用于大型熱機氣路部件在線監(jiān)測的靜電監(jiān)測技術研究.pdf

1、氣路部件是燃氣輪機、航空發(fā)動機等大型熱機的主要故障源，往往引起極其惡劣的重大事故，嚴重威脅裝備運行安全和人員安全，因此對氣路部件實現(xiàn)在線監(jiān)測已成為熱機研發(fā)和使用中的迫切需求。近年來，一種基于監(jiān)測氣路帶電顆粒的靜電監(jiān)測技術正引起越來越廣泛的關注，它有效克服了傳統(tǒng)監(jiān)測技術實時性差和難以提供早期預警的缺陷，為滿足大型熱機的高可靠性要求開辟了重要途徑。靜電傳感器是進行靜電監(jiān)測的核心器件，其中探針式靜電傳感器具有體積小、安裝方便、布局靈活等優(yōu)勢，

2、更適用于大型熱機的復雜結構。因此，本文選擇探針式靜電傳感器為研究對象，以實現(xiàn)靜電監(jiān)測為目標，采用理論分析、有限元仿真、實驗驗證相結合的方法開展研究，主要研究內容包括：
　?。?）推導了探針式靜電傳感器的理論測量模型，在此基礎上對探針式靜電傳感器的信號產生原理和空間靜態(tài)靈敏度、空間動態(tài)靈敏度、空間濾波效應以及頻率響應特性進行了深入的理論剖析，為研究的展開奠定了必備的理論基礎。
　?。?）建立了探針式靜電傳感器和氣路管道的高保真

3、三維有限元模型，以仿真獲得探針表面感應電荷量為基礎，首先對探針式靜電傳感器的空間靜態(tài)靈敏度和空間動態(tài)靈敏度進行了詳細研究，一是得到了用高斯函數(shù)和洛倫茲函數(shù)的聯(lián)合函數(shù)描述的空間靜態(tài)靈敏度的擬合公式，二是得到了空間動態(tài)靈敏度的整體分布和研究了傳感器結構變化對空間動態(tài)靈敏度的影響。然后從擬合公式推導出空間濾波效應和頻率特性的計算式，實現(xiàn)了數(shù)值仿真，并分析了相關的影響因素。
　?。?）設計和制造了內置放大電路的探針式靜電傳感器，并搭建了實

4、驗系統(tǒng)，進行了驗證實驗。實驗結果表明，將探針式靜電傳感器用于靜電監(jiān)測具有可行性，靜電監(jiān)測信號中使用的小波降噪、波形恢復、特征提取等方法具有可操作性，理論和仿真研究中關于探針式靜電傳感器傳感特性的結論具有正確性。
　?。?）為克服單個探針式靜電傳感器空間動態(tài)靈敏度分布極不均勻的缺陷，仿真實現(xiàn)了Tikhonov正則化算法和Landweber迭代正則化算法在處理平面陣列監(jiān)測信號上的應用。結果表明正則化方法的引入能極大提高探針式靜電傳感器