一种温度与力学参数实时原位同测的装置及方法

本发明涉及温度与力学参数检测，特别是涉及一种温度与力学参数实时原位同测的装置及方法。

背景技术：

1、在航空领域研究过程中航空飞机的飞行安全是至关重要的一环，而航空发动机是影响飞机飞行状态的重要问题之一。航空发动机经常在高温、高速、高旋等复杂恶劣条件下工作，高速摩擦气动热效应致使其发动机表面振动加剧，涡轮叶片出现裂痕甚至折断，从而破坏设备的正常运行状况，温度急剧升高，会降低发动机的工作效率及测量精度，甚至缩短设备的使用寿命。而且在长时间的飞行过程中，翼、舵或者金属外壳等部件会发生剧烈振动。高温环境下的振动非常复杂，其中含有金属构件的部分会发生刚度降低，振动特性发生变化。因此需要振动传感器通过检测振动频率、振幅等技术参数，分析观察各项参数，以确定装置、元件等能否保持在正常工作状态。

2、现有技术中，目前对温度振动复合振动传感器的研究已经相对成熟，但大多适用于中低温测试场合，但是对于在600℃以上的温度环境中温度、振动复合参数测试的研究较少。

3、高温振动传感器，是利用耐高温压电材料的压电效应，将输入的振动信号转换为电信号输出。具有自发电、工作温度高、体积小、可靠性高等优点，是航空发动机振动测量传感器的首选。但在高温环境下，随着温度升高，振动传感器的灵敏度均出现随温度升高而变化的现象，从而影响振动测量精度，无法真实反应航空发动机高温振动特性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种温度与力学参数实时原位同测的装置及方法，能够实时精确监测发动机的运行状态，并且能够在高温、狭小、密闭等环境下实现静部件温、振多参数测试的同时，实现高温、高旋环境中动部件的健康监测，进而能够克服现有技术中存在的工作温度低、体积大、高温焊点互联难、复合环境多参数互扰等问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种温度与力学参数实时原位同测的装置，包括：带有温度补偿的电荷型振动传感模块、温度/振动共面集成的无线声表面波传感模块和处理模块；

4、所述带有温度补偿的电荷型振动传感模块和所述温度/振动共面集成的无线声表面波传感模块均与所述处理模块连接；

5、所述处理模块中植入有全量程温-振复合参数补偿解耦方法。

6、可选地，所述带有温度补偿的电荷型振动传感模块包括：带有温度补偿的电荷型振动传感器和多个热电偶；

7、所述热电偶设置在所述带有温度补偿的电荷型振动传感器上；所述带有温度补偿的电荷型振动传感器与所述处理模块连接；

8、所述带有温度补偿的电荷型振动传感器包括：支撑基座、多个第一质量块；

9、所述支撑基座包括支撑棱柱和底座；所述支撑棱柱与所述底座为一体化设置和多个压电基片；

10、多个所述第一质量块分别设置在所述支撑棱柱的棱面上；

11、所述热电偶设置在所述第一质量块上；

12、所述第一质量块上设置有凹槽；所述凹槽中设置有预紧环；所述预紧环将所述压电基片固定在所述第一质量块和所述支撑棱柱的棱面之间。

13、可选地，所述第一质量块为半圆柱形；所述支撑棱柱为三角剪切形；所述第一质量块的矩形面与所述支撑棱柱的棱面匹配设置。

14、可选地，所述带有温度补偿的电荷型振动传感器还包括：传感器外壳和传感器封装底盖；

15、所述底座固定设置在所述传感器封装底盖上；所述传感器封装底盖与所述传感器外壳匹配安装。

16、可选地，所述热电偶包括：pt/rh电极、pt电极和高温补偿导线；

17、所述pt/rh电极和pt电极均设置在所述第一质量块的表面上；所述pt/rh电极和pt电极均与所述高温补偿导线连接；所述高温补偿导线与所述处理模块连接；

18、所述第一质量块上设置有通孔和弯钩；

19、所述高温补偿导线穿过所述通孔后缠绕在所述弯钩上。

20、可选地，所述温度/振动共面集成的无线声表面波传感模块包括：温度/振动共面集成声表面波传感器和封装外壳；

21、温度/振动共面集成声表面波传感器包括：温度敏感单元、压力敏感单元、压电悬臂梁、悬臂梁固定基座和第二质量块；

22、所述压电悬臂梁的一端为固定端，所述固定端固定在所述悬臂梁固定基座上；所述压电悬臂梁的另一端为自由端，所述自由端上设置有所述第二质量块；所述温度敏感单元设置在所述固定端；所述压力敏感单元设置在所述固定端和所述自由端间应力最大的位置处；所述封装外壳上设置有倒f锯齿形天线。

23、可选地，所述全量程温-振复合参数补偿解耦方法的执行步骤包括：

24、基于传感模块的输出变化量和检测得到的振动量确定传感模块在温度t下的灵敏度；所述传感模块为带有温度补偿的电荷型振动传感模块或温度/振动共面集成的无线声表面波传感模块；

25、确定传感模块只受温度影响时的相对变化量以及传感模块受温度和振动双重影响时的变化输出量；

26、基于传感模块只受温度影响时的相对变化量、传感模块受温度和振动双重影响时的变化输出量、所述灵敏度和实时监测得到的振动量确定传感模块的输出量。

27、一种上述提供的带有温度补偿的电荷型振动传感模块。

28、一种上述提供的温度/振动共面集成的无线声表面波传感模块。

29、一种上述提供的全量程温-振复合参数补偿解耦方法。

30、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

31、本发明提供的温度与力学参数实时原位同测的装置及方法，通过采用植入有全量程温-振复合参数补偿解耦方法的处理模块对带有温度补偿的电荷型振动传感模块和温度/振动共面集成的无线声表面波传感模块进行控制，能够实现变温度环境下的振动信号检测，并且，通过设置带有温度补偿的电荷型振动传感器能够在高温、狭小、密闭等环境下实现静部件温、振多参数测试，同时温度/振动共面集成的无线声表面波传感模块实现高温、高旋环境中动部件的健康监测，进而能够克服现有技术中存在的工作温度低、体积大、高温焊点互联难、复合环境多参数互扰等问题。

技术特征：

1.一种温度与力学参数实时原位同测的装置，其特征在于，包括：带有温度补偿的电荷型振动传感模块、温度/振动共面集成的无线声表面波传感模块和处理模块；

2.根据权利要求1所述的温度与力学参数实时原位同测的装置，其特征在于，所述带有温度补偿的电荷型振动传感模块包括：带有温度补偿的电荷型振动传感器和多个热电偶；

3.根据权利要求2所述的温度与力学参数实时原位同测的装置，其特征在于，所述第一质量块为半圆柱形；所述支撑棱柱为三角剪切形；所述第一质量块的矩形面与所述支撑棱柱的棱面匹配设置。

4.根据权利要求2所述的温度与力学参数实时原位同测的装置，其特征在于，所述带有温度补偿的电荷型振动传感器还包括：传感器外壳和传感器封装底盖；

5.根据权利要求2所述的温度与力学参数实时原位同测的装置，其特征在于，所述热电偶包括：pt/rh电极、pt电极和高温补偿导线；

6.根据权利要求2所述的温度与力学参数实时原位同测的装置，其特征在于，所述温度/振动共面集成的无线声表面波传感模块包括：温度/振动共面集成声表面波传感器和封装外壳；

7.根据权利要求1所述的温度与力学参数实时原位同测的装置，其特征在于，所述全量程温-振复合参数补偿解耦方法的执行步骤包括：

8.一种如权利要求1-5任意一项所述的带有温度补偿的电荷型振动传感模块。

9.一种如权利要求6所述的温度/振动共面集成的无线声表面波传感模块。

10.一种如权利要求7所述的全量程温-振复合参数补偿解耦方法。

技术总结
本发明公开一种温度与力学参数实时原位同测的装置及方法，涉及温度与力学参数检测技术领域。本发明通过采用植入有全量程温‑振复合参数补偿解耦方法的处理模块对带有温度补偿的电荷型振动传感模块和温度/振动共面集成的无线声表面波传感模块进行控制，能够实现变温度环境下的振动信号检测，并且，通过设置带有温度补偿的电荷型振动传感模块能够在高温、狭小、密闭等环境下实现静部件温、振多参数测试，同时温度/振动共面集成的无线声表面波传感模块实现高温、高旋环境中动部件的健康监测，进而能够克服现有技术中存在的工作温度低、体积大、高温焊点互联难、复合环境多参数互扰等问题。

技术研发人员：梁晓瑞,谭秋林,李爽,胡丹
受保护的技术使用者：中北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12