments,TianjinUniversity，Tianjin300072,China)Abstract:Avibrationmeasurementsystembasedontip-timingforrotatingbladesisdesigned.Thesystemiscomposedofthreesubsystems:anopticalsensorsystem,adatacollectingandpre

4、processingsystem,andareal-timedataprocessingsystem.Thetip-timingsensor,withaYtypestructurefortransmittingwithsinglefiberandreceivingwithfiberbundlescanimplementthedetectionoffaintlightsignalsbyusingahighperformanceintegratedchip.ThisdesignmakestheSNRbiggerthan500andthebandwidthbiggerthan50MHz.

5、Inaddition,thehigh-speedreal-timecollectionandprocessingoftip-timingsignalsarerealizedwithCPLDandDSPdevices;thebladesynchronousvibrationsignalsaremonitoredsynchronouslybymeansofmodelingthedataprocessingmodel.Theprincipleofmeasurementhasbeenvalidatedonsomebigtypeturbineengines.Thesynchronousres

6、onanceamplitudemeasuredisas0.4231mmathighspeedupto9210rpm.Experimentaldataoffieldtestprovesthatthismethodeffectiveandreliable.Keywords:Tip-timing；Vibrationmeasurement；Dataacquisition；Photoelectricsensors引言旋转叶片的在线振动监测对航空发动机、电站发电机组及各种轴流式压气机的安全运行至关重要。振动测量方法传统上采用接触测量方法，如应变片传感器测量，该技术已较为成熟，但由于应变片安装费

7、时费力，而且工作寿命较短，传感器自身荷重与体积影响叶片的空气动力学特性，所以该技术的应用受到很收稿日期：2004-02-18；收到修改稿日期：2004-11-30基金项目：国家自然科学旋转叶片振动参数叶尖定时测量的关键技术研究（50375110）作者简介：段发阶（1968－），男（汉族），湖南郴州人，教授，工学博士。主要从事计算机视觉检测技术、光纤传感技术、仪器智能化、单片机及计算机软硬件开发.E-mail:fjduan@tju.edu.cn2005年3月段发阶等：叶