具有截止波導(dǎo)輻射口的腔體諧振式微波近距測量傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種微波技術(shù)，尤其是一種微波近距測量傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 航空發(fā)動機的葉尖間隙是指航空發(fā)動機的各級轉(zhuǎn)子葉片葉尖與發(fā)動機機匣之間 的距離，它對航空發(fā)動機的性能有很大影響。間隙過大，會引起倒流和潛流，影響壓氣機和 渦輪效率，甚至造成喘振；間隙過小，有可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片葉尖與機匣碰撞，危及發(fā)動機的 安全。所以，精確地測量葉尖間隙至關(guān)重要。
[0003]目前，針對葉片尖端間隙的實時測量系統(tǒng)，多種傳感器技術(shù)已被應(yīng)用，主要有電容 法、放電探針法、激光光學(xué)法、光纖法、微波法、紅外法、電渦流法、超聲波法。
[0004] 微波測量方法具有對環(huán)境敏感度低，頻帶寬，穩(wěn)定度高，耐高溫高壓的特點。由于 渦輪發(fā)動機機匣的封閉性，隔絕了外面微波信號的影響，使得微波傳感器比其他方法更容 易適應(yīng)這種惡劣的環(huán)境，另外微波傳感器具有內(nèi)在自校功能，不管溫度和由旋轉(zhuǎn)葉片引起 的磨損情況如何變化，它都能準確工作，并且不受電纜振動及長度變化的影響，因微波傳感 器自身特點，受燃油及其它發(fā)動機污染的影響很小，在有效運行時，設(shè)計溫度可超過1093F。 微波測量方法是一種高效率、高靈敏度的測量方法，且微波測量方法的成本低，結(jié)構(gòu)簡單， 使用壽命長，因此對于渦輪發(fā)動機的葉尖間隙測量有很大的經(jīng)濟效益。但現(xiàn)有的微波近距 測量傳感器大多是基于相位測量法設(shè)計的，其原理是將傳感器輸入輸出信號的相位差轉(zhuǎn)換 為待測距離信息，此類傳感器在實際測量中會出現(xiàn)相位模糊的問題，測量精度低，且只能在 180度的相位范圍內(nèi)應(yīng)用，不能滿足高精度、大范圍測量需求，因此，如何優(yōu)化傳統(tǒng)微波近距 測量傳感器。使其測量精度、范圍得到提高，滿足高精度、大范圍測量需求，成為了我們的研 究方向。傳統(tǒng)微波近距測量的傳感器，都是將待測距離信息轉(zhuǎn)換成傳感器輸入輸出信號之 間的相位差，通過測得相位差與待測距離之間的對應(yīng)關(guān)系，實現(xiàn)對待測距離的測量，但對于 微波范圍來說，相位的測量相對困難，且測量誤差較大，測量范圍小，因此這種傳統(tǒng)的傳感 器在實際測量中存在較大問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明設(shè)計一種新型的微波近距測量傳感器，優(yōu)化改 善傳統(tǒng)微波近距測量傳感器的不足，將待測距離信息轉(zhuǎn)換成傳感器諧振特性，測量精度得 到大幅度提高，并且具有截止波導(dǎo)輻射口特性，該特性可實現(xiàn)對測量范圍的調(diào)節(jié)，增大測量 范圍，達到高速、高精度、大范圍的實際測量需求。
[0006] 本發(fā)明所設(shè)計微波近距測量傳感器可安裝在發(fā)動機機匣上，利用諧振腔作為傳感 器，當(dāng)待測距離發(fā)生變化時，諧振腔表現(xiàn)出不同的諧振特性，另外該傳感器具有截止波導(dǎo)輻 射口特性，通過調(diào)節(jié)截止波導(dǎo)參數(shù)，可實現(xiàn)對測量范圍的調(diào)節(jié)。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0008] 本發(fā)明所述的微波近距測量傳感器主要由兩部分構(gòu)成：諧振腔部分與截止波導(dǎo)輻 射口部分；
[0009] 所述諧振腔一端需開口設(shè)計，在開口端連接截止波導(dǎo)輻射口部分，諧振腔采用兩 端短路或一端開路一端短路的形式，采用兩端短路形式時，需在其中一個短路端口開口并 連接到截止波導(dǎo)輻射口部分；采用一端開路一端短路形式時，開路端口采用開口設(shè)計并與 截止波導(dǎo)輻射口部分連接實現(xiàn)開路。
[0010] 所述截止波導(dǎo)輻射口部分，當(dāng)諧振腔內(nèi)能量傳播到截止波導(dǎo)輻射口部分時，能量 一分為二，一部分能量在截止波導(dǎo)內(nèi)無法傳播而反射，另一部分能量通過截止波導(dǎo)并從截 止波導(dǎo)開口向外輻射，到達待測物體后經(jīng)過反射，再次進入諧振腔。
[0011] 本發(fā)明的有益效果在于所設(shè)計傳感器利用諧振腔原理，當(dāng)葉尖間距不同時，傳感 器表現(xiàn)出不同的諧振特性，因此檢測傳感器的諧振特性即可轉(zhuǎn)換得出相對應(yīng)的葉尖間距。 本發(fā)明所設(shè)計傳感器與傳統(tǒng)的微波近距測量傳感器相比，將待測距離信息轉(zhuǎn)換為諧振特性 信息，使測量更為容易，測量精度得到顯著提高，且諧振特性不易受環(huán)境因素影響，滿足在 惡劣環(huán)境中測量需求，另外，傳感器具有截止波導(dǎo)輻射口，通過對截止波導(dǎo)參數(shù)的調(diào)節(jié)，可 實現(xiàn)對測量范圍的控制，同時，該傳感器也滿足高速測量條件，可滿足高速、高精度、大范 圍、多環(huán)境測量需求。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明的傳感器等效電路，其中，R為諧振腔等效電阻，C為諧振腔等效電 容，L為諧振腔等效電感，Cx為葉片與截止波導(dǎo)之間的等效電容，Lx為截止波導(dǎo)所對應(yīng)的等 效電感。
[0013] 圖2是本發(fā)明的同軸諧振腔模型，其中，a為同軸振腔內(nèi)導(dǎo)體半徑，b為同軸諧振腔 外導(dǎo)體半徑，也即是截止波導(dǎo)半徑，li為同軸諧振腔長度，12為截止波導(dǎo)長度。
[0014] 圖3是本發(fā)明的諧振頻率與葉尖間距關(guān)系曲線。
[0015] 圖4是本發(fā)明的諧振腔傳感器饋電示意圖。
【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0017] 本發(fā)明所設(shè)計傳感器原理適用于各種類型諧振腔，下面以同軸諧振腔傳感器設(shè)計 為例，對本發(fā)明所涉及技術(shù)進行說明。
[0018] 本發(fā)明所述的微波近距測量傳感器主要由兩部分構(gòu)成：諧振腔部分與截止波導(dǎo)輻 射口部分。
[0019] 所述諧振腔一端需開口設(shè)計，在開口端連接截止波導(dǎo)輻射口部分，諧振腔采用兩 端短路或一端開路一端短路的形式，采用兩端短路形式時，需在其中一個短路端口開口并 連接到截止波導(dǎo)輻射口部分；采用一端開路一端短路形式時，開路端口采用開口設(shè)計并與 截止波導(dǎo)輻射口部分連接實現(xiàn)開路。
[0020] 諧振腔等效為一個由電感和電容所組成的諧振回