Optel-Texys光纤转速探头在涡轮增压器和涡轮机应用分析

Optel-Texys光纤转速探头在涡轮增压器和涡轮机应用分析

1. 介绍

OPTEL-TEXYS光纤转速探头在汽车行业中应用广泛，涵盖了发动机或电机及其附件在试验台架或整车道路测试的转速调整测试。

在所有反复应用的案例中，因Optel的光纤转速探头具有高精度，稳定等特点，非常适合用来测量涡轮增压器的相关转速特性参数;另一个为开发和测试涡轮机的专家所熟知的应用是“尖端定时 ”或叶片变形测量

那Optel在相关的测试案例中，到底能够给工程师带来哪些好处呢？

Optel光纤探头主要由两个元素组成：放大器 和 光学探头。

该传感器是一种光电元件，它发射近红外光，且接收由旋转系统返回的光信号（俗称漫反射），光学探头是一种纯光学元件，有发射和接收二个通道，实现发射光和回射光两束光的不同方向的传导。

2. 为什么要使用光纤探头？

--光纤探头可以在很多严苛的环境中，例如强磁场，高温，浓粉尘等恶劣环境

--使用定制的小探头（HM4,HM5）,可以完成在狭小空间内的测试

--可以在液体环境中使用，通过使用额外的光学器件来增加测试距离

a. 粗糙的环境

第一个答案是只将光学探头暴露在测量环境的约束下，无论OPTEL-TEXYS生产的探头如何，都

适用。所使用的光纤的性质使它不受电磁场的影响，从而避免了改变测量信号。它适用于磁场高的应用，如发电机和电动汽车行业。

客户案例：对于速度的测量，特别是涡轮增压器在动平衡期间的位置，客户检测到在磁化螺母上每转一个顶部。在这种情况下，光纤传感器取代了感应传感器， 因为后者受到周围磁场的干扰，不能确保完美的检 测。用探头代替传感器。

暴露的温度高于电子设备所能承受的温度。因此，它们将涵盖诸如汽车涡轮增压器测试和航空 涡轮机械等应用，即使在某些情况下发现最高温度超过1000 °C。

客户案例：本案例研究结合了两个要求，即在温度敏感的环境中使用一个EMC不敏感的传感器。客户的问题是，我们的探头在200 °C以上的温度下工作性能如何？我们提出了一种能够连续承受200 °C和偶尔承受600 ° 的探针。

由于传感器没有完全密封，以防止液体和灰尘，解决方案是将探头放置在这些干扰元素存在的情况下。将探头明智地放置在推动液体或通过液体的涡轮内，就可以检测到叶片。因此，可以更精确地测量涡轮机的速度，并优化流量测量，特别是对于用水量管理。

客户案例1：主要困难在于制作一个可以在叶片边缘探测的滑缝探头，我们通过末端的螺纹确保了探头安装的合适位置和方向。

客户案例2：设计一个用于安装在PT1000探头插槽中的探头。

b.可集成特性

探针结构基于小直径柔性光纤，形状简单：螺旋探针体，各种尖端长度和直径，外螺纹，在线 或90 ° 出口。对于涡轮增压器的应用，我们已经开发了探头与M4和M5线程的客户规格，便于集成到零件和距离调整。实际上，这些探头的长度和线程（标准或细螺距）提供了足够的自由度来管理叶片或分裂器的 末端接近。

根据环境和客户的要求，在某些情况下，探头不是安装在涡轮增压器本体中，而是安装在压缩机的出口或入口中。

对于一个专门从事涡轮增压的测试中心，我们已经使用一个传统探头和一个带有额外镜头的探头进行了几次距离测试。

客户的目标是避免由于涡轮增压器轴向位移问题导致的探头与叶片接触。其目的是为了避免损坏探头和涡轮增压器。

我们在使用电位计管理传感器设置的同时，也使用了叶片和探头之间的距离。由于我们的测试 是在低速下进行的，因此我们需要在叶片通道处获得脉冲，其宽度足以使占空比约为80/20 ( 下图）。这将允许操作人员以更高的速度工作，以获得一个接近50/50甚至20/80的占空比，以便为采集系统提供更容易处理的输入信号。

本着同样的精神，为汽车制造商进行了另一个用弯曲探头检测涡轮的特定点。倾斜测试允许客户提出所需的定义。10多年来，客户一直在使用定制的探针，螺线固定到平衡台上。

为了完成探针的主题，OPTEL-TEXYS的技术诀窍允许我们根据安装和检测点来塑造探针的尖端 和整体形状。

上面的例子显示了一个所谓的“缝 ”探针，能够检测边缘厚度约1毫米的全叶片或分流叶片。

90 ° 的弯曲探针，称为多TBYO 52，可以插入一个空间，探针的其余部分必须安装垂直于旋转元件。

3. 我的测量需要如此高的性能吗？

这将取决于您在检测的准确性、可靠性和处理性方面的目标。我们的传感器的主要品质是提供具有适合于测量而不是控制的计量特性的信号。

TTL信号只有它们非常陡峭的上升和下降的边缘一样好，最快的只有几十纳秒： 152G8和152M。

而几微秒的小相位确保了只有编码器才能提供的时间定位，但以检测数百个顶部为代价，这可能不太容易实现和安装。

此外，我们还决定分离近红外光的发射光和接收光。这避免了传感器处于失明的时刻，即当它 因为正在传输而看不到光信息到达的时刻。这永远不会发生在我们的解决方案，这是必要的， 在非常高的速度，以避免信号损失。

a. 涡轮增压器动平衡

我们的传感器用于涡轮增压器的动平衡并不奇怪，其中时间精度是决定涡轮的质量调整。此外，带宽是能够处理进入传感器的检测点数量的能力。

以具有6个全叶片和6个分流叶片并以200,000 rpm旋转的涡轮增压器为例，进入传感器的脉冲 数可以达到每秒40,000次。如果需要足够的点来描述测量曲线，应采用2到3之间的最小系数。 因此，需要在80 KHz到120 KHz之间的带宽，以避免丢失检测信息。对于152 G7传感器，采样率为260 KHz，用户将有足够的余量进行测量。此外还必须考虑叶片通过探头前所花费的时间作为旋转速度的函数。例如，如果要检测到的厚度为1mm，则通过时间将为200,000 rpm时的5微秒。在这段时间内，152G7能够传输大约15个脉冲；然后，测量系统必须能够快速地“消化 ”输入的脉冲。

b. 叶片尖端正时

这种确定涡轮机械叶片振动特征的方法是涡轮机的一种特殊应用，引起了大量的研究和研究课题。事实上，这些振动会导致叶片故障，人们可以想象其对发动机和飞机的后果。

最常用的原理是使用一个参考传感器（每转一次）和叶片尖端的一个或多个传感器，如下图所 示。

BTT/TC传感器：叶片尖端定时传感器，检测叶片通过

OPR传感器：每转一次传感器；其作为时间参考

到达的时间：它很容易理解所需的时间信号的准确性的水平，以及希望产生大量的信息而不损失。