【摘 要】
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转子叶片状态参数的获取是旋转机械故障诊断与预测性维护的重要前提,也是航空发动机、汽轮机设计的关键步骤。传统的滑环测量法存在使用寿命短、工作转速低、测量通道数少以及测量噪声大等缺点,难以满足当今的测量需求。遥测法采用了无线供电技术与无线数据传输技术,能够实现高转速条件下长寿命、多通道、低噪声的叶片状态参数测量,是目前的研究热点。遥测系统发射机布置在高速旋转的转子上,高转速、强干扰的工作环境给遥测系统
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转子叶片状态参数的获取是旋转机械故障诊断与预测性维护的重要前提,也是航空发动机、汽轮机设计的关键步骤。传统的滑环测量法存在使用寿命短、工作转速低、测量通道数少以及测量噪声大等缺点,难以满足当今的测量需求。遥测法采用了无线供电技术与无线数据传输技术,能够实现高转速条件下长寿命、多通道、低噪声的叶片状态参数测量,是目前的研究热点。遥测系统发射机布置在高速旋转的转子上,高转速、强干扰的工作环境给遥测系统的稳定电能供应、高精度信号测量及高速率数据传输带来了极大挑战。本文设计了基于电池辅助电磁感应供电与可见光通信的转子叶片状态参数遥测系统,针对旋转供电、信号调理采集以及数据传输等关键技术进行了深入研究,主要工作如下:1.针对低转速时电磁感应发电不能满足系统耗电需求的问题,分析转子转速与磁感应强度对线圈输出电压的影响规律,设计了一种基于电池辅助的电磁感应供电方法,实现了低转速时遥测系统的稳定供能;针对供电模块安装导致转子动平衡失衡的问题,建立了线圈受力模型,确定了“侧表面对称”的布局原则,减小了线圈所受安培力引起的转子径向抖动,实现了高速旋转条件下转子的动平衡。2.针对单应变片电桥测量电路测量线性度不高的问题,设计了一种基于电流源驱动的双应变片电桥电路,实现了低功耗、高线性度的状态参数信号测量;针对强干扰、高转速复杂工作环境,设计了基于伪差分信号传输的信号调理与采集电路,减小了磁场与射频对信号的干扰,实现了状态参数的准确测量。3.针对转子遥测传输方案中激光方式可靠性较差、红外方式通信速率较低的问题,使用可见光通信技术进行转子遥测数据传输,提出了基于直流偏置光正交频分复用调制与RGB波分复用的遥测数据传输方案,提升了每路光通信的频谱利用率,实现了多通道遥测数据的并行高速传输;针对高速旋转条件下不对正、大气湍流等干扰因素对接收光功率的影响,构建了通信光链路模型,提出了一种基于导频的解调阈值实时补偿方法,有效降低了旋转条件下可见光通信模块的误码率,实现了单路18Mbps的稳定数据传输。4.研制了遥测系统样机,搭建了旋转试验台,开展了验证性试验,在0~3000rpm转速范围内实现了遥测系统的稳定供能,达到了优于6.2×10-6的通信误码率,实现了信噪比优于60.9d B的应变信号高性能采集,实现了转子叶片状态参数的准确测量。
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