专利名称：用于实时燃气涡轮机控制和预测的智能辐射测温系统的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及智能辐射测温系统，并且更具体地涉及用于实时燃气涡轮机控制和预测的多波长辐射测温系统。
背景技术：
众所周知，通过提升涡轮机运行温度可以提高燃气涡轮机的效率。运行温度的提高不利地影响燃气涡轮机的可靠性、有效性以及排放。随着运行温度提高，可超出某些发动机部件的热极限，尤其是热气体通道(HGP)部件，例如涡轮机叶片和喷管，这导致使用寿命缩短或甚至材料失效。此外，部件的热膨胀和收缩同样影响与其它部件之间的间隙以及相互之间的装配关系。从而，在燃气涡轮机运行期间监测涡轮机部件的温度以确保它们在相当一段时间内不超出最大额定温度，这是可取的。例如，可通过燃气涡轮机控制器使用HGP 部件的温度信息来调整致动器以通过改变燃料流率、导叶角度(vane angle)和喷管面积等调控最大工作温度。此外，测量的温度和趋势可用于预测昂贵的燃气涡轮机的剩余寿命并且估计关联的风险。监测涡轮机HGP部件温度的常用方法是间接测量离开涡轮机的气体的温度并且将其作为叶片温度的指示使用。可通过在排气流中定位一个或多个温度传感器(例如热电偶)来测量涡轮机出口温度。由于叶片温度是间接测量的，其相对不准确。从而，由于必须保持广泛的安全边界而不允许使用最佳温度。间接的HGP部件温度测量的缺点是众所周知的，并且已经提出用于直接测量HGP 部件温度的方法。一种直接测量方法使用单检测波带辐射高温计，其位于发动机壳体外部并且具有通过形成于壳体壁中的观察窗而聚焦于涡轮机叶片上的视场。由加热的涡轮机 HGP部件发出的辐射从而冲击高温计，其然后产生代表该HGP部件温度的电信号。然而，在发动机运行期间，观察窗暴露于高温排气，其易于使观察窗模糊并且不利地影响温度读取。 此外，热检查系统对燃料比率变化的时间响应以及计算温度和发射率(emissivity)的处理时间需要显著提高。因此，具有解决上述问题中的一个或多个的改进的智能实时辐射测温系统，这将是可取的。

发明内容
根据本发明的实施例，提供包括涡轮机HGP部件的智能辐射测温系统。该智能辐射测温系统包括光学成像子系统，其配置成接收由HGP部件发出的连续宽波段辐射信号。 该测温系统还包括与光传输系统光通信的波长分裂子系统，其中该波长分裂子系统接收连续宽波段辐射信号，并且将该辐射信号分裂成多个子波段信号。该测温系统进一步包括与该波长分裂子系统光通信的至少一个检测器阵列，其中该至少一个检测器阵列接收这些多个子波段信号，并对每个信号输出相应的模拟电压信号。该测温系统进一步包括电耦合于该至少一个检测器阵列的至少一个高速多通道模拟-数字转换器(ADC)，其中该至少一个ADC将相应的模拟电压信号数字化并且输出数字电压信号。该测温系统还包括电耦合于该至少一个高速多通道ADC的至少一个智能实时处理子系统。该智能实时处理子系统基于反射校正和多波长算法使用来自该至少一个高速多通道ADC的数字电压信号计算涡轮机HGP 部件的温度和发射率。该至少一个智能实时处理子系统还使用内建通信单元在预定时间段内传送指示温度、发射率和其他多个参数的数据。该至少一个智能实时处理子系统还基于该数据输出紧急警报信号并且直接地或通过控制器控制耦合于燃气涡轮机的一个或多个致动器以确保最佳和安全运行。根据本发明的另一个实施例，提供用于热测量涡轮机HGP部件的方法。该方法包括通过光学子成像系统接收由涡轮机HGP部件发出的连续宽波段辐射信号。该方法还包括通过波长分裂子系统接收该辐射信号，并且将涡轮机部件的连续宽波段辐射信号分裂成多个子波段信号。该方法还包括通过至少一个检测器阵列接收多个波段信号并且对这些子波段信号的每个输出相应的模拟电压信号。该方法进一步包括通过至少一个高速多通道ADC 将相应的模拟电压信号数字化以便输出数字电压信号。该方法还包括通过至少一个智能实时处理子系统使用这些数字信号执行多个处理步骤。这些步骤包括检查并且补偿这些数字电压信号，通过查找表计算辐射温度，基于该辐射温度、反射校正和多波长算法计算涡轮机部件的温度和发射率，以及在预定时间段内将指示温度、发射率和其它多个参数的数据传送至内建通信单元。这些步骤还包括基于该数据输出紧急警报信号并且直接地或通过控制器控制耦合于燃气涡轮机的一个或多个致动器以确保涡轮机的最佳和安全运行。根据本发明的另一个实施例，提供用于涡轮机HGP部件的测温处理系统。该测温处理系统包括电耦合于至少一个检测器阵列的至少一个智能实时处理子系统。该至少一个智能实时处理子系统从部件接收代表多个子波段信号的每个的数字电压信号。该至少一个智能实时处理子系统还检查并且补偿这些数字电压信号，以及通过查找表计算辐射温度。 该至少一个智能实时处理子系统还基于辐射温度、反射校正和多波长算法计算涡轮机部件的温度和发射率。该至少一个智能实时处理子系统还在预定时间段内将指示温度、发射率和其它多个参数的数据传送至控制器。该至少一个智能实时处理子系统还基于该数据输出紧急警报信号并且直接地或通过控制器控制耦合于燃气涡轮机的一个或多个致动器以确保涡轮机的最佳和安全运行。


当下列详细说明参照附图(其中所有图中相似的符号代表相似的部件)阅读时， 本发明的这些和其他特征、方面和优势将变得更好理解，其中图I是根据本发明的实施例的包括智能实时处理子系统的涡轮机系统的示意图。图2是在图I的燃气涡轮机系统中的智能实时辐射测温系统的简化框图表示。图3是在图I和2的智能实时处理子系统内发生的软件数据处理的框图表示。图4是在图I和2中的智能实时处理子系统的输出数据的进一步传送的框图表示。图5是在图I和2中的智能实时处理子系统内的硬件的框图表示。图6是根据本发明的实施例的用于确定可允许工作波长的作为波长的函数的光谱发射率的模拟图。
图7是根据本发明的实施例的其中实时处理子系统起到独立控制器的作用的示范性实施例的框图表示。图8是其中实时处理子系统产生警报信号的另一个示范性实施例的框图表示。图9是其中实时处理子系统将信号发送至图I中的涡轮机控制器的再另一个示范性实施例的框图表示。图10是根据本发明的实施例的代表用于实时控制和预测的涡轮机HGP部件的辐射测温测量的示范性方法中的步骤的流程图。
具体实施例如下文详细论述的，本发明的实施例包括用于对象热检查的系统和方法。如本文使用的，术语“对象”涉及但不限于涡轮机HGP部件，如叶片和喷管。该系统包括智能辐射测温系统，其提供具有例如少于约10毫秒的预定时间响应的实时燃气涡轮机控制和预测，这能够调控燃料喷入例如燃气涡轮机系统中的燃烧器。将意识到尽管本文公开的实施例已经关于燃气涡轮机系统描述，可在各种相似的应用中采用这样的智能实时处理子系统。此外， 尽管在本文中已经说明一个智能实时处理子系统，可采用任何数量的这样的智能处理子系统。现在转到附图，图I是涡轮机系统10的示意图，该涡轮机系统10包括智能实时处理子系统，其配置成估计涡轮机部件(例如，压缩机22的叶片)的温度和发射率，并且实时控制耦合于涡轮机系统10的一个或多个致动器11以确保安全运行。该涡轮机系统10包括燃料喷射器12、燃料供应14和燃烧器16。如图示的，该燃料供应14通过燃料喷射器12 将液体燃料和/或气体燃料(例如天然气)输送至燃气涡轮机系统10进入燃烧器16。该燃料喷射器12配置成喷射燃料并且混合燃料与压缩空气。该燃烧器16点燃并且燃烧燃料-空气混合物，然后将热加压排气送入涡轮机18。如将意识到的，涡轮机18包括一个或多个具有固定导叶或叶片的定子，以及一个或多个转子，其具有相对于这些定子旋转的叶片。排气通过涡轮机转子叶片，由此驱动涡轮机转子旋转。涡轮机转子和轴19之间的耦合将使该轴19旋转，该轴19也耦合于燃气涡轮机系统10中的若干部件，如图示的。最后，燃烧过程的排气通过排气出口 20排出燃气涡轮机系统10。压缩机22包括刚性地安装于转子的叶片，该转子由轴19驱动旋转。当空气通过旋转叶片时，空气压力增加，由此为燃烧器16提供适合燃烧的足够空气。压缩机22通过空气入口 24将空气吸入燃气涡轮机系统10。此外，轴19可耦合于负载26，其由轴19的旋转带动。如将意识到的，该负载26可以是可使用燃气涡轮机系统10的旋转输出的动力的任何适合的装置，例如发电站或外部机械负载。例如，该负载26包括发电机、飞机推进器等。 空气入口 24通过例如冷空气入口等适合的机构将空气30吸入燃气涡轮机系统10。然后空气30流过压缩机22的叶片，该压缩机22向燃烧器16提供压缩空气32。具体地，燃料喷射器12可将压缩空气32和燃料14作为燃料-空气混合物34喷入燃烧器16。备选地，也可直接将压缩空气32和燃料14喷入燃烧器用于混合和燃烧。如图示的，涡轮机系统10包括光耦合于涡轮机18的光学成像子系统36。在图示的实施例中，该光学成像系统36包括在进入涡轮机18的观察口 39与波长分裂子系统40 之间延伸的光连接38 (例如，光学孔径仪、光纤线缆、光波导等)。如下文详细论述的，该波长分裂子系统40配置成从涡轮机HGP部件接收连续宽波段辐射信号，并且将宽波段图像分裂成多个子波段信号41。光耦合于该波长分裂子系统40的至少一个检测器阵列42配置成接收子波长信号的每个，并且输出相应的模拟电压信号43。在图示的实施例中，检测器阵列 42电耦合于至少一个高速多通道模拟-数字转换器(ADC) 44，其将模拟信号43数字化以输出数字信号45。电耦合于该至少一个高速多通道ADC 44的智能实时处理子系统46接收这些数字信号45。该智能实时处理子系统46检查并且补偿数字电压信号45并且通过查找表计算辐射温度。基于该辐射温度、反射校正和多波长算法计算涡轮机部件22的温度和发射率。在预定时间段内(例如在具体实施例中少于约10微秒)将指示温度、发射率及其它多个参数的数据53传送至控制器。在一个实施例中，这些多个参数包括信号/传感器健康状况、信号置信水平、信号选择指数、权重因数、温度趋势日志文件、温度统计等。该智能实时处理子系统46内的通信单元(未示出)在数据超出涡轮机系统10安全运行极限的情况下输出紧急警报。在另一个实施例中，该智能实时处理子系统46基于该数据53直接地或通过控制器54控制耦合于涡轮机系统10的一个或多个致动器11。例如，这些致动器11 可基于计算的温度调控燃料喷入燃烧器16。在另一个实施例中，致动器可基于计算的数据 53调控空气流入压缩机22。图2是与图I相似的燃气涡轮机系统中的智能实时辐射测温系统60的简化框图表不。光学系统36(图I)进一步包括光学成像子系统62和光传输子系统64,其传送连续宽波段辐射信号68至波长分裂子系统40 (图I)。该光学成像子系统62接收由燃气涡轮机 HGP部件(例如涡轮叶片66)发出的辐射65，并且传送该辐射65至光传输子系统64。光传输子系统64传送连续宽波段辐射信号68至波长分裂子系统40，其可包括一系列透镜、棱镜、镜子和光纤。该波长分裂子系统40可包括一系列透镜、棱镜、镜子、分光计和/或其它反射的和/或折射光学器件以将连续宽波段辐射信号68分裂成多个子波段信号72。如将意识到的，每个子波段信号72包括与连续宽波段辐射信号68大致上相似的光谱含量(例如，波长范围)。另外，每个信号72的视场以及分辨率与连续宽波段信号68大致上相似。然而，应该意识到每个信号72的强度可与由波长分裂子系统40产生的信号72 的数量成反比。例如，由于图示的实施例中的波长分裂子系统40产生四个子波段信号72， 每个信号72的强度可以是连续宽波段信号68的强度的大约25%。尽管在备选实施例中可产生更多或更少的子波段信号(例如，2、3、4、5、6、7、8个或更多)，应该意识到子波段信号的最大数量可受到接收这些多个子波段信号72的检测器阵列92的灵敏度的限制。检测器阵列92输出相应的模拟电压信号96至至少一个高速多通道ADC 98，其将信号96数字化以输出数字信号99。键相位(keyphasor)或外部触发单兀97还可被输入高速多通道ADC 98。该键相位或外部触发单元97可用于使该至少一个高速多通道ADC与通用时间参考同步。该键相位和外部触发单元97还可以用于相位锁定特定HGP部件，特别对于旋转部件，如涡轮机叶片。数字信号99被输入智能实时处理子系统102 (与图I中的 46相似)。如在图I中论述的，该智能实时处理子系统102处理数字信号99以输出涡轮机 HGP部件66的温度和发射率。数据104由智能实时处理子系统102内的内建通信单元(未示出)传送以直接地或通过控制器106间接地控制致动器108，其进一步调控部件参数从而确保燃气涡轮机110在安全运行极限内最佳运行。应该注意到本发明的实施例不限于用于执行本发明的处理任务的任何特定处理器。术语“处理子系统”(当该术语在本文使用时)意在指示任何能够执行对于执行本发明的任务必需的计算或运算的机器。术语“处理子系统”意在指示任何能够接受结构化输入并且根据规定的规则处理该输入以产生输出的机器。还应该注意到如本文使用的短语“配置成”意思是处理器装配有用于执行本发明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。图3是在智能实时处理子系统102 (图2)中发生的软件数据处理的框图表示。馈送进入实时处理子系统102的来自至少一个高速多通道ADC (98)(图2)的原始数字信号数据112经过各种标准预处理技术以提高数据精确度。采用某一流程执行各种校正模型来确保实时处理数据。原始信号112被输入本底校正模型116，其对暗信号或本底信号进行校正。本底校正的数据118被输入非均匀性或增益校正模型120，并且非均匀性或增益校正的数据122进一步被输入不良信号替换模型124。来自不良信号替换模型124的数据输出 126被输入校准模型132，其中通过储存在智能实时处理子系统中的“电压“温度”查找表执行校准以确定辐射温度136。指示辐射温度的数据136被输入具有来自反射校正模型 142的校正因子的嵌入式多波长算法138。由光学成像系统(图2，62、64)收集的来自感兴趣部件(图2，66)的辐射包括两部分从叶片发出的辐射，以及来自相邻部件、例如但不限于罩、喷管等的反射辐射。因此，为了从收集的辐射中消除反射的分量，执行反射校正。反射校正的数据146通过多波长算法138进一步处理以输出部件的原始温度和发射率数据152。 为了提高处理速度，算法需要采用并行处理模式实现。此外，原始温度和发射率数据152被输入智能信号处理算法156，其包括低级处理 158、高级处理162、信号调节164、统计和趋势分析166以及控制函数168。低级处理158获取并且评估至少一个高速多通道ADC的健康状况174，而高级处理162确保去除噪音或非对象信号178 (例如火焰或微粒信号排除)、比较信号、融合或丢弃信号、计算关于信号的质量指数、计算状态标志以指示如不良检测器或不良ADC等系统健康状况。相似地，信号调节 164对热效应执行滤波和补偿182。滤波函数可以采用各种数据率输出滤波信号以与控制器或致动器的能力匹配。统计和趋势分析166输出每个部件的日志趋势186。控制函数模型168输出控制参数以直接地或通过控制器控制耦合于燃气涡轮机的一个或多个致动器。图4是智能实时处理子系统102 (图2)的输出数据202进一步传送的框图表示。 数据22被馈送进入智能实时处理子系统102内的内建通信单元52。该通信单元52包括三个接口。一个是数字数据接口并且一个是模拟数据接口，其中数据进一步被传送至控制器106 (图2)或一个或多个致动器108 (图2)。另一个是控制接口，其中存储器中的数据可以被读取、写入并且更新。通过控制接口，校准数据或嵌入式软件可以更新并且可以下载趋势文件的日志数据。此外，数字数据接口包括但不限于Firewire (IEEE1394)、以太网(Ethernet)、吉比特以太网(Gigabit Ehernet)、USB、RS232 以及摄像机链路(Camera Link)等。模拟数据接口可在由控制器或致动器需要的电压、电流和频率范围中输出数据。 控制接口包括但不限于Firewire (IEEE1394)、以太网(Ethernet)、吉比特以太网(Gigabit Ehernet)、USB、RS232 以及摄像机链路(Camera Link)等。图5是智能实时处理子系统102 (图2)或46 (图I)内的硬件的框图表示。来自至少一个高速ADC 98(图2)的输出99通过输入-输出(I/O)接口 106被输入智能实时处理子系统102。嵌入现场可编程门阵列(FPGA)单元212，其电耦合于I/O接口 106。此外，数字信号处理(DSP)单元214从FPGA单元212接收输入信号216并且将数据存储在存储器224中。通信单元228与FPGA212、DSP214和存储器224交换数据232并且输出信号 232 (图I)。嵌入的数据处理算法在FPGA单元212或DSP单元214中实现。为了提高实时数据处理速度，算法采用并行模式在FPGA单元212或DSP单元214中实现。校准数据存储在存储器224中。低级处理158、高级处理162、信号调节164、统计和趋势分析166以及控制函数168的结果也存储在存储器中。通信单元228可以访问存储器224并且输出必需的数字或模拟数据至燃气涡轮机控制器106 (图2)，或直接输出至致动器。图6是作为波长的函数的光谱发射率的模拟图250。X轴252表示波长(以微米计)，而Y轴254表示归一化的并因此无量纲的光谱发射率。在运行中，由对象(例如但不限于涡轮机叶片)发出的辐射可由于例如H2O以及CO2等其它混合气体排放的吸收而最小化，从而导致低的信噪比测量。曲线图250图示可容许工作波段，其中这样的混合气体排放是最小的，并且从而获得高信噪比测量的可能性最大化。如本文图示的，曲线256表示作为波长的函数的H2O和CO2混合物的发射率。相似地，曲线262表示对象的实际排放，并且曲线264表示热气体排放。从而，可推断可容许工作波段(其中可忽略H2O和CO2排放)是由数字 266 指示的 0. 5-1. I u m、l. 2-1. 3 u m、l. 5-1. 7 u m、2. 0-2. 4 u m 和 3. 5-4. 2 u m。图7-9是智能实时处理子系统102的功能性的备选实施例的框图表示。例如，图 7图示其中实时处理子系统102 (图2)绕过控制器108 (图2)直接调控致动器108 (图2) 的实施例。也就是说，实时处理子系统起到独立控制器的作用。具体地，来自检测器阵列92 的信号96 (图2)由实时处理子系统102处理。然而，代替传送输出信号104 (图2)输出至控制器108，实时处理子系统102直接调控致动器108 (图2)。图8是实时处理子系统102的另外的功能性的框图表示。实时处理子系统102在温度/发射率值超出预定运行极限的情况下基于输出信号104 (图2)产生警报信号282。此外，发动机可基于产生的警报信号而关闭。从而，实时处理子系统可起到应急装置的作用。图9是其中实时处理子系统102传送输出信号104至进一步控制致动器108的控制器106(图2)的示范性实施例的框图表示。在特定实施例中，控制器106是全权数字发动机控制器(FADEC)。在这样的实施例中，控制器基于输出信号104做出关于进一步动作的决定。也就是说，实时处理子系统102可对于现有的控制器起到智能传感器的作用。在一个实施例中，键相位或外部触发97(图2)还可应用于智能实时处理子系统102。键相位或外部触发97可以用于使至少一个高速多通道ADC与燃气涡轮机的周向参考同步，并且识别燃气涡轮机的特定部件。如果对象是快速移动的对象，如燃气涡轮机叶片，该功能尤为重要。键相位或外部触发97还可以用于使智能实时辐射测温系统与其它仪器同步。图10是代表用于涡轮机部件热测量的示范性方法中的步骤的流程图。该方法包括在步骤302中通过光学成像子系统接收由涡轮机部件发出的连续宽波段辐射信号。在步骤304中，该辐射信号通过波长分裂子系统传送并且分裂成多个子波段信号。在步骤306 中，这些多个子波段信号由至少一个检测器阵列接收并且输出相应的模拟电压信号。在步骤308中，相应的电压信号被数字化以输出数字电压信号。在步骤312中，这些数字信号由智能实时处理子系统接收并且在包括检查和补偿数字电压信号的多个步骤中处理。在步骤 314中，通过查找表计算辐射温度。在步骤316中，基于辐射温度、反射校正和多波长信号计算涡轮机部件的温度和发射率。在步骤318中，在预定的时间段内(例如少于约10毫秒)将指示温度、发射率以及其它多个参数的数据传送至通信单元。在一个实施例中，在步骤 332中输出紧急警报信号来关闭涡轮机系统以便在安全极限内运行。在另一个实施例中，基于接收的数据直接或间接地控制一个或多个致动器以确保涡轮机安全运行。上文描述的智能测温系统的各种实施例提供实现对对象(例如但不限于涡轮机叶片)实时温度测量的便捷和高效的手段的方法。该技术显著地提高系统时间响应，其能够可取地调控燃料喷射以及其他参数。此外，该系统可取决于如何使用温度和发射率信息而实现作为独立控制器、应急装置和现有控制系统的智能传感器。结合多波长信息的实时性能进一步提供控制系统冗余、更高的温度精确度、光学系统污染免疫性以及更高的可靠性以排除错误的低或高的对象温度。由于设计的简化和小型化尺寸，该技术还允许成本有效的手段。该技术还可以在现有的燃气涡轮机系统中容易地实现而没有修改当前控制硬件和软件。要理解不是必须上文描述的所有这样的目的或优势可根据任何特别实施例实现。 从而，例如，本领域内技术人员将认识到本文描述的系统和技术可采用这样的方式体现或进行以便实现或优化如本文教导的一个优势或一组优势，而不必实现如可在本文中教导或启示的其他目的或优势。此外，技术人员将认识到来自不同实施例的各种特征的互换性。相似地，描述的各种特征以及对于每个特征的其他已知的等同物可以由本领域内技术人员中混合和匹配以根据本公开的原理构建另外的系统和技术。尽管本发明仅连同有限数量的实施例详细描述，应该容易理解本发明不限于这样公开的实施例。相反，本发明可以修改以包含此前未描述的许多变化、改动、替代或等同设置，但其与本发明的精神和范围相当。另外，尽管描述了本发明的各种实施例，要理解本发明的方面可仅包括描述的实施例中的一些。因此，本发明不视为由前面的描述限制，而仅由附上的权利要求的范围限制。
权利要求
1.一种智能实时辐射测温系统，其包括涡轮机部件；光学成像子系统，其配置成接收由所述部件发出的连续宽波段辐射信号；与光传输子系统光通信的波长分裂子系统，所述波长分裂子系统配置成传送连续宽波段辐射信号并且将所述辐射信号分裂成多个子波段信号；与所述波长分裂子系统光通信的至少一个检测器阵列，其中所述至少一个检测器阵列配置成接收所述多个子波段信号并且对所述信号的每个输出相应的模拟电压信号；电耦合于所述至少一个检测器阵列的至少一个高速多通道模拟-数字转换器ADC，所述ADC配置成将相应的模拟电压信号数字化并且输出数字电压信号；以及电耦合于所述至少一个高速多通道ADC的至少一个智能实时处理子系统，其配置成 检查并且补偿所述数字电压信号；通过查找表计算辐射温度；基于所述辐射温度、反射校正和多波长算法计算所述涡轮机部件的温度和发射率； 在预定时间段内输出指示所述温度、发射率和其他多个参数的数据；基于所述数据输出紧急警报信号并且直接地或通过控制器控制耦合于燃气涡轮机的一个或多个致动器以确保所述涡轮机安全运行。
2.如权利要求I所述的系统，其中所述至少一个智能实时处理子系统在部件温度超出预定极限的情况下传送警报信号。
3.如权利要求I所述的系统，其中所述光学系统包括光学成像子系统，其配置成从所述燃气涡轮机部件接收连续宽波段辐射信号；光传输子系统，其配置成传送来自所述光学成像子系统的所述连续宽波段辐射信号； 将所述涡轮机部件的所述连续宽波段辐射信号分裂成多个子波段信号的波长分裂子系统。
4.如权利要求I所述的系统，其中所述预定时间段少于约10微秒。
5.一种用于涡轮机部件的热测量的方法，其包括通过光学成像子系统接收由所述涡轮机部件发出的连续宽波段辐射信号；通过光传输子系统接收所述辐射信号；通过波长分裂子系统将所述涡轮机部件的所述连续宽波段辐射信号分裂成多个子波段信号；通过至少一个检测器阵列接收所述多个波段辐射信号并且对所述子波段信号的每个输出相应的模拟电压信号；通过所述至少一个高速多通道ADC将相应的模拟电压信号数字化以便输出数字电压信号;通过接收所述数字信号的至少一个智能实时处理子系统执行多个处理步骤，所述步骤包括检查并且补偿所述数字电压信号；通过查找表计算辐射温度；基于所述辐射温度、反射校正和多波长算法计算所述涡轮机部件的温度和发射率； 在预定时间段内输出指示所述温度、发射率和其它多个参数的数据；基于所述数据输出紧急警报信号并且直接地或通过控制器控制耦合于所述燃气涡轮机的一个或多个致动器以确保所述涡轮机安全运行。
6.如权利要求5所述的方法，其进一步包括在温度超出预定极限的情况下传送所述紧急警报信号。
7.如权利要求5所述的方法，其中所述输出数据包括在少于约10微秒内输出数据。
8.一种用于涡轮部件的测温处理系统，其包括通过所述至少一个高速多通道ADC电耦合于至少一个检测器阵列的至少一个智能实时处理子系统，所述实时处理子系统配置成从所述部件接收代表所述多个子波段信号的每个的数字电压信号；检查并且补偿所述数字电压信号；通过查找表计算辐射温度；基于所述辐射温度、反射校正和多波长算法计算所述涡轮机部件的温度和发射率； 在预定时间段内输出指示所述温度、发射率和其它多个参数的数据；基于所述数据输出紧急警报信号并且直接地或通过控制器控制耦合于所述燃气涡轮机的一个或多个致动器以确保所述涡轮机安全运行。
9.如权利要求8所述的测温系统，其中所述至少一个智能处理子系统在温度超出预定极限的情况下传送警报信号。
10.如权利要求8所述的测温系统，其中所述预定时间段少于约10微秒。
11.如权利要求8所述的测温系统，其进一步包括光学成像子系统，其配置成接收由所述涡轮机部件发出的连续宽波段辐射信号； 光传输子系统，其配置成将来自所述光学成像子系统的连续宽波段辐射信号传送至波长分裂子系统；以及将所述涡轮机部件的所述连续宽波段辐射信号分裂成多个子波段信号的波长分裂子系统；与所述波长分裂子系统光通信的至少一个检测器阵列，其中所述至少一个检测器阵列配置成接收所述多个子波段信号并且对所述信号的每个输出相应的模拟电压信号；以及电耦合于所述至少一个检测器阵列的至少一个高速多通道模拟-数字转换器ADC，所述ADC配置成将相应的模拟电压信号数字化并且输出数字电压信号至所述智能实时处理子系统。
全文摘要
本发明涉及用于实时燃气涡轮机控制和预测的智能辐射测温系统。提供包括涡轮机部件的智能辐射测温系统。该测温系统还包括通过至少一个高速多通道ADC电耦合于至少一个检测器阵列的至少一个智能实时处理子系统。该至少一个智能实时处理子系统基于计算的辐射温度、反射校正和多波长算法计算涡轮机部件的温度和发射率。该智能实时处理子系统还在预定时间段内将指示温度、发射率和其他多个参数的数据传送至通信单元。该智能实时处理子系统还基于该数据输出紧急警报信号并且直接地或通过控制器控制耦合于燃气涡轮机的一个或多个致动器以确保燃气涡轮机在安全运行极限内的最佳运行。
文档编号G01J5/02GK102588119SQ201110430648
公开日2012年7月18日 申请日期2011年10月28日 优先权日2010年10月28日
发明者J·埃斯特瓦德奥尔达尔, N·V·尼尔马兰, S·P·哈珀, 王光华 申请人:通用电气公司