2024年3月20日发(作者：风材)
Hood非接触式叶片振动测量系统
光学和涡流
宇同科技有限公司
Hood Technology Corporation
2011-5-3
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一、 HOOD公司简介：
Hood 技术公司于1993年由麻省理工学院航空航天教授，Andeas Von Flotow博士创立。公司由机
械，电子和计算机方面的专业技术人员组成，公司主要专业为动力学和控制，电子和机械设计，测试
和实验程序，和数据采集。
Hood公司已经拥有20多项专利技术和产品，具有非常好的业绩，是许多大型合作项目的领导者，项
目合作方包括: Barry Control， NAVAIR （海军航空系统小组）， DAPRA ，Pratt & Whitney，
GE，William International，USAF (美国空军)推进系统理事会，Rolls-Royce
Hood技术公司是IHPTET（综合化、高性能涡轮发动机技术）项目的成员，最近还成为VAATE（多功能
经济型先进发动机）项目组成员，一起开发新的推进技术，Hood技术公司是涡轮机械组织NSMS（非
接触式应力测量系统）的供应商。Hood技术公司还与高周疲劳会议和PIWG（推进系统测试仪器国际
工作组）有密切的联系。
Hood公司在非接触式应力测量方面的经验包括：采用Hood开发的叶片振动激励技术的旋转井测试；
燃气涡轮发动机各级的叶尖振动监测，燃气涡轮发动机各级的叶尖间隙测量，蒸气涡轮测量，旋转井
和实际发动机的叶片和叶轮上的裂纹检测。Hood已经开发出了商用的非接触式压力监测系统，来提供
测试服务。采用此系统，Hood公司已经成功测量了7个旋转井和二十多个发动机的叶片振动。产品已
经销售到世界各地二十几个用户。知名的用户包括：GE、罗罗、普惠、三星、ABB
最近的应用例子：
例一：
2009 年10 月21 日，Hood 在线叶片和振动监测系统在加利福尼亚成功地进行了飞行测试。这套用户
定制的软硬件应用在海军陆战队的鹞式飞机使用的AV-8B 飞马发动机压气机叶片上。在飞机飞行中采
集的数据记录下来用于回放和分析。在测试的下一阶段，可以通过与定制的地面站进行遥测的方式来
实现实时的观测以降低风险。
例二：
在GE Frame 7 R0 上使用永久安装的叶尖传感器，Hood 系统测量叶尖间隙来监测叶片的健康趋势。
从2007 年开始，目前有三台GE Frame 7 汽轮机正在被监测。该系统已经成功发现了一个叶片的裂
纹，并使机器停机并更换了叶片组。这样在叶片发生故障前确认叶片的问题，可以让运营商避免重大
事故和维修费用，同时确保这些设备的安全运行。
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二、 系统工作原理简述
1. 叶尖计时测振动原理
Side View
系统采用叶尖计时的原理（Tip-timing），如上图所示，转速信号可以在转子每旋转一圈时产生一个
零时刻参考脉冲，每个叶片经过叶尖传感器（Blade Tip Sensor）时， 系统会记录下该叶片的到达
时刻（TOA1, TOA2…），当叶片不振动时，叶片的到达传感器的时刻每圈都是相同的，当有振动产生
时，叶片的到达时刻就会有差异，从而产生到达的时间差ΔT。因此可以计算该叶片在测量方向的振
动幅值为：
P = RPM•πD•ΔT/60
因此，就可通过叶尖计时来测量叶片的振动，多支传感器综合利用就可测量叶片振动的幅值、频率、
监测裂纹和分析振型。
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三、 系统组成和工作流程:
系统由叶尖传感器、前置放大器、BVSI模块（信号调理和生成时间脉冲信号）和信号采集处理系统
（含计时器、采集卡和软件）组成。
BVSI模块
系统配置（3到30通道）
前置放大器 (光学或涡流)
传感器（光学或涡流）
信号采集处理系统
软件
系统结构示意图
系统工作流程如下：
• 叶片探测传感器安装在靠近涡轮叶片的部位 ，用于检测叶片的到达
• 一个转速信号（每转一个信号）传感器用来提供速度参考和相位参考
• 低噪声前置放大器及35米电缆连接传感器和数据采集系统
• BVSI模块接收模拟信号，对信号进行调理，并生成TTL时间脉冲并送至主计算机
• 系统采集脉冲的到达时间TOA（Time Of Arrival ) 和脉冲幅值。采集系统中的计数/记时卡用
于记录脉冲到达的时间
• 软件将来自一个或更多叶尖传感器及参考传感器的数据组合在一起，来评估叶片谐振、谐振幅
值和相对于轴的振动相位等信息，通过数据监测裂纹的扩展，输出报告。
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四、 方案概述：
系统主要参数：
- 计时器时钟： 80MHz
- 振动测量分辨率： 5μm @ 400m/s 线速度
- 最大叶尖线速度： >=800m/s
- 最大叶片通过频率： >=1,000,000 叶片/秒
- 叶片振幅测量范围： 0－100mm
- 传感器温度： 350℃，可选：光纤非冷却650℃，涡流冷却至850℃
系统组成： 九通道非接触式叶片振动测量系统，包括9通道的数采系统，配备4个开角双光束传
感器（每个传感器占用两个通道）和6通道的涡流传感器，根据实际测试条件和测量目的选用相应的
通道数和传感器布置方案。系统主要配置如下：
z 1台9通道数采系统，包括：
- PXI主机
- 1x 16通道多功能数据采集卡
- 3x 计数器/计时卡
- 3x 3通道BVSI专用接口卡
z 前置放大器
- 3x3通道光学前置放大器
- 连接电缆
z 传感器：
- 6x 点式光学传感器，工作温度最高350℃
z 分析软件 1套
- 传感器布置位置计算软件
- 数据采集软件
- 叶尖间隙测量和振动分析软件
* 转速信号由用户提供，转速信号占用系统的一个输入通道
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五、 系统详细说明
1. HOOD 9通道信号采集和处理系统
gy
如上图所示，信号采集和处理系统包括：
z 1x 机柜 ， 带滚轮，方便运输
z 3x BVSI 模块
z 1x NI PXI数据系统，包括：
- 1x NI PXI机箱
- 3x NI PXI 6602 计时/计数器
- 1x NI PXI 6070 采集卡
- 1x NI PXI 处理器
1.1 Hood BVSI 模块
z 通道数： 3
z 提供电源给传感器和前置放大器
z 信号滤波和增益
z 通过传感器产生的模拟脉冲的重复特性来判定叶片的通过
z 生成指示叶片到达时刻的脉冲信号和指示信号幅值的脉冲。
z 信号输入接口：BNC 和 SubD-9
z 信号调理功能，包括：消除DC偏压、高通滤波消除60Hz噪声或其他干扰；增益，最大到
25；调节信号触发的低限门槛值来消除低幅值的信号，并选择最大斜率变化值。
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BVSI主要参数如下：
参数 最小值 最大值
增益 -25 25
高通滤波 0 Hz 3397 Hz
低通滤波 23 kHz 1496 kHz
偏压 -7 V +7 V
Arm Level 0.055 V 4.995 V
触发边沿 上升/下降 最大值的90 %
触发水平 0 %
保持 0.2 μs 4984 μs
衰减率 慢/快
1.2 NI-6602 计数器/计时器卡
NI PXI-6602 是一个计时和数字I/O模块，带32位计数/计时器和32线TTL/CMOS兼容数字
I/O。8个数字I/O线是专用的，其余24个与计数器/计时器共用。用NI PXI-6602可以实现多种
计数/计时任务，包括编码器位置测量，事件计数，周期测量，脉冲宽度测量，脉冲发生，脉冲
序列发生和频率测量。
z 32-bit 上升/下降计数器/计时器模块，有3个
同时高速DMA传输能力
z 最大80 MHz 源频率
z 32 数字 I/O 线 (5 V TTL/CMOS) -- 8 个专
用，24个与计数器/计时器共享
z 数字防反跳过滤器
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1.3 NI-6070E 多功能数据采集（DAQ）
NI 全功能E 系列设备是现有的速度最快、最精确的多数据采集设备。是从连续高速数据记录到
控制应用到高压信号和传感器测量（当采用NI信号调理器时）的理想选择。采用RTSI总线或
PXI触发器总线可以使多设备的操作同步，并很容易集成其他硬件，如电机控制和机器视觉，从
而可以创建整套测量的控制系统。
z 16 或 64 模拟输入，达1.25 MS/s, 12或 16-bit分辨率
z 2 个模拟输出，达1 MS/s, 12或 16-bit分辨率
z 8 数字 I/O 线 (TTL/CMOS); 两个24-bit计数/计时器
z 模拟和数字触发，14或15模拟输入信号范围
z NI-DAQ 驱动器简化配置和测量
1.4 NI PXI 高性能处理器
采用NI 公司PXI-8187 或更高性能的处理器，PXI 8187 是高性能的Pentium 4-M 内置式控制
器，用于PXI或CompactPCI 系统. NI PXI-8187 是NI 公司的高端控制器，是要求高级分析或
软件开发的理想选择。PXI-8187内置控制器提供了紧凑、高性能的PC平台，用于模块化仪器和
数据采集应用。
z 2.8 GHz Pentium 4-M 处理器
z 1 GB DDR RAM
z 集成硬盘, USB 2.0, Ethernet
z Windows XP及驱动
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2. 前置放大器
6个 BV-OP光学前置放大器
3个 BV-IND涡流前置放大器
2.1 BV-OP光学前置放大器
The Hood公司的 3-通道前置放大器有三个同样的通道，用于Hood公司的光学叶尖传感器。前置
放大器通过与Hood公司的BVSI卡相连的9针 sub-D电缆供电。没有BVSI系统时，Hood公司的3
通道光学前置放大器也可以通过DIN-5接头供电。探测器电子具有可选择的增益和过滤器设置。
z 通道数： 3
z 激光源：35mW，658nm
z 安全： 安全钥匙开关和防激光直射设计。
z 输出接口：BNC和9针 sub-D
z 偏压调节
z 增益：x1, x2, x5, x10, x20, x50, x100
z 低通滤波：50kHz
z 高通滤波：10Hz，100Hz，1kHz，10kHz
z 自动调零
2.2 BV-IND涡流前置放大器
The Hood公司的 3-通道前置放大器有三个同样的通道，每个通道用于为所有涡流传感器提供前置
放大，采用内衬套管或干真空环境下，从传感器到Hood BVSI模块和数据采集分析部分的最大长
度为25英尺。此前置放大器用于Hood公司的涡流探头。前置放大器通过与Hood公司的BVSI卡
相连的9针 sub-D电缆供电。
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z
z
z
z
z
通道数：3
传感器接口： BNC
信号输出：BNC和DB9
增益：x1, x2, x5, x10, x20,x50, x100
被动分压器电阻：0，50，200， 400，1000Ω可选
3. 传感器
18个 MiniOPT200-7F/700光学传感器
9个 MiniOPT200-7F/1200光学传感器
9个 ECS 标准涡流传感器
3.1 MiniOPT200-7F/700 和 MiniOPT200-7F/1200光学传感器
光学多光纤点式传感器（含七根光纤，1个发射，6个接收)，非冷却，光纤总长度3米，其中从
发射接收分离接头到传感器测量端部距离不小于2.4m, 光纤传感器直径小于1.65mm, 传感器端部
设计有小凸台，用于与安装夹具配合，并防止传感器进入发动机。传感器光纤外部有金属保护
层，传感器能够耐高温至700℃，在700℃下不变形，不损坏。光纤的最小弯曲半径不大于R10。
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3.2 线型光纤传感器 (采用透镜聚焦)
带镜头的光学传感器可以实现远距离测量，在叶片振动测量应用中可达几米远。激光通过镜头准直后
可以传输很远的距离（已经应用的达10m）。
在燃气轮机中，这种光纤传感器被分为发射器和接收器两部分，而转子叶片经过发射器和接收器之间
激光束时就起到了“快门”的作用，在这种情况下叶片的前沿和后沿都可以被测量到。下图为在一个
低压涡轮中测试的示意图。这种情况下不需要反射贴，因此可以用于高温环境。
远距离准直激光传感器在涡轮中的安装示意图
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发射接收分离式 (用于高温应用)
发射接收一体式
反射面
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发射接收分离式传感器对前放的使用
分离式和一体式都使用前放上的一个通道.
发射接收分离式传感器与前放连接示意图
HOOD的BVSI系统可以设置触发为：
z 叶片到达沿
z 叶片离开沿
z 到达和离开沿（需要两通过输入）
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Volts
Bright=Blade absent
Blade
arriving
edge
Blade
departing
edge
Dark=Blade present
Time
分离式和一体式都可以得到两样的信号花样。一体式只需要安装一个传感器但需要一个反射面
分离式传感器发射光纤头部尺寸图
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发射光纤发射的光斑点约为30毫弧度（2度）宽，接收光纤必须对准此光斑
3.3 标准涡轮传感器（非冷却）
HOOD的涡轮传感器有不同的尺寸和温度范围，其基本原理是传感器产生一个磁场，当叶片经过
时，会对磁场产生干扰。如果叶片为导电性的（不一定为铁），就会在叶片中产生涡流，从而对磁场
造成影响。传感器中的线圈对这种影响产生感应，并输出信号。这种传感器在非冷却条件下可以工作
到550℃，在加上气冷后（保证传感器内部温度低于500℃），此传感器也应用到了燃气温度为1000
℃的环境下。
最普通的传感器尺寸如下图所示，除了大量应用于燃气轮机，这种传感器也成功应用于蒸汽轮机，一
般在低压涡轮的最后几级。在蒸汽轮机应用中，传感器的外壳由耐腐蚀的材料制成。几个涡流传感器
已经安装在燃气轮机和蒸汽轮机并连续工作了超过2年的时间，信号质量也没有下降。
此传感器可用于叶尖计时测量和非标定的叶尖间隙测量。
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标准的12.7mm直径涡流传感器，其工作温度主要受限于传感器内部永磁铁的居里温度点。
采用铝镍钴磁铁，非冷却情况下传感器可以承受550℃
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3.4 Kaveri 130 LPT ECS 涡流传感器
涡流传感器采用直流被动式设计，传感器内置永磁体和
感应线圈，具有较高的磁通量。
z 空气冷却式涡流传感器，冷却状态下最高适用于
850°C（传感器本体温度）。
z 传感器内置K型热电偶，监测冷却效果，传感器内
部温度必须保持在500°C以下。
z 测量距离大于10mm。
z 耐振动:大于100g。
z 尺寸：涡流传感器头部截面尺寸不大于14x9mm,长
度19mm，空气冷却管为直径1.5mm的柔性钢管，
长度1.5m, 其中0.75m带热绝缘层。
z 带安装孔
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4. 软件
4.1 传感器安装位置布局优化软件
根据所测试的发动机阶次和实际发动机上的安装限制，计算所需的传感器数量和最优化的安装位
置布局。
4.2 采集软件（版本9.x）
采集软件用于采集非接触叶尖计时传感器的数据，主要功能：
z 支持最多30个通道
z 支持多个转子或发动机多级同时测量
z 与BVSI通讯，允许用户浏览和更改BVSI内每个传感器的调理和触发参数，如增益、低通、高
通、arm、触发等
z 虚拟示波器，用户可查看模拟信号和到达时间，同时调整调理和触发设置
z 实时显示：
- RPM
- 传感器状态
- 显示叶片的同步和非同步振动的振幅和历史图
- 根据设定的阶次进行周向付里叶拟合
- 多传感器的阶次跟踪
- 实时坎贝尔图
- 根据叶片信号脉冲幅值计算叶尖间隙
- 叶片扭转监测（要求在叶片弦长方向上有两个传感器）
- 所有叶片的FFT，用于分析非谐振事件（颤振、旋转失速等）
- 单个叶片的非谐振幅值
- 叶片之间间距的监测，用于识别转子裂纹
z 实验监视和数据管理功能：
- 选择手动数据采集或根据转速来开始和结束采集
- 循环缓冲所有数据，如果数据被其他事件标记需要存储，则可以被恢复（如高非同步振
动，预触发）
- 自动创建文件夹，用于长期测试
- 数据可以周期性存储，用于长期测试（几个月或几年）
- 创建ASCII信息文件(*.inf)，包括所有相关信息
- 说明自动附加至信息文件(*.inf)里
- 声光报警：超限的同步或非同步振动、叶尖间隙、叶片扭转角
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采集软件界面
4.3 分析软件
用于分析采集到的数据，主要功能
z 确定传感器的实际安装位置（通过用户设置信息、叶片间隔或两者的综合信息）
z 支持多转子测试和在弦长方向的传感器位置
z 快速浏览RPM历史图
z 快速浏览（汇总）同步/非同步振动
z 确定同步振动的阶次
z 同步振动分析：
- 周向付里叶拟合（即：阶次跟踪），需要3支以上传感器
- 每个叶片的单自由度拟合，或与飞行实时相结合
- 逐个叶片察看可多个叶片综合查看
- 结果导入坎贝尔图以及Excel和Word
- 用户可配置数据平滑和处理方式
z 非同步振动分析：
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- 瀑布图
- 节径和非谐振的真实频率
- 非整阶周向拟合，用于单个叶片幅值
- 结果可导入坎贝尔图以及Excel和Word
z 叶片扭转角分析
z 叶尖间隙分析
- 支持两种类型的传感器：开角双光束传感器，信号幅值与间隙相关的传感器
- 标定可包括叶尖速率
- 当没有标定时，利用标定功能可以生成有意义的定性结果
- 结果可输出至Excel和Word
z 结合有限元分析软件，可以对振型进行分析
分析软件界面
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4.4 裂纹监测
裂纹监测功能没有一个单独的用户界面。监测功能对采集到的数据进行长期的趋势监测，包括对裂纹
出现和扩展有指示作用的参数：同步共振、非同步现象，叶片倾斜等。为了最大化监测的效果，采用
相关知识库（预期的裂纹，叶片倾斜行为）来对数据进行过滤。监测功能可以自动生成报告，并发送
至预定的网站或发送email至指定地址。
裂纹监测功能
六、 服务
5.1 根据用户实际情况对传感器及其电缆和传感器的安装方式进行设计
5.2 对安装和测试进行技术指导
5.3 培训：在制造厂或用户所在地对用户进行操作和使用培训
5.4 辅助数据分析，当用户遇到问题时，辅助用户对数据进行分析
七、 资料
6.1 系统说明和操作维护手册，软件手册
6.2 传感器及其安装方式的图纸
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2024年3月20日发(作者：风材)
Hood非接触式叶片振动测量系统
光学和涡流
宇同科技有限公司
Hood Technology Corporation
2011-5-3
1
一、 HOOD公司简介：
Hood 技术公司于1993年由麻省理工学院航空航天教授，Andeas Von Flotow博士创立。公司由机
械，电子和计算机方面的专业技术人员组成，公司主要专业为动力学和控制，电子和机械设计，测试
和实验程序，和数据采集。
Hood公司已经拥有20多项专利技术和产品，具有非常好的业绩，是许多大型合作项目的领导者，项
目合作方包括: Barry Control， NAVAIR （海军航空系统小组）， DAPRA ，Pratt & Whitney，
GE，William International，USAF (美国空军)推进系统理事会，Rolls-Royce
Hood技术公司是IHPTET（综合化、高性能涡轮发动机技术）项目的成员，最近还成为VAATE（多功能
经济型先进发动机）项目组成员，一起开发新的推进技术，Hood技术公司是涡轮机械组织NSMS（非
接触式应力测量系统）的供应商。Hood技术公司还与高周疲劳会议和PIWG（推进系统测试仪器国际
工作组）有密切的联系。
Hood公司在非接触式应力测量方面的经验包括：采用Hood开发的叶片振动激励技术的旋转井测试；
燃气涡轮发动机各级的叶尖振动监测，燃气涡轮发动机各级的叶尖间隙测量，蒸气涡轮测量，旋转井
和实际发动机的叶片和叶轮上的裂纹检测。Hood已经开发出了商用的非接触式压力监测系统，来提供
测试服务。采用此系统，Hood公司已经成功测量了7个旋转井和二十多个发动机的叶片振动。产品已
经销售到世界各地二十几个用户。知名的用户包括：GE、罗罗、普惠、三星、ABB
最近的应用例子：
例一：
2009 年10 月21 日，Hood 在线叶片和振动监测系统在加利福尼亚成功地进行了飞行测试。这套用户
定制的软硬件应用在海军陆战队的鹞式飞机使用的AV-8B 飞马发动机压气机叶片上。在飞机飞行中采
集的数据记录下来用于回放和分析。在测试的下一阶段，可以通过与定制的地面站进行遥测的方式来
实现实时的观测以降低风险。
例二：
在GE Frame 7 R0 上使用永久安装的叶尖传感器，Hood 系统测量叶尖间隙来监测叶片的健康趋势。
从2007 年开始，目前有三台GE Frame 7 汽轮机正在被监测。该系统已经成功发现了一个叶片的裂
纹，并使机器停机并更换了叶片组。这样在叶片发生故障前确认叶片的问题，可以让运营商避免重大
事故和维修费用，同时确保这些设备的安全运行。
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二、 系统工作原理简述
1. 叶尖计时测振动原理
Side View
系统采用叶尖计时的原理（Tip-timing），如上图所示，转速信号可以在转子每旋转一圈时产生一个
零时刻参考脉冲，每个叶片经过叶尖传感器（Blade Tip Sensor）时， 系统会记录下该叶片的到达
时刻（TOA1, TOA2…），当叶片不振动时，叶片的到达传感器的时刻每圈都是相同的，当有振动产生
时，叶片的到达时刻就会有差异，从而产生到达的时间差ΔT。因此可以计算该叶片在测量方向的振
动幅值为：
P = RPM•πD•ΔT/60
因此，就可通过叶尖计时来测量叶片的振动，多支传感器综合利用就可测量叶片振动的幅值、频率、
监测裂纹和分析振型。
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三、 系统组成和工作流程:
系统由叶尖传感器、前置放大器、BVSI模块（信号调理和生成时间脉冲信号）和信号采集处理系统
（含计时器、采集卡和软件）组成。
BVSI模块
系统配置（3到30通道）
前置放大器 (光学或涡流)
传感器（光学或涡流）
信号采集处理系统
软件
系统结构示意图
系统工作流程如下：
• 叶片探测传感器安装在靠近涡轮叶片的部位 ，用于检测叶片的到达
• 一个转速信号（每转一个信号）传感器用来提供速度参考和相位参考
• 低噪声前置放大器及35米电缆连接传感器和数据采集系统
• BVSI模块接收模拟信号，对信号进行调理，并生成TTL时间脉冲并送至主计算机
• 系统采集脉冲的到达时间TOA（Time Of Arrival ) 和脉冲幅值。采集系统中的计数/记时卡用
于记录脉冲到达的时间
• 软件将来自一个或更多叶尖传感器及参考传感器的数据组合在一起，来评估叶片谐振、谐振幅
值和相对于轴的振动相位等信息，通过数据监测裂纹的扩展，输出报告。
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四、 方案概述：
系统主要参数：
- 计时器时钟： 80MHz
- 振动测量分辨率： 5μm @ 400m/s 线速度
- 最大叶尖线速度： >=800m/s
- 最大叶片通过频率： >=1,000,000 叶片/秒
- 叶片振幅测量范围： 0－100mm
- 传感器温度： 350℃，可选：光纤非冷却650℃，涡流冷却至850℃
系统组成： 九通道非接触式叶片振动测量系统，包括9通道的数采系统，配备4个开角双光束传
感器（每个传感器占用两个通道）和6通道的涡流传感器，根据实际测试条件和测量目的选用相应的
通道数和传感器布置方案。系统主要配置如下：
z 1台9通道数采系统，包括：
- PXI主机
- 1x 16通道多功能数据采集卡
- 3x 计数器/计时卡
- 3x 3通道BVSI专用接口卡
z 前置放大器
- 3x3通道光学前置放大器
- 连接电缆
z 传感器：
- 6x 点式光学传感器，工作温度最高350℃
z 分析软件 1套
- 传感器布置位置计算软件
- 数据采集软件
- 叶尖间隙测量和振动分析软件
* 转速信号由用户提供，转速信号占用系统的一个输入通道
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五、 系统详细说明
1. HOOD 9通道信号采集和处理系统
gy
如上图所示，信号采集和处理系统包括：
z 1x 机柜 ， 带滚轮，方便运输
z 3x BVSI 模块
z 1x NI PXI数据系统，包括：
- 1x NI PXI机箱
- 3x NI PXI 6602 计时/计数器
- 1x NI PXI 6070 采集卡
- 1x NI PXI 处理器
1.1 Hood BVSI 模块
z 通道数： 3
z 提供电源给传感器和前置放大器
z 信号滤波和增益
z 通过传感器产生的模拟脉冲的重复特性来判定叶片的通过
z 生成指示叶片到达时刻的脉冲信号和指示信号幅值的脉冲。
z 信号输入接口：BNC 和 SubD-9
z 信号调理功能，包括：消除DC偏压、高通滤波消除60Hz噪声或其他干扰；增益，最大到
25；调节信号触发的低限门槛值来消除低幅值的信号，并选择最大斜率变化值。
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BVSI主要参数如下：
参数 最小值 最大值
增益 -25 25
高通滤波 0 Hz 3397 Hz
低通滤波 23 kHz 1496 kHz
偏压 -7 V +7 V
Arm Level 0.055 V 4.995 V
触发边沿 上升/下降 最大值的90 %
触发水平 0 %
保持 0.2 μs 4984 μs
衰减率 慢/快
1.2 NI-6602 计数器/计时器卡
NI PXI-6602 是一个计时和数字I/O模块，带32位计数/计时器和32线TTL/CMOS兼容数字
I/O。8个数字I/O线是专用的，其余24个与计数器/计时器共用。用NI PXI-6602可以实现多种
计数/计时任务，包括编码器位置测量，事件计数，周期测量，脉冲宽度测量，脉冲发生，脉冲
序列发生和频率测量。
z 32-bit 上升/下降计数器/计时器模块，有3个
同时高速DMA传输能力
z 最大80 MHz 源频率
z 32 数字 I/O 线 (5 V TTL/CMOS) -- 8 个专
用，24个与计数器/计时器共享
z 数字防反跳过滤器
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1.3 NI-6070E 多功能数据采集（DAQ）
NI 全功能E 系列设备是现有的速度最快、最精确的多数据采集设备。是从连续高速数据记录到
控制应用到高压信号和传感器测量（当采用NI信号调理器时）的理想选择。采用RTSI总线或
PXI触发器总线可以使多设备的操作同步，并很容易集成其他硬件，如电机控制和机器视觉，从
而可以创建整套测量的控制系统。
z 16 或 64 模拟输入，达1.25 MS/s, 12或 16-bit分辨率
z 2 个模拟输出，达1 MS/s, 12或 16-bit分辨率
z 8 数字 I/O 线 (TTL/CMOS); 两个24-bit计数/计时器
z 模拟和数字触发，14或15模拟输入信号范围
z NI-DAQ 驱动器简化配置和测量
1.4 NI PXI 高性能处理器
采用NI 公司PXI-8187 或更高性能的处理器，PXI 8187 是高性能的Pentium 4-M 内置式控制
器，用于PXI或CompactPCI 系统. NI PXI-8187 是NI 公司的高端控制器，是要求高级分析或
软件开发的理想选择。PXI-8187内置控制器提供了紧凑、高性能的PC平台，用于模块化仪器和
数据采集应用。
z 2.8 GHz Pentium 4-M 处理器
z 1 GB DDR RAM
z 集成硬盘, USB 2.0, Ethernet
z Windows XP及驱动
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2. 前置放大器
6个 BV-OP光学前置放大器
3个 BV-IND涡流前置放大器
2.1 BV-OP光学前置放大器
The Hood公司的 3-通道前置放大器有三个同样的通道，用于Hood公司的光学叶尖传感器。前置
放大器通过与Hood公司的BVSI卡相连的9针 sub-D电缆供电。没有BVSI系统时，Hood公司的3
通道光学前置放大器也可以通过DIN-5接头供电。探测器电子具有可选择的增益和过滤器设置。
z 通道数： 3
z 激光源：35mW，658nm
z 安全： 安全钥匙开关和防激光直射设计。
z 输出接口：BNC和9针 sub-D
z 偏压调节
z 增益：x1, x2, x5, x10, x20, x50, x100
z 低通滤波：50kHz
z 高通滤波：10Hz，100Hz，1kHz，10kHz
z 自动调零
2.2 BV-IND涡流前置放大器
The Hood公司的 3-通道前置放大器有三个同样的通道，每个通道用于为所有涡流传感器提供前置
放大，采用内衬套管或干真空环境下，从传感器到Hood BVSI模块和数据采集分析部分的最大长
度为25英尺。此前置放大器用于Hood公司的涡流探头。前置放大器通过与Hood公司的BVSI卡
相连的9针 sub-D电缆供电。
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z
z
z
z
z
通道数：3
传感器接口： BNC
信号输出：BNC和DB9
增益：x1, x2, x5, x10, x20,x50, x100
被动分压器电阻：0，50，200， 400，1000Ω可选
3. 传感器
18个 MiniOPT200-7F/700光学传感器
9个 MiniOPT200-7F/1200光学传感器
9个 ECS 标准涡流传感器
3.1 MiniOPT200-7F/700 和 MiniOPT200-7F/1200光学传感器
光学多光纤点式传感器（含七根光纤，1个发射，6个接收)，非冷却，光纤总长度3米，其中从
发射接收分离接头到传感器测量端部距离不小于2.4m, 光纤传感器直径小于1.65mm, 传感器端部
设计有小凸台，用于与安装夹具配合，并防止传感器进入发动机。传感器光纤外部有金属保护
层，传感器能够耐高温至700℃，在700℃下不变形，不损坏。光纤的最小弯曲半径不大于R10。
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3.2 线型光纤传感器 (采用透镜聚焦)
带镜头的光学传感器可以实现远距离测量，在叶片振动测量应用中可达几米远。激光通过镜头准直后
可以传输很远的距离（已经应用的达10m）。
在燃气轮机中，这种光纤传感器被分为发射器和接收器两部分，而转子叶片经过发射器和接收器之间
激光束时就起到了“快门”的作用，在这种情况下叶片的前沿和后沿都可以被测量到。下图为在一个
低压涡轮中测试的示意图。这种情况下不需要反射贴，因此可以用于高温环境。
远距离准直激光传感器在涡轮中的安装示意图
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发射接收分离式 (用于高温应用)
发射接收一体式
反射面
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发射接收分离式传感器对前放的使用
分离式和一体式都使用前放上的一个通道.
发射接收分离式传感器与前放连接示意图
HOOD的BVSI系统可以设置触发为：
z 叶片到达沿
z 叶片离开沿
z 到达和离开沿（需要两通过输入）
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Volts
Bright=Blade absent
Blade
arriving
edge
Blade
departing
edge
Dark=Blade present
Time
分离式和一体式都可以得到两样的信号花样。一体式只需要安装一个传感器但需要一个反射面
分离式传感器发射光纤头部尺寸图
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发射光纤发射的光斑点约为30毫弧度（2度）宽，接收光纤必须对准此光斑
3.3 标准涡轮传感器（非冷却）
HOOD的涡轮传感器有不同的尺寸和温度范围，其基本原理是传感器产生一个磁场，当叶片经过
时，会对磁场产生干扰。如果叶片为导电性的（不一定为铁），就会在叶片中产生涡流，从而对磁场
造成影响。传感器中的线圈对这种影响产生感应，并输出信号。这种传感器在非冷却条件下可以工作
到550℃，在加上气冷后（保证传感器内部温度低于500℃），此传感器也应用到了燃气温度为1000
℃的环境下。
最普通的传感器尺寸如下图所示，除了大量应用于燃气轮机，这种传感器也成功应用于蒸汽轮机，一
般在低压涡轮的最后几级。在蒸汽轮机应用中，传感器的外壳由耐腐蚀的材料制成。几个涡流传感器
已经安装在燃气轮机和蒸汽轮机并连续工作了超过2年的时间，信号质量也没有下降。
此传感器可用于叶尖计时测量和非标定的叶尖间隙测量。
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标准的12.7mm直径涡流传感器，其工作温度主要受限于传感器内部永磁铁的居里温度点。
采用铝镍钴磁铁，非冷却情况下传感器可以承受550℃
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3.4 Kaveri 130 LPT ECS 涡流传感器
涡流传感器采用直流被动式设计，传感器内置永磁体和
感应线圈，具有较高的磁通量。
z 空气冷却式涡流传感器，冷却状态下最高适用于
850°C（传感器本体温度）。
z 传感器内置K型热电偶，监测冷却效果，传感器内
部温度必须保持在500°C以下。
z 测量距离大于10mm。
z 耐振动:大于100g。
z 尺寸：涡流传感器头部截面尺寸不大于14x9mm,长
度19mm，空气冷却管为直径1.5mm的柔性钢管，
长度1.5m, 其中0.75m带热绝缘层。
z 带安装孔
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4. 软件
4.1 传感器安装位置布局优化软件
根据所测试的发动机阶次和实际发动机上的安装限制，计算所需的传感器数量和最优化的安装位
置布局。
4.2 采集软件（版本9.x）
采集软件用于采集非接触叶尖计时传感器的数据，主要功能：
z 支持最多30个通道
z 支持多个转子或发动机多级同时测量
z 与BVSI通讯，允许用户浏览和更改BVSI内每个传感器的调理和触发参数，如增益、低通、高
通、arm、触发等
z 虚拟示波器，用户可查看模拟信号和到达时间，同时调整调理和触发设置
z 实时显示：
- RPM
- 传感器状态
- 显示叶片的同步和非同步振动的振幅和历史图
- 根据设定的阶次进行周向付里叶拟合
- 多传感器的阶次跟踪
- 实时坎贝尔图
- 根据叶片信号脉冲幅值计算叶尖间隙
- 叶片扭转监测（要求在叶片弦长方向上有两个传感器）
- 所有叶片的FFT，用于分析非谐振事件（颤振、旋转失速等）
- 单个叶片的非谐振幅值
- 叶片之间间距的监测，用于识别转子裂纹
z 实验监视和数据管理功能：
- 选择手动数据采集或根据转速来开始和结束采集
- 循环缓冲所有数据，如果数据被其他事件标记需要存储，则可以被恢复（如高非同步振
动，预触发）
- 自动创建文件夹，用于长期测试
- 数据可以周期性存储，用于长期测试（几个月或几年）
- 创建ASCII信息文件(*.inf)，包括所有相关信息
- 说明自动附加至信息文件(*.inf)里
- 声光报警：超限的同步或非同步振动、叶尖间隙、叶片扭转角
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采集软件界面
4.3 分析软件
用于分析采集到的数据，主要功能
z 确定传感器的实际安装位置（通过用户设置信息、叶片间隔或两者的综合信息）
z 支持多转子测试和在弦长方向的传感器位置
z 快速浏览RPM历史图
z 快速浏览（汇总）同步/非同步振动
z 确定同步振动的阶次
z 同步振动分析：
- 周向付里叶拟合（即：阶次跟踪），需要3支以上传感器
- 每个叶片的单自由度拟合，或与飞行实时相结合
- 逐个叶片察看可多个叶片综合查看
- 结果导入坎贝尔图以及Excel和Word
- 用户可配置数据平滑和处理方式
z 非同步振动分析：
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- 瀑布图
- 节径和非谐振的真实频率
- 非整阶周向拟合，用于单个叶片幅值
- 结果可导入坎贝尔图以及Excel和Word
z 叶片扭转角分析
z 叶尖间隙分析
- 支持两种类型的传感器：开角双光束传感器，信号幅值与间隙相关的传感器
- 标定可包括叶尖速率
- 当没有标定时，利用标定功能可以生成有意义的定性结果
- 结果可输出至Excel和Word
z 结合有限元分析软件，可以对振型进行分析
分析软件界面
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4.4 裂纹监测
裂纹监测功能没有一个单独的用户界面。监测功能对采集到的数据进行长期的趋势监测，包括对裂纹
出现和扩展有指示作用的参数：同步共振、非同步现象，叶片倾斜等。为了最大化监测的效果，采用
相关知识库（预期的裂纹，叶片倾斜行为）来对数据进行过滤。监测功能可以自动生成报告，并发送
至预定的网站或发送email至指定地址。
裂纹监测功能
六、 服务
5.1 根据用户实际情况对传感器及其电缆和传感器的安装方式进行设计
5.2 对安装和测试进行技术指导
5.3 培训：在制造厂或用户所在地对用户进行操作和使用培训
5.4 辅助数据分析，当用户遇到问题时，辅助用户对数据进行分析
七、 资料
6.1 系统说明和操作维护手册，软件手册
6.2 传感器及其安装方式的图纸
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