多色高溫測定成像系統(tǒng)及其操作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種多色高溫測定成像系統(tǒng)及其操作方法，所述多色高溫測定成像系統(tǒng)包括與所述高溫資產(chǎn)的至少一個高溫部件光學(xué)相通的至少一個觀察口；與所述至少一個觀察口光學(xué)相通的至少一個相機裝置。所述至少一個相機裝置包括相機外殼、以及限定在所述相機外殼內(nèi)與所述至少一個觀察口光學(xué)相通的至少一個相機孔。所述至少一個相機裝置還包括連接到所述外殼的多色濾波機構(gòu)，其配置用于按順序傳輸?shù)谝活A(yù)定波段內(nèi)的光子和傳輸?shù)诙A(yù)定波段內(nèi)的光子，所述第二預(yù)定波段與所述第一預(yù)定波段不同。
【專利說明】多色高溫測定成像系統(tǒng)及其操作方法
[0001]關(guān)于由聯(lián)邦政府贊助的研究的聲明
[0002]本發(fā)明依據(jù)能源部授予的編號為C391520602379X10A20的合同在政府支持下進行。政府對本發(fā)明擁有特定權(quán)利。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明的領(lǐng)域總體上涉及一種成像系統(tǒng)，確切地說，涉及一種用于燃燒系統(tǒng)中的多色高溫測定成像系統(tǒng)(pyrometry imaging systems)。
【背景技術(shù)】
[0004]諸如燃氣渦輪發(fā)動機等至少一些已知的渦輪機包括多個旋轉(zhuǎn)渦輪機葉片或動葉片，用于引導(dǎo)高溫流體流過燃氣渦輪發(fā)動機。已知的渦輪機動葉片通常連接到燃氣渦輪發(fā)動機內(nèi)的轉(zhuǎn)子的葉輪部分并且與轉(zhuǎn)子一起構(gòu)成渦輪機部分。渦輪機動葉片通常在圍繞轉(zhuǎn)子延伸的行中周向隔開。此外，已知的渦輪機動葉片布置在軸向隔開的行中，這些行由多個固定噴嘴段隔開，所述固定噴嘴用于引導(dǎo)流過發(fā)動機的流體向每個后續(xù)的旋轉(zhuǎn)動葉片行流動。每行噴嘴段與關(guān)聯(lián)的渦輪機動葉片行一起通常稱為渦輪機級，大多數(shù)已知的渦輪發(fā)動機包括多個渦輪機級。所述渦輪機動葉片和噴嘴段的布置稱為高溫氣體通道。
[0005]高溫氣體通道中已知的渦輪機動葉片和噴嘴段可能隨時間的推移磨損。例如，此類高溫氣體通道部件可能出現(xiàn)與應(yīng)力相關(guān)的斷裂，此類應(yīng)力由等于或高于預(yù)定參數(shù)的溫度引起。因此，許多已知的燃氣渦輪發(fā)動機包括監(jiān)控系統(tǒng)，例如，實時提供工作溫度數(shù)據(jù)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，即，在測量的同時提供數(shù)據(jù)。至少一些已知的溫度監(jiān)控系統(tǒng)使用光學(xué)儀器，例如，光學(xué)高溫計，其產(chǎn)生表示受監(jiān)控部件的溫度的電壓輸出信號。此外，許多已知的燃氣渦輪機監(jiān)控并記錄此類溫度數(shù)據(jù)作為調(diào)整運行參數(shù)的輸入，例如，燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒速率，即在發(fā)動機中燃燒的燃料和空氣的速率和/或比率。在許多情況下，所述溫度數(shù)據(jù)可以用作發(fā)動機的特定保護功能的輸入。
[0006]在多數(shù)已知的燃氣渦輪發(fā)動機中，烴類燃料燃燒時通常會產(chǎn)生煙灰這一副產(chǎn)物，而煙灰顆粒可能夾帶在流過高溫氣體通道的高溫氣體中。此類煙灰顆粒的溫度可以高于高溫氣體通道中的部件。所述煙灰顆?？梢耘c光學(xué)高溫計接觸，并且在高溫計輸出端產(chǎn)生振幅增大的電壓信號短脈沖。因此，編程在控制器內(nèi)的燃燒控制功能可能將此類高壓信號可以曲解成部件溫度升高。此外，從周圍高溫表面以及相關(guān)渦輪機葉片表面的溫度反射可能產(chǎn)生高于實際的溫度表示，其中所述溫度反射隨相關(guān)表面的發(fā)射率而變。許多燃氣渦輪發(fā)動機控制器接收這些信號作為相關(guān)燃燒控制功能的主要輸入。具體來說，可能基于錯誤信號對在發(fā)動機中燃燒的燃料和空氣的速率和/或比率進行調(diào)整。此類條件可能導(dǎo)致渦輪機的電力生產(chǎn)意外下降，以及由于煙灰定期和/或常規(guī)地附著到光學(xué)高溫計或從光學(xué)高溫計去除而導(dǎo)致電力生產(chǎn)發(fā)生振蕩。此外，相關(guān)溫度表示可以用作燃氣渦輪發(fā)動機的保護功能的輸入，而錯誤的溫度表示可能足以導(dǎo)致燃氣渦輪發(fā)動機出現(xiàn)計劃外關(guān)機，即機組跳閘。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] —方面，本發(fā)明提供一種用于高溫資產(chǎn)的多色高溫測定成像系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括至少一個觀察口，所述觀察口與所述高溫資產(chǎn)的至少一個高溫部件光學(xué)相通。所述系統(tǒng)還包括至少一個相機裝置，所述相機裝置與所述至少一個觀察口光學(xué)相通。所述至少一個相機裝置包括相機外殼以及限定在所述相機外殼中的至少一個相機孔。所述至少一個相機孔與所述至少一個觀察口光學(xué)相通。所述至少一個相機裝置還包括連接到所述外殼的多色濾波機構(gòu)。所述多色濾波機構(gòu)配置用于按順序傳輸?shù)谝活A(yù)定波段內(nèi)的光子以及傳輸?shù)诙A(yù)定波段內(nèi)的光子，所述第二預(yù)定波段與所述第一預(yù)定波段不同。
[0008]所述多色濾波機構(gòu)包括:第一濾色器，所述第一濾色器配置用于傳輸所述第一預(yù)定波段內(nèi)的光子；第二濾色器，所述第二濾色器配置用于傳輸所述第二預(yù)定波段內(nèi)的光子；保持架，所述保持架配置用于容納所述第一濾色器和所述第二濾色器；以及平移機構(gòu)，所述平移機構(gòu)連接到所述保持架，所述平移機構(gòu)配置用于按順序設(shè)置所述第一濾色器和所述第二濾色器中的每一個，所述第一濾色器和所述第二濾色器與所述至少一個相機孔和所述至少一個觀察口光學(xué)相通。
[0009]其中，所述平移機構(gòu)包括以下項中的至少一項:液壓致動器；氣壓致動器；以及電力致動器。
[0010]其中，所述第一濾色器和所述第二濾色器至少部分限定多個濾色器，其中所述濾色器中的每一個均形成預(yù)定形狀并且以彼此接近的方式置于所述保持架內(nèi)；以及所述保持架連接到所述相機外殼，以使所述保持架促進所述多色濾波機構(gòu)大體線性平移和大體旋轉(zhuǎn)平移中的至少一個。其中，所述多色濾波機構(gòu)包括電光系統(tǒng)和可調(diào)諧濾波器中的一個。
[0011]其中，所述第一預(yù)定波段和所述第二預(yù)定波段至少部分限定多個預(yù)定波段，包括:位于約0.60微米(μπ?)到約0.7μπ?范圍內(nèi)的波段；位于約Ι.ΟμL?到約1.ΙμL?范圍內(nèi)的波段；位于約1.20 μ m到約1.3 μ m范圍內(nèi)的波段；位于約1.55 μ m到約1.65 μ m范圍內(nèi)的波段；以及位于約2.15 μ m到約2.3 μ m范圍內(nèi)的波段。
[0012]其中，所述至少一個相機裝置包括多個相機裝置，所述相機裝置包括:第一相機裝置，所述第一相機裝置包括第一濾色器，所述第一濾色器配置用于傳輸所述第一預(yù)定波段內(nèi)的光子；以及第二相機裝置，所述第二相機裝置包括第二濾色器，所述第二濾色器配置用于傳輸所述第二預(yù)定波段內(nèi)的光子。
[0013]所述系統(tǒng)進一步包括至少一個處理器，所述至少一個處理器連接到所述至少一個相機裝置，所述至少一個處理器經(jīng)編程以:接收所述至少一個相機裝置內(nèi)產(chǎn)生的第一信號流，所述第一信號流大體上表示所述第一預(yù)定波段內(nèi)的光子；接收所述至少一個相機裝置內(nèi)產(chǎn)生的第二信號流，所述第二信號流大體上表示所述第二預(yù)定波段內(nèi)的光子；以及產(chǎn)生所述至少一個部件的圖像。
[0014]其中，所述高溫資產(chǎn)是燃氣渦輪發(fā)動機，所述燃氣渦輪發(fā)動機限定高溫氣體通道，并且所述高溫部件是高溫氣體通道部件。
[0015]另一方面，本發(fā)明提供一種用于操作燃燒系統(tǒng)的方法。所述方法包括使燃燒氣體流流過所述燃燒系統(tǒng)的高溫氣體通道。所述高溫氣體通道包括至少一個部件。所述方法還包括經(jīng)由至少一個觀察口將從所述至少一個部件發(fā)射的光子傳輸?shù)较薅ㄔ谥辽僖粋€相機裝置內(nèi)的相機孔。所述方法進一步包括按順序傳輸?shù)谝活A(yù)定波段內(nèi)的光子以及傳輸?shù)诙A(yù)定波段內(nèi)的光子，所述第二預(yù)定波段與所述第一預(yù)定波段不同。所述方法還包括產(chǎn)生所述至少一個部件的圖像。
[0016]其中，按順序傳輸光子包括操作多色濾波機構(gòu)，所述多色濾波機構(gòu)與所述相機孔光學(xué)相通，所述步驟包括:設(shè)置所述多色濾波機構(gòu)的第一濾色器并且過濾光子，以使通過所述第一濾色器傳輸?shù)剿鱿鄼C孔內(nèi)的大部分光子位于第一預(yù)定波段內(nèi)；以及設(shè)置所述多色濾波機構(gòu)的第二濾色器并且過濾光子，以使通過所述第二濾色器傳輸?shù)剿鱿鄼C孔內(nèi)的大部分光子位于第二預(yù)定波段內(nèi)。
[0017]其中，所述第一濾色器和所述第二濾色器設(shè)置于保持架內(nèi)，以使所述第一濾色器和所述第二濾色器彼此接近，其中設(shè)置所述第一濾色器和設(shè)置所述第二濾色器包括以下項中的至少一項:相對于所述相機孔以可滑動方式線性移動所述保持架；以及相對于所述相機孔以可旋轉(zhuǎn)方式移動所述保持架。
[0018]其中，設(shè)置所述第一濾色器和設(shè)置所述第二濾色器進一步包括操作平移機構(gòu)，所述平移機構(gòu)包括以下項中的至少一項:液壓致動器、氣壓致動器和電力致動器。
[0019]其中，所述第一預(yù)定波段和所述 第二預(yù)定波段至少部分限定多個預(yù)定波段，其中按順序傳輸光子包括以下項中的至少兩項:過濾所述光子，以使傳輸?shù)剿鱿鄼C孔的大部分光子包括位于約0.60微米(μ m)到約0.7 μ m范圍內(nèi)的波段內(nèi)的光子；過濾所述光子，以使傳輸?shù)剿鱿鄼C孔的大部分光子包括位于約Ι.Ομπι到約1.1ym范圍內(nèi)的波段內(nèi)的光子；過濾所述光子，以使傳輸?shù)剿鱿鄼C孔的大部分光子包括位于約1.20 μ m到約1.3 μ m范圍內(nèi)的波段內(nèi)的光子；
[0020]過濾所述光子，以使傳輸?shù)剿鱿鄼C孔的大部分光子包括位于約1.55 μπ?到約
1.65 μ m范圍內(nèi)的波段內(nèi)的光子；以及過濾所述光子，以使傳輸?shù)剿鱿鄼C孔的大部分光子包括位于約2.15 μ m到約2.3μπι范圍內(nèi)的波段內(nèi)的光子。
[0021]另一方面，本發(fā)明提供一種燃氣渦輪發(fā)動機。所述燃氣渦輪發(fā)動機包括至少一個部件，所述至少一個部件設(shè)置于限定在所述燃氣渦輪發(fā)動機內(nèi)的高溫氣體通道中。所述燃氣渦輪發(fā)動機還包括多色高溫測定成像系統(tǒng)，所述多色高溫測定成像系統(tǒng)包括至少一個觀察口，所述至少一個觀察口與所述至少一個部件光學(xué)相通。所述燃氣渦輪發(fā)動機進一步包括至少一個相機裝置，所述相機裝置與所述至少一個觀察口光學(xué)相通。所述至少一個相機裝置包括相機外殼以及限定在所述相機外殼中的至少一個相機孔。所述至少一個相機孔與所述至少一個觀察口光學(xué)相通。所述至少一個相機裝置還包括連接到所述外殼的多色濾波機構(gòu)。所述多色濾波機構(gòu)配置用于按順序傳輸?shù)谝活A(yù)定波段內(nèi)的光子以及傳輸?shù)诙A(yù)定波段內(nèi)的光子，所述第二預(yù)定波段與所述第一預(yù)定波段不同。
[0022]其中，所述多色濾波機構(gòu)包括:第一濾色器，所述第一濾色器配置用于傳輸所述第一預(yù)定波段內(nèi)的光子；第二濾色器，所述第二濾色器配置用于傳輸所述第二預(yù)定波段內(nèi)的光子；保持架，所述保持架配置用于容納所述第一濾色器和所述第二濾色器；以及平移機構(gòu)，所述平移機構(gòu)連接到所述保持架，所述平移機構(gòu)配置用于按順序設(shè)置所述第一濾色器和所述第二濾色器中的每一個，所述第一濾色器和所述第二濾色器與所述至少一個相機孔和所述至少一個觀察口光學(xué)相通。
[0023]其中，所述第一濾色器和所述第二濾色器至少部分限定多個濾色器，其中所述濾色器中的每一個均形成預(yù)定形狀并且以彼此接近的方式置于所述保持架內(nèi)；以及所述保持架連接到所述相機外殼，以使所述保持架促進所述多色濾波機構(gòu)大體線性平移和大體旋轉(zhuǎn)平移中的至少一個。
[0024]其中，所述平移機構(gòu)包括以下項中的至少一項:液壓致動器、氣壓致動器和電力致動器。
[0025]其 中，所述第一預(yù)定波段和所述第二預(yù)定波段至少部分限定多個預(yù)定波段，包括:位于約0.60微米(μπ?)到約0.7μπ?范圍內(nèi)的波段；位于約Ι.ΟμL?到約1.ΙμL?范圍內(nèi)的波段；位于約1.20 μ m到約1.3μπι范圍內(nèi)的波段；位于約1.55 μπ?到約1.65 μπ?范圍內(nèi)的波段；以及位于約2.15 μ m到約2.3 μ m范圍內(nèi)的波段。
[0026]所述燃氣渦輪發(fā)動機進一步包括至少一個處理器，所述至少一個處理器連接到所述至少一個相機裝置，所述至少一個處理器經(jīng)編程以:接收所述至少一個相機裝置內(nèi)產(chǎn)生的第一信號流，所述第一信號流大體上表示所述第一預(yù)定波段內(nèi)的光子；接收所述至少一個相機裝置內(nèi)產(chǎn)生的第二信號流，所述第二信號流大體上表示所述第二預(yù)定波段內(nèi)的光子；以及產(chǎn)生所述至少一個部件的圖像。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]在參考附圖閱讀以下詳細說明后，將更好地理解本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點，在附圖中，類似的符號代表所有附圖中類似的部分，其中:
[0028]圖1是示例性燃氣渦輪發(fā)動機的示意圖；
[0029]圖2是沿區(qū)域2截取的圖1所示燃氣渦輪發(fā)動機的局部放大截面圖；
[0030]圖3是可用于圖1和圖2中所示的燃氣渦輪發(fā)動機中的多色高溫測定成像系統(tǒng)的示例性體系結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0031]圖4是可用于圖2和圖3所示的多色高溫測定成像系統(tǒng)中的多個濾色波段的圖形視圖；
[0032]圖5是可用于圖2和圖3所示的多色高溫測定成像系統(tǒng)中的示例性相機裝置的示意圖；
[0033]圖6是圖5所示相機裝置的透視圖；
[0034]圖7是可用于圖2和圖3所示的多色高溫測定成像系統(tǒng)中的示例性多色濾波機構(gòu)的透視圖；
[0035]圖8是可用于圖7所示的多色濾波機構(gòu)中的示例性濾色器保持架的透視圖；
[0036]圖9是可用于圖7所示的多色濾波機構(gòu)中的示例性濾色器的透視圖；
[0037]圖10是連接到圖5和圖6所示的相機裝置的圖7所示多色濾波機構(gòu)的正面視圖，其中已移除濾色器；
[0038]圖11是連接到圖5和圖6所示的相機裝置的圖7所示多色濾波機構(gòu)的正面視圖，其中已安裝濾色器并且多色濾波機構(gòu)位于第一位置中；
[0039]圖12是位于第二位置中的圖11所示多色濾波機構(gòu)的正面視圖；
[0040]圖13是圖2和圖3所示的多色高溫測定成像系統(tǒng)產(chǎn)生的多幅示例性圖像；以及
[0041]圖14是可連接到圖5和圖6中所示的相機裝置的替代示例性多色濾波機構(gòu)。
[0042]除非另作說明，否則本說明書中提供的附圖用于示出本發(fā)明實施例的特征。可以相信這些特征適用于包括本發(fā)明一個或多個實施例的各種系統(tǒng)。因此，附圖并不意圖包括所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員已知的實踐本說明書中公開的實施例所需的所有傳統(tǒng)特征。【具體實施方式】
[0043]在以下說明和隨附權(quán)利要求中，將參考多個術(shù)語，這些術(shù)語的定義如下。
[0044]除非上下文明確另作規(guī)定，否則單數(shù)形式“一個”、“一種”和“所述”包括復(fù)數(shù)參考。
[0045]“可選”或“可選地”意指后續(xù)描述的事件或情況可能會或可能不會發(fā)生，并且所述描述同時包括事件發(fā)生或者不發(fā)生的情況。
[0046]本說明書中和權(quán)利要求書中所用的近似語言可用于修飾任何定量表示，這些定量表示能夠在許可范圍內(nèi)變動，而不改變與其相關(guān)的基本功能。因此，由一個或多個“大約”、“近似”和“大體上”等術(shù)語修飾的值并不限于所指定的精確值。在至少一些情況下，近似語言可能與用于測量值的儀器的精度對應(yīng)。此處以及在整個說明書和權(quán)利要求書中，范圍限制可以相結(jié)合和/或交替，除非上下文或語言另作規(guī)定，否則此類范圍均表示并且包括本說明書中包含的所有子范圍。
[0047]本說明書中所述的多色成像系統(tǒng)提供了一種經(jīng)濟有效的方法來提高燃氣渦輪發(fā)動機和其他高溫系統(tǒng)的可靠性并減少運行中斷。具體來說，本說明書中所述的多色成像系統(tǒng)從第一波長范圍內(nèi)的光子產(chǎn)生部件的第一圖像；從第二波長范圍內(nèi)的光子產(chǎn)生同一部件的第二圖像；以及組合所述圖像以產(chǎn)生使用各個圖像本身無法獲得的優(yōu)質(zhì)圖像。本說明書中所述的多色成像系統(tǒng)在預(yù)定波段內(nèi)運行，所述預(yù)定波段對諸如水和二氧化碳等高溫氣體成分的吸收率低，并且具有用于光子強度測量的足夠光子通量。此外，本說明書中所述的多色成像系統(tǒng)按順序過濾預(yù)定波段內(nèi)的光子并將其傳輸通過多濾色器裝置。本說明書中所述的多濾色器裝置包括平移機構(gòu)(translation mechanisms)、電-光系統(tǒng)和可調(diào)諧濾波器。本說明書中所述的平移機構(gòu)在物理上按順序?qū)V色器置于相機孔前方，以將光子過濾到所需波段。所述電-光系統(tǒng)調(diào)整濾色器附近的電場，以按順序?qū)崟r改變?yōu)V波帶(wavelengthfiltering bands)。所述可調(diào)諧濾波器按順序?qū)崟r調(diào)諧，以改變所述濾波帶。
[0048]圖1是高溫資產(chǎn)的示意圖，即渦輪機的示意圖，具體來說，在示例性實施例中，燃氣渦輪發(fā)動機100的示意圖?；蛘?，可以使用大體上與本說明書中所述多色高溫測定成像系統(tǒng)(圖1中未圖示)類似的系統(tǒng)來監(jiān)控和/或控制任何高溫設(shè)備、系統(tǒng)和設(shè)施，包括，但不限于，諸如化石燃料熔爐等燃燒系統(tǒng)、氣化系統(tǒng)以及相關(guān)高溫排氣系統(tǒng)。
[0049]在示例性實施例中，燃氣渦輪發(fā)動機100包括進氣部分102以及壓縮機部分104，所述壓縮機部分連接在進氣部分102下游并與其流體連通。壓縮機部分104封閉在壓縮機外殼105內(nèi)。燃燒器部分106連接在壓縮機部分104的下游并與其流體連通，并且渦輪機部分108連接在燃燒器部分106下游并與其流體連通。燃氣渦輪發(fā)動機100封閉在渦輪機外殼109內(nèi)，并且包括排氣部分110，所述排氣部分位于渦輪機部分108的下游。此外，在示例性實施例中，渦輪機部分108通過包括但不限于壓縮機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子組件112或者驅(qū)動軸114和渦輪機轉(zhuǎn)子或者驅(qū)動軸115連接到壓縮機部分104。
[0050]在示例性實施例中，燃燒器部分106包括多個燃燒器組件，即，各自與壓縮機部分104流體連通的燃燒器116。燃燒器部分106還包括至少一個燃料噴嘴組件118。每個燃燒器116與至少一個燃料噴嘴組件118流體連通。此外，在示例性實施例中，渦輪機部分108和壓縮機部分104通過驅(qū)動軸114以旋轉(zhuǎn)方式連接到負載120。例如，負載120可以包括，但不限于，發(fā)電機和/或機械驅(qū)動應(yīng)用，例如泵。或者，燃氣渦輪發(fā)動機100可以是飛機發(fā)動機。在示例性實施例中，壓縮機部分104包括至少一個壓縮機葉片組件122，即葉片122，以及至少一個相鄰的固定葉片組件123。
[0051]此外，在示例性實施例中，渦輪機部分108包括至少一個渦輪機葉片組件，即動葉片124，以及至少一個相鄰的固定噴嘴組件125。每個壓縮機葉片組件122和每個渦輪機動葉片124連接到轉(zhuǎn)子組件112，或者，具體來說，壓縮機驅(qū)動軸114和渦輪機驅(qū)動軸115。
[0052]在操作中，進氣部分102將空氣150朝向壓縮機部分104輸送。壓縮機部分104將進氣150壓縮到更高壓力和溫度，然后將壓縮空氣152排放到燃燒器部分106中。壓縮空氣152輸送到燃料噴嘴組件118、與燃料(未圖示)混合并在每個燃燒器116內(nèi)燃燒以產(chǎn)生燃燒氣體154，所述燃燒氣體向下游輸送到渦輪機部分108。燃燒器116內(nèi)產(chǎn)生的燃燒氣體154向下游輸送到渦輪機部分108。沖擊渦輪機動葉片124之后，熱能轉(zhuǎn)換成用于驅(qū)動轉(zhuǎn)子組件112的機械旋轉(zhuǎn)能。渦輪機部分108通過驅(qū)動軸114和115驅(qū)動壓縮機部分104和/或負載120，排氣156通過排氣部分110輸送到環(huán)境大氣中。
[0053]圖2是沿區(qū)域2 (圖1中所示)截取的燃氣渦輪發(fā)動機100的局部放大截面圖。渦輪機部分108包括高溫氣體通道160，所述高溫氣體通道至少部分由渦輪機動葉片124限定。渦輪機部分108還包括多個固定葉片，即進一步限定高溫氣體通道160的固定噴嘴組件125。燃氣渦輪發(fā)動機100包括多色高溫測定成像系統(tǒng)164，所述多色高溫測定成像系統(tǒng)包括至少一個觀察口 166 (僅圖示了一個)，所述觀察口延伸到高溫氣體通道160的一部分中。在示例性實施例中，觀察口 166通向由第一級渦輪機動葉片(即，位于燃燒器116與渦輪機部分108的聯(lián)軸器附近的第一級動葉片(SlB) 167)限定的高溫氣體通道160的一部分、并與其光學(xué)相通?；蛘撸^察口 166通向高溫氣體通道160中，使得所述多色高溫測定成像系統(tǒng)164能夠如本說明書中所述運行的任何部分。多色高溫測定成像系統(tǒng)(Mult1-colorpyrometry imaging system)164還包括相機裝置168 (如下詳述),所述相機裝置與觀察口166光學(xué)相通。
[0054]多色高溫測定成像系統(tǒng)164進一步包括處理單元169，所述處理單元連接到相機裝置168。處理單元169包括至少一個處理器170、連接到處理器170的存儲裝置172以及至少一個輸入/輸出(I/O)導(dǎo)管174，其中導(dǎo)管174包括至少一個I/O通道(未圖示)。在示例性實施例中，相機裝置168和處理單元169構(gòu)成一個集成、整體的“智能高溫測定體系結(jié)構(gòu)”，其執(zhí)行所有算法和控制邏輯并且產(chǎn)生和傳輸所有數(shù)據(jù)輸出，以使多色高溫測定成像系統(tǒng)164能夠如本說明書中所述運行。或者，處理單元169可以是遠離相機裝置168的單獨單元。
[0055]本說明書中所用術(shù)語“處理器”并不限于在所屬領(lǐng)域中稱為計算機的集成電路，而是廣泛地指代微控制器、微型計算機、可編程邏輯控制器(PLC)、專用集成電路以及其他可編程電路，并且這些術(shù)語在本說明書中可以互換使用。在本說明書中所述的實施例中，存儲器可以包括，但不限于，計算機可讀介質(zhì)，例如隨機存取存儲器(RAM)，以及計算機可讀非易失性介質(zhì)，例如閃存?；蛘?，也可以使用軟磁盤、光盤只讀存儲器(CD-ROM )、磁光盤(MOD )和/或數(shù)字多功能光盤(DVD)。此外，在本說明書中所述的實施例中，額外的輸入通道可以是，但不限于，與諸如鼠標和鍵盤等操作員接口相關(guān)的計算機外圍設(shè)備?；蛘?，還可以使用其他計算機外圍設(shè)備，例如，包括，但不限于，掃描儀。此外，在示例性實施例中，額外的輸入通道可以包括，但不限于，操作員接口監(jiān)控器。
[0056]處理器170和本說明書中所述的其他處理器(未圖示)處理從多個電氣和電子裝置，包括但不限于相機裝置168，傳輸?shù)男畔?。存儲裝置172和存儲裝置(未圖示)存儲并傳輸由處理器170執(zhí)行的信息和指令。存儲裝置172和存儲裝置還可以用于在處理器170執(zhí)行指令期間存儲、并將臨時變量、靜態(tài)(即，非易失性和不變的)信息和指令或者其他中間信息提供給處理器170。要執(zhí)行的指令包括，但不限于，分析從相機裝置168傳輸?shù)男盘?。指令?zhí)行序列并不限于硬件電路和軟件指令的任何特定組合。
[0057]在示例性實施例中,燃氣渦輪發(fā)動機100包括燃氣渦輪機控制器176，所述燃氣渦輪機控制器通過I/o導(dǎo)管174連接到處理單元169。在示例性實施例中，燃氣渦輪機控制器176從根本上說是標準組件，例如，但不限于，燃氣渦輪機數(shù)字發(fā)動機控制(GT DEC)系統(tǒng)和/或預(yù)測和運行狀況監(jiān)控(PHM)系統(tǒng)。燃氣渦輪機控制器176包括足夠的存儲和處理資源來使得燃氣渦輪發(fā)動機100如本說明書中所述運行，其中此類存儲和處理資源如上所述。此外，如上所述，相機裝置168和處理單元169構(gòu)成一個集成、整體的體系結(jié)構(gòu)，其執(zhí)行所有算法和控制邏輯并且產(chǎn)生并將所述數(shù)據(jù) 輸出傳輸?shù)饺細鉁u輪機控制器176。因此，在示例性實施例中，只需對燃氣渦輪機控制器176的體系結(jié)構(gòu)和編程稍作修改即可適應(yīng)處理單元169以及從中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。或者，燃氣渦輪機控制器176可以包括執(zhí)行處理單元169的功能所需的體系結(jié)構(gòu)和編程，從而可以省去處理單元169。
[0058]多色高溫測定成像系統(tǒng)164包括使得燃氣渦輪發(fā)動機100能夠如本說明書中所述運行的任意數(shù)量的觀察口 166、相機裝置168和處理單元169。多色高溫測定成像系統(tǒng)164接收從對象發(fā)出的在其光學(xué)感測范圍內(nèi)的光子(圖2中未圖示)，所述光子的波長在寬波段內(nèi)，包括，但不限于，介于約0.4微米(μ m) (400納米(nm))與約10 μ m (10，OOOnm)之間的范圍。相機裝置168配置用于可見范圍，例如，介于約0.6μπι (600nm)與0.7μπι (700nm)之間，以及近紅外范圍，例如，介于約0.75μπι (750nm)與約3.Ομπι (3000nm)之間。
[0059]多色高溫測定成像系統(tǒng)164配置用于將燃氣渦輪機高溫氣體通道部件的寬波段輻射信號分成多個窄波段。具體來說，每個相機裝置168包括多個濾波裝置(圖2中未圖示)，每個濾波裝置配置用于以上定義的寬波段內(nèi)的預(yù)定窄波段。例如，但不限于，一些相機裝置168的實施例包括至少一個銦鎵砷(InGaAs)濾波裝置，所述濾波裝置配置用于以約
1.25ym(l, 250nm)為中心的波段。此外，一些相機裝置168的實施例包括至少一個InGaAs濾波裝置，所述濾波裝置配置用于以約1.6μπι (l，600nm)為中心的波段。此外，一些相機裝置168的實施例包括至少一個擴充域InGaAs濾波裝置，所述濾波裝置配置用于以約
2.22ym(2, 220nm)為中心的波段。此外，一些相機裝置168的實施例包括至少一個InGaAs濾波裝置，所述濾波裝置配置用于以約1.05 μπ? (l，050nm)為中心的波段。此外，一些相機裝置168的實施例包括至少一個硅(Si)濾波裝置，所述濾波裝置配置用于以約0.65μπι(650nm)為中心的波段。使用使得多色高溫測定成像系統(tǒng)164能夠如本說明書中所述運行的這五種濾波裝置的任何組合。
[0060]圖3是可用于燃氣渦輪發(fā)動機100 (如圖1和圖2中所示)中的多色高溫測定成像系統(tǒng)164的示例性體系結(jié)構(gòu)的示意圖。如上所述，處理單元169包括處理器170和存儲裝置172 (均如圖2中所示)。在示例性實施例中，多色高溫測定成像系統(tǒng)164的處理單元169包括實時模塊180，所述實時模塊包括足夠的系統(tǒng)定時硬件、軟件和/或固件，以便于以至少一兆赫(IMHz)的預(yù)定處理速度執(zhí)行多色高溫測定成像系統(tǒng)164的編程功能。本說明書中所用的術(shù)語“實時”是指以幾乎可忽略的時間延遲高速處理輻射181的測量值，即，大體上在測量的同時。此外，本說明書中所用的術(shù)語“高速”是指IMHz或以上的處理頻率。在示例性實施例中，處理單元169包括至少一個高速I/O模塊182,所述模塊包括多個端口(未圖示)，所述端口連接到I/O導(dǎo)管174中的多個I/O通道(未圖示)。I/O通道182促進從相機裝置168高速傳輸溫度信號和圖像信號輸入、并且向燃氣渦輪機控制器176高速傳輸溫度信號和圖像信號輸出。處理單元169進一步包括多色高溫測定(MCP)算法模塊184、數(shù)字濾波器模塊186和控制邏輯模塊188。模塊180、182、184、186和188以通信方式連接。
[0061]在操作中，相機裝置168和處理單元169內(nèi)產(chǎn)生的S1B167的溫度測量值和圖像通過I/O導(dǎo)管174傳輸?shù)饺細鉁u輪機控制器176。S1B167通常是高溫氣體通道160內(nèi)將要經(jīng)歷最高溫度的部件，因為它是暴露于來自燃燒器116的排氣156中的第一個部件。因此，燃氣渦輪機控制器176包括足夠的編程，以將S1B167的溫度測量值用作燃氣渦輪發(fā)動機100的運行狀況的一個主要度量。此外，燃氣渦輪機控制器176包括足夠的編程，以使用S1B167的溫度測量值控制燃燒速率，即，燃燒器116內(nèi)燃料和空氣的燃燒速率和比率。此外，燃氣渦輪機控制器176包括足夠的編程，以使用S1B167的溫度測量值啟動燃氣渦輪發(fā)動機100內(nèi)的保護功能，從而降低燃氣渦輪發(fā)動機100在溫度大幅偏移期間發(fā)生損壞的可能性。此外，每個處理單元169和燃氣渦輪機控制器176包括足夠的編程，以產(chǎn)生燃氣渦輪發(fā)動機100的操作員通過觀察口 166旋轉(zhuǎn)觀察時能夠看到每個S1B167的圖像。
[0062]圖4是可用于多色高溫測定成像系統(tǒng)164 (如圖2和圖3所示)中的多個濾色波段的圖200。圖200包括左側(cè)(LHS)y軸202，它表示從S1B167 (如圖1和圖3所示)發(fā)出的葉片輻射光子通量值，此值使用約1，500開氏度(° K) (1，237攝氏度(°C)和2，259華氏度(° F))的溫度通過普朗克定律( Planck’s Law)計算得出，單位為10_19光子/立方米-秒Cm3-秒)[光子/ Cm3-秒)]。LHS y軸202以0.5光子/ Cm3-秒)的單位在O到3.5光子/ (m3-秒)的范圍內(nèi)劃分刻度。
[0063]圖400還包括X軸204，它表示從0.5μπι (400nm)延伸到3 μ m (3，000nm)的波長(入)譜，單位刻度為0.05 μπ?。圖200進一步包括葉片輻射通量曲線206，其中所述葉片輻射光子通量的分布是輻射波長(λ )的函數(shù)。
[0064]圖200包括右側(cè)(RHS) y軸208，它表示燃燒氣體154 (如圖1和圖2所示)內(nèi)的常見燃燒產(chǎn)物的無單位吸收率系數(shù)，其中所述燃燒氣體是諸如水和二氧化碳等烴類燃料在燃氣渦輪發(fā)動機100 (如圖1和圖2所示)的典型運行條件下的燃燒產(chǎn)物。RHS y軸208在
0.0到1.0的范圍內(nèi)以0.02的單位劃分刻度。圖200進一步包括吸收率系數(shù)曲線210，其中所述吸收率的分布是輻射長度(λ )的函數(shù)。
[0065]多色高溫測定成像系統(tǒng)164配置用于對與吸收率系數(shù)曲線210相關(guān)的值近似為零的波長范圍使用波長譜的不同部分。此類低吸收率波長范圍稱為無吸收檢測窗口(absorption-free detection windows)。在示例性實施例中，本說明書中所述的多色高溫測定成像系統(tǒng)164可以使用五個無吸收/發(fā)射檢測窗口進行多色高溫測定(MCP)測量中。具體來說，第一濾色波段212從約0.6μπι延伸到約0.7 μ m，其中通常使用硅(Si)檢測器。第二濾色波段214從約1.0 μ m延伸到約1.1 μ m。第三濾色波段216從約1.2 μ m延伸到約
1.3 μπ?。第四濾色波段218從約1.55 μπ?延伸到約1.65 μπ?。銦稼砷(InGaAs)檢測器通常分別用于第二濾色波段214、第三濾色波段216和第四濾色波段218。第五濾色波段220從約2.15 μ m延伸到約2.3 μ m，其中通常使用波長擴展銦鎵砷檢測器。
[0066]此外，在通常情況下，溫度和成像結(jié)果隨著接收到的葉片輻射增加而得到改善。因此，在本說明書中所述的一些實施例中，使用了所述五個濾色波段的組合。具體來說，一個實施例分別使用了第三濾色波段216和第四濾色波段220，分別是因為這兩個波段接近無吸收率檢測窗口、具有充分的葉片輻射傳輸，并且使用銦鎵砷技術(shù)。盡管所描述的示例性實施例使用了特定波段，但是替代實施例可以具有基于特定因素選擇的不同波段，例如，但不限于，燃燒燃料的類型和質(zhì)量以及高溫氣體通道中的熱力學(xué)條件，例如溫度和壓力。
[0067]圖5是可用于多色高溫測定成像系統(tǒng)164 (如圖2和圖3所示)中的示例性相機裝置168的示意圖。圖6是相機裝置168的透視圖。在示例性實施例中，相機裝置168包括相機外殼300，所述相機外殼包括連接裝置302，用于將相機外殼300連接到觀察口 166。相機外殼300限定相機孔304,所述相機孔與觀察口 166光學(xué)相通。相機孔304包括傳感器，例如，但不限于，焦平面陣列。相機裝置168還包括相機306，所述相機通過相機輸出通道308連接到處理單元169。相機裝置168進一步包括多色濾波機構(gòu)310，所述多色濾波機構(gòu)置于觀察口 166與相機孔304之間。
[0068]圖7是可用于多色高溫測定成像系統(tǒng)164 (如圖2和圖3所示)中的多色濾波機構(gòu)310的透視圖。圖8是可用于多色濾波機構(gòu)310 (如圖7所示)中的示例性濾色器保持架320的透視圖。圖9是可用于多色濾波機構(gòu)310 (如圖7所示)中的示例性第一濾色器322的透視圖。圖10是連接到相機外殼300并且已移除濾色器322和324的多色濾波機構(gòu)310的正面視圖。
[0069]在示例性實施例中，多色濾波機構(gòu)310包括濾色器保持架320，所述濾色器保持架配置用于容納左側(cè)(LHS)濾色器322和右側(cè)(RHS)濾色器324。保持架320配置用于兩個彼此接近的濾色器?；蛘?，保持架320可以配置用于使得多色濾波機構(gòu)310能夠如本說明書中所述運行的任意數(shù)量的濾色器。此外，LHS濾色器322和RHS濾色器324大體上成圓形并且與相鄰的配對表面326對稱，各自由弦328限定?；蛘?，多色濾波機構(gòu)310包括濾色器，所述濾色器可以是任何形狀，包括，但不限于，完整圓形或矩形。此外，LHS濾色器322和RHS濾色器324置于與特定平面大體重合的位置，所述平面沿z軸334由x軸330和y軸332限定。軸330、332和334彼此正交?；蛘?，濾色器322和324可以各自設(shè)置于z軸334的不同點處，以符合濾色器322和324的不同焦點特性。
[0070]此外，在示例性實施例中，保持架320包括框架336，所述框架限定LHS濾色器空腔338和相鄰的RHS濾色器空腔340，所述LHS濾色器空腔和RHS濾色器空腔配置用于分別容納濾色器322和324?？蚣?36包括平移調(diào)整片(translation tab) 342，所述平移調(diào)整片促進框架336沿X軸330的平移。或者，平移調(diào)整片342可以配置用于促進框架336沿y軸332和/或z軸334平移(以調(diào)整焦距)。
[0071]此外，在示例性實施例中，LHS濾色器322配置用于過濾輻射181(如圖3所示)，以使位于約1.20 μ m至約1.3μπι范圍內(nèi)的第一預(yù)定波段內(nèi)的光子(未圖示)傳輸?shù)角度胂鄼C孔304內(nèi)的傳感器(如圖5和圖6所示)。此外，RHS濾色器324配置用于過濾輻射181 (如圖3所示)，以使位于約1.55 μ m至約1.65 μ m范圍內(nèi)的第二預(yù)定波段內(nèi)的光子(未圖示)傳輸?shù)角度胂鄼C孔304內(nèi)的傳感器。[0072] 此外，在示例性實施例中，多色濾波機構(gòu)310包括平移機構(gòu)350。濾色器保持架320的平移調(diào)整片342與平移機構(gòu)350關(guān)聯(lián)。平移機構(gòu)350包括上軌352以及大體平行的下軌354，分別限定上槽356和下槽358。槽356和358容納濾色器保持架320并且限定足夠的間隙，以促進濾色器保持架320沿X軸330橫向遍歷。平移機構(gòu)350還包括LHS連接器360和RHS連接器362。平移機構(gòu)350進一步包括活塞桿364，所述活塞桿連接到LHS連接器360和RHS連接器362并且延伸在兩者之間。平移機構(gòu)350還包括活塞366，所述活塞連接到活塞桿364?；钊麠U364限定一個長度，所述長度促進活塞366和活塞桿364沿x軸330橫向往返移動(lateral traversal)。RHS連接器362還容納濾色保持架320的平移調(diào)整片342，以使活塞366在活塞桿364上的橫向移動能夠促進濾色器保持架320橫向移動。
[0073]平移機構(gòu)350是以下項中的一項:液壓致動器、氣壓致動器和電力致動器，例如螺線管。液壓流體、空氣和電力可以從與燃氣渦輪發(fā)動機100 (如圖1所示)關(guān)聯(lián)的現(xiàn)有服務(wù)提供。平移機構(gòu)350的操作命令可以傳輸自處理單元169和燃氣渦輪機控制器176中的一個，或者使得多色高溫測定成像系統(tǒng)164能夠如本說明書中所述運行的其他任何來源。平移機構(gòu)350通過多個緊固件(未圖示)連接到相機外殼300，所述緊固件插入限定在上軌352與下軌354中的緊固件孔368中(圖7中僅標注了一個)。
[0074]圖11是連接到相機外殼300的多色濾波機構(gòu)310的正面視圖，其中所述多色濾波機構(gòu)位于第一位置中。圖12是多色濾波機構(gòu)310的正面視圖，其中所述多色濾波機構(gòu)位于第二位置中。圖13是多色高溫測定成像系統(tǒng)164 (如圖2和圖3所示)產(chǎn)生的多幅示例性圖像。
[0075]在操作中，輻射181 (如圖3所示)中的光子通過觀察口 166 (如圖2、圖3和圖5所示)傳輸?shù)较鄼C裝置168。許多光子(未圖示)位于寬波段中，例如，但不限于，所述寬波段包括介于約0.4μηι與約10 μπ?之間的范圍。濾色器保持架320置于左側(cè)，以使RHS濾色器324與觀察口 166和相機孔304光學(xué)相通并且置于這兩者之間。將寬廣光子流過濾到位于約1.55 μ m到約1.65 μ m范圍內(nèi)的第二波段中。經(jīng)過過濾的光子通量通過相機孔304傳輸?shù)较鄼C306。相機306產(chǎn)生表不第二范圍內(nèi)的光子的信號流,并將其傳輸?shù)教幚韱呜?69(如圖2和圖3所示)。處理單元169產(chǎn)生一個預(yù)定S1B167的第一圖像400。
[0076]此外，在操作中，按照特定順序，平移機構(gòu)350操作性地將濾色器保持架320平移到右側(cè)，以使LHS濾色器322與觀察口 166和相機孔304光學(xué)相通并且置于這兩者之間。將寬廣光子流過濾到位于與1.2 μ m到約1.3 μ m范圍內(nèi)的第一波段。經(jīng)過過濾的光子通量通過相機孔304傳輸?shù)较鄼C306。相機306產(chǎn)生表不第一范圍內(nèi)的光子的信號流，并將其傳輸?shù)教幚韱卧?69。處理單元169產(chǎn)生預(yù)定S1B167的第二圖像402。
[0077]第一圖像400和第二圖像402的曝光時間是使得多色高溫測定成像系統(tǒng)164能夠如本說明書中所述運行的任意值，例如，但不限于，位于約I微秒(μ sec)到100 μ sec范圍內(nèi)的值。
[0078]此外，在操作中，處理單元169執(zhí)行產(chǎn)生組合圖像404所需的算法和指令。處理單元169執(zhí)行光學(xué)修正，以處理可能來自高溫氣體通道160中位于濾色器322和/或324焦點之外區(qū)域的輻射181。此外，處理單元169執(zhí)行濾色器322和324的修正建模，以修正濾色器322和324的潛在特性，例如，但不限于，低功率和低焦距。
[0079]此外，在操作中，要產(chǎn)生組合圖像404，處理單元169使用多色算法來獲取如本說明書中所述按順序通過濾色器322和324的原始顏色。處理單元169使用黑體校準數(shù)據(jù)，以便于確定相關(guān)顏色的輻射溫度值。此外，處理單元169將所測量的光子強度值轉(zhuǎn)換成每個測量顏色的輻射溫度值，并且計算單色溫度以便于比較。
[0080]在示例性實施例中，假定與S1B167的葉片表面發(fā)射率相關(guān)的發(fā)射率值以及來自高溫氣體通道160 (如圖2和圖3中所示)中的周圍高溫表面的溫度反射。本說明書中所用的材料發(fā)射率(ε )是其表面通過輻射釋放能量的相對能力。這是特定材料輻射的能量與相同溫度的黑體輻射的能量之比。例如，純黑體應(yīng)具有ε=1，而任何實際對象應(yīng)具有ε〈1。發(fā)射率是無因次量/無量綱值(dimensionless quantity)。通常情況下,材料顏色越單調(diào)且越黑，其發(fā)射率約接近1，并且材料反射越大，其發(fā)射率越低?；蛘?，發(fā)射率值可以實時確定。
[0081]此外，在操作中，執(zhí)行圖像配準以產(chǎn)生組合圖像404。此類圖像配準便于匹配各種彩色圖像，例如，圖像400和402，以補償不同的放大率和抖動。此外，處理單元169可以執(zhí)行累積算法來將額外幀(additional frames)添加到第一圖像400和/或第二圖像402,以增加與圖像400和402相關(guān)的信號。此外，處理單元169可以使用去模糊算法、對比算法以及平均算法來產(chǎn)生組合圖像404。
[0082]如上所述，示例性實施例包括濾色器324，以通過將光子過濾到位于約1.55 μ m到約1.65 μ m范圍內(nèi)的波段來產(chǎn)生第一圖像400。此外，濾色器322通過將光子過濾到約
1.20 μπ?到約1.3μπι范圍內(nèi)的波段來產(chǎn)生第二圖像402。但是，如上所述，可以使用其他濾色器。此類替代濾色器將光子過濾到特定波段，包括位于約0.60微米(μ m)到約0.7 μ m范圍內(nèi)的波段、位于約Ι.Ομπι到約1.1 μ m范圍內(nèi)的波段以及位于約2.15口!11到約2.34111范圍內(nèi)的波段。
[0083]此外，多個多色高溫測定成像系統(tǒng)164可以置于燃氣渦輪發(fā)動機100周圍。在此類替代構(gòu)造中，可以使用多個相機裝置168，以使一個替代相機裝置168包括第一單色濾波器，用于傳輸選自上述五個波段的第一預(yù)定波段內(nèi)的光子，并且另一替代相機裝置168包括第二單色濾波器，用于傳輸選自上述五個波段的第二預(yù)定波段內(nèi)的光子。其他替代構(gòu)造包括多個替代相機裝置168，每個相機裝置包括多個濾色器，所述濾色器具有使得多色高溫測定成像系統(tǒng)164能夠如本說明書中所述運行的任何波段組合。
[0084]此外，多色高溫測定成像系統(tǒng)164包括足夠的編程，以便于在S1B167高速旋轉(zhuǎn)的同時以預(yù)定順序目視觀察每個S1B167。此類編程包括足夠的算法，以便于在S1B167旋轉(zhuǎn)的同時按順序捕獲它的圖像。此類編程可以使用現(xiàn)有鍵相信息。本說明書中所用術(shù)語“鍵相(keyphasor)”是指源自旋轉(zhuǎn)軸115 (如圖1和圖2所示)上的點(未圖示)的電脈沖或觸發(fā)器。隨著所述點旋轉(zhuǎn)過渦輪機部分108 (如圖1和圖2所示)中的固定裝置(未圖示)，傳輸觸發(fā)器信號(未圖示)，以使鍵相觸發(fā)器信號的頻率等于S1B167的旋轉(zhuǎn)頻率，即，軸115的速度。
[0085]圖14示出了替代示例性多色濾波機構(gòu)500，所述多色濾波機構(gòu)可以連接到限定相機孔304的相機外殼300。多色濾波機構(gòu)500包括替代濾色器保持架502，所述濾色器保持架通過樞轉(zhuǎn)裝置504鉸接到相機外殼300。多色濾波機構(gòu)500還包括彈簧型平移裝置506，所述彈簧型平移裝置包括彈簧508和桿510，這兩者均連接到濾色器保持架502。平移裝置506偏置，以將第一濾色器512保持在相機孔304上。平移裝置506通過液壓力、氣動力和電(螺線管)力中的一個激活，以將桿510推動到左側(cè)，以克服彈簧508的偏置并且以旋轉(zhuǎn)方式沿箭頭514的方向平移濾色器保持架502，以使第二濾色器516置于相機孔304上。一旦桿510松弛，彈簧508的偏置會重置濾色器保持架502，以使第二濾色器512重置在相機孔304 上。
[0086]本說明書中所述多色濾波機構(gòu)的其他替代實施例可以包括電光裝置，所述電光裝置通過調(diào)整濾色器322、324、510和514附近的電場來改變相關(guān)濾色器的光學(xué)性質(zhì)。此外，本說明書中所述多色濾波機構(gòu)的其他替代實施例可以包括可調(diào)諧濾波器，所述可調(diào)諧濾波器連接到，或者而不是，濾色器322、324、510和514，以使傳輸穿過相機孔304的光子在預(yù)定波段內(nèi)。電光裝置和可調(diào)諧濾波器可以通過處理單元169實時控制，以按順序?qū)⒐庾舆^濾到所需的波段。
[0087]上述多色成像系統(tǒng)提供了一種經(jīng)濟有效的方法來提高燃氣渦輪發(fā)動機和其他高溫系統(tǒng)的可靠性并減少運行中斷。具體來說，本說明書中所述的裝置、系統(tǒng)和方法從第一波長范圍內(nèi)的光子產(chǎn)生部件的第一圖像；從第二波長范圍內(nèi)的光子產(chǎn)生同一部件的第二圖像；以及組合所述圖像以產(chǎn)生使用各個圖像本身無法獲得的優(yōu)質(zhì)圖像。本說明書中所述的裝置、系統(tǒng)和方法在預(yù)定波段內(nèi)運行，所述預(yù)定波段對諸如水和二氧化碳等高溫氣體成分的吸收率低，并且具有用于光子強度測量的足夠光子通量。此外，本說明書中所述的裝置、系統(tǒng)和方法按順序過濾預(yù)定波段內(nèi)的光子并將其傳輸通過多濾色器裝置。本說明書中所述的多濾色器裝置包括平移機構(gòu)、電-光系統(tǒng)和可調(diào)諧濾波器。本說明書中所述的平移機構(gòu)在物理上按順序?qū)V色器置于相機孔前方，以將光子過濾到所需波段。所述電光系統(tǒng)調(diào)整濾色器附近的電場，以按順序?qū)崟r改變?yōu)V波帶。所述可調(diào)諧濾波器按順序?qū)崟r調(diào)諧，以改變所述濾波帶。通過清晰的實時光學(xué)圖像改進高溫氣體部件的監(jiān)控可以有助于盡早檢測到物理變形，以便制定補救計劃。此外，表示受監(jiān)控部件沒有任何物理變形可以有助于推遲檢修停機。早期檢測以及推遲措施都能夠有助于節(jié)省燃氣渦輪發(fā)動機的運行和維修成本。
[0088]本說明書中所述方法、系統(tǒng)和設(shè)備的示例性技術(shù)效果包括以下項中的至少一項:(a)從收集自窄波段的光子所產(chǎn)生的多幅圖像中產(chǎn)生高溫氣體通道部件的組合圖像；(b)有助于減少由于部件溫度監(jiān)控不準確而產(chǎn)生的燃燒速率振蕩；以及(C)有助于減少由于部件溫度監(jiān)控不準確而引起的自動保護措施。
[0089]上述詳述了燃氣渦輪發(fā)動機的多色成像系統(tǒng)和方法的示例性實施例。所述多色成像系統(tǒng)以及此類系統(tǒng)的操作方法并不限于本說明書中所述的特定實施例，相反，本說明書中所述系統(tǒng)的部件和/或方法的步驟可以獨立于其他部件和/或步驟單獨使用。例如，所述方法還可以與其他高溫燃燒系統(tǒng)和方法結(jié)合使用，并不限于僅使用本說明書中所述的燃氣渦輪機系統(tǒng)和多色成像系統(tǒng)和方法進行實踐。但是，示例性實施例可以結(jié)合許多其他高溫燃燒應(yīng)用來實施和使用。
[0090]盡管本發(fā)明多個實施例的特定特征可以在一些附圖中示出而在其他附圖中未示出，但這僅用于簡要地說明。根據(jù)本發(fā)明的原則，附圖中的任何特征可以結(jié)合其他任何附圖中的任何特征來參考和/或提出權(quán)利要求。
[0091]本說明書使用了各種實例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，同時也讓所屬領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造并使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實施所涵蓋的任何方法。本發(fā)明的保護范圍由權(quán)利要求書限定，并可包含所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員想出的其他實例。如果其他此類實例的結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書的字面意義相同，或如果此類實例包含的等效結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書的字面意義無實質(zhì)差別，則此類實例也應(yīng)在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于高溫資產(chǎn)的多色高溫測定成像系統(tǒng)，所述多色高溫測定成像系統(tǒng)包括: 至少一個觀察口，所述至少一個觀察口與所述高溫資產(chǎn)的至少一個部件光學(xué)相通；以及 至少一個相機裝置，所述至少一個相機裝置與所述至少一個觀察口光學(xué)相通，其中所述至少一個相機裝置包括: 相機外殼； 至少一個相機孔，所述相機孔限定在所述相機外殼內(nèi)，其中所述至少一個相機孔與所述至少一個觀察口光學(xué)相通；以及 多色濾波機構(gòu)，所述多色濾波機構(gòu)連接到所述外殼，所述多色濾波機構(gòu)配置用于按順序傳輸?shù)谝活A(yù)定波段內(nèi)的光子和傳輸?shù)诙A(yù)定波段內(nèi)的光子，所述第二預(yù)定波段與所述第一預(yù)定波段不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多色濾波機構(gòu)包括: 第一濾色器，所述第一濾色器配置用于傳輸所述第一預(yù)定波段內(nèi)的光子； 第二濾色器，所述第二濾色器配置用于傳輸所述第二預(yù)定波段內(nèi)的光子； 保持架，所述保持架配置用于容納所述第一濾色器和所述第二濾色器；以及平移機構(gòu)，所述平移機構(gòu)連接到所述保持架，所述平移機構(gòu)配置用于按順序設(shè)置所述第一濾色器和所述第二濾色器中的每一個，所述第一濾色器和所述第二濾色器與所述至少一個相機孔和所述至少一個觀察口光學(xué)相通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述平移機構(gòu)包括以下項中的至少一項: 液壓致動器； 氣壓致動器；以及 電力致動器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中: 所述第一濾色器和所述第二濾色器至少部分限定多個濾色器，其中所述濾色器中的每一個均形成預(yù)定形狀并且以彼此接近的方式置于所述保持架內(nèi)；以及 所述保持架連接到所述相機外殼，以使所述保持架促進所述多色濾波機構(gòu)大體線性平移和大體旋轉(zhuǎn)平移中的至少一個。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一預(yù)定波段和所述第二預(yù)定波段至少部分限定多個預(yù)定波段，包括: 位于約0.60微米(μ m)到約0.7 μ m范圍內(nèi)的波段； 位于約1.0 μ m到約1.1 μ m范圍內(nèi)的波段； 位于約1.20 μ m到約1.3 μ m范圍內(nèi)的波段； 位于約1.55 μ m到約1.65 μ m范圍內(nèi)的波段；以及 位于約2.15 μ m到約2.3μπι范圍內(nèi)的波段。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個相機裝置包括多個相機裝置，所述相機裝置包括: 第一相機裝置，所述第一相機裝置包括第一濾色器，所述第一濾色器配置用于傳輸所述第一預(yù)定波段內(nèi)的光子；以及
第二相機裝置，所述第二相機裝置包括第二濾色器，所述第二濾色器配置用于傳輸所述第二預(yù)定波段內(nèi)的光子。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括至少一個處理器，所述至少一個處理器連接到所述至少一個相機裝置，所述至少一個處理器經(jīng)編程以: 接收所述至少一個相機裝置內(nèi)產(chǎn)生的第一信號流，所述第一信號流大體上表示所述第一預(yù)定波段內(nèi)的光子； 接收所述至少一個相機裝置內(nèi)產(chǎn)生的第二信號流，所述第二信號流大體上表示所述第二預(yù)定波段內(nèi)的光子；以及 產(chǎn)生所述至少一個部件的圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述高溫資產(chǎn)是燃氣渦輪發(fā)動機，所述燃氣渦輪發(fā)動機限定高溫氣體通道，并且所述高溫部件是高溫氣體通道部件。
9.一種燃氣渦輪發(fā)動機,包括: 置于高溫氣體通道內(nèi)的至少一個部件，所述高溫氣體通道限定在所述燃氣渦輪發(fā)動機內(nèi)；以及 多色高溫測定成像系統(tǒng)，所述多色高溫測定成像系統(tǒng)包括: 至少一個觀察口，所述至少一個觀察口與所述至少一個部件光學(xué)相通；以及至少一個相機裝置，所述至少一個相機裝置與所述至少一個觀察口光學(xué)相通，其中所述至少一個相機裝置包括: 相機外殼； 至少一個相機孔，所述相機孔限定在所述相機外殼內(nèi)，其中所述至少一個相機孔與所述至少一個觀察口光學(xué)相通；以及 多色濾波機構(gòu)，所述多色濾波機構(gòu)連接到所述外殼，所述多色濾波機構(gòu)配置用于按順序傳輸?shù)谝活A(yù)定波段內(nèi)的光子以及傳輸?shù)诙A(yù)定波段內(nèi)的光子，所述第二預(yù)定波段與所述第一預(yù)定波段不同。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述多色濾波機構(gòu)包括: 第一濾色器，所述第一濾色器配置用于傳輸所述第一預(yù)定波段內(nèi)的光子； 第二濾色器，所述第二濾色器配置用于傳輸所述第二預(yù)定波段內(nèi)的光子； 保持架，所述保持架配置用于容納所述第一濾色器和所述第二濾色器；以及 平移機構(gòu)，所述平移機構(gòu)連接到所述保持架，所述平移機構(gòu)配置用于按順序設(shè)置所述第一濾色器和所述第二濾色器中的每一個，所述第一濾色器和所述第二濾色器與所述至少一個相機孔和所述至少一個觀察口光學(xué)相通。
【文檔編號】G01J5/00GK103968950SQ201410035439
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月24日
【發(fā)明者】J.埃斯特瓦德奧爾達爾, N.V.尼爾馬蘭, N.特拉爾沙瓦拉, J.C.貝利 申請人:通用電氣公司