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间隙测量应用系统研究

作　者: 马坚刚
导　师: 张天宏
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 航空宇航推进理论与工程
关键词: 间隙测量电涡流传感器电容传感器 AD7746 抗干扰小波分析
分类号: TG806
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

微小间隙的测量是解决诸如航空发动机转子叶片与壳体之间的位置以及气浮、磁浮轴承的定位等问题的关键技术环节之一,这些间隙关系到发动机的可靠运行和工作性能。根据对间隙测量常用方法的分析和航空发动机部件间隙的特点,本文针对电涡流法和电容法两种测量方法分别进行了应用研究。其一,设计了电涡流法间隙测量应用系统,用于气浮轴承偏心度测量,达到微米级测量精度,满足了测量要求;其二,在分析和比较几种常用的电容式位移传感器测量电路的基础上,重点设计出了一种基于最新可编程电容-数字转换器AD7746的电容法间隙测量应用系统。电容传感器的传输导线采用等电位驱动技术,以解决寄生电容对测量结果的影响,提高抗干扰能力。通过对AD7746内部可编程寄存器的补偿设置,实现宽范围、高精度测量。电容法间隙测量应用系统在自行设计的实验台架上进行多次实验,表明系统具有较好的线性度和重合性,具有较高的测量精度,达到预期设计指标。该系统将进一步应用于发动机叶尖间隙的工程实测。在测量信号数字处理方面,本文开展了小波分析技术研究。通过对电涡流法间隙测量系统中获得的间隙信号的小波分析,实现了有效去噪和奇异点检测,从而提高了测量精度并具有一定的对测试系统故障检测的能力。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章绪论  12-17
  1.1 研究背景  12
  1.2 国内外研究的技术现状  12-13
  1.3 间隙测量一般方法综述  13-15
  1.4 本文研究内容  15-17
第二章电涡流法间隙测量应用系统设计  17-31
  2.1 电涡流法间隙测量方案  17-18
  2.2 电涡流传感器和数据采集卡  18-22
    2.2.1 电涡流传感器  18-20
      2.2.1.1 电涡流传感器的原理  18-20
      2.2.1.2 电涡流传感器的选择  20
    2.2.2 数据采集卡PCL-818L  20-22
      2.2.2.1 PCL-818L 性能  20-21
      2.2.2.2 PCL-818L 的结构和使用  21
      2.2.2.3 信号的连接  21-22
  2.3 电涡流法间隙测量应用系统的设计  22-28
    2.3.1 硬件电路设计  22-23
    2.3.2 应用软件设计  23-28
  2.4 应用系统用于测量气浮轴承的偏心度  28-30
    2.4.1 电涡流传感器探头的安装  28-29
    2.4.2 应用结果与分析  29-30
  2.5 小结  30-31
第三章电容式传感器及其测量方法  31-55
  3.1 电容式传感器的原理和特性  31-37
    3.1.1 电容式传感器的原理  31-34
    3.1.2 电容式传感器的等效电路  34-35
    3.1.3 电容式传感器的特点  35-37
  3.2 几种常用电容式位移传感器测量电路的分析  37-45
    3.2.1 运算放大器式电路  37-38
    3.2.2 调频法测量电路  38-43
      3.2.2.1 调频法测量电路的原理  38-40
      3.2.2.2 调频法电路的一些相关知识  40-43
      3.2.2.3 调频法测量电路的特点  43
    3.2.3 基于充放电的测量电路  43-45
  3.3 基于多谐振荡原理实现调频的电容测量电路  45-50
    3.3.1 利用多谐振荡器设计电容测量电路  45-47
    3.3.2 比较法测量电容原理  47
    3.3.3 传感器平台SSP1492  47-50
  3.4 基于电容-数字量转换器AD7746 的电容测量电路  50-53
    3.4.1 AD7746 的主要性能和特点  50-51
    3.4.2 AD7746 的结构和原理  51-53
    3.4.3 基于AD7746 的电容测量电路  53
  3.5 小结  53-55
第四章基于AD7746 的电容法间隙测量应用系统  55-79
  4.1 硬件电路设计  55-58
    4.1.1 PIC18F252 模块  55-57
    4.1.2 AD7746 及放大器驱动模块  57-58
  4.2 应用软件设计  58-65
    4.2.1 PIC18F252 的I~2C 读写操作  58-61
    4.2.2 AD7746 的读写操作和寄存器介绍  61-62
    4.2.3 PIC 与AD7746 通过I~2C 总线通信的具体实现  62-65
  4.3 应用系统抗干扰性的解决方案  65-70
    4.3.1 PCB 板设计的抗干扰考虑  65-66
    4.3.2 引线电缆的屏蔽  66-68
    4.3.3 电缆连接端和传感器探头的处理  68-69
    4.3.4 系统用于测量发动机叶尖间隙方案  69-70
  4.4 实验及结果分析  70-78
    4.4.1 实验平台装置设计  70-71
    4.4.2 实验数据处理及分析  71-78
  4.5 小结  78-79
第五章测量信号的小波分析技术研究  79-88
  5.1 小波分析概述  79-83
    5.1.1 小波分析的发展  79-81
    5.1.2 小波原理与构造  81-83
  5.2 小波分析在间隙测量系统中应用  83-87
    5.2.1 去噪处理  84-86
    5.2.2 奇异点分析  86-87
  5.3 小结  87-88
第六章总结和展望  88-90
  6.1 总结  88-89
  6.2 展望  89-90
致谢  90-91
参考文献  91-94
在学期间的研究成果  94

间隙测量应用系统研究

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