专利名称：利用光纤带探头监视叶片振动的设备和方法
技术领域：
本发明涉及涡轮叶片振动监视，更具体地涉及用于在叶片振动监视期间检测叶片经过事件的光纤带探头。
背景技术：
高速涡轮机，例如蒸汽涡轮或燃气涡轮，通常包括布置成轴向排的多个叶片，成排叶片响应轴向流过机器的高压流体的力而旋转。由于叶片的复杂设计，叶片的固有共振机械频率可与其某一叶片旋转速度和旋转谐波一致或由某一叶片旋转速度和旋转谐波激励。 为了防止叶片围绕其正常位置的过度振动，明智的设计原则规定，叶片应被配置成使得最低模式的频率落在涡轮操作频率的谐波之间。另外，叶片可由诸如气动振动或颤振的非同步力激励。为了避免振动超过某一水平并在叶片中引起讨厌的应力，普遍在涡轮的设计和检测期间以及在涡轮的正常操作期间监视叶片的振动。例如，已知使用非接触式接近传感器或探头来检测叶片振动。探头在每一个叶片经过每一个探头时检测每一个叶片的实际到达时间，并将相应信号提供给叶片振动监视系统(BVM)。由于振动引起的小的偏差，BVM通过该偏差可确定每一个叶片的振动的振幅、频率和相位。测量到的振动振幅高度取决于传感器在叶片目标上的正确定位，其可包括附接到叶片的目标，叶片的特征或叶片尖端自身。在典型测量中，探头可被定位成感应叶片的前缘或后缘的经过。在一个已知的从旋转叶片获得到达时间数据的系统中，一个五透镜激光线探头将激光遍布到跨越叶片尖端的一部分的线上，以确定前叶片尖端边缘或后叶片尖端边缘被检测到达时间。光的脉冲由尖端边缘在经过探头时从尖端边缘反射的激光产生，并由探头接收。如果探头位于前缘上方，则前脉冲边缘表示前叶片尖端边缘的到达，提供前尖端边缘处的振动测量。如果探头位于后叶片尖端边缘上方，则下降脉冲边缘表示后叶片尖端边缘的离开，提供后尖端边缘处的振动测量。这种测量需要激光线悬在前缘或后缘上以确保前缘或后缘被拦截，并且另外需要用于接收反射光的探头应精确定位以确保探头的焦点位于叶片的前缘或后缘或接近叶片的前缘或后缘，这是因为“缺失边缘”情况将不会由这种探头构造检测。适当地对准探头的困难由于叶片在操作期间的轴向运动而增大，这种轴向运动例如可随着转子向上或向下自旋、随着涡轮变热或冷却、随着涡轮上的负载变化并由于叶片的扭转运动而发生。因此，希望提供能够提供基本不受叶片轴向运动影响的到达时间数据的BVM探头。

发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种叶片振动监视器，用于监视涡轮发动机中的叶片振动，该涡轮发动机包括具有多个叶片和与所述叶片相关联的叶片尖端目标部分的叶片结构以及围绕所述叶片结构的外壳。叶片振动监视器包括光源和第一照明管道，该第一照明管道具有邻近所述外壳的内部部分定位的发送端，用于将包括来自所述光源的光能的影像投射到所述涡轮中的所述叶片结构。被投影的影像包括轴向延伸投影影像。提供处理器，用于处理与叶片经过事件对应的来自所述叶片尖端目标部分的反射光影像。提供检测管道，其具有邻近所述外壳的内部部分定位的接收端，用于接收来自所述叶片尖端目标部分的反射光影像并用于将反射光影像传送到所述处理器。所述检测管道的接收端在叶片经过事件期间接收来自沿轴向延伸投影影像的多个位置处的反射光影像。根据本发明的另一方面，提供了一种叶片振动监视器，用于监视涡轮发动机中的叶片振动，该涡轮发动机包括具有多个叶片和与所述叶片相关联的叶片尖端目标部分的叶片结构以及围绕所述叶片结构的外壳。所述叶片振动监视器包括光源以及第一和第二照明管道，其均包括被布置成线性阵列的多个光纤，并限定了邻近所述外壳的内部部分定位的各自的第一和第二发送端，用于将所述光源的影像投射到所述涡轮中的叶片结构上。被投影的影像包括轴向延伸投影影像。提供处理器，用于处理与叶片经过事件对应的来自叶片尖端目标部分的反射光影像。提供检测管道，其包括布置成线性阵列的多个光纤并限定接收端。所述检测管道被配置成将反射光影像传送到所述处理器，并邻近所述照明管道的发送端定位，用于在叶片经过事件期间接收来自沿轴向延伸投影影像的多个位置处的反射光影像。根据本发明的又一方面，提供一种监视涡轮发动机中的叶片振动的方法。所述涡轮发动机包括具有多个叶片和与所述叶片相关联的叶片尖端目标部分的叶片结构，以及围绕所述叶片结构的外壳。监视叶片振动的所述方法包括从多个照明光纤发出限定轴向延伸投影影像的光线；使所述叶片尖端目标部分沿行进路径穿过与所述轴向延伸投影影像对应的各位置，并在所述叶片尖端目标部分上的各位置形成反射光影像以限定叶片经过事件；在多个接收光纤限定的检测管道的接收端处接收反射光影像，所述反射光与当每一个叶片尖端目标部分经过所述光线时沿所述轴向延伸投影影像的多个位置对应。


权利要求具体指出并明确限定了本发明，虽然说明书以这种权利要求结束，但相信根据以下结合附图的描述，本发明将被更好理解，附图中相似的附图标记标示了相似的元件，其中
图1是示出了合并有本发明的涡轮和叶片振动监视系统的示意图； 图2是根据本发明构造的光纤带探头的部分分解透视图； 图3是图2光纤带探头的感应端的透视图； 图4是示出了光纤带探头构造的示意图5是光纤带探头的构造的放大示意图，示出了通过切断光纤绕组的结合部分而形成的切断端；图6是光纤带探头的结合部分的切断端的端视图7是一示意性平面图，示出了使用光纤带探头对叶片经过事件进行的检测； 图8是曲线图，示出了由前缘叶片经过事件产生的信号；以及图9是曲线图，示出了由后缘叶片经过事件产生的信号。
具体实施例方式在以下优选实施例的详细描述中，参照形成优选实施例的一部分的附图，本发明可实践于其中的具体优选实施例仅作为示例，而并非作为限制显示在附图中。应理解的是， 可采用其他实施例，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行变化。图1示意性地示出了涡轮8，其包括开式叶片排10，本发明的方法和设备可用于叶片振动监视系统，以监视涡轮叶片14的振动。涡轮叶片14通过转子盘18连接到转子16， 并在涡轮8内形成叶片结构15。涡轮叶片振动监视系统(BVM) 20也显示在图1中。系统20包括安装到涡轮8的外壳36以监视涡轮叶片14振动的涡轮叶片探头22。应理解的是，尽管关于本发明在此仅描述一个探头22，但可提供沿圆周相对于彼此分隔开的多个探头22。如进一步如图1所示，额外提供基准传感器M。基准传感器M结合转子16上的标记21用于提供同频(OPR)基准脉冲信号。来自探头22的信号和来自基准传感器M的信号作为输入被提供到叶片振动处理器观。叶片振动处理器观的输出被输入到可执行信号调节和分析的信号分析仪32。参见图2，探头22为光纤带探头(FORP)40的一个元件，光纤带探头(F0RP)40包括第一照明管道42、第二照明管道44和检测管道46。第一和第二照明管道42、44和检测管道46均由多个或一束光纤52形成。每一束光纤52形成用于并入到探头22中的光纤带， 如在下文中进一步描述。BVM20进一步包括照明或光源M，其在优选实施例中可包括激光源。例如，可提供连续激光源或调制(开/关)激光源。在较高固定频率下工作的调制激光源可提供由探头 22接收的反射光脉冲的频率/相位灵敏检测，以及提供信号噪声的重大减少。第一和第二照明管道42、44包括位于光源M处的相应照明端42a、44a，用于接收待引导通过照明管道42、44的光能。照明管道42、44的相对端包括光纤带发送端42b、44b， 用于当叶片14围绕转子16的旋转轴线38旋转时在BVM过程期间邻近外壳36的内部部分定位并使光朝向叶片14投射。类似地，检测管道46包括相对端，其包括邻近检测器56定位的辐射端46a以及用于邻近外壳36的内部部分定位并在当叶片14旋转经过探头22的叶片经过事件期间接收反射光。如在此图示的，检测器56包括处理器28元件，并可产生与响应叶片经过事件通过检测管道46从接收端46b传送到辐射端46a的光信号对应，例如成比例的电压输出。图3相对于叶片14进一步示出了探头22 (示意性地显示)。探头22包括非常小的柱面透镜58，其附接到照明管道42、44的发送端42b、44b并附接到检测管道46的接收端46b。柱面透镜58将从光源M通过照明管道42、44传送的且从发送端42b、44b发出的光聚焦成会聚光线60、62，其限定轴向延伸投影影像，如图3中的64所示。延伸投影影像 64被聚焦到空间中一位置，该位置与每一个旋转叶片14的叶片尖端目标部分66在转子16的旋转运动期间所通过的位置一致。延伸的投影影响64的位置还包括透镜58的中心的焦线，并且，从目标部分66反射的光形成反射光影像68，其由柱面透镜58聚焦到检测管道46 的接收端46b。应指出，图示实施例的叶片尖端目标部分66包括由叶片14中每一个的径向外部尖端限定的叶片表面。然而，目标部分可包括单独形成的构件(未示出)，其可附接到叶片结构15的外周界，并能够提供反射光信号，该反射光信号表示目标部分经过探头22。参见图4，示出了用于形成F0RP40的管道42、44的构造方法。为清楚起见，仅详细描述检测管道46及其相关接收带端46b的构造。检测管道46形成在支撑结构70周围， 其被图示为鼓状结构，但可包括用于支撑光纤52的多个绕组的任一迂回结构。一束发状光纤52，例如具有直径近似为125 μ m的光纤52，围绕支撑结构70连续卷绕，光纤52的绕组彼此紧密接触。光纤52被卷绕，以形成围绕支撑结构70延伸的带结构72。形成带结构72 的多个绕组的预定长度被粘结到一起，以限定光纤52的结合或粘附部分74。形成光纤52的粘附部分74之后，粘附部分74在粘附部分74的端部78、80中间的位置，如箭头76所示，横向于光纤52的长度，即横向于光纤52的延伸方向被切断。优选地，粘附部分74在部分74的端部78、80之间的中间点被切断，以形成两个结合光纤带82、 84，如图5中可见。结合光纤带82、84的切断表面被抛光以提供光学透射表面，其中结合光纤带82的抛光表面限定检测管道46的接收端46b。作为示例，结合光纤带82可被配置为狭窄的矩形光学阵列，其具有近似0.750英寸(1.095 cm)的长度或主要尺寸48以及近似 0. 062英寸(0. 157 cm)的厚度或次要尺寸50。卷绕带结构72在另一位置，例如在结合光纤带82、84中间沿着带结构72的位置， 如图4中箭头86所示的位置被切断。卷绕光纤52的与结合光纤带82相关的部分形成检测管道46。光纤52的形成在切断位置86处的未结合切断端可被聚集在一起，以限定检测管道46的辐射端46a。例如，未结合切断端可被聚集在一起以形成圆形形状来限定辐射端 46a，用于将光辐射到检测器56的光敏感表面，从而转换成与通过形成检测管道46的光纤 52的光束接收的光能水平对应的电信号。应指出，辐射端46a不限于任一具体形状，可形成便于将从接收端46b通过的光联接到检测器56的任一形状。卷绕光纤52的与剩余结合光纤带84相关的部分可用于形成另一探头管道，例如照明管道42、44中的其中一个，其中结合光纤带84的端部被抛光并限定发送端42b、44b中的其中一个。额外的卷绕带结构72可如上所述被配置成形成照明管道42、44中的剩余一个。形成照明管道42、44的光纤的未结合端优选被聚集在一起以形成圆形形状来限定照明端42a、44a，用于定位在光源M处，从而将光传送到发送端42b、44b。在本发明的替代性构造中，管道42、44、46中的一个或更多各可通过使带结构72 在位置86处未切割而形成，使得两个结合光纤带82、84限定管道42、44和/或46中任一个的相对端。管道42、44、46的这种构造可通过与描述在名称为“用于利用成像光纤带探头监视叶片振动的方法和设备”的美国专利申请12/360，909 (代理人卷号2008P18618US01) 相同的方式形成，在此以引用方式将该专利申请的全部内容并入本文。应指出，这种替代性构造可在构造和操纵本发明的管道42、44、46的端部方面提供优点。应理解的是，形成FORP 40的管道42、44、46优选被形成为基本相同的构件，即具有相同构造和尺寸。探头22通过将接收端46b以夹层关系定位在发送端42a、Ma之间而形成，如在图2中可见。发送端42b、44b优选被粘附和结合到接收端46b的任一侧上，从而将探头22配置成具有长轴线88的窄矩形。另外，外壳90 (图2)可被提供为围绕发送端 42b、44b和接收端46b的各侧，以限定探头22的外表面。柱面透镜58的平坦端面77直接结合到抛光的传输和接收端表面42b、44b和46b。 柱面透镜58被配置成窄矩形，以基本匹配端表面42b、44b、46b的组合尺寸。例如，柱面透镜58可具有近似0. 750英寸(1. 905 cm)和主要尺寸和近似0. 200英寸(0. 508 cm)的次要尺寸。因而，柱面透镜58的外部纵向边缘部分位于发送端42b、44b上方，从而将来自照明管道42、44的光纤52的传输光以预定角度向内聚焦到轴向延伸投影影像64的位置64，并且，柱面透镜58的中心部分位于接收端46b上方，从而将来自位置64的光聚焦到检测管道 46的光纤52中。在探头22的替代性构造中，可只是提供一个照明管道42或44，其具有与检测管道 46的接收端46b成并排关系的一个发送端42b或44b。作为探头22的另一替代性构造，形成接收端46b和发送端42b、44b的光纤52的端部可穿过探头22的厚度并沿长轴线88混合。例如，探头22可包括如结合图4和5形成的光纤带82、84中的其中一个，其中照明管道42、44和检测管道46通过为管道42、44和46 中的每一个分配带结构72的选定光纤52而形成。位于对探头22相对的端部的光纤52优选被形成为分叉束，其包括两个或更多分支，对于本发明包括用于光源M和检测器56的分支。为照明管道42、44和检测管道46选择光纤52可以是随机的，或者被选择以限定每一个管道42、44和46的具体光纤52可根据有序模式进行选择，例如以确保限定发送端 42b,44b和接收端46b的光纤52沿探头22长度的相对均勻分布。例如，光纤52的每隔一个绕组可被隔离成由管道42、44和46限定的光程中的每一个，从而保持这三个隔离束在位置86处分离。通过这种构造，可能需要增大带结构72的厚度50，以允许足够量的光纤52 分配到管道42、44和46中的每一个。尽管本实施例被描述成对三个管道42、44、46提供相等的纤维总数，但探头22的具体应用可通过对管道42、44、46中的任一个提供不同总量的构造而被优化。在每一个所述替代性构造中，柱面透镜58可被附接到光纤52的抛光端，从而聚焦来自轴向延伸投影影像64的位置的光或将光聚焦到轴向延伸投影影像64的位置。参见图7，使用FORP 40将信号提供到BVM 20的方法包括将探头22定位在叶片 14的前缘92中的至少一个上方，如前缘探头2 所述，或叶片14的后缘94上方，如后缘探头22b所示。开始考虑到前缘探头22a的操作以提供表示叶片经过事件的信号，探头2 被定位成使得其主轴线88沿相对于旋转轴线38的大致轴向方向延伸。特别地，探头2 的朝向使得其沿横向于目标部分66的轴向方向延伸。探头22a的位置被选择为使得，探头 22a跨越的轴向范围(第一边界线96与第二边界线98限制的范围表示)在涡轮8的各种操作调节期间在叶片14的轴向运动范围始终与叶片14的前缘92重叠。随着叶片14旋转并且前缘92经过探头22a下方，叶片尖端目标部分66与包括来自发送端42b、44b的投影影像64的光线相交并将光反射到接收端46b。参见图8，检测器56的电压的上升100表示前缘92的到达，并且只要光从目标部分66反射，则电压保持在“高”状态102。每一个叶片前缘92的上升100用作BVM 20执行的到达时间计算的触发点，以识别并分析叶片振动。应指出，形成接收端46b的光纤52能够从叶片前缘92与投影影像64相交的时刻直到叶片尖端目标部分66离开投影影像64之前接收来自沿投影影像 64的多个连续不同位置的反射光。也就是，一旦前缘92与投影影像64相交，则形成接收端 46b的不同组光纤52将逐渐地将光信号发送到检测器56。对于每一个叶片经过事件，在反射光开始时沿探头2 的任何地方检测到的上升100可用作叶片14上的预定、可重复位置 (即，在前缘92处)，从而用于在转子16的多个旋转期间提供BVM数据，而与转子16和/或叶片14的轴向移位无关。作为替代性方案或除了前缘探头2 之外，后缘探头22b可用于按照类似于针对前缘探头2 描述的方式检测叶片经过事件。特别地，后缘94经过后缘探头22b的投影影像64所在时间可由来自检测器56处的电压的“高”状态的下降104确定，如图9所示。该下降信号104可用于识别每一个叶片14的叶片经过事件。后缘探头22b被轴向定位，使其可覆盖叶片后缘94在后缘探头22b限定的第一边界线108与第二边界线110之间区域中的轴向运动范围。应指出，同一检测器56可用于识别来自两个探头22a、22b的信号。从前缘检测器 2 提供的信号可基于输入光信号产生的电压的识别模式而与后缘探头22b提供的信号不同。特别地，在图7所示的构造中，有四个随每次叶片经过事件形成的“触发器”，其中“触发器”包括增大或减少来自检测器56的电压输出。例如，当叶片14的前缘92经过前缘探头2 下方时，检测器电压将上升到图8所示的水平102，直到叶片14也经过后缘探头22b 下方，导致电压增加至近似两倍于102的水平。于是，当叶片14从前缘探头2 下方离开时，电压将减少至水平102，并且当后缘94从后缘探头22b下方离开时，电压将随后进一步减少至最低状态。BVM 20识别这种增大和减少电压信号的模式，舍弃或删去与叶片14从前缘探头2 下方离开相关的下降信号，并舍弃与叶片14经过后缘探头22b下方相关的增大电压信号。用于BVM分析的剩余信号包括当前缘92经过前缘探头2 下方时产生的信号， 以及当后缘94从后缘探头22b下方离开时产生的后缘信号。在两个探头2 和22b的替代性构造中，探头22a、22b可被定位成使得，例如通过将前缘探头2 沿平行于旋转轴线38朝向后缘探头22b移动，互换探头22b的第一边界线 108位于前缘探头22a的第二边界线98上方。在这种构造中，探头22a、22b将随着每一个叶片经过事件在中心处产生具有单一、更高峰值(近似电压102的两倍)的长脉冲。BVM 20 可被设定为在表示前缘经过的第一、较低振幅电压增大时并在表示后缘经过的最后、较低振幅电压下降时触发。与中心峰值相关的触发事件在该构造中作为非触发事件被舍弃。作为提供分离的前缘和后缘探头22a、22b的替代方案，可提供具有的轴向长度足以跨越叶片14的前缘92和后缘94的单一探头22。叶片前缘92可由上升信号检测，叶片后缘94可由下降信号检测。叶片14典型地沿旋转方向以陡角度倾斜，使得一个以上的叶片14可在叶片旋转经过探头22的各个部分期间反映投影影像64。各个叶片14的信号可基于变化电压信号的识别而彼此不同，其中两个检测到的叶片将提供近似两倍于通过检测管道46的光纤52的光的量，从而在检测器56处产生近似两倍的电压输出。进一步，前缘信号(上升)和后缘信号(下降)，以及涡轮8内的探头22和叶片14的已知几何结构(角度方位)提供额外的信息，用于表征特定叶片经过事件。如同上述的两个构造，触发信号的模式可基于已知感应构造而由BVM 20分析，以识别与每一个叶片经过事件对应的前缘和后缘触发信号。
在本发明的应用中，包括前缘探头2 和后缘探头22b或跨越前缘92和后缘94 的单一探头22，每一个叶片经过事件可由叶片14的前缘92和后缘94中每一个的到达时间的数据表征。叶片14的每一个的前缘92和后缘94的到达事件数据可用于确定叶片14的扭转振动模式。特别地，每一个叶片14的扭转振动模式(叶片尖端的扭曲)可基于在每一个叶片经过事件时每一个叶片14的前缘92和后缘94的到达时间之间的差而被确定，并且在叶片14的多个旋转期间结合目标部分66的已知长度(即，叶片尖端的长度)同样被记录。应用探头22来确定叶片扭转模式振动与现有技术或已知“单点”探头系统相比提供的优点在于，这种现有探头系统典型地不能提供有关叶片扭曲轴线位置的信息。通常必须知道点探头沿叶片尖端的位置，并知道叶片扭曲轴线的中心在叶片尖端上的位置，才能进行扭转测量。而且，如果探头点位于叶片的扭曲中心，则典型的点探头测量不能提供叶片的扭曲测量。相反，本发明的探头22在不需要知晓叶片的扭曲中心的情况下提供位于前缘 92和后缘94的已知测量位置。本发明的测量提供两个边缘92、94之间相对运动的确定，并在每一个叶片经过事件时提供整个目标部分66 (叶片尖端)的位置和角度方位的识别。进一步，前缘92和后缘94的到达时间数据可用于识别叶片14在这些位置处的纵向振动，并使这些振动不同于扭转模式振动。尽管已例示和描述了本发明的特定实施例，但是对本领域技术人员明显的是，在不脱离本发明的精神和范围而的情况下可进行各种其他变化和修改。因此，在所附权利要求中意在覆盖所有这种落在本发明范围内的变化和改进。
权利要求
1.一种用于监视涡轮发动机中叶片振动的叶片振动监视器，所述涡轮发动机包括叶片结构以及围绕所述叶片结构的外壳，所述叶片结构具有多个叶片和与所述叶片相关联的叶片尖端目标部分，所述叶片振动监视器包括光源；第一照明管道，其具有邻近所述外壳的内部部分定位的发送端，用于将包括来自所述光源的光能的影像投射到所述涡轮中的所述叶片结构上，被投影的影像包括轴向延伸投影影像；处理器，用于处理与叶片经过事件对应的来自所述叶片尖端目标部分的反射光影像；以及检测管道，其具有邻近所述外壳的内部部分定位的接收端，用于接收来自所述叶片尖端目标部分的反射光影像并将所述反射光影像传送到所述处理器，所述检测管道的所述接收端在叶片经过事件期间接收来自沿所述轴向延伸投影影像的多个位置处的反射光影像。
2.根据权利要求1所述的叶片振动监视器，其中所述检测管道包括多个光纤。
3.根据权利要求2所述的叶片振动监视器，其中所述检测管道的所述接收端被配置成由所述多个光纤限定的窄矩形。
4.根据权利要求3所述的叶片振动监视器，其中第一照明管道的所述发送端包括被配置成窄矩形且邻近所述检测管道的所述接收端的一侧定位的多个光纤。
5.根据权利要求4所述的叶片振动监视器，包括柱面透镜，用于将来自所述第一照明管道的所述发送端的光聚焦到叶片的所述叶片尖端目标部分，并用于将来自所述叶片尖端目标部分的光聚焦到所述检测管道的所述接收端。
6.根据权利要求4所述的叶片振动监视器，包括第二照明管道，其包括限定了接收端的多个光纤，所述第二照明管道以与所述第一照明管道基本相同的构造形成，其中所述检测管道的所述接收端被定位成夹在所述照明管道的发送端之间。
7.根据权利要求1所述的叶片振动监视器，其中所述照明管道和检测管道均包括多个光纤，并且所述发送端和接收端包括所述光纤的彼此混合且被配置成窄矩形的端部。
8.根据权利要求1所述的叶片振动监视器，其中所述处理器用于检测通过所述检测管道传输的与叶片经过事件对应的光能的变化，该叶片经过事件包括叶片的前缘或后缘经过所述轴向延伸投影影像。
9.一种用于监视涡轮发动机中叶片振动的叶片振动监视器，所述涡轮发动机包括叶片结构以及围绕所述叶片结构的外壳，所述叶片结构具有多个叶片和 与所述叶片相关联的叶片尖端目标部分，所述叶片振动监视器包括光源；第一和第二照明管道，它们均包括布置成线性阵列的多个光纤，并限定了邻近所述外壳的内部部分定位的各自的第一和第二发送端，用于将所述光源的影像投射到所述涡轮中的所述叶片结构上，被投影的影像包括轴向延伸投影影像；处理器，用于处理与叶片经过事件对应的来自所述叶片尖端目标部分的反射光影像；以及检测管道，其包括布置成线性阵列的多个光纤并限定了接收端，所述检测管道被配置成将所述反射光影像传送到所述处理器，并邻近所述照明管道的所述发送端定位，用于在叶片经过事件期间接收来自沿所述轴向延伸投影影像的多个位置处的反射光影像。
10.根据权利要求9所述的叶片振动监视器，其中限定所述照明管道的每个发送端和所述检测管道的接收端的多个光纤被结合在一起且皆被配置成窄矩形，并且所述发送端和接收端被接合在一起并被配置成窄矩形，以形成矩形探头端，所述矩形探头端限定了平行于所述轴向延伸投影影像的主探头轴线。
11.根据权利要求10所述的叶片振动监视器，其中所述矩形探头端相对于所述叶片被定位成，使得所述延伸投影影像轴向延伸经过所述叶片的前缘或后缘，并且所述处理器用于检测通过所述检测管道传输并与叶片经过事件对应的光能的变化，该叶片经过事件包括叶片的前缘或后缘经过所述延伸投影影像。
12.根据权利要求9所述的叶片振动监视器，其中所述检测管道的所述接收端被定位成夹在所述照明管道的发送端之间。
13.根据权利要求12所述的叶片振动监视器，包括柱面透镜，用于将来自所述照明管道的发送端的光聚焦到每个叶片尖端目标部分，并将来自每个叶片尖端目标部分的反射光聚焦到所述检测管道的接收端。
14.根据权利要求13所述的叶片振动监视器，所述柱面透镜的端面被结合到所述照明管道的第一和第二发送端并结合到所述检测管道的接收端。
15.一种监视涡轮发动机中叶片振动的方法，所述涡轮发动机包括叶片结构以及围绕所述叶片结构的外壳，所述叶片结构具有多个叶片和与所述叶片相关联的叶片尖端目标部分，所述方法包括从多个照明光纤发出限定轴向延伸投影影像的光线；使所述叶片尖端目标部分沿行进路径穿过与所述轴向延伸投影影像对应的位置，并在所述叶片尖端目标部分上的各位置处形成反射光影像以限定出叶片经过事件；以及在多个接收光纤限定的检测管道的接收端处接收反射光影像，所述反射光对应于当每个叶片尖端目标部分经过所述光线时沿所述轴向延伸投影影像的多个位置。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述照明光纤和接收光纤被配置成以彼此并排关系定位的窄矩形光学阵列。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述叶片尖端目标部分横向于所述轴向延伸投影影像的长轴定向，并且每个叶片尖端目标部分沿所述行进路径的运动影响来自沿所述延伸投影影像的连续变化位置的光的反射。
18.根据权利要求15所述的方法，包括将反射光穿过所述检测管道传送到处理器， 并使用所述反射光来识别与叶片的前缘或后缘的经过对应的信号。
19.根据权利要求18所述的方法，包括记录叶片尖端目标部分的每次经过的到达时间，并使用所述叶片尖端目标部分的多次经过的到达时间来确定相关叶片的振动运动。
20.根据权利要求15所述的方法，其中所述轴向延伸投影影像延伸经过叶片的前缘和后缘，并包括记录在所述前缘和所述后缘时叶片尖端目标部分的到达时间，并使用所述前缘和所述后缘的到达时间之间的差来确定所述叶片的扭转振动模式。
全文摘要
一种用于监视涡轮发动机中叶片振动的方法和设备，所述涡轮发动机具有与叶片相关联的叶片尖端目标部分。包括多个光纤的照明管道将来自光源的光传送到光纤的发送端，光在发送端被聚焦以限定轴向延伸投影影像。叶片尖端目标部分穿过投影影像并将光反射到多个光纤的接收端，该多个光纤限定用于将反射光传送到处理器的检测管道。光纤的发送端和接收端被配置成窄矩形，以限定探头端用于接收沿探头端的不同轴向位置处的反射光，并检测由叶片前缘和叶片后缘其中之一或者二者的通过所限定的叶片经过事件。
文档编号G01H9/00GK102165293SQ200980137291
公开日2011年8月24日 申请日期2009年8月25日 优先权日2008年9月24日
发明者特威尔多奇利布 M. 申请人:西门子能源公司