Цифровой бесконтактный многоканальный телеметрический комплекс

Изобретение относится к обеспечению испытаний газотурбинных двигателей, в частности отладки лопаточного аппарата компрессоров и турбин, а также может быть использовано в практике измерений деформаций, температур, вибраций на любых вращающихся и подвижных частях агрегатов. Цифровой бесконтактный многоканальный телеметрический комплекс состоит из измерительного блока, статорного блока, блока приема и регистрации, питания и средств визуализации. Причём измерительный блок выполнен в виде компактных модулей на основе 8-слойных гибких плат, залитых высокопрочными компаундами, работающих в диапазоне температур от минус 50 до +125 градусов и выдерживающих центростремительное ускорение до 40000 g и вибрации до 150 g, причем каждый измерительный модуль имеет дублированные высокочастотные каналы передачи данных, а антенная система позволяет одновременное подключение 16 передающих устройств с суммарной пропускной способностью на комплекс не менее 200 МБит/сек, с динамическим диапазоном каналов тензометрирования до 60 кГц и с неравномерностью амплитудно-частотной характеристики не более 0,5 дБ, дополнительно снабжен встроенной системой самодиагностики состояния датчиков и кабельных линий, а также возможностью переключения на резервные группы датчиков, при этом роторный и статорный блоки оборудованы специальными экранированными антенными системами для использования маломощных высокочастотных передатчиков и систем индукционного питания при обеспечении электромагнитной совместимости комплекса. Устройство значительно расширило возможности регистрации параметров на труднодоступных вращающихся и подвижных узлах в сложных условиях эксплуатации. Заявляемое устройство может быть базовым при оснащении испытательных стендов газотурбинных двигателей, газотурбинных установок, бортовых систем измерений. 1 ил.

 

Изобретение относится к обеспечению испытаний газотурбинных двигателей, в частности, отладки лопаточного аппарата компрессоров и турбин, а также может быть использовано в практике измерений деформаций, температур, вибраций на любых вращающихся и подвижных частях агрегатов.

Известен телеметрический передатчик для испытательных технологий на вращающихся узлах изделий, обеспечивающий бесконтактную передачу данных и индукционное питание со встроенной диагностикой ротора (Системы телеметрии Эл-Скада).

Известна также контрольно-измерительная система КИС 1.1, предназначенная для измерения сигналов с тензорезисторных датчиков, установленных на вращающихся лопатках в роторной части авиационного турбореактивного двигателя, их преобразования и передачи на автоматизированное место оператора (Госреестр средств измерений №32248-06) и включающая:

- Роторную часть: тензорезисторы, блок УСП 1.1 (инструментальный усилитель, фильтр низкой частоты, многоканальные аналого-цифровые преобразователи, устройства управления), инфракрасный передатчик;

- Статорную часть: блок ПУ 1.1 (прием данных, формирование кадров, интерфейс RS-485, индукционная накачка питания), измерительные модули;

- Автоматизированное рабочее место.

Данное техническое решение является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению (прототипом). Однако данная система имеет ограниченное число каналов регистрации, недостаточный набор подключаемых датчиков, узкую полосу измеряемых сигналов и не может обеспечить всю совокупность измерений при проведении испытаний.

Технический результат изобретения направлен на повышение точности измерения параметров вращающихся узлов изделий, увеличение информативности испытаний, снижение влияния помех и сокращение затрат за счет уменьшения количества проводимых испытаний.

Цифровой бесконтактный многоканальный телеметрический комплекс состоит из измерительного блока, статорного блока, блока приема и регистрации, питания и средств визуализации. Причём, измерительный блок выполнен в виде компактных модулей, на основе 8-ми слойных гибких плат, залитых высокопрочными компаундами, работающих в диапазоне температур от минус 50 до +125 градусов и выдерживающих центростремительное ускорение до 40000 g и вибрации до 150 g. В свою очередь, каждый измерительный модуль имеет дублированные высокочастотные каналы передачи данных, а антенная система позволяет одновременное подключение 16 передающих устройств с суммарной пропускной способностью на комплекс не менее 200 МБит/сек., с динамическим диапазоном каналов тензометрирования до 60 кГц и с неравномерностью амплитудно-частотной характеристики не более 0,5 дБ. Дополнительно измерительный блок снабжен встроенной системой самодиагностики состояния датчиков и кабельных линий, а также возможностью переключения на резервные группы датчиков, при этом измерительный и статорный блоки оборудованы специальными экранированными антенными системами для использования маломощных высокочастотных передатчиков и систем индукционного питания при обеспечении электромагнитной совместимости комплекса.

Технический результат достигается использованием компактных (малогабаритных) измерительных модулей для работы в ограниченном пространстве испытываемого изделия, что упрощает их размещение внутри объема работающего двигателя, исключает дисбаланс на высоких оборотах и позволяет использовать большее число измерительных преобразователей, а также применением дополнительных измерительных трактов, обеспечивающих возможность подключения других видов датчиков (температуры, давления), что значительно расширяет функциональные и диагностические возможности комплекса. Конструкция телеметрического комплекса имеет модульную структуру, позволяющую комбинировать количеством и типами подключаемых преобразователей. Измерительные тензометрические тракты оснащены 24-битными аналого-цифровыми преобразователями, возможностью переключения диапазонов измерений и высокой полосой пропускания (до 60 кГц с неравномерностью амплитудно-частотной характеристики не более 0,5 дБ), что позволяет увеличить точность получаемых данных и зарегистрировать значительно более быстрые процессы. Высокоскоростные каналы передачи данных (не менее 200 МБит/сек) позволяют передать полный объем информации, полученный в ходе испытаний.

Новизна изобретения заключается в расширении функциональных возможностей комплекса посредством: увеличения числа измерительных каналов без увеличения занимаемого объема, более высокой полосы пропускания каналов, подключения дополнительных типов датчиков и резервных групп датчиков, изменения режимов работы измерительных модулей по ходу испытаний, дублирования каналов связи. Впервые предложено использование компактных полнофункциональных измерительных модулей со встроенной диагностикой и высокоскоростным резервированным каналом передачи данных и стабилизаторов питания, расположенных непосредственно на вращающихся узлах и предназначенных для работы в экстремальных условиях эксплуатации (внутри авиационного двигателя в режиме полета, роторная часть вращается с высокой скоростью, при которой центростремительное ускорение, действующее на устройства может достигать 40 000g, вибрации 150 g, а температура в месте расположения устройств меняется в диапазоне от -50 до +125 градусов).

Цифровой бесконтактный многоканальный телеметрический комплекс представлен на рис. 1, где обозначено: 1 - роторный блок, содержащий ротор антенной системы, в котором конструктивно закреплены высоко-частотные антенны передачи данных и приемные антенны индукционного питания. С ротором антенной системы жестко закреплен держатель модулей. В держателе модулей размещены контактные колодки антенн и до 8 измерительных модулей и стабилизаторов питания. Соединение модулей, стабилизаторов и антенн выполняется объединительной платой, также содержащей разъем для подключения датчиков. Все части блока жестко закрепляются на валу испытываемого изделия; 2 - статорный блок с антенной системой, содержащий держатель, в котором конструктивно закреплены принимающая высокочастотная антенна и передающая антенна для индукционной накачки питания. Статор антенной системы закрепляется на неподвижной части корпуса испытываемого изделия; 3 - блок приема, питания и средств визуализации, в который входят: шасси для установки модулей управления и демодуляции, усилители мощности сигналов, согласователь, рабочее место оператора.

Комплекс работает следующим образом. Измерительные модули получают данные с датчиков, обрабатывают их, фильтруют и передают в цифровом виде по высокочастотному каналу на передающие антенны ротора, при этом канал передачи данных каждого измерительного модуля имеет резервирование. Данные от каждого измерительного модуля принимаются отдельным модулем-приемником, также имеющим резервирование канала связи. Программное обеспечение управляет работой измерительных модулей, обеспечивает непрерывную запись данных с возможностью обработки информации в темпе проведения испытаний. Специальный протокол обеспечивает избыточность для восстановления данных при работе в условиях помех и гарантирует их достоверность.

Для достижения необходимой компактности и прочности применены специальные технологии монтажа на 8-ми слойных гибких платах и заливки высокопрочными компаундами, что упрощает размещение измерительной системы внутри работающего изделия, а минимальное расстояние от датчиков до измерительной системы снижает влияние помех и наводок, что позволяет получить более точные данные. Каждый измерительный модуль имеет дублированные высокочастотные каналы передачи данных, что в совокупности с антенной системой позволяет подключить одновременно до 16 передающих устройств с суммарной пропускной способностью на комплекс не менее 200 МБит/сек., что позволяет значительно увеличить поток передаваемых данных и использовать более 150 различных измерительных каналов с широким динамическим диапазоном каналов тензометрирования (до 60 кГц, с неравномерностью амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) не более 0,5 дБ). Это позволяет получить все необходимые данные при минимальном количестве испытаний (уменьшается число сборок/разборок изделия для перемонтажа датчиков), а также зарегистрировать высоко динамические процессы во всем необходимом диапазоне частот.

Измерительный блок снабжен встроенной системой самодиагностики и диагностики состояния датчиков и кабельных линий, а также возможностью переключения на резервные группы датчиков при обнаружении повреждений, что позволяет значительно снизить затраты на повторные испытания, вызванные обрывами и замыканиями датчиков, неизбежно возникающими в процессе испытаний в экстремальных условиях.

Устройство значительно расширило возможности регистрации параметров на труднодоступных вращающихся и подвижных узлах в сложных условиях эксплуатации. Заявляемое устройство может быть базовым при оснащении испытательных стендов газотурбинных двигателей, газотурбинных установок, бортовых систем измерений.

Цифровой бесконтактный многоканальный телеметрический комплекс, состоящий из измерительного блока, статорного блока, блока приема и регистрации, питания и средств визуализации, отличающийся тем, что измерительный блок выполнен в виде компактных модулей на основе 8-слойных гибких плат, залитых высокопрочными компаундами, работающих в диапазоне температур от минус 50 до +125 градусов и выдерживающих центростремительное ускорение до 40000 g и вибрации до 150 g, причем каждый измерительный модуль имеет дублированные высокочастотные каналы передачи данных, а антенная система позволяет одновременное подключение 16 передающих устройств с суммарной пропускной способностью на комплекс не менее 200 МБит/сек, с динамическим диапазоном каналов тензометрирования до 60 кГц и с неравномерностью амплитудно-частотной характеристики не более 0,5 дБ, дополнительно снабжен встроенной системой самодиагностики состояния датчиков и кабельных линий, а также возможностью переключения на резервные группы датчиков, при этом измерительный и статорный блоки оборудованы специальными экранированными антенными системами для использования маломощных высокочастотных передатчиков и систем индукционного питания при обеспечении электромагнитной совместимости комплекса.