多波长温度计制造技术

一种热测量系统(10)包括光收集装置(22)；和与该光收集装置(22)通信的检测系统(40、140、240、340)。该检测系统(40、140、240、340)配置成检测来自气体(80)的光(94)强度。本发明专利技术已经从特定实施例方面描述，并且认识到除那些明确陈述的之外的等同、备选和修改是可能的，并且在附上的权利要求的范围内。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体上涉及热测量系统，并且更加具体地涉及多波长温度计。
技术介绍
当前在高温和/或高压环境中测量实际部件的温度的方法存在缺陷。监测热部件温度的一个方法是间接测量离开发动机(engine)的气体温度并且使 用其作为部件温度的指示。然而，间接温度测量技术相对不准确，并且已经提出用于直接测 量部件温度的方法。测量组成部件的绝对温度的另一个方法是通过使用热电偶。然而，在这些类型的 严酷环境中的温度测量由于不确定的辐射损耗而受到限制，且热电偶由于它们侵入实际部 件和/或气体环境中而寿命较短。另外，这些侵入测量方法仅提供在单个点的温度信息，其 对于例如燃气涡轮机操作等的操作有具有有限的用途。高温计(也称为红外温度计)提供物体的非接触式温度测量并且已经用于在多种 工业、科学和商业过程中估计物体的温度。在已经使用的高温计的技术中的一个是多波长 高温计。在该技术中，物体的绝对温度通过采样和结合由物体在多个波长发射的辐射来确定。用于在该类型环境中测量温度的另一个技术是使用激光器。尽管激光器可提供准 确的益处，它们过于苦于它们自己的缺点，即高成本、增加的灵敏度和对重新调谐的持续需 要。另外，这些技术中没有一个能够同时测量这些部件通常所在的气态环境的温度。用于测量在某些严酷环境中的温度的另一个复杂化因素是在某些燃烧区(例如 飞行器发动机)中严格控制在燃烧区中增添任何种类的装置。例如，FAA限制什么装置、部 件等可放在涡轮机区域中。那么，尽管温度的被动测量在应对法规限制方面可能是更可取 的，但它在技术上具有限制。因此，持续需要有特别在严酷环境中的温度测量方面的改进。
技术实现思路
本专利技术通过提供改进的多波长温度计克服上文提到的缺陷中的至少一些。更具体 地，本专利技术的方面提供热测量系统、直接测量温度的方法、用于测量温度的计算机程序产品 和运用测量温度的应用的方法。因此，根据本专利技术的一个方面，热测量系统包括光收集装置；与该光收集装置通 信(communication)的检测系统，该检测系统包括第一检测子系统和第二检测子系统，其中该第一检测子系统配置成检测来自物体表面的光，进一步地其中该第二检测子系统配置 成检测来自表面和气体的光。根据本专利技术的另一个方面，热测量系统包括光收集装置；和与该光收集装置通 信的检测系统，其中该检测系统配置成检测来自气体的光强度。根据本专利技术的另一个方面，直接测量温度的方法包括收集来自物体的表面的通过 气体的光；接收和测量物体的表面的温度中之一；并且基于收集的光和物体表面的温度测 量该气体的温度。根据本专利技术的另一个方面，直接测量温度的方法包括收集来自气体的光；并且基 于收集的光测量该气体的温度。根据本专利技术的另一个方面，计算机程序产品存储在计算机可读介质上用于测量温 度，该计算可读介质包括用于执行下列步骤的程序代码收集来自物体的表面的通过气体 的光；接收和测量物体的表面的温度中之一；并且基于该光和温度测量该气体的温度。根据本专利技术的另一个方面，运用测量温度的应用的方法包括提供计算机基础设 施，其可操作成收集来自物体的表面的通过气体的光；接收和测量物体的表面的温度中 之一；并且基于该光和温度测量该气体的温度。通过下列详细说明和图将使本专利技术的各种其他特征和优势明显。 附图说明附示当前设想用于实施本专利技术的一个实施例。图1是根据本专利技术的实施例的多波长温度计的框图。图2A是由本专利技术的实施例采用的发射与波长的关系曲线。图2B是由本专利技术的实施例采用的发射与波长的关系曲线。图3A-3C是根据本专利技术的各种实施例的多波长温度计的光学系统和检测系统的 示意图。图4是根据本专利技术的实施例的被动吸收(passive absorption)方法的流程图。图5是根据本专利技术的实施例的计算机系统的示意图。图6是本专利技术的实施例的单点光学系统部分的透视图。图7是本专利技术的实施例的一维阵列光学系统部分的透视图。图8是本专利技术的实施例的二维阵列光学系统部分的透视图。具体实施例方式如本文详细论述的，本专利技术的实施例包括改进的热测量系统(或改进的多波长温 度计)，其提供用于通过对从物体的表面发射的无阻碍地(即，很少或没有吸收)通过气体 的光的波长进行采样同时额外地对由气体部分吸收并且重新发射的光(具有基于它已经 通过的气体的特征)的波长进行采样来测量气体和物体(常常同时地)的温度(典型地高 温)的非接触式手段。在其他实施例中，该热测量系统能够测量气体的温度，同时物体表面 的温度由其他手段提供(例如，从数据库)。从而，本专利技术的方法可以在发动机工作期间同 时提供实时的表面和气体温度。该被动吸收光谱方法提供好处在于它被动地使用物体的热表面作为发射器(对4比使用激光器)并且可采用可用的管道镜端口以使用光收集探头来检测光发射。获得的准 确温度信息将帮助监测并且确认性能(例如，叶片(blade)/叶片桶(bucket)性能)以及 帮助优化燃烧室性能。最终，本专利技术的方面可用作例如供应品(例如，与涡轮机，与飞行器发动机等一起 的)、独立产品、服务品和/或服务品的部件。稳态温度数据和瞬态温度数据两者可获得并 且用于跟踪和测量局部燃烧室性能和部件健康度。本专利技术的方面甚至可远离实际气体和物 体。例如，采用本专利技术的方面的计算机系统可在远程位置中、在软盘上、和/或通过互联网 可用的。现在转向附图，图1是根据本专利技术的实施例的热测量系统或系统10的框图表示。 该系统10包括发射光92的物体90。该光92朝向系统90通过气体或多个气体80。该发 射的光92通过气体80并且光94由光学系统20收集。从该光学系统20，光传送到检测器 系统40。检测器系统40的实施例(其将在下文参照图3A至3C详细描述)发射校准的模 拟信号96。该校准的模拟信号96进一步通过数据采集系统M，其可包括模数(A/D)调节 器，其输出数字信号97。该A/D调节器M可进一步配置成提高信号质量。该数字信号97 最后输入到在计算机基础设施102中的计算机系统100，其处理信号97并且输出物体90和 /或气体80的发射率光谱(emissivity spectrum)和温度。例如，计算机系统100配置成 使用算法处理信号以提供气体80的温度。应该注意到本专利技术不限于用于执行本专利技术的处理任务的任何特定的处理器。术语 “处理器”(如在本文中使用的该术语)意在指示能够执行对于执行本专利技术的任务必需的运 算(calculation)或计算(computation)的任何机器。术语“处理器”意在指示能够接受 结构化输入和根据规定的规则处理输入以产生输出的任何机器。还应该注意到如本文使用 的短语“配置成”意思是处理器配备有用于执行本专利技术的任务的硬件和软件的组合，如将由 本领域内技术人员理解的。热测量系统10可被采用以在多种环境中测量气体80和/或物体90的表面的温 度。通过示例并且非限制性的，物体90可实际上是任何静止或移动物体，或其的某种组合。 例如，静止物体可以是燃气涡轮机的任一个或多个热气路径部件，例如燃烧室衬套、涡轮机 喷嘴、涡轮机定子、涡轮机加力燃烧器(turbine afterburner)等。相似地，移动物体的示例 可以是在严酷环境中典型地任何穿越或旋转物体。旋转物体的示例可是涡轮机叶片。穿越 物体的示例可以是活塞。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种热测量系统（１０）包括：光收集装置（２２）；以及与所述光收集装置（２２）通信的检测系统（４０、１４０、２４０、３４０），其中所述检测系统（４０、１４０、２４０、３４０）配置成检测来自气体（８０）的光（９４）强度。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·李，R·G·布朗，S·达斯古普塔，E·R·富尔龙，N·V·尼尔马兰，A·王，G·王，S·T·沃尔斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US