【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及旋转机械的叶片健康监测，具体地，涉及一种基于微波的叶尖间隙和叶尖定时同时测量方法及系统。
技术介绍
1、旋转叶片是大型旋转机械的核心做功部件，其自身的健康状态直接影响到整个系统的工作状态、效率和安装性能。因此，叶片的健康监测对于异常识别和故障预警具有重要意义。
2、叶片与机匣内壁之间的叶尖间隙测量方法和叶片振动监测的叶尖定时技术在叶片健康监测领域得到了广泛的关注。目前常用的叶尖间隙测量和叶尖定时方法有电容法、涡流法、光纤法和微波法。其中，电容法的耐热性好，传感器的制作成本低；涡流法传感器的体积小，测量精度高；光纤法传感器的性能稳定，并且具有非常高的测量精度；微波法由于其优良的环境适用性、对油污杂质干扰不敏感、动态响应良好等优点而得到了广泛关注。
3、但是，目前微波叶尖间隙和叶尖定时测量的研究较少，并且缺少使用单个微波传感器实现叶尖间隙和叶尖定时同时测量的方法。因此，如何系统地建立叶尖间隙和叶尖定时的微波测量方法并实现使用单个微波传感器的同时测量迫在眉睫；对于提高微波法在叶片健康监测领域的实用性、降低测量系统的复杂度具有重要意义。
4、现有的电容法无法适用于高速旋转的工况，涡流法的带宽不满足高频采样的要求，光纤法无法在高温高压油污的恶劣工况下稳定工作，且其价格昂贵；现有的微波法能够在恶劣工况下工作并且叶尖间隙测量和叶尖定时的可行性已经分别被验证，但是依旧缺少使用单个微波传感器同时测量叶尖间隙和叶尖定时的技术。
5、在公开号为cn107101600a的中国专利文献中，公开
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于微波的叶尖间隙和叶尖定时同时测量方法及系统。
2、根据本专利技术提供的一种基于微波的叶尖间隙和叶尖定时同时测量方法，包括：
3、步骤s1：采集正交基带信号，提取幅值分量和相位分量；
4、步骤s2：校准并传输基带信号；
5、步骤s3：接收基带信号，根据幅值分量和相位分量，提取叶尖定时值和叶尖间隙值。
6、优选的，所述步骤s1中，根据i/q采集正交基带信号，且：
7、
8、
9、
10、
11、式中，i(t)，q(t)为基带信号，a(t)为幅值分量，d分别为相位分量和叶片到微波传感器的距离，λ为载波波长，σ(t)为不同时刻的雷达截面积，d0，a0，σ0分别为叶片正对微波传感器时刻的距离、幅值和雷达截面积；unwrap[·]表示解卷绕运算，arctan[c]表示反正切运算。
12、优选的，所述步骤s3包括以下子步骤：
13、步骤s3.1：根据幅值分量获取叶尖到达时刻，估算叶片的振动位移及转速；
14、步骤s3.2：基于相位分量，提取叶片正对微波传感器时刻的叶尖间隙值。
15、优选的，所述步骤s3.1包括以下子步骤：
16、步骤s3.1.1：对幅值分量进行峰值搜索，提取峰值时刻；
17、步骤s3.1.2：截取峰值时刻附近的幅值分量和相位分量；
18、步骤s3.1.3：对截取的幅值分量进行平滑滤波和峰型拟合，提取叶尖的实际到达时刻ta，并记录叶片的累积角度φ(n,b)：
19、
20、式中，φ(n,b)为第b个叶片在第n圈的累积角度；φ(n,1)为第一个叶片的参考累积角度，且为0；
21、步骤s3.1.4：拟合叶片累积角度φ(n,b)和叶尖实际到达时刻ta之间的直线关系；
22、
23、式中，fr为叶片的旋转频率，t0为参考的起始时刻；
24、通过直线拟合方法生成叶片的理论到达时刻tiv：
25、
26、式中，为第b个叶片在第n圈的理论到达时刻，kfit是拟合的直线斜率，bfit是拟合的直线的截距；
27、步骤s3.1.5：根据直线拟合的结果和生成的叶片理论到达时刻，估计叶片的转速和振动位移；
28、
29、
30、式中，x(n,b)为第b个叶片在第n圈的振动位移，vb为叶尖的线速度，ti(n,b)为叶片理论到达时刻的真实值，为叶片理论到达时刻的参考值，rb为叶尖对应的旋转半径。
31、优选的，所述步骤s3.2包括以下子步骤：
32、步骤s3.2.1：对截取的相位分量进行平滑滤波和峰型拟合，提取峰值；
33、步骤s3.2.2：根据相位分量及其峰值，计算该区间的叶尖间隙值，并提取叶片正对微波传感器时刻的叶尖间隙值；
34、
35、式中，d(t)，分别为整个区间的叶尖间隙值和叶片正对微波传感器时刻的叶尖间隙值；分别为整个区间的相位分量和叶片正对微波传感器时刻的相位。
36、优选的，所述基带信号经校准正交不平衡、直流偏移和固定误差后进行传输。
37、根据本专利技术提供的一种基于微波的叶尖间隙和叶尖定时同时测量系统，包括：
38、基带信号采集模块：采集正交基带信号，提取幅值分量和相位分量；
39、基带信号校准模块：校准并传输基带信号；
40、叶尖间隙和叶尖定时的参数提取模块：接收基带信号，根据幅值分量和相位分量，提取叶尖定时值和叶尖间隙值。
41、优选的，所述基带信号采集模块中，根据i/q采集正交基带信号，且：
42、
43、
44、
45、
46、式中，i(t)，q(t)为基带信号，a(t)为幅值分量，d分别为相位分量和叶片到微波传感器的距离，λ为载波波长，σ(t)为不同时刻的雷达截面积，d0，a0，σ0分别为叶片正对微波传感器时刻的距离、幅值和雷达截面积；unwrap[c]表示解卷绕运算，arctan[·]表示反正切运算。
47、优选的，所述叶尖间隙和叶尖定时的参数提取模块包括以下子模块：
48、叶尖定时参数提取模块：根据幅值分量获取叶尖到达时刻，估算叶片的振动位移及转速；
49、叶尖间隙参数提取模块：基于相位分量，提取叶片正对微波传感器时刻的叶尖间隙值。
50、优选的，所述叶尖定时参数提取模块包括以下子模块：
51、叶尖定时参数提取子模块m1：对幅值分量进行峰值搜索，提取本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于微波的叶尖间隙和叶尖定时同时测量方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于微波的叶尖间隙和叶尖定时同时测量方法，其特征在于，所述步骤S1中，根据I/Q采集正交基带信号，且：
3.根据权利要求1所述的一种基于微波的叶尖间隙和叶尖定时同时测量方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下子步骤：
4.根据权利要求3所述的一种基于微波的叶尖间隙和叶尖定时同时测量方法，其特征在于，所述步骤S3.1包括以下子步骤：
5.根据权利要求3所述的一种基于微波的叶尖间隙和叶尖定时同时测量方法，其特征在于，所述步骤S3.2包括以下子步骤：
6.根据权利要求1所述的一种基于微波的叶尖间隙和叶尖定时同时测量方法，其特征在于，所述基带信号经校准正交不平衡、直流偏移和固定误差后进行传输。
7.一种基于微波的叶尖间隙和叶尖定时同时测量系统，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的一种基于微波的叶尖间隙和叶尖定时同时测量系统，其特征在于，所述基带信号采集模块中，根据I/Q采集正交基带信号，且：
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