專利名稱：精確檢測葉片通過時間的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般是指傳感器，具體指那些用于檢測旋轉(zhuǎn)機(jī)器振動的傳感器。
在歷史上，通過在旋轉(zhuǎn)葉片上設(shè)置應(yīng)變片且遙測至靜態(tài)接收機(jī)的信息去測量汽輪機(jī)葉片的振動模式。由于應(yīng)變片的壽命短，此方法并不令人十分滿意，再說還需要在要監(jiān)測的每個葉片上設(shè)置一個應(yīng)變片。由于這些原因，已經(jīng)對其它型式的傳感器進(jìn)行了研究。
在美國第4593566號專利中介紹過一種電容型傳感器。當(dāng)每個葉片端部通過傳感器時，由傳感器和葉片限定的電容的電容量要發(fā)生變化，這導(dǎo)致了有小電流在該限定的電容器流入和流出，這些電流信號通過兩個閾檢測器。第一可變正電平比較器選通第二接近零電平比較器。當(dāng)信噪比高時，這使得能以準(zhǔn)確的時間過零;但在葉片端部未接近傳感器期間且信噪比為零時，禁止過零比較器。
盡管可變電容量傳感器固有地快速且堅(jiān)實(shí)，但在兩相電流中末提供有用的效果。由于引入的流體介質(zhì)特性變化造成的電容量的變化，能夠產(chǎn)生虛假的結(jié)果。
光傳感器已經(jīng)應(yīng)用于葉片的振動監(jiān)測。但是，光傳感器不適于長期裝設(shè)在運(yùn)行的汽輪機(jī)環(huán)境中，這是因?yàn)檎羝麅?nèi)含有微小液滴，性能差;水表面的折射作用;腐蝕性氧化物及其它微粒對光表面的污染所致。
對自生型傳感器(如磁性傳感器)也已進(jìn)行了研究，測量明顯的振動所需的時間準(zhǔn)確度大約為40毫秒，這意味著25兆赫的時鐘頻率。磁傳感器及放大器回路的額定響應(yīng)頻率一般低于25千赫。其特性上量值有三個數(shù)量級的差別，這就妨礙了這種傳感器的采用。因此，就需要有一種能準(zhǔn)確地檢測旋轉(zhuǎn)機(jī)器葉片通過靜止傳感器的裝置。
本發(fā)明是指對旋轉(zhuǎn)機(jī)器葉片通過靜止傳感器進(jìn)行檢測的裝置。每當(dāng)葉片通過傳感器，該傳感器都產(chǎn)生一個輸入信號。每當(dāng)該輸入信號與基準(zhǔn)軸交叉時，一個過檢測器都產(chǎn)生一個輸出信號。一個移相器將輸入信號移相，以產(chǎn)生一個與傳感器上葉片預(yù)期到達(dá)時間一致的選通信號。一個選通裝置響應(yīng)于該選通信號，以傳導(dǎo)在葉片預(yù)期到達(dá)時間期間在傳感器上出現(xiàn)的輸出信號。
本發(fā)明還指對旋轉(zhuǎn)機(jī)器葉片通過靜止傳感器進(jìn)行檢測的一種方法。該方法包括每當(dāng)葉片通過靜止傳感器時，產(chǎn)生輸入信號的步驟。每當(dāng)該輸出信號與基準(zhǔn)軸交叉時，產(chǎn)生一個輸出信號。該輸入信號被移相，以產(chǎn)生一個移相輸入信號。該被移相的輸入信號與一個基準(zhǔn)信號比較產(chǎn)生一個選通信號，該選通信號與在傳感器上葉片預(yù)期到達(dá)時間一致。響應(yīng)于該選通信號，有選擇地導(dǎo)通該輸出信號。
本發(fā)明考慮采用磁性傳感器，這種傳感器簡單、堅(jiān)實(shí)，當(dāng)它與本發(fā)明的電路一起使用時，具有良好的效果。這種傳感器可很好地適應(yīng)透平機(jī)械中的不利環(huán)境。從以下對一個較佳實(shí)施例的敘述中，本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)及好處將會更為明瞭。
為了使本發(fā)明易于理解和實(shí)施，現(xiàn)結(jié)合附圖僅舉例對一較佳實(shí)施例進(jìn)行敘述，其中

圖1A、1B、1C和1D分別表示輸入信號幅值的變化，大幅值輸入信號的前沿比較器輸出;小幅值輸入信號的前沿比較器輸出;以及由于幅值靈敏度造成的時間偏移。
圖2A和2B分別表示輸入信號幅值變化和零電壓臨界跳閘值的前沿比較器輸出。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例技術(shù)構(gòu)成的一個電路，用于對磁性傳感器產(chǎn)生的信號進(jìn)行處理。
圖4A-4E表示不同的信號，用來解釋圖3電路的工作。
圖5表示一個典型的磁性傳感器。
對于諸如磁性傳感器這樣的簡單的自生傳感器，由于傳感器的頻率響應(yīng)明顯地差，已不再有別的研究者關(guān)注。本發(fā)明人已進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，證明當(dāng)磁性傳感器與本發(fā)明的電路系統(tǒng)聯(lián)合使用時，具有足夠的響應(yīng)，以避免由鄰近葉片產(chǎn)生的信號之間的那種相互干撓。
采用磁性傳感器時遇到的一個困難，起因于傳感器的輸出電壓與磁通量的變化率成正比。而磁通量受傳感器對葉片的間隔的影響，且變化率與葉片端部的速度成正比。圖1A示出由一個磁性傳感器產(chǎn)生的輸出信號的幅值變化，圖1A還示出一個比較器輸入臨界跳閘電壓V基準(zhǔn)。在圖1B中，示出假定輸入到比較器的為較大幅值的信號時的比較器的輸出信號。圖1C中，示出了假定較小幅值信號輸入到比較器時比較器的輸出。圖10示出由于此振幅的靈敏度造成的明顯的時間偏移。
使間隔和速度的影響減為最小的途徑是檢測過零點(diǎn)處的每一個信號。過零檢測器對于脈沖幅值是不敏感的，因此，對間隔和速度的影響不敏感。圖2A和2B示出了這種不敏感性。正如可從圖2B中看出，不管圖2A所示輸入信號的幅值如何變化，比較器的輸出之過零點(diǎn)維持不變。
本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，因?yàn)楹唵蔚倪^零檢測器在出現(xiàn)噪聲時會不規(guī)則地觸發(fā)，所以是不適用的。小的電壓變化會致使各次葉片通過之間觸發(fā)。就一個振動監(jiān)測系統(tǒng)的適合的性能而言，對于每一個葉片通過的事件，須以可重復(fù)的方式，產(chǎn)生一個且僅產(chǎn)生一個脈沖。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的講解構(gòu)成的一個實(shí)際的過零檢測器10。
在圖3中，由一個如圖5所示的磁性傳感器產(chǎn)生的信號輸入到一個運(yùn)算放大器12的反相和同相輸入端兩端之間。在運(yùn)算放大器12的反相和同相輸入端兩端之間還連接著一個阻抗匹配電阻。在該運(yùn)算放大器12的輸出端可得到電壓VA。
該電壓VA被輸入到運(yùn)算放大器16的反相輸入端，運(yùn)算放大器16的同相輸入端接收一個基準(zhǔn)信號-V基準(zhǔn)，在運(yùn)算放大器16的輸出端處可得到輸出電壓VD。
該電壓VA通過電阻20還輸入到運(yùn)算放大器18的一個反相輸入端，該運(yùn)算放大器的同相輸入端與地連接。運(yùn)算放大器18的一個輸出端通過一個電容器22連接到反相輸入端。
運(yùn)算放大器18的輸出端通過電阻24與運(yùn)算放大器26的反相輸入端連接，運(yùn)算放大器26的同相輸入端與地連接。該運(yùn)算放大器26的輸出端通過電阻28與其反相輸入端相連。在該運(yùn)算放大器26的輸出端可得到一個電壓VB。
該電壓VB輸入到運(yùn)算放大器30的反相輸入端。運(yùn)算放大器30的同相輸入端輸入一個正的基準(zhǔn)電壓V基準(zhǔn)，在運(yùn)算放大器30的輸出端可得到電壓VC。
“或非”門32在其第一輸入端接收信號VC，而在其第二輸入端接收信號VD，在“或非”門32的輸出端可得到輸出電壓VE。
工作時，由運(yùn)算放大器16對輸入信號VA與基準(zhǔn)電壓-V基準(zhǔn)進(jìn)行比較。該運(yùn)算放大器用作為過零比較器，每當(dāng)輸入信號VA跨過如圖4A中所示的由基準(zhǔn)電壓建立的基準(zhǔn)軸時，就產(chǎn)生如圖4D中所示的輸出脈沖VD。輸出脈沖VD輸入到該“或非”門32。
輸入信號VA相位被運(yùn)算放大器18偏移，以產(chǎn)生一個被運(yùn)算放大器26放大了的相位偏移的輸入信號。相位偏移的放大了的輸入信號VB如圖4B所示。該信號VB被輸入到運(yùn)算放大器30，如圖4B所示，在那里它與正基準(zhǔn)信號V基準(zhǔn)進(jìn)行比較。比較結(jié)果產(chǎn)生一個選通信號，如圖4C所示的電壓VC。該選通信號還被輸入到“或非”門32。根據(jù)如圖4C和4D所示的接收的信號，“或非”門產(chǎn)生一個如圖4E所示的輸出脈沖VE。
通過電路10，輸入信號VA不僅用于產(chǎn)生脈沖VD，而且還用于產(chǎn)生選通信號，因?yàn)樵撨x通信號是輸入信號產(chǎn)生的，所以它與在傳感器處葉片預(yù)期到達(dá)時間吻合，選通信號的脈沖寬度持續(xù)跨越在傳感器處葉片預(yù)期到達(dá)時間。此外，該選通信號通過“或非”門32用于控制脈沖VD的傳輸，于是，“或非”門32僅傳導(dǎo)在傳感器處的葉片預(yù)期到達(dá)時間內(nèi)出現(xiàn)的那些信號VD。由運(yùn)算放大器16產(chǎn)生的虛假脈沖不通過“或非”門32傳導(dǎo)。通過如圖3中所示的電路10，消除了噪聲影響且每當(dāng)一個葉片通過靜止的磁性傳感器時產(chǎn)生一個且只產(chǎn)生一個脈沖VE。圖3所示的電路10，還消除了間隔和速度的影響。由“或非”門32輸出的信號VE輸入到用已知方法確定葉片振動的處理電路(未示出)。
圖5中所示的傳感器34可以與圖3的電路10配合使用。磁性傳感器34是一個自生的，可變磁阻的變換器，這種變換器不需要電源。這種傳感器常常通過計(jì)算一個齒輪上的齒數(shù)來測量旋轉(zhuǎn)速度。在商業(yè)上可以得到相應(yīng)的傳感器，并且在實(shí)際應(yīng)用中可有不同結(jié)構(gòu)和組合設(shè)計(jì)。
與本發(fā)明配合使用的傳感器具有例如一個非常高強(qiáng)度的磁鐵36。傳感器外殼37可以由一段不銹鋼棒材加工而成，它用EB封裝，焊接一個專門的氣密連接器42。磁鐵36連同一極芯38一起工作。感應(yīng)線圈40產(chǎn)生一個信號，由信號線將該信號傳導(dǎo)到圖3所示的運(yùn)算放大器12。
傳感器34的內(nèi)部應(yīng)該能適合于在550°F(287.8℃)條件下工作。這種傳感器可以從Airpax-菲力蒲北美分公司或電氣制作部門得到。
在透平機(jī)械中如傳感器34那樣的傳感器的裝設(shè)是眾所周知的。例如，可見1986年3月4日公布的授于Luongo的第4573358號美國專利。傳感器到表面的距離可以在150到250密耳(0.0381到0.0635毫米)之間，且表面速度大于每秒2000英尺(每秒609.6米)。
本發(fā)明還指對旋轉(zhuǎn)機(jī)器葉片通過靜止傳感器的檢測方法。該方法包括當(dāng)葉片通過靜止傳感器時產(chǎn)生一個輸入信號的步驟。每當(dāng)該輸入信號跨過基準(zhǔn)軸時，便產(chǎn)生一個輸出信號。該輸入信號被移相，以產(chǎn)生一個被移相的輸入信號。該被移相的輸入信號與一個基準(zhǔn)信號比較，以在傳感器上產(chǎn)生一個與葉片預(yù)期到達(dá)時間一致的選通信號。響應(yīng)于選通信號，有選擇地傳導(dǎo)該輸出信號。
綜上所述，本發(fā)明是指一種適應(yīng)磁性傳感器的低頻響應(yīng)以及間隔和速度靈敏性的裝置和方法。這是通過設(shè)置圖3所示的實(shí)際的過零檢測器實(shí)現(xiàn)的。借助采用同樣的輸入信號，不僅產(chǎn)生輸出脈沖，也產(chǎn)生一個選通信號，以有選擇地傳導(dǎo)那些輸出脈沖，將產(chǎn)生虛假輸出信號的噪聲影響減至最小。磁性傳感器本質(zhì)上簡單且堅(jiān)實(shí)，且裝設(shè)它能夠承受透平機(jī)械中遇到的工況。由本發(fā)明的裝置和方法產(chǎn)生的信號能夠按已知的方式利用，取得廣泛的振動信息。除了葉片振動以外，葉片通過時間數(shù)據(jù)也可用來確定旋轉(zhuǎn)葉片的靜態(tài)偏轉(zhuǎn)或反向扭曲狀態(tài)。
盡管結(jié)合典型實(shí)例已對本發(fā)明作了敘述，但可以理解，對那些技術(shù)上熟練的普通技術(shù)人員，易于作出許多改型和變型。本文的公開和以下的權(quán)利要求意在覆蓋所有這些改型和變型。
權(quán)利要求
1.一種對旋轉(zhuǎn)機(jī)器葉片通過靜止傳感器進(jìn)行檢測的裝置，它包括每當(dāng)葉片通過上述傳感器裝置時，產(chǎn)生輸入信號的靜止傳感器裝置；每當(dāng)上述輸入信號與基準(zhǔn)軸交叉時，產(chǎn)生輸出信號的過零檢測裝置；其特征在于移動上述輸入信號相位以產(chǎn)生一個與在上述傳感器上葉片預(yù)期到達(dá)時間一致的選通信號的裝置；以及響應(yīng)于上述選通信號的門裝置，用于傳導(dǎo)在上述傳感器裝置上葉片預(yù)期到達(dá)信號期間出現(xiàn)的輸出信號。
2.權(quán)利要求1的裝置，其中上述靜止傳感器裝置包括磁性傳感器。
3.權(quán)利要求2的裝置，其中上述移動上述輸入信號相位的裝置包括一個移相器，些用于將上述輸入信號相位移動90度。
4.權(quán)利要求3的裝置，它還包括用于將上述被移相的輸入信號與一個基準(zhǔn)信號進(jìn)行比較的比較器裝置，上述選通信號的產(chǎn)生響應(yīng)于上述比較。
5.權(quán)利要求4的裝置，其中上述選通裝置包括一個數(shù)字邏輯門。
6.權(quán)利要求5的裝置，其中上述邏輯門包括一個“或非”門。
7.權(quán)利要求4的裝置，其中上述過零檢測裝置包括一個運(yùn)算放大器，它用于在其第一輸入端接收上述輸入信號，具在第二輸入端接收一個基準(zhǔn)信號，在其一個輸出端可以得到上述輸出信號。
8.一種對旋轉(zhuǎn)機(jī)器葉片通過靜止傳感器進(jìn)行檢測的方法，它包括的步驟為每當(dāng)葉片通過靜止傳感器裝置時產(chǎn)生一個輸入信號;每當(dāng)上述輸入信號與基準(zhǔn)軸交叉時產(chǎn)生一個輸出信號;將上述輸入信號移相以產(chǎn)生一個被移相的輸入信號;將上述被移相的輸入信號與一個基準(zhǔn)信號比較，以產(chǎn)生一個與在上述傳感器裝置上葉片預(yù)期到達(dá)時間一致的選通信號;響應(yīng)于上述選通信號，有選擇地傳導(dǎo)上述輸出信號。
9.權(quán)利要求8的方法，其中產(chǎn)生輸入信號的步驟包括借助一個靜止磁性傳感器產(chǎn)生一個輸入信號。
全文摘要
檢測葉片通過時間的裝置，它包括一個每次葉片通過該傳感器時產(chǎn)生輸入信號的傳感器。每次輸入信號與參考軸交叉時，一個過零檢測器產(chǎn)生一個輸出信號。一個移相器移動輸入信號的相位，以在傳感器上產(chǎn)生一個與葉片預(yù)期到達(dá)時間一致的選通信號。一個選通裝置響應(yīng)于該選通信號，以傳導(dǎo)在葉片預(yù)期到達(dá)時間期間在傳感器上出現(xiàn)的輸出信號。
文檔編號G01H1/00GK1038700SQ8910409
公開日1990年1月10日 申請日期1989年6月13日 優(yōu)先權(quán)日1988年6月13日
發(fā)明者保羅·F·羅杰爾, 查理·W·埃諾夫, 卡爾·C·考奇, 羅伯特·M·沃斯 申請人:西屋電氣公司