双通道涡轮叶片实时温度测量系统

摘要

涡轮叶片是航空发动机最关键的部件之一，为了改善发动机的功率和推力，需要尽可能的提高涡轮入口处温度。然而发动机内部温度过高，叶片寿命就会大幅度下降，将会造成严重事故。因此涡轮叶片不允许在超温状态下工作，需要快速精确地对涡轮叶片的温度进行实时监测。目前航空发动机内部有高压涡轮转子和低压涡轮转子。现有仪器只是单通道的分别测量高（低）压涡轮转子叶片的温度，在发动机试车测试上整体效率低，不利于做大量的测试。为此本文提出了由峰值检测电路、高速高精度A/D转换芯片、高性能FPGA、ISA总线接口组成的高速双通道数据采集系统设计方案及实现方法。
　　 本文根据涡轮叶片温度场的分布规律，设计了由集成和分立元件混合的跨导型峰值检测电路。经实验验证，峰值点检测准确，并减少了在叶片温度测量中的数据存储量，提高了检测系统的准确性和实时性。其中FPGA作为系统的控制核心和传输桥梁，发挥了非常重要的作用。通过FPGA不仅完成了系统中整个数字电路部分的设计，并且使系统具有了较高的可扩展性、可适应性和可调试性。
　　 在存储器设计上，采用了FPGA片内存储器模式。可根据系统需要随时进行设置，能够方便的完成数据格式的合并、拆分以及数据传输率的调整。在传输接口设计上，采用ISA总线接口的数据传输模式。
　　 在系统工作过程中，通过C++Builder编写应用于PC端的上层控制软件。它能通过I/O端口实现了PC和FPGA之间交互和在PC机上对系统工作过程的控制和工作模式的选择，并还实现了超限报警、显示温度的曲线图或柱状图等功能。
　　 本文详细分析了FPGA中各功能模块的逻辑设计，给出调试过程中的SignalTapⅡ嵌入式逻辑分析仪的使用方法，并对每个模块都给出了精确的仿真结果，同时也对系统的仿真结果和测试结果给出了分析及讨论。