[发明专利]用于物体的热检测的系统及方法

说明书

技术领域

[0001]本发明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检测。

背景技术

[0002]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。

[0003]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。

[0004]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。

[0005]间接的叶片温度测量的缺点是众所周知的，并且已经提出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)而聚集在涡轮轮叶上的视场的辐射高温计。因此，由加热的涡轮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。

[0006]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。

发明内容

[0007]根据本发明的一个实施例，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。

[0008]根据本发明的另一个实施例，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检测器上的光学系统。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。

[0009]根据本发明的又一个实施例，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

[0010]本发明的这些及其它特征、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：

[0011]图1为使用根据本发明实施例的热测量系统的示例性燃气涡轮发动机的简图；

[0012]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截面图；

[0013]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；

[0014]图4为在高压涡轮叶片上的热测量系统的工作的简图；

[0015]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

[0016]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    发动机中心线

12    风扇段

16    高压压缩机

18    燃烧段

20    高压涡轮

22    低压涡轮