用于通過聲學分析檢測航空器渦輪發(fā)動機中異常的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于通過聲學分析檢測航空器(AERO)渦輪發(fā)動機(TURBO)中異常的裝置(DISP)，其特征在于：它不是機上裝置和它包括：至少一個移動模塊(MOD)，包括：從渦輪發(fā)動機(TURBO)獲取聲學信號的定向裝置(MDAC)；處理所述信號的裝置(MDTT)，其適于產(chǎn)生損壞報告(RAP_END)；傳輸所述損壞報告(RAP_END)的裝置(MDTM)；能夠與至少一個模塊(MOD)交換數(shù)據(jù)的服務器(SERV)，所述服務器(SERV)包括：接收損壞報告(RAP_END)的裝置(MDR)；和適于存儲所述損壞報告(RAP_END)的存儲裝置(MDS)。
【專利說明】用于通過聲學分析檢測航空器渦輪發(fā)動機中異常的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的【技術(shù)領(lǐng)域】是航空器渦輪發(fā)動機的故障診斷學，并且更特別地是通過聲學 分析或振動分析的故障診斷學。該發(fā)明涉及用于通過聲學分析檢測航空器渦輪發(fā)動機異常 的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 旋轉(zhuǎn)機械，諸如航空器渦輪發(fā)動機中出現(xiàn)的故障很少可以通過視覺被檢測到，或 者當可以檢測到它們時，采取措施就太晚了。因此，診斷方法必須預測故障和最小化它們的 后果。因此，進行了試圖預料部件故障的嘗試，該部件故障可以損壞機械或可以在機械中留 下一段破裂的部件。
[0003] 在用于證明旋轉(zhuǎn)機械的功能缺陷或功能下降的所有不同的物理現(xiàn)象中，聲學分析 是最常用的。振動是設(shè)備的工作狀況的特征，并且使用術(shù)語振動特征和聲音特征。振動特 征的取樣和處理可以很快地給出關(guān)于設(shè)備的工作狀況的信息，并且可以監(jiān)測隨著時間的變 化，而不需要拆卸機械。
[0004] 存在渦輪發(fā)動機中可以發(fā)生的和由振動可以識別的許多發(fā)動機問題，例如，轉(zhuǎn) 子-靜子接觸、異物的進入、異常的失衡質(zhì)量、軸承缺陷（破損的滾珠或環(huán)）、齒輪嚙合缺陷 (磨損的或破壞的齒）、缺陷的附屬系統(tǒng)（泵等）。
[0005] 在可以進行渦輪發(fā)動機的聲學分析之前，必須獲得相當長周期的數(shù)據(jù)，該相當長 的周期使得從航空器傳輸數(shù)據(jù)到地面是困難的。而且，難以設(shè)想在航空器的機上直接地處 理這些數(shù)據(jù)，因為這種處理需要高的計算功率。這意味著必須進行簡化的措施，以檢測明顯 的異?，F(xiàn)象，諸如失衡的質(zhì)量或進入的大異物。
[0006] 因此，通常在地面試驗臺上取回和分析數(shù)據(jù)，所述試驗臺提供有高頻率的獲取系 統(tǒng)和強大的計算機。在瞬間階段期間更容易檢測到機械現(xiàn)象。然而，缺點是必須拆卸渦輪 發(fā)動機。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是通過航空器渦輪發(fā)動機的聲學分析檢測異常的裝置和方法，不需 要拆卸發(fā)動機，也不需要在航空器機上處理數(shù)據(jù)，也不需要數(shù)據(jù)從航空器到地面的傳輸。
[0008] 根據(jù)一個方面，本發(fā)明基本地涉及通過航空器渦輪發(fā)動機的聲學分析，用于異常 檢測的裝置，其特征在于它不是在機上和它包括：
[0009] -至少一個移動模塊，包括：
[0010] 〇從渦輪機械獲取聲學信號的定向獲取裝置；
[0011] 〇處理所述信號的裝置，適于產(chǎn)生損壞報告；
[0012] 〇傳輸所述損壞報告的裝置；
[0013] -能夠與至少一個模塊交換數(shù)據(jù)的服務器，所述服務器包括：
[0014] 〇損壞報告的接收裝置；
[0015] 〇適于存儲所述損壞報告的存儲裝置。
[0016] 使用根據(jù)本發(fā)明的裝置，使用能夠根據(jù)航空器的移動而調(diào)整的定向獲取裝置，當 航空器停機時（用于渦輪機械的起動和停機試驗）或者當航空器起飛或著陸時，通過非機 載的移動模塊直接地從地面取回聲音信號。然后，通過處理裝置，有利地航空器機上不可獲 得的帶有高計算功率的計算機處理信號。損壞報告最終發(fā)給存儲它的服務器，所述服務器 有利地能夠接收來自于不同模塊的搜索報告。
[0017] 除了上述段落中所提到的主要特征，根據(jù)本發(fā)明的裝置可以具有單獨考慮或以任 何技術(shù)上可能結(jié)合考慮的下面當中一個或幾個補充的特征：
[0018] -獲取裝置包括定向傳感器，諸如擴音器和拋物線形放大器，
[0019] -獲取裝置包括適于控制定向傳感器方向的從動裝置；
[0020] -當航空器正在移動時，從動裝置根據(jù)航空器的位置和軌跡調(diào)整傳感器的方向；
[0021] -獲取裝置包括航空器識別裝置；
[0022] -每個模塊包括記錄使用獲取裝置所獲取的聲學信號的裝置；
[0023] -服務器包括使用者界面，適于使用戶能夠顯示損壞報告；
[0024] -服務器接收裝置，適于接收來自于航空器的數(shù)據(jù)；
[0025] -服務器包括能夠使用來自于航空器的數(shù)據(jù)的分析裝置。
[0026] 根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及通過航空器渦輪發(fā)動機的聲學分析，檢測異常的方法， 通過根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求的裝置實施所述方法，所述方法包括連續(xù)的步驟：
[0027] -來自于渦輪發(fā)動機的聲學信號的獲取；
[0028] -所述信號的處理，以產(chǎn)生損壞報告；
[0029]-向服務器傳輸所述損壞報告；
[0030]-所述損壞報告的存儲。
[0031] 閱讀下面的說明書和附圖的檢查后，將更好地理解本發(fā)明和它的不同應用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032] 僅僅為了信息示出了附圖，該附圖絕不是本發(fā)明的限制。
[0033] 附圖示意了方塊圖，該方塊圖表示組成根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的裝置的模 塊。

【具體實施方式】
[0034] 附圖示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，用于通過航空器AER0的渦輪機 械TURBO的聲學分析檢測異常的裝置DISP。所述裝置DISP不在航空器AER0機上，以及用 于航空器AER0起飛或著陸階段時，或者停機時的聲學分析。
[0035] 該裝置DISP包括：
[0036] -移動模塊M0D，其包括：
[0037] 〇用于獲取聲學信號SIG的獲取裝置MDAC，所述獲取裝置MDAC包括
[0038] ?定向擴音器CAP;
[0039] ?拋物線形放大器AMP ;
[0040] ?從屬裝置MDAS ;
[0041] ?識別航空器AERO的識別裝置MDI ;
[0042] 〇用于記錄聲學信號SIG的裝置MDE ;
[0043] 〇用于處理聲學信號SIG的裝置MDTT ;
[0044] 〇傳輸裝置MDTM;
[0045] 〇取回裝置MDRE;和
[0046] -遠程服務器SERV,其包括：
[0047] 〇接收裝置MDR;
[0048] 〇存儲裝置MDS;
[0049] 〇分析裝置MDAN;
[0050] 〇傳輸裝置MDEV;
[0051] 〇用戶界面INT。
[0052] 模塊MOD的主要功能是通過獲取裝置MDAC，來自于渦輪機械TURBO的聲學信號的 獲取，以及通過記錄裝置MDE和處理裝置MDTT，這些信號的處理。模塊MOD的傳輸裝置MDTM 和服務器SERV的接收裝置MDR適于互相通訊。因此，服務器SERV可以接收來自于模塊MOD 的數(shù)據(jù)。服務器SERV的主要功能是通過存儲裝置MDS的所述數(shù)據(jù)的存儲和通過用戶界面 INT的這些數(shù)據(jù)的觀看。
[0053] 注意在一個實施方式中，界面INT與服務器SERV的其它構(gòu)件物理上分離。在本發(fā) 明的一個實施方式中，裝置DISP包括兩個模塊M0D，然后，服務器能夠與每個模塊MOD通訊。 兩個模塊MOD可以同時地分析航空器AER0的兩臺發(fā)動機。
[0054] 由幾個移動模塊MOD共享服務器SERV也是可能的。因此，服務器SERV接收來自 于幾個模塊MOD的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)分析不同航空器AER0上渦輪發(fā)動機TURB0,并且然后，從服 務器SERV的用戶界面INT可以集中地觀看所述數(shù)據(jù)。
[0055] 識別裝置MDI用于在服務器SERV與幾個模塊MOD共享的情況下，識別航空器 AER0。在一個實施方式中，識別裝置MDI是拍圖裝置。拍圖裝置MDI在確定的聲音能量檢測 閾值松開，這樣可以拍下航空器AER0的照片和通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的識別算法，該照 片用于識別航空器AER0,因此，可以識別航空器名字。在另一個實施方式中，識別裝置MDI 包括安裝在模塊MOD上的用戶界面，通過該用戶界面，用戶輸入所分析的渦輪機械TURBO的 航空器AER0的名字。注意該界面也可以用于調(diào)整擴音器CAP的方向，可能地同時帶有輔助 監(jiān)控的顯示，或者用于檢查跟蹤參數(shù)或用于調(diào)整其它算法預處理參數(shù)。
[0056] 在另一個實施方式中，識別裝置MDI是傳感器，其能夠捕獲來自于航空器AER0或 機場的無線電發(fā)射，所述發(fā)射可能包含關(guān)于航空器AER0的信息。最后，在另一個實施方式 中，識別裝置MDI使用機場所提供的裝置，諸如起飛/著陸調(diào)度表以幫助識別航空器AER0。 識別裝置MDI可以有利地保存分析日期和時間，以及可能地其它觀察結(jié)果，諸如位置。
[0057] 由于模塊MOD的移動性，可以使模塊靠近待要被分析的航空器AER0的渦輪機械 TURB0,而不需要移除渦輪發(fā)動機TURBO和將其放置在試驗臺上。如果航空器AER0是固定 的，操作者人工地將擴音器CAP定向于面向渦輪發(fā)動機TURB0,或者擴音器CAP將自動地將 其本身沿著它拾取最大聲發(fā)射的方向上定向。
[0058] 當航空器AER0正在移動時，換而言之在起飛和著陸階段期間，從屬裝置MDAS適應 定向擴音器CAP的方向，以致于它遵循航空器AER0的軌跡以最優(yōu)地捕獲聲學信號SIG。在 一個實施方式中，擴音器CAP固定于移動軸，該移動軸從動于通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的 掃描和跟蹤算法操作的從屬裝置MDAS。下面描述一些公開實施例，這些公開實施例描述了 掃描和跟蹤算法：
[0059] -J. Lacaille, "Industrialisation d'algorithmes math6matiques，'（數(shù)學算法 的工業(yè)化），Paris 1,2004。
[0060] - J.-Francois Boulanger, F. Gal land, P. Refregier, and P. Martin, ^Detection et poursuite de cibles par minimisation de la complexitestochastique，'（通過隨機復 雜性的最小化的靶目標的檢測和跟蹤），in MajecSTIC，2009, 1-4頁。
[0061] -S. Kumar, " IRST 的檢測和跟蹤算法，" Bombay, 2004。
[0062] -W. Hao, C. Sankaranarayanan, Aswin, and R. Chellappa, "跟蹤算法的在線經(jīng)驗估 算，" Applied Physics, 1-37 頁，2009。
[0063] -M. Lashley，"用于軟件GPS接收者的基于卡爾曼濾波的跟蹤算 法，''AuburnUniversity, 2006。
[0064] 從屬裝置MDAS通過兩個步驟工作：
[0065]-在稱為掃描步驟的第一步驟中，軸的方向通過軸的旋轉(zhuǎn)快速地掃描空間中扇體， 這樣擴音器CAP檢測大的聲發(fā)射源的區(qū)域。該區(qū)域稱為熱點。
[0066]-在稱為跟蹤步驟的第二步驟中，再次和幾次地檢測到（正在移動的）熱點，從屬 裝置MDAS繞著第一檢測進行擴音器CAP方向的快速調(diào)整。使用軸的圓柱形坐標保存熱點的 連續(xù)坐標。該位置順序用于估算航空器AER0的三部分的局部軌跡（位置、速度、加速度）。 因此，從屬裝置MDAS通過應用預期的估算方向逐漸地定向擴音器CAP，同時繼續(xù)進行小的 隨機局部調(diào)整，以細化隨著時間過去的熱點的位置。因此，估算的軌跡變得越來越精確。 [0067] 擴音器CAP連接拋物線形放大器AMP，后者擴大擴音器CAP所捕獲的聲音發(fā)射。當 檢測到的聲學信號SIG的質(zhì)量是足夠的時，使用記錄裝置MDE進行記錄持續(xù)的幾秒。然后， 通過處理裝置MDTT處理該記錄。處理裝置MDTT用于產(chǎn)生稱為"損壞報告"RAP_END的報 告，列出所分析的渦輪發(fā)動機TURBO中所檢測的故障。處理裝置MDTT包括處理算法，下面 給出了兩個實施例。
[0068] 在下面文獻中描述了第一算法：
[0069] - "用于寬帶信號處理的環(huán)境"，E. Rudyk，R. Klein, RDK，PHM2009。
[0070] - "用于基于振動診斷的環(huán)境"，R. Klein, RDK，PHM2010。
[0071] 這個算法要求使用通過識別裝置MDI的航空器AERO識別的渦輪發(fā)動機TURBO類 型的識別。只要所分析的渦輪發(fā)動機TURBO的特征是已知的，算法可以識別軸承或齒輪上 非常具體的異常。
[0072] 在文獻中"獨立振動源的識別"，A. Hazan, SAMM, University of ParislPanth6on Sorbonne描述了第二算法。該算法比第一種算法更常見，但是它要求算法應該創(chuàng)建根據(jù)所 分析的渦輪機械TURBO的連續(xù)聲譜所確定的學到模型MODEL。因此，算法不能檢測第一記錄 期間的異常，而僅僅能夠檢測已經(jīng)創(chuàng)建與渦輪機械TURBO相關(guān)的譜數(shù)據(jù)庫后的異常，以及 已經(jīng)創(chuàng)建了日益復雜的模型MODEL后的異常。
[0073] 模塊MOD通過取回裝置MDRE接收第二算法所使用的模型MODEL，該模型來源于服 務器SERV，該服務器SERV通過所述傳輸裝置MDEV發(fā)送它們。服務器SERV從被分析的渦輪 機械TURBO的發(fā)動機軸的旋轉(zhuǎn)速度創(chuàng)建所述模型MODEL。所述速度可以很容易由階比跟蹤 算法識別，在文獻"用于航空器發(fā)動機中振動檢測的軌跡簇"，A.Hazan，ICDM2010,中給出了 其中的實施例。這種算法檢測通過傳輸系統(tǒng)，諸如Wifi或3G，以檢測報告的形式，檢測立刻傳 送給服務器SERV的異?；虍惓Ｚ厔?。
[0074] 服務器SERV的分析裝置MDAN從檢測報告創(chuàng)建模型MODEL，并且服務器SERV將它 們發(fā)送給模塊MOD。應該注意到在一個優(yōu)選的實施方式中，用戶可以通過用戶可以訂閱的 Web界面觀看模型MODEL。每個用戶只能顯示他有權(quán)限的航空器AER0相關(guān)的數(shù)據(jù)，但是服 務器可以使用與幾個航空器AER0相關(guān)的檢測報告，以創(chuàng)建復雜的模型MODEL，后者針對特 定類型的航空器AER0或者渦輪發(fā)動機TURBO類型。因此，如果針對渦輪發(fā)動機TURBO的模 型MODEL不可用，它將還可能使用基于相似類型渦輪發(fā)動機TURBO的模型MODEL。因此，客 戶可以訂閱另外的服務，該另外的服務通知他們關(guān)于涉及他們的新模型MODEL的創(chuàng)建。 [0075] 從模型MODEL開始，第二算法計算平均譜對數(shù)分解成子波。該分解的系數(shù)用作異 常檢測和損壞報告RAP_END創(chuàng)建的指標。
[0076] 不管是第一算法還是第二算法，或者沒有描述或使用的其它算法，處理裝置MDTT 最終產(chǎn)生損壞報告RAP_END。所述損壞報告RAP_END然后從模塊MOD傳輸?shù)酵ㄟ^存儲裝置 MDS存儲它們的服務器SERV?？梢詮姆掌鱏ERV的用戶界面INT或者通過互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議從 另一個界面的遠程用戶連接觀看損壞報告RAP_END。訂閱服務的用戶自動地或根據(jù)需要接 收損壞報告RAP_END。
【權(quán)利要求】
1. 用于通過航空器（AERO)渦輪發(fā)動機（TURBO)的聲學分析檢測異常的裝置（DISP)， 其特征在于：它不是在航空器機上和它包括： -至少一個移動模塊（MOD)，包括： 〇從渦輪機械（TURBO)獲取聲學信號的定向獲取裝置（MDAC); 〇處理所述信號的裝置（MDTT)，適于產(chǎn)生損壞報告（RAP_END); 〇傳輸所述損壞報告（RAP_END)的裝置（MDTM); -能夠與至少一個模塊（MOD)交換數(shù)據(jù)的服務器（SERV)，所述服務器（SERV)包括： 〇損壞報告（RAP_END)的接收裝置（MDR); 〇適于存儲所述損壞報告（RAP_END)的存儲裝置（MDS)。
2. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求的裝置（DISP)，其特征在于：獲取裝置（MDAC)包 括定向傳感器（CAP)，諸如擴音器和拋物線形放大器（AMP)。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求的裝置（DISP)，其特征在于：獲取裝置（MDAC)包括適于控制定向 傳感器（CAP)方向的從屬裝置（MDAS)。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求的裝置（DISP)，其特征在于：當航空器（AERO)正在移動時，從動 裝置（MDAS)根據(jù)航空器（AERO)的位置和軌跡調(diào)整傳感器（CAP)的方向。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求的裝置（DISP)，其特征在于：獲取裝置（MDAC)包 括航空器（AERO)識別裝置（MDI)。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求的裝置（DISP)，其特征在于：至少一個模塊 (MOD)包括記錄使用獲取裝置（MDAC)所獲得的聲學信號的裝置（MDE)。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求的裝置（DISP)，其特征在于：服務器（SERV)包括 適于使用戶能夠顯示損壞報告（RAP_END)的用戶界面（INT)。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求的裝置（DISP)，其特征在于：服務器（SERV)的接 收裝置（MDR)適于接收來自于航空器（AERO)的數(shù)據(jù)。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求的裝置（DISP)，其特征在于：服務器（SERV)包括能夠使用來自于 航空器（AERO)的數(shù)據(jù)的分析裝置（MDAN)。
10. 通過航空器（AERO)渦輪發(fā)動機（TURBO)的聲學分析檢測異常的方法（PR0C)，通過 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求的裝置（DISP)實施所述方法，所述方法（PR0C)包括下 列連續(xù)的步驟： -來自于渦輪發(fā)動機（TURBO)的聲學信號的獲?。? -所述信號的處理，以產(chǎn)生損壞報告（RAP_END); -向服務器（SERV)傳輸所述損壞報告（RAP_END); -所述損壞報告（RAP_END)的存儲。
【文檔編號】G01H3/08GK104160349SQ201380010835
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年2月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月24日
【發(fā)明者】杰羅姆·亨利·諾爾·拉凱 申請人:斯奈克瑪