基于快速稀疏扫频干涉的动态间隙测量技术

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航空发动机是航空器的心脏,其运行安全至关重要。篦齿间隙是指航空发动机转轴与静子顶端之间的空隙,是影响航空发动机安全平稳运行的关键参数之一,间隙过大或者过小都会直接影响飞机正常运行,需要对其进行检测。为此,本文围绕航空发动机篦齿间隙的测量需求,从扫频干涉测距原理出发,研究基于快速稀疏扫频干涉的动态间隙测量方法,开展的主要工作如下:(1)基于快速扫频干涉的动态间隙测量原理分析。建立动态扫频干涉模型,推导出间隙量与多普勒误差、扫频速度之间的关系式;对间隙运动端面为匀速和变速运动两种情况,分析了多普勒误差与扫频速度之间关系。结果表明:随着扫频速度增大,多普勒误差呈指数衰减;通过定义多普勒修正系数,可进一步降低多普勒误差至亚微米量级。(2)基于快速稀疏扫频干涉光谱的动态间隙解调原理分析。基于稀疏扫频光谱,分析了傅里叶变换频率解调法的适用条件。为提高解调精度,提出采用傅里叶变换和相关运算的复合算法进行动态间隙获取,再经过多普勒修正系数进行误差矫正的方法。分析了间隙以三角波、正弦变化情况下,扫频点数、噪声等对复合算法解调的影响。仿真分析了该方法在实际篦齿间隙测量中的适用性。(3)基于快速稀疏扫频干涉的动态间隙测量系统开发。主要包括系统的参数分析、器件选型、高速数据采集系统的硬件设计和上下位机的软件设计。其中,基于FPGA的下位机程序包含主控制模块、AD驱动模块、高速数据缓存模块以及数据通讯模块;基于Lab VIEW的上位机程序包含光源驱动模块、DAQ配置模块、数据处理模块和数据存储模块。(4)基于快速稀疏扫频干涉的动态间隙测量实验研究。搭建基于快速稀疏扫频干涉的动态间隙测量系统实验平台,开展了光源稀疏扫描的可行性实验,静态与动态间隙测量实验。结果表明,当间隙分别以1 k Hz的三角波形式和正弦形式变化时,60 k Hz扫频速度下的测量误差在0.3μm以内,证明了基于快速稀疏扫频干涉的动态间隙测量方法的可行性。
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