航空螺旋桨应力遥测设备.pdf

本发明涉及航空螺旋桨应力遥测设备，包括机械件和电气件；机械件为应力遥测盘1，其包含模块安装孔2，供电模块安装槽3，一圈布线槽4，螺栓安装孔5，减重槽6及动平衡螺钉安装孔7；电气组件包括供电模块8、信号处理模块9、稳压模块10、发射机模块11及PCB电路板12；将上述电气组件安装在在应力遥测盘内并封装起来，构成了应力遥测盘组件；天线包括发射天线13和接收天线14，两者均呈圆环状，且保持相互距离小于30mm；接收机将接收天线传输进来的信号进行处理，最终发送给数据采集计算机。本发明结构紧凑，使用方便，维护简单，制造成本低。

权利要求书
1.  航空螺旋桨应力遥测设备，其特征在于：所述应力遥测设备包括应力遥 测盘组件、天线及接收机；
应力遥测盘组件为环状，安装在螺旋桨桨毂上，包括机械件和电气件；机械 件为应力遥测盘（1），其包含模块安装孔（2），供电模块安装槽（3），一圈布线 槽（4），螺栓安装孔（5），减重槽（6）及动平衡螺钉安装孔（7）；电气组件包 括供电模块（8）、信号处理模块（9）、稳压模块（10）、发射机模块（11）及PCB 电路板（12）；将上述电气组件安装在在应力遥测盘内并封装起来，构成了应力 遥测盘组件；
天线包括发射天线（13）和接收天线（14），两者均呈圆环状，且保持相互 距离小于30mm；
接收机将接收天线传输进来的信号进行处理，最终发送给数据采集计算机。

2.  如权利要求1所述的航空螺旋桨应力遥测设备，其特征在于：将螺旋桨 上的应变计信号引入应力遥测设备，应力遥测设备将应变计信号进行处理，传输 给发射天线（13），发射天线（13）将信号以无线电方式载传输给接收天线（14）， 最终接收天线（14）将信号传输给接收机。

3.  如权利要求1所述的航空螺旋桨应力遥测设备，其特征在于：应力遥测 盘（1）为圆盘状，其外径尺寸和厚度由安装空间决定；四个模块安装孔（2）呈 对称分布，其外径和深度由模块尺寸决定；两个电池安装槽（3）对称分布，其 尺寸由电池尺寸确定；布线槽（4）呈环状，布置在应力遥测盘（1）内侧。四个 螺栓安装孔（5）数量和位置与桨毂相配，且均匀分布，应力遥测盘（1）正是通 过这四个安装螺栓与桨毂相连接。两处减重槽（6）对称分布在螺栓安装孔（5） 的两侧，36个动平衡螺钉安装孔（7）均匀布置在应力遥测盘（1）的外侧。

4.  如权利要求1所述的航空螺旋桨应力遥测设备，其特征在于：供电模块 （8）采用两节干电池，每节电池电压3.6V，容量5.5Ah，最大放电电流1300mA， 在实际工作中，为设备提供小于5V的工作电压；信号调理模块（9）数量为两个， 每个模块含有八个通道数，将应变信号放大，同时给电桥提供5V的激励；稳压 模块（10）数量为一个，将输入的直流电调理为6V直流电，作为信号调理模块 （9）的电源；发射机模块（11）数量为一个，将应变电压信号调频后，传输给 发射天线（13）。

5.  如权利要求1所述的航空螺旋桨应力遥测设备，其特征在于：PCB电路板 （12）功能有三部分：第一，用两块干电池为稳压电源模块（10）提供输入电压， 并用一个外置开关对该回路进行控制；第二，将电桥输出信号以及桥路供电信号 送入发射机模块（11）；第三，合理布置桥路中的固定电阻，与应变片共同组成 2个半桥、5个1/4桥。

6.  如权利要求1或5所述的航空螺旋桨应力遥测设备，其特征在于：PCB 电路板（12）设计为四层，顶层和低层专门用于布置电桥中的固定电阻，二层为 桥路供电走线层，三层为信号走线层。

7.  如权利要求1所述的航空螺旋桨应力遥测设备，其特征在于：发射天线 （13）安装在螺旋桨桨毂上，并随螺旋桨一起旋转；接收天线（14）安装在发动 机机匣上，保持静止不动。

说明书航空螺旋桨应力遥测设备
技术领域
本发明涉及一种螺旋桨应力测量技术，尤其适用于安装在航空螺旋桨桨毂 上，采用无线电近距耦合应力遥测技术进行信号传输，对旋转状态下的螺旋桨应 力进行测量的设备。
背景技术
根据中国民用航空总局适航条款相关规定和要求，一种新型的航空螺旋桨要 取得型号合格证，就必须开展螺旋桨应力测量的台架试验。由于螺旋桨属于旋转 件，因此应力测量的技术难点在于信号传输。早期信号传输多采用刷环引电器和 水银引电器等接触式方法。刷环式引电器受到刷与环之间的接触压力、刷环材料 和结构形式的影响，容易产生磨损和较大的电噪声，结构复杂。水银引电器的缺 点是在高速旋转情况下水银可能和转子之间出现空隙，造成信号不稳定；水银扰 动和因为摩擦而导致的氧化，都会引起接触电阻不稳定。水银及其蒸汽对人体有 害，使用时要采取一定的防护措施。
发明内容
本发明的目的是：提供一种利用无线电近距耦合应力遥测技术进行信号传 输，安装于螺旋桨桨毂之上，实现旋转状态下螺旋桨应力测量的设备，以克服接 触式信号传输方法的缺点。
本发明的技术方案是：航空螺旋桨应力遥测设备，包括应力遥测盘组件、天 线及接收机；应力遥测盘组件为环状，安装在螺旋桨桨毂上，包括机械件和电气 件；机械件为应力遥测盘1，其包含模块安装孔2，供电模块安装槽3，一圈布 线槽4，螺栓安装孔5，减重槽6及动平衡螺钉安装孔7；电气组件包括供电模 块8、信号处理模块9、稳压模块10、发射机模块11及PCB电路板12；将上述 电气组件安装在在应力遥测盘内并封装起来，构成了应力遥测盘组件；天线包括 发射天线13和接收天线14，两者均呈圆环状，且保持相互距离小于30mm；接收 机将接收天线传输进来的信号进行处理，最终发送给数据采集计算机。
将螺旋桨上的应变计信号引入应力遥测设备，应力遥测设备将应变计信号进 行处理，传输给发射天线13，发射天线13将信号以无线电方式载传输给接收天 线14，最终接收天线14将信号传输给接收机。
应力遥测盘1为圆盘状，其外径尺寸和厚度由安装空间决定；四个模块安装 孔2呈对称分布，其外径和深度由模块尺寸决定；两个电池安装槽3对称分布， 其尺寸由电池尺寸确定；布线槽4呈环状，布置在应力遥测盘1内侧。四个螺栓 安装孔5数量和位置与桨毂相配，且均匀分布，应力遥测盘1正是通过这四个安 装螺栓与桨毂相连接。两处减重槽6对称分布在螺栓安装孔5的两侧，36个动 平衡螺钉安装孔7均匀布置在应力遥测盘1的外侧。
供电模块8采用两节干电池，每节电池电压3.6V，容量5.5Ah，最大放电电 流1300mA，在实际工作中，为设备提供小于5V的工作电压；信号调理模块9数 量为两个，每个模块含有八个通道数，将应变信号放大，同时给电桥提供5V的 激励；稳压模块10数量为一个，将输入的直流电调理为6V直流电，作为信号调 理模块9的电源；发射机模块11数量为一个，将应变电压信号调频后，传输给 发射天线13。
PCB电路板12功能有三部分：第一，用两块干电池为稳压电源模块10提供 输入电压，并用一个外置开关对该回路进行控制；第二，将电桥输出信号以及桥 路供电信号送入发射机模块11；第三，合理布置桥路中的固定电阻，与应变片 共同组成2个半桥、5个1/4桥。为完成该功能，PCB电路板12设计为四层，顶 层和低层专门用于布置电桥中的固定电阻，二层为桥路供电走线层，三层为信号 走线层。
发射天线13安装在螺旋桨桨毂上，并随螺旋桨一起旋转；接收天线14安装 在发动机机匣上，保持静止不动。
本发明的优点是：由于采用无线电近距耦合应力遥测非接触式信号传输方 法，信号传输精度高，稳定性良好，抗干扰性强，克服了接触式方法信号不稳定 的缺点。应力遥测盘和天线在桨毂上的安装采用螺栓连接，改装简单方便，工作 量少，成本低，克服了接触式方法改装复杂的缺点。应力遥测盘采用铝合金材质 制造，质量轻，成本低，其结构经过合理设计和优化，强度试验表明可以承受两 倍的螺旋桨旋转载荷，具有足够的强度。整个设备结构紧凑，使用方便，维护简 单，制造成本低。
附图说明
附图1为螺旋桨应力遥测设备的组成示意图；
附图2为应力遥测盘组件的前视图；
附图3为应力遥测盘组件的后视图；
附图4为发射和接收天线。
具体实施方式
参见图1，航空螺旋桨应力遥测设备，包括应力遥测盘组件、天线及接收机； 应力遥测盘组件为环状，安装在螺旋桨桨毂上，包括机械件和电气件；机械件为 应力遥测盘1，其包含模块安装孔2，供电模块安装槽3，一圈布线槽4，螺栓安 装孔5，减重槽6及动平衡螺钉安装孔7；电气组件包括供电模块8、信号处理 模块9、稳压模块10、发射机模块11及PCB电路板12；将上述电气组件安装在 在应力遥测盘内并封装起来，构成了应力遥测盘组件；天线包括发射天线13和 接收天线14，两者均呈圆环状，且保持相互距离小于30mm；接收机将接收天线 传输进来的信号进行处理，最终发送给数据采集计算机。
参见图2和图3，机械件—应力遥测盘1为圆盘状，其外径尺寸和厚度由安 装空间决定。四个模块安装孔2呈对称分布，其外径和深度由模块尺寸决定。两 个电池安装槽3对称分布，其尺寸由电池尺寸确定。布线槽4呈环状，布置在应 力遥测盘内侧。四个螺栓安装孔5数量和位置与桨毂相配，且均匀分布，应力遥 测盘1正是通过这四个安装螺栓与桨毂相连接。两处减重槽6对称分布在螺栓安 装孔5的两侧，36个动平衡螺钉安装孔7均匀布置在应力遥测盘1的外侧。
供电模块8采用两节干电池，每节电池电压3.6V，容量5.5Ah，最大放电电 流1300mA，在实际工作中，为设备提供小于5V的工作电压。信号调理模块9数 量为两个，每个模块含有八个通道数，将应变信号放大，同时给电桥提供5V的 激励。稳压模块10数量为一个，将输入的直流电调理为6V直流电，作为信号调 理模块9的电源。发射机模块11数量为一个，将应变电压信号调频后，传输给 发射天线13。
PCB电路板12功能主要有三部分：第一，用两块干电池为稳压电源模块10 提供输入电压，并用一个外置开关对该回路进行控制；第二，将电桥输出信号以 及桥路供电信号送入发射机模块；第三，合理布置桥路中的固定电阻，与应变片 共同组成2个半桥、5个1/4桥。为完成以上功能，PCB板设计为四层，顶层和 低层专门用于布置电桥中的固定电阻，二层为桥路供电走线层，三层为信号走线 层。
将上述两节电池、四个模块、及电路板均匀对称安装在应力遥测盘1内，并 用前后盖板封装，就构成了应力遥测盘组件。
参见图4，天线包括发射天线13和接收天线14。根据螺旋桨的可用空间， 发射天线13和接收天线14为直径相同的环形，两者之间距离为大于30mm，天 线信号频率范围为200MHz至300MHz。环形天线的的外环是一个封闭的环，宽度 约为1.5cm，可改善电磁兼容环境。内环为工作天线，宽度约为1mm。内外环的 间隙约为1mm。发射天线13和接收天线14用电路板材料制成，为了保证强度和 安装，专门设计了天线支架。发射天线13通过四个安装螺栓固定到桨毂上，随 螺旋桨一起旋转。接收天线14则通过转接支架固定在发动机的机匣上。