航空发动机在航空工业中扮演着十分重要的角色,航空发动机在运行时最容易出现故障的部件就是发动机叶片。发动机叶片在各种复杂激振力的作用下极易发生振动,对发动机叶片进行实时在线的振动监测是保障发动机安全运行的重要保障。目前应用最广泛、最热门的测振技术就是叶尖定时法测振技术,叶尖定时法通过精确提取叶片到达传感器的时间来对叶片振动进行监测,该方法只需在机匣上安装少量的叶尖定时传感器就可以实现对整级叶片振动的非接触式测量。目前该方法的测量精度主要受提取叶片到达时间精度的影响,传统提取时间的方法主要是通过设定触发阈值提取叶片的到达时间,然而叶尖定时信号受到诸多因素的影响,比如叶尖间隙的变化、叶尖表面粗糙度、电路噪音、光路噪音等的影响,使提取的叶片到达时间并不准确。本文提出了一种新的提取叶片到达时间的方法——基于叶尖表面微结构的叶尖定时方法。该方法通过加工叶尖表面,使其形成具有特征结构的一维微结构表面,采集微结构表面的散射光信号并与提前标定的信号进行对比处理,通过算法计算得到叶片到达时间。该方法不再依赖单一或者数个触发信号提取时间,而是通过对整个具有特征的微结构散射光信号处理提取时间,有效降低了由于间隙变化、叶尖侵蚀、叶尖表面粗糙、光源抖动等带来的信号随机抖动引入的误差,大幅提升了叶尖定时的精度以及系统的稳定性。本文围绕叶尖定时精度展开研究。首先介绍了叶尖定时系统的主要结构,对叶尖定时探头、光电转换电路、叶尖定时算法进行了简要介绍,分析了叶尖定时信号的特点、影响叶尖定时信号的主要因素、当前主流的定时方法以及误差,之后提出了自己的定时方法——基于叶尖表面微结构的定时方法,并且对提出的新方法的可行性、优越性展开了一系列的研究。其次,通过仿真研究了具有特征微结构表面的散射特性,证明了其散射光中携带了具有特征微结构的形貌信息。通过实验测试了不同加工方式、不同粗糙度的表面的散射特性,找出了最适合提取时间的加工方式以及加工的几何特征,并利用搭建的叶尖定时系统测试了利用叶尖微结构提取叶片的到达时间的精度,证明了利用基于叶尖表面微结构的叶尖定时法在抗间隙变化、电路噪音等方面相较于阈值触发具有明显的精度优势。最后,利用搭建的旋转测试系统测试了旋转叶片的叶尖定时信号的特点,在低旋转速度叶片无振动时,测试了厚叶片的定时时间,标定旋转系统误差。之后加工了薄叶片,利用基于叶尖表面微结构的定时方法测试了薄叶片的振动,把实验结果和通过有限元仿真分析的结果进行对比,分析计算出了叶片的真实振动频率。