电涡流位移传感器测量模型及其在叶尖间隙测量中的空间滤波效应.pdf

《电涡流位移传感器测量模型及其在叶尖间隙测量中的空间滤波效应.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、第53卷第1期厦门大学学报(自然科学版)Vo1．53NO．12014年1月JournalofXiamenUniversity(NaturalScience)Jan．2014电涡流位移传感器测量模型及其在叶尖间隙测量中的空间滤波效应胡天林，谢海鹤，颜黄苹，黄元庆(厦门大学物理与机电工程学院，福建厦门361005)摘要：基于电涡流位移传感器测量原理，建立叶尖间隙的有限元模型．根据涡轮发动机等旋转叶片设备叶尖间隙的结构特征与测量需要，建立了具有矢量特性的叶片点阵模型．分析叶片厚度、叶片转速、传感器敏感区大小、信号采样速率引起的空间滤波效应，以及对叶尖间隙测量结果的影响．研

2、究结果表明，一定叶片厚度情况下，叶片转速、传感器敏感区、信号采样速率存在最低要求，这一结论可为叶尖间隙测量系统设计提供重要理论依据．关键词：叶尖间隙；电涡流位移传感器；叶片模型；空间滤波中图分类号：TP212．9文献标志码：A文章编号：0438—0479(2014)O1—0066—05在压气机、汽轮机和涡轮机等旋转叶片设备中，叶尖与机匣的间隙动态监测及控制非常重要．叶尖间1电涡流位移传感器测量模型隙的大小是影响设备运行效率、结构安全和使用寿命的重要参数．大型涡轮机中，叶尖间隙减少0．0251．1电涡流位移传感器模型的建立mm，其效率将提高0．1l_2]．叶尖间隙大小

3、既要保证电涡流位移传感器由探头线圈、电缆、前置器及叶片与机匣不发生刮擦，也要防止间隙过大导致效率被测体构成]，如图1所示．其基本测量原理是线圈与降低_3]．通过传感器对叶尖间隙的实时在线测量，根据被测物体的距离变化。将引起线圈品质因数变化，进叶轮运行状态信息实现对叶尖间隙的闭环控制．叶尖而导致振荡信号变化．通过前置器归一到电压或电流问隙测量获得的叶片振动参数，也可以为故障诊断信号．常用的电感值测量方法有调幅法和调频法两种．(外来物、累积损伤、裂缝增长、转子不平衡、叶盘不完文献[9]对该模型进行详细的分析，等效品质因素如整等)提供依据。]．目前叶尖间隙传感器测量主要有

4、公式(1)所示：电容传感器、电涡流位移传感器、光纤传感器、微波传M—f(d，／2，P，，。)，(1)感器、激光多普勒效应传感器[8]．根据电磁原理，导体其中，d为检测距离，为被测体磁导率，P为被测体位于交变的磁场时，导体中将产生呈涡流状的感应电电阻率，．厂为激励频率．由于被测体是固定的，激励频流，该效应为涡流效应．电涡流位移传感器具有非接率也是固定的，在理想温度情况下，影响测量结果的触、操作方便的特点，作为叶尖间隙测量的常用传感主要因素是距离．器，研究其在叶尖间隙测量中的影响具有重要意义．通实际上被测体的形貌不是理想的平面，或者在测过建立电涡流位移传感器有限元测量模

5、型，分析叶片量过程中其面积不符合电涡流测量面积要求，也会引尺寸、传感器敏感区、转速和采样速度等与空间滤波起测量值的变化，即电涡流位移传感器存在空间滤波效应的关系及对叶尖间隙测量结果的影响，为后续叶效应影响．因此实际的电感品质因数影响函数表示为：片振动、转子平衡等实验研究提供理论依据．M—f(，S)，(2)其中，S是电涡流测量绝对面积，d是线圈与被测体的距离．面积越大，涡流线圈的互感影响越大，因此测量收稿日期：20130329体的面积对电涡流线圈互感系数的影响成正比(在互基金项目：国家自然科学基金(61172046)感线圈敏感区范围内)；距离越大，涡流线圈的互感越*通

6、信作者：yqhuang@xmu．edu．cn小，因此距离对电涡流线圈互感系数的影响成反比，第1期胡天林等：电涡流位移传感器测量模型及其在叶尖间隙测量中的空间滤波效应匝三一出Ac前置器～图1电涡流位移传感器测量原理及等效电路图Fig．1Eddycurrentsensoroperatingprincipleandtheequivalentcircuit采用以下公式描述：M一。，×，(3)d其中s是有效互感面积；d是被测体与线圈互感距AC离；s是相对影响系数，可由实验确定．叶尖间隙涡流传感模型，就是叶片上每个面积元与传感器敏感区构成的一个等效互感线圈，如图2所示．由于传感

7、器敏感区是固定的，而叶片的面积是动态变化的，因此将叶片的面积分解为微小的多个面积元形式．将叶片面积图2互感面积等效电路元在传感器敏感区上的投影作为单个有效面积，所有Fig．2Equivalentcircuitofmutualinductancearea投影面积的叠加视为涡流效应的作用面积，其表达式可以表示为叶片边缘矢量分布M—￡，×S×，(4)传感器矢量分布一S表示叶片面积元的矢量值、。表示传感器面积方向单位矢量，d表示面积元与传感器的距离．采用矢量形式可以更好的描述叶片面积元在传感器敏感区的投影．s×s。结果为负，表示该叶片面积元正对传感量分布器；否则是背对传