一种叶片振动测量键相基准信号产生装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种叶片振动测量键相基准信号产生装置及方法，信号产生装置包括控制器和依次相连的转速测量传感器、驱动及调理模块、电平转换模块、锁相倍频单元和小数分频单元，所述锁相倍频单元包括首尾依次相连的鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和分频器；所述控制器与电平转换模块、小数分频单元和分频器连接；本发明专利技术利用了锁相技术的合成频率稳定度高、相位噪声水平低、频率建立时间短的优势，通过鉴相器的相位比较和分频器的信号反馈，能抑制原始的测试转速信号与产生的键相基准信号之间的相位误差，实现高时间定位精度的叶片振动测量键相基准提取。量键相基准提取。量键相基准提取。

【技术实现步骤摘要】
一种叶片振动测量键相基准信号产生装置及方法


[0001]本专利技术属于旋转叶片振动参数非接触测量领域。具体地说，本专利技术涉及一种叶片振动测量键相基准信号产生方法，特别是一种利用锁相环实现旋转机械测试转速倍/分频的叶片振动测量键相基准信号产生装置与方法。

技术介绍

[0002]叶片作为航空发动机、燃气轮机、汽轮机、烟气轮机等大型旋转机械的核心做功部件，其健康状态直接影响旋转机械的工作效率和运行安全。高速旋转叶片在温度、气动等多种载荷作用下极易发生疲劳损伤，特别是当叶片发生共振时，振动幅度最为显著，其造成的高周疲劳损伤是叶片最主要失效形式，将导致叶片产生裂纹、断裂等故障，造成直接经济损失，甚至引发安全事故。动叶片振动参数在线测量能为旋转机械故障诊断及预测性维护提供重要数据支撑，是保证装备运行安全的关键。具有非接触、低介入、在线、高精度等特点的叶尖定时法是目前大型旋转机械动叶片振动参数工程测试的标配技术。传统上，该技术须借助转速同步传感器，当叶轮旋转一周时获得一个脉冲信号，其频率等于转速频率；该脉冲信号作为键相基准信号，为叶片振动测量提供时间基准。然而，转速同步传感器安装于转轴附近，与叶盘的轴向位置不同，转轴扭转、弯曲会改变时间基准的准确性，进而引入较大的叶尖定时误差；此外，在大型旋转机械内部的狭窄空间内，转速同步传感器安装困难、容易脱落、易受油污影响后失效，降低了叶片振动参数工程测试的可靠性和安全性。因此，研究无转速同步传感器条件下的叶片振动测量键相基准信号产生方法，具有重要工程意义。
[0003]转子转速是另一个影响旋转机械工作效率和运行安全的重要状态参数，转速控制是旋转机械状态控制的具体体现，而转速测量是转速控制的前提。旋转机械常采用主动轮、从动轮等齿轮系传动的方式实现转子系统正常运转，转速测量传感器安装在主动轮转轴处，通过在该传感器正对的转轴上刻印凹槽或者安装带齿的音轮，获取测试转速信号。然而，受传动关系的影响，该测试转速信号与键相基准信号之间的频率存在差异，比值为小数；基于测试转速信号，实时在线地产生叶片振动测量键相基准信号，保证时间定位精度，是亟待突破的技术难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种叶片振动测量键相基准信号产生装置及方法，本专利技术利用主动轮转轴的测试转速信号，采用基于锁相环的频率合成技术，通过信号频率倍/分频，实现叶片振动测量键相基准信号的产生，为旋转机械动叶片振动测量提供一种无转速同步传感器条件下的时间基准提取方案。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种基于锁相技术的叶片振动测量键相基准信号产生装置，应用于旋转机械的轴系传动结构，所述轴系传动结构包括安装有主动轮的主动轮转轴、安装有从动轮的从动轮转轴，所述主动轮和从动轮相啮合，从动轮转轴上还安装有旋转叶片；所述主动轮转轴上设
置有凹槽、条码或者音轮；所述信号产生装置包括控制器和依次相连的转速测量传感器、驱动及调理模块、电平转换模块、锁相倍频单元和小数分频单元，所述锁相倍频单元包括首尾依次相连的鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和分频器；所述控制器与驱动及调理模块、小数分频单元和分频器连接；
[0007]所述转速测量传感器安装在主动轮转轴处，转速测量传感器的探头正对主动轮转轴上的凹槽、条码或者音轮；所述转速测量传感器在驱动及调理模块的驱动下，随着发动机转速的变化，在转轴旋转一周时，输出与凹槽的数量、条码的数量或者音轮的齿数相同数量的测试转速信号；
[0008]所述驱动及调理模块在控制器控制下驱动转速测量传感器工作，并且接收转速测量传感器产生的测试转速信号，先后经过驱动及调理模块内放大电路放大、滤波电路滤波，生成预处理后的电压信号传输到电平转换模块；
[0009]电平转换模块接收预处理后的电压信号，采用阈值电平切割的方式进行电平转换，将预处理后的电压信号从模拟信号转化为数字信号，生成脉冲形式的数字电压信号传输到锁相倍频单元；
[0010]锁相倍频单元中，鉴相器通过比较电平转换模块输出的数字电压信号与分频器输出的反馈信号之间的相位差，生成与相位差相关的脉冲形式的误差电压信号；环路滤波器采用低通滤波器类型，将误差电压信号处理成直流电压信号；压控振荡器在直流电压信号的控制下，生成脉冲形式的锁相倍频信号同时传输到小数分频单元和分频器；分频器在控制器控制下将锁相倍频信号分频，生成反馈信号传输到鉴相器；
[0011]小数分频单元在控制器控制下对锁相倍频信号分频，生成脉冲形式的叶片振动测量键相基准信号。
[0012]进一步的，所述转速测量传感器采用磁电式传感器、霍尔传感器或光电式传感器，产生的脉冲信号是电压信号或电流信号。
[0013]进一步的，所述锁相倍频单元采用模拟锁相环或数字锁相环，鉴相器采用乘法器或时序电路类型。
[0014]进一步的，所述小数分频单元采用一个或多若干个分频器实现分频功能。
[0015]一种基于所述信号产生装置获取叶片振动测量键相基准信号的方法，包括：
[0016]S1、启动信号产生装置后，驱动及调理模块在控制器控制下驱动转速测量传感器工作，传感器产生测试转速信号，信号的重复频率为f
s
，并且f
s
＝M
·
f
r
，其中M为转速测量传感器探头正对的主动轮转轴上的凹槽的数量、条码的数量或者音轮的齿数，f
r
为主动轮转轴的转速；
[0017]S2、测试转速信号先后经过驱动及调理模块的放大、滤波及电平转换模块的电平转换，生成脉冲形式的数字电压信号，该数字电压信号在锁相倍频单元内实现频率倍频，生成锁相倍频信号，锁相倍频信号的重复频率为f
p
，并且f
p
＝m1·
M
·
f
r
，其中m1为主动轮齿数；
[0018]S3、锁相倍频信号在小数分频单元内实现频率分频，生成叶片振动测量键相基准信号，叶片振动测量键相基准信号的重复频率为f
o
，并且f
o
＝m1/m2·
f
r
，其中m2为从动轮齿数。
[0019]进一步的，当m1和m2·
M的最大公约数为N时，步骤S2中锁相倍频单元的倍频数采用m1/N，由控制器配置分频器实现；步骤S3中小数分频单元的分频数采用m2·
M/N，由控制器配
置小数分频单元实现。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：
[0021]1.克服传统的叶片振动测量键相基准提取方法难以满足工程测试的准确性、可靠性和安全性的缺点，避免转速同步传感器安装困难、容易脱落、易受油污影响后失效以及时间基准精度易受转轴扭转、弯曲影响等问题，本专利技术提供的无转速同步传感器条件下的键相基准提取方案，利用主动轮转轴的测试转速信号，无需转速同步传感器的安装、调试，实现工程环境下可靠、安全的键相基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于锁相技术的叶片振动测量键相基准信号产生装置，应用于旋转机械的轴系传动结构，所述轴系传动结构包括安装有主动轮的主动轮转轴、安装有从动轮的从动轮转轴，所述主动轮和从动轮相啮合，从动轮转轴上还安装有旋转叶片；其特征在于，所述主动轮转轴上设置有凹槽、条码或者音轮；所述信号产生装置包括控制器和依次相连的转速测量传感器、驱动及调理模块、电平转换模块、锁相倍频单元和小数分频单元，所述锁相倍频单元包括首尾依次相连的鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和分频器；所述控制器与驱动及调理模块、小数分频单元和分频器连接；所述转速测量传感器安装在主动轮转轴处，转速测量传感器的探头正对主动轮转轴上的凹槽、条码或者音轮；所述转速测量传感器在驱动及调理模块的驱动下，随着发动机转速的变化，在转轴旋转一周时，输出与凹槽数量、条码数量或者音轮的齿数相同数量的测试转速信号；所述驱动及调理模块在控制器控制下驱动转速测量传感器工作，并且接收转速测量传感器产生的测试转速信号，先后经过驱动及调理模块内放大电路放大、滤波电路滤波，生成预处理后的电压信号传输到电平转换模块；电平转换模块接收预处理后的电压信号，采用阈值电平切割的方式进行电平转换，将预处理后的电压信号从模拟信号转化为数字信号，生成脉冲形式的数字电压信号传输到锁相倍频单元；锁相倍频单元中，鉴相器通过比较电平转换模块输出的数字电压信号与分频器输出的反馈信号之间的相位差，生成与相位差相关的脉冲形式的误差电压信号；环路滤波器采用低通滤波器类型，将误差电压信号处理成直流电压信号；压控振荡器在直流电压信号的控制下，生成脉冲形式的锁相倍频信号同时传输到小数分频单元和分频器；分频器在控制器控制下将锁相倍频信号分频，生成反馈信号传输到鉴相器；小数分频单元在控制器控制下对锁相倍频信号分频，生成脉冲形式的叶片振动测量键相基准信号。2.根据权利要求1所述一种基于锁相技术的叶片振动测量键相基准信号产生装置，其特征在于，所述转速测量传感器采用磁电式传感器、霍尔传感器或光电式传感器，产生的脉冲信号是电压信号或电流信...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛广越，刘美茹，郭沛铉，支烽耀，钟志才，肖潇，焦江昆，段发阶，
申请(专利权)人：中国航发四川燃气涡轮研究院，
类型：发明
国别省市：