用于物体的热检测的系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及用于物体的热检测的系统及方法。具体而言，提供了一种用于物体（１０）的热测量系统。该系统（１０）包括构造成用以接收多个波长范围内的辐射的二维检测器（５６）阵列，该检测器（５６）阵列具有表示空间维度的第一轴线（１２４）和表示波长维度的第二轴线（１２６）。该系统还包括构造成用以将由物体（１０）所发出的辐射聚集到检测器（５６）阵列上的光学系统（５０）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体上涉及热检测系统及方法，且更具体地涉及已冷却零件在系统工作期间的非破坏性热才企测。
技术介绍
燃气涡轮发动机包括向燃烧段提供压缩空气的压缩机，在 燃烧段处，压缩空气与燃料相混合并燃烧以产生热燃烧气体。这些气 体向下游流动到多级涡轮中。各涡轮级均包括从紧固到轴上以便围绕 发动机的中心轴线进行旋转的叶轮径向地向外延伸的多个周向间隔 开的叶片。热气体抵靠涡轮叶片膨胀，引起叶轮旋转。这继而又使连 接到压缩机上且还可连接到负载设备如发电机或齿轮箱上的轴旋转。 因此，涡轮从热气体中吸取了能量，以驱动压缩机和提供有用功如发 电或推进飞行中的飞行器。众所周知的是，燃气涡轮发动机的效率可通过升高涡轮工 作温度来提升。当工作温度升高时，可超过有些发动机构件如涡轮轮 叶的热极限，从而导致使用寿命的缩短或甚至是材料的失效。此外， 这些构件的增大的热膨胀和热收缩会不利地影响间隙及其与其它构 件的相互配合关系。因此，期望的是在发动机工作期间监控涡轮轮叶 的温度，以确保它们不会在可感知的时间段超过其最大额定温度。用以监控涡轮叶片温度的常用方式为测量离开涡轮的气体 温度，并且将其用作轮叶温度的指示。涡轮出口温度可通过将一个或 多个温度传感器如热电偶定位在排气流中来测量。由于叶片温度是间 接测量的，故其较为不准确。因此，由于必须保持较宽的安全裕度， 故就不容许使用最佳叶片温度。间接的叶片温度测量的缺点是众所周知的，并且已经提出4了用于直接测量叶片温度的方式。 一种直接测量方式使用位于发动机壳外并具有穿过形成在壳壁中的观察镜(sight glass)而聚集在涡4仑轮叶 上的视场的辐射高温计。因此，由加热的涡4仑轮叶所发出的辐射就撞 击高温计，之后该高温计产生表示轮叶温度的电信号。然而，在发动 机工作期间，观察镜暴露在趋于使观察镜模糊并不利地影响高温计读 数的高温排气下。此外，轮叶表面的光学发射率通常是未知的，这也 会将误差引入到温度测量中。因此，期望的是具有一种用于监控涡轮叶片温度的方式， 其透过可用的观察镜来远程地监控叶片温度，同时避免光学通路受 限、观察镜受损以及表面特性未知的难题。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施例，提供了一种热测量系统。该热 测量系统包括构造成用以接收多个波长范围内的辐射的二维检测器 阵列，其中，检测器具有表示空间维度的第一轴线和表示波长维度的 第二轴线。该系统还包括构造成用以将由物体所发出的辐射聚集到检 测器阵列上的光学系统。根据本专利技术的另 一个实施例，提供了 一种用于物体的热测 量系统。该热测量系统包括构造成用以接收多个波长范围内的辐射的 二维检测器阵列，其中，检测器具有表示空间维度的第一轴线和表示 波长维度的第二轴线。该热测量系统还包括构造成用以将来自于物体 的辐射聚集到各4企测器上的光学系统。热测量系统还包括具有马达的 偏航和横移系统，其中，该马达构造成用以使光学系统围绕轴线旋转， 以便获得期望的视场，从而在检测器阵列内产生二维图。根据本专利技术的又一个实施例，提供了 一种用于制造用于物 体的热测量系统的方法。该方法包括提供构造成用以接收多个波长范 围内的辐射的二维检测器阵列，其中，检测器阵列具有表示空间维度 的第一轴线和表示波长维度的第二轴线。该方法还包括提供构造成用以将由物体所发出的辐射聚集到检测器阵列上的光学系统。 附图说明本专利技术的这些及其它特征、方面和优点在参照附图来阅读 如下详细描述时将得到更好的理解，附图中的相似标号表示相似的零件，在附图中图1为使用根据本专利技术实施例的热测量系统的示例性燃气 涡轮发动机的简图；图2为图1中使用的热测量系统的燃气涡轮发动机的放大图3为在图1的热测量系统中使用的示例性光学系统的简图；图4为在高压涡轮叶片上的热测量系统的工作的简图； 图5为通过多色和单色技术而执行的绝对温度测量的图示 比较；以及图6为表现用于制造热测量系统的示例性方法中的步骤的 流程图。零件清单10 燃气涡轮发动机11 发动才几中心线12 风扇段16 高压压缩积i18 燃烧段20 高压涡津仑22 低压涡轮24 高压转子轴26 低压转子轴28热气流30涡轮导叶32涡轮叶片50光学系统54辐射束56检测器系统58波束60多个4t测器62输出信号64模数转换器66数字信号68处理器71光学一见场72检测器阵列90光学系统92光栅94辐射束96波束98检测器100表示不同波长的信号112叶片114叶片116叶片118纸平面内的方向120光学视场122二维图124轴线126垂直于轴线124的轴线150 图示比较152 表示热电偶的。F读数的X轴154 表示由多色或单色方法测得的温度的Y轴156 指出使用热电偶的基准测量结果的曲线158 表示以最佳光路通过多色方法来产生的温度测量结果的曲线160 以退化光路通过多色方法产生的温度测量结果162 指示使用单色方法测得的温度的曲线164 指示使用单色方法测得的温度的曲线180 用于制造用于物体的热测量系统的方法182 提供构造成用以接收多个波长范围内的辐射的二维检测 器阵列184 提供构造成用以将由物体发出的辐射聚集到检测器阵列 上的光学系统具体实施例方式如下文中将详细论述的那样，本专利技术的实施例包括用于物 体的热4企测的系统及方法。本文所 ^开的系统及方法采用 一种检测系 统，其检测沿一条轴线处于多个波长的辐射，同时又检测垂直轴线上 的空间分量，以实现在工作期间构件温度的精确测量。获得的辐射还 符合基于普朗克定律的多光谱或多波长算法，以产生绝对温度和表观 发射率。如本文使用的那样，用语'物体，表示但不限于涡轮叶片。尽 管下文论述的一些实例涉及旋转物体，但该系统同样可适用于静止物 体和旋转物体。转到附图，图1为示例性燃气涡轮发动机IO,其围绕发动 机中心线ll周向地设置，并且由数字12标示的风扇段、高压压缩机 16、燃烧段18、高压涡轮20以及低压涡轮22处于串行流动关系。燃 烧段18、高压涡轮20以及低压涡轮22通常称为发动机10的高温段。高压转子轴24以传动关系将高压涡轮20连接到高压压缩机16上， 而低压转子轴26将低压涡轮22传动地连接到风扇段12上。燃料在 燃烧段18中燃烧，产生非常热的气流28，气流28受引导而分别穿过 高压涡轮20和低压涡轮22,以向发动机10提供动力。光学系统50 联接到燃气涡轮发动机10上。光学系统50引导在视场(包括燃气涡轮 发动机10的一部分，例如高压涡轮20的叶片)中所发出的辐射束54。 在特定的实施例中，光学系统50包括透镜与反射镜的组件或纤维光 缆。辐射束54进一步入射到检测器系统56上。检测器系统56 将辐射束54分成不同波长的波束58。波束58进一步入射到产生表示 波束58的输出信号62的多个检测器60上。输出信号62传输到将信 号62数字化的才莫数转换器64上，从而产生数字信号66。数字信号 66进一步输入到处理器68中，处理器68计算表观发射率光谱和对应 的温度。应当注意的是，本专利技术并不限于用于执行本专利技术的处理任 务的任何特定处理器。如本文使用的用语那样，用语"处理器"旨在表 示能够执行用以执行本专利技术的任务所必需的运算或计算的任何机器。 用语"处理器，，旨在表示能够接收结构输入以及能够根据指定规则本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于物体（１０）的热测量系统，包括：　构造成用以接收多个波长范围内的辐射的二维检测器（５６）阵列，所述检测器（５６）具有表示空间维度的第一轴线（１２４）和表示波长维度的第二轴线（１２６）；以及　构造成用以将由所述物体发出的辐 射聚集到所述检测器阵列上的光学系统（５０）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JR艾伦，NV尼尔马兰，M萨卡米，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]