一种电路，固定到发动机的运动部件以用于感测和处理部件的温度。所述电路生成表示由热电偶（１１０）感测的温度、且由放大器（１１２）放大的信号。具有温度敏感电容器（Ｃ８）的方波振荡器（１１３）响应于电路的局部温度的变化而改变其频率。斩波器（１１４，Ｊ２７）把所述放大器的输出转换成交流信号。斩波器由方波振荡器门控并且第二输入耦合到放大器的输出。因而，斩波器具有输出信号，所述输出信号具有表示局部温度的频率以及表示热电偶温度的振幅，由此组合的信号表示部件的真实温度。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及用于测量部件温度的无线遥测电子电路并且特别地涉及能够 在超过300°C的高温环境中操作且能够承受高达至少1000g’ s的力的电子电路。
技术介绍
在操作的燃气涡轮发动机内部的温度极其高，往往处于超过450°C的水平。当期 望监视涡轮机的部件(诸如涡轮机叶片)的内部温度或者监视在操作期间施加于此类部件 上的应力时，要求特殊的感测、放大和发送电路。针对这个问题的有效解决方案是使用无 线遥测，诸如在公开的题为 SMART COMPONENT FOR USE IN AN OPERATING ENVIRONMENT 的美国专利申请公开号US 2005/0198967 Al、或者题为INSTRUMENTED COMPONENT FOR COMBUSTION TURBINE ENGINE 的美国申请号 11/936，936 以及题为 INSTRUMENTED COMPONENT FOR WIRELESS TELEMETRY的申请号11/521，193中揭示的无线遥测。在这些上面引用的专利申请中，揭示了使用无线遥测的一般概念。本专利申请应 对在实施这种技术中遇到的具体问题。可以承受高温的无线遥测电路板和其上的部件可以实现在诸如在内燃式燃气涡 轮发动机中经历的那些之类的高温环境中从固定和运动部件中提取数据。电子电路提供了 在涡轮发动机(诸如工业燃气涡轮机、航空发动机以及在石油与天然气工业中使用的涡轮 机)的操作期间实时监视部件状况的可能性。知道涡轮机中的部件的状态提供许多益处，包 括基于内部发动机参数来优化涡轮机操作以及实现基于状况的维护。通过使用监视设备， 可以实现先进涡轮发动机的操作成本的显著降低。对涡轮机部件仪表化的当前实践涉及把 传感器安装到部件、把引线铺到路由器并且把大捆引线在涡轮机之外长距离地带到监视位 置。该过程是缓慢的、劳动密集型的、昂贵的，并且要求修改涡轮机的许多部件以便允许包 括所有引线。为了实现从这种传感器系统提取数据的优点，可能要求把数据发送机 (transmitter)放置在热部件的最冷区域上。这可能导致需要将诸如在涡轮发动机的流 道中的叶片根部处在超过300°C的温度下运行的无线遥测系统。使用硅或绝缘体上硅 (silicon-on-insulator, SOI)有源部件的目前工艺水平的电路不能够在此类高温下操作。 这种无线遥测电路板将要求能够在超过300°C的温度下操作的封装、板、路线(rim)、无源 设备、有源设备以及连接。
技术实现思路
本专利技术涉及在用于内燃式发动机的遥测系统中的一种电路结构，固定到所述发动5机的运动部件且被设置用于处理关于所述运动部件的温度所感测的信息，所述电路结构适 于所述发动机的高温环境且包括热电偶，被设置在所述运动部件上用于感测其温度并且 提供表示所感测的温度的信号；放大器，具有耦合到所述热电偶的输出的输入并且被设置 用于对表示由所述热电偶感测的温度的信号进行放大；方波振荡器，被设置用于生成方波 信号，所述方波信号具有指示所述电路结构的局部温度的频率；斩波器，被设置用于把所述 放大器的输出信号转换成交流信号，所述斩波器具有耦合到所述方波振荡器的输出的第一 门控输入以及耦合到所述放大器的输出的第二输入，所述斩波器具有提供信号的输出，所 述信号具有表示所述电路的局部温度的频率以及表示由所述热电偶感测的温度的振幅。附图说明鉴于附图，在以下的描述中解释本专利技术，所述附图示出图1是示出包括遥测电路板的电子器件的附着的示例性涡轮机叶片的部分透视图。图2是示出图1的发送机组件的元件的分解透视图。图3是示出包含在图2的发送机组件外壳中的高温电子器件封装(electronics package)内的元件的分解图。图4A示出用于在组装操作期间固定电路板的转移板(transfer plate)的平面图 和侧视图。图4B示出待与图4A的转移板一起用于在组装操作期间把部件固定在适当位置的 对准板的平面图。图5A、5B和5C是使用图4A和4B的转移板和对准板的组装过程的透视图。图6A和6B是在半导体技术中通常使用的导线接合技术的视图。图7是示出典型导线接合的g力分析的透视图。图8示出在模拟g力应力下的导线接合的各种状况。图9A是示出对本文使用的放大器电路偏置(bias)的独特电路的示例性示意图。图9B是示出在变化的温度下图9A的放大器的AC输出电压相对于偏置电压的图表。图10是应变计电路的框图。图11是热电偶(thermocouple)电路的框图。图12是用于放大应变计输出信号的电路的示意图。图13是用于放大热电偶输出和把发送机的局部(local)温度嵌入到放大的输出 信号中的电路的示意图。图14是功率调节电路的示意图。图15是包括Colpitts (科耳皮兹)振荡器的FM发送机的示意图。图16是代表性热电偶的图示。图17是示出在室温下热电偶电路的方波发生器的输出的波形图。图18是示出在升高温度下热电偶电路的方波发生器的输出的波形图。图19是示出随着温度增加时热电偶的输出电压的波形图。图20是示出斩波器的输出的波形图，所述斩波器的输出是热电偶和方波发生器 的组合输出。具体实施例方式本文公开的实施例实现了通过使用电子电路经由无线遥测从具有从环境到大于 300°C变化且包括高达至少450°C的温度在内的温度的燃气涡轮机的区域发送数据。封装和 电路的所有元件因此要由能够在大于300°C的温度下操作的材料制作。目前工艺水平的高 温电子系统被设计成使得控制逻辑电路放置在冷得足以使用基于硅的电子器件或者能够 在高达最大300°C的升高温度下操作的高温绝缘体上硅(HTSOI)技术的位置处。在这种目 前工艺水平的系统中，控制信号从相对低温的区域经由导线发送到位于处在大于300°C下 的热区域中的功率放大模块。功率放大模块是一种如下电路其将采用针对高温使用设计 的半导体，诸如宽带隙(band gap)半导体材料，包括SiC，AIN, GaN, AIGaN, GaAs, GaP, InP, AIGaAs, AIGaP, AIInGaP和GaAsAIN或者其它可以在大于约300°C的温度下使用的 具备耐高温能力的半导体材料。这种设计策略对于在诸如燃气涡轮机叶片之类的旋转热断 面部件上采用仪表装置是无用的，因为整个发送机电子电路必须位于涡轮机叶片上并因而 在超过300°C的温度下操作。本文揭示了新的电子电路，其在大于300°C且包括高达至少 450°C的温度在内的温度下实现传感器信号采集和无线发送二者。所揭示的电子电路和封装因此由能够在高温下操作的材料制作，例如具备耐温能 力的环氧树脂或陶瓷材料，诸如氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅、氮化铝等。导体由可以承 受高温而不熔化的金属制作，例如银或金。有源和无源电气部件必须基于该板将操作于其 中的温度环境和电气要求进行选择。可以采用高温无源部件，诸如基于诸如钯、钌、铱、铼、 多层陶瓷电容器(诸如NP0、C0G和X7R)之类的系统的厚膜电阻器。如果市场上买不到合适 的电感器，则具备耐高温能力的电感器可能需要直接沉积到支承电子电路的PC板上。有源 部件，即晶体管、二极管等，可以由能够在高温下操作的半导体材料(诸如上面列举的那些) 制作。部件和电子电路本文档来自技高网...
【技术保护点】
１． 在用于内燃式发动机的遥测系统中，一种电路结构，固定到所述发动机的运动部件且被设置用于处理关于所述运动部件的温度所感测的信息，所述电路结构适于所述发动机的高温环境且包括：热电偶，被设置在所述运动部件上用于感测其温度并且提供表示所感测的温度的信号；放大器，具有耦合到所述热电偶的输出的输入并且被设置用于对表示由所述热电偶感测的温度的信号进行放大；方波振荡器，被设置用于生成方波信号，所述方波信号具有指示所述电路结构的局部温度的频率；斩波器，被设置用于把所述放大器的输出信号转换成交流信号，所述斩波器具有耦合到所述方波振荡器的输出的第一门控输入以及耦合到所述放大器的输出的第二输入，所述斩波器具有提供信号的输出，所述信号具有表示所述电路的局部温度的频率以及表示由所述热电偶感测的温度的振幅。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：DJ米切尔，
申请(专利权)人：西门子能源公司，
类型：发明
国别省市：US
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