CN102804803B - 用于无线遥测的配备构件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用在燃气涡轮发动机（10）内的遥测系统，其包括与涡轮桨叶（301）或叶片（22）连接的第一传感器（306）。第一遥测发射器电路（312）附着到涡轮桨叶并且将指示桨叶的状况的电子数据信号从传感器发送到旋转数据天线（314），旋转数据天线（314）附着到涡轮桨叶或位于与电路的基层相同的基层上。固定数据天线（333）可附着到固定构件（323），与旋转数据天线相邻且间隔开，用于接收来自旋转数据天线的电子数据信号。第二传感器（335）发射指示固定构件的电子数据信号到第二遥测电路（332），第二遥测电路发送信号到固定天线。固定天线发射电子数据信号到接收器（338）。

Description

用于无线遥测的配备构件
相关申请的交叉引用
本申请要求2007年11月8日提交的美国申请No.11/936,936的优先权，且是该申请的部分继续申请，本申请还要求2010年2月1日提交的美国临时申请No.61/300,84和2010年2月1日提交的美国临时申请No.61/300,188的利益，所有这些申请通过引用被整体结合于此。
技术领域
本发明总体上涉及监视操作环境，尤其涉及能够无线发射电子数据的配备构件（instrumented components）和遥测系统，所述电子数据指示在诸如燃气涡轮发动机的操作环境中的个体构件的状况。
发明内容
本发明的实施例提供高温无线遥测系统，其被配置成对操作温度约为450℃或更高的操作环境内的旋转或固定构件进行操作，如在燃气涡轮发动机的特定区段内。
用于燃气涡轮发动机的示例性高温遥测系统可包括沉积（deposit）在诸如涡轮桨叶的构件上的至少一个传感器。遥测发射器电路可附着（affix）在涡轮桨叶上，且连接材料可附接（attach）或沉积在涡轮桨叶上，用于从传感器向遥测发射器电路发送电子数据信号，电子数据信号指示涡轮桨叶的状况。感应电力系统被提供用于向遥测发射器电路供电，遥测发射器电路具有附着在诸如涡轮桨叶的构件上的旋转数据天线；以及附着在与涡轮桨叶相邻的静态密封部段上的固定数据天线（stationary data antenna）。
在遥测系统的实施例中，共振能源系统与旋转数据天线和固定数据天线结合使用。更具体地，初级线圈，或电力/能量发射装置位于涡轮或压缩机内与次级线圈或电力/能量接收装置相邻的固定位置，次级线圈或电力/能量接收装置附着在旋转构件上。初级线圈发射振荡实时信号，次级线圈以与振荡实时信号的发射频率基本相同的频率共振。次级线圈和旋转数据天线被制作在与遥测发射器电路被制作在的基层相同的基层上。或者，次级线圈和/或旋转数据天线之一或两者都可布置在涡轮或压缩机桨叶的翼面部分。在实施例中，初级线圈可以被安装到压缩机或涡轮的壳体上，与桨叶的顶端相邻且间隔开。
与诸如压缩机或涡轮桨叶的旋转构件连接的传感器电连接到遥测发射器电路，遥测发射器电路处理和发送指示旋转构件状况的电子数据信号到旋转数据天线。然后旋转数据天线将电子数据信号发射到固定天线，然后固定天线发射信号到接收器和/或处理器。
在另一实施例中，固定遥测发射机器电路布置在压缩机或涡轮内，且与上文提及的安装在桨叶上的旋转遥测发射器电路结合使用。与固定构件连接的一个或多个传感器发射指示固定构件的电子数据信号到固定发射器电路，固定发射器电路接着处理和发送电子数据信号到固定数据天线。因此，固定数据天线被配置为发射指示固定构件和旋转构件的操作状况的电子数据信号到接收器以进行处理。
附图说明
图1是示例性燃气涡轮的横截面图。
图2是示例性燃气涡轮叶片的透视图。
图3是图2的叶片的侧视图。
图4是沉积于基层上的示例性热通量传感器。
图5是示例性涡轮桨叶、传感器和无线遥测装置的透视图。
图6是示例性无线遥测装置的示意图。
图7是示例性压缩机桨叶的局部透视图。
图8是图7的示例性压缩机桨叶的局部侧视图。
图9是图5的示例性压缩机桨叶的局部横截面图。
图10是图9的示例性涡轮桨叶的透视图，安装到涡轮桨叶上的遥测发射器外壳和示例性旋转天线组件的分解图。
图11是图10的遥测发射器外壳的示例性实施例的分解图。
图12示出示例性旋转天线组件的构件。
图13是涡轮静态密封件的局部透视图，该涡轮静态密封件具有安装到其上的固定天线组件的示例性实施例。
图14是图12的涡轮静态密封件和涡轮浆叶组件的局部横截面图，涡轮桨叶组件具有安装于其上的示例性旋转电力和天线组件。
图15是示例性遥测发射器电路的方块图。
图16是示例性感应电力驱动器电路的示意图。
图17是整体叶盘的局部透视图，该整体叶盘上具有包括传感器和遥测装置在内的无线遥测构件。
图18是连接到传感器的遥测装置的示意图。
图19是共振能量传递系统的电路的示意图。
图20是旋转数据天线的示意描绘。
图21是整体叶盘的转子上的遥测装置的部分示意图，包括整体叶盘上的旋转数据天线和定子上的固定天线。
具体实施方式
图1示出示例性燃气轮机10，如用于发电的燃气涡轮。本发明的实施例可用于燃气涡轮10或多种其它操作环境和用于各种目的。燃气涡轮10包括压缩机12，至少一个燃烧器14（断开）和涡轮16。压缩机12、燃烧器14和涡轮16有时被统称为燃气发动机或燃气涡轮发动机10。涡轮16包括多个旋转桨叶18，旋转桨叶18固定到可旋转的中心轴20上。多个固定叶片22位于桨叶18之间，叶片22的尺寸和配置适于在桨叶18上引导空气。桨叶18和叶片22通常由镍基合金制成，且可被涂覆热屏障涂层（“TBC”）26，如钇稳定氧化锆。同样的，压缩机12包括定位在相应叶片23之间的多个旋转桨叶19。
在使用中，空气通过压缩机12吸入，在压缩机12中空气被压缩且被向燃烧器14驱动。燃烧器14混合空气与燃料并点燃它，从而形成工作气体。该工作气体温度通常高于约1300℃。该气体通过涡轮16膨胀，由叶片22引导穿过桨叶18。当气体经过涡轮16，其旋转桨叶18和轴20，从而通过轴20传输可用机械功。燃气涡轮10还可包括冷却系统（未显示），其尺寸和配置适于向桨叶18和叶片22提供冷却剂，例如水蒸汽或压缩空气。
涡轮轮叶18和叶片22操作所在的环境特别恶劣，遭受高操作温度和腐蚀性大气，其可能导致轮叶18和叶片22严重磨损。如果TBC 26将碎裂或者磨损，这尤其有可能。本发明的实施例是有益的，因为构件可发射指示燃气涡轮10的操作期间的构件状况的实时或接近实时的数据。
美国专利No.6,576,861，公开了可用于沉积传感元件和连接器的实施例的方法和设备，连接器用于连接传感元件与发射器或者另外发送数据信号，该专利的公开内容通过引用被特别地结合于此。在这方面，其中公开的方法和设备可用于图案化在约100微米和500微米之间的细微传感器和/或连接器特征而无需使用掩模。通过使用导电材料、电阻材料、介电材料、绝缘材料和其它专用材料来沉积特征，可形成多层电路和传感元件。能够使用可替换的方法来沉积多层电路、传感元件和连接器，例如可使用热喷涂，汽相沉积，激光烧结和固化低温喷涂的材料的沉积物，以及其它合适技术。
图2示出自压缩机12移除的一对相邻叶片23，其中一个叶片23具有安装或连接到其上的传感器50，用于检测叶片状况。引线或连接器52可沉积为用于从传感器50向发射器54发送数据信号的工具，发射器54被配置成用于向收发器56无线发射数据信号。连接器52可为一个或多个电引线，用于从传感器50向发射器54传导信号。可选实施例允许各种类型的连接器52用作从传感器50向发射器54发送数据信号的工具，这取决于具体应用。
发射器54可为多通道且根据它们在燃气涡轮10壳体内的位置可具有各种规格。发射器54可被配置成在压缩机12的初始阶段中起作用，经受约80℃至120℃之间的操作温度。发射器54可被配置成在压缩机12的后期阶段和/或涡轮16的阶段内起作用，经受大于约120℃和高达约300℃的操作温度。发射器54可使用绝缘体上硅(SOI)技术和能在温度大于约120℃的区域中操作的其它材料制成。
图3示出压缩机叶片23的示意平面图，其具有与它连接的传感器50和连接传感器50与发射器54的连接器52。可提供电源51，如用于向发射器54供电的尺寸合适的电池。发射器54可经由连接器52从传感器50接收信号，信号随后被无线发射至收发器56。收发器56可安装于轮毂58上或压缩机12外部的表面上，例如图1所示的示例性位置。收发器56可安装于各种位置，只要其足够邻近发射器54以从发射器54接收诸如射频（RF）信号的无线数据发射即可。
可通过在叶片23的表面上直接制作或沉积传感器50和连接器52而使一个或多个传感器50与一个或多个压缩机叶片23连接。连接器52可从传感器50延伸到终端位置，如叶片23的外围边缘，使得连接器52的远端53暴露以连接到发射器54。传感器50和连接器52可定位于叶片23上以最小化对叶片23的气动力的任何不利影响。实施例允许连接器52的远端53可在终端位置(其可邻近构件的外围边缘)或其它合适位置暴露。这允许现场技术员快速且容易地将连接器52连接到发射器54，无论其位置在何处。
图4示出示例性传感器61，其可沉积于诸如TBC 60的屏障涂层内，TBC 60可为钇稳定氧化锆。TBC 60可沉积于结合涂层(bond coat)62上，结合涂层62可沉积于基层64上。基层64可为各种成分，例如适用于涡轮16的诸如涡轮桨叶18的超合金。传感器61可形成用于各种目的，且可包括使用常规K、N、S和R型热电偶材料沉积的热电偶66或它们相应构成要素的任何组合，只要对于燃气涡轮10内的特定应用，该组合产生可接受的热电电压即可。
K型热电偶材料NiCr或NiAl可用于具有高达约800℃的操作环境的压缩机12的区段中。例如，NiCr(20)可用于在压缩机12中沉积应变计。N型热电偶材料，如NiCrSi和NiSi的合金，例如可用于在具有约800℃与1150℃之间的操作环境的涡轮16的区段中沉积传感器。
S型、B型和R型热电偶材料可用于在具有约1150℃至1350℃之间操作环境的涡轮16的区段中沉积传感器。例如，Pt-Rh、Pt-Rh(10)和Pt-Rh(13)可沉积在涡轮16内形成传感器50，只要对于燃气涡轮10内的特定应用，该材料产生可接受的热电电压即可。压缩机12的较深区段和整个涡轮16上的高温应用的传感材料，可使用Ni合金，例如NiCr、NiCrSi、NiSi和其它抗氧化Ni基合金，如MCrAlX，其中M可为Fe、Ni或Co，且X可为Y、Ta、Si、Hf、Ti和其组合。这些合金可用作沉积为各种传感配置的传感材料以形成传感器，如热通量传感器、应变传感器和磨损传感器。
在燃气涡轮10内的构件，如桨叶18、19和/或叶片22、23可具有专用传感器50，传感器50被沉积以顺应构件表面和/或被嵌入在燃气涡轮10所沉积的屏障或其它涂层内。例如，图5示出示例性涡轮桨叶70，其可为来自涡轮16的第1行的桨叶，具有诸如连接器72的耐高温引线，其通过沉积以连接嵌入式或表面安装式传感器74与无线遥测装置76。装置76可安装于遥测构件暴露于相对较低温度的位置，诸如邻近桨叶70的根部78，在那里，操作温度通常为约150℃至250℃和更高。
诸如可用于发射数据的那些硅基电子半导体可具有有限的应用，这归因于操作温度约束。硅和绝缘体上硅(SOI)电子芯片技术的温度和性能性质可将它们的应用限制在低于约200℃的操作环境。本发明的方面允许这些电子系统被部署用于压缩机12内的无线遥测装置76，其通常具有约100℃至150℃的操作温度。
无线遥测传感器系统的实施例可被配置成在压缩机12的后期阶段中和在涡轮16内的较高温度区域内操作。这些区域可具有约150℃-250℃和更高的操作温度。具有能在这些较高温度区域中操作的温度和电性质的材料可用于沉积传感器50、74、连接器52、72和制作无线遥测装置76。
传感器50、74和高温互连线或者连接器52、72可使用已知沉积工艺来沉积，如等离子体喷涂、EB PVD、CVD、脉冲激光沉积、微型等离子体、直写、微型HVOF或溶液等离子体喷涂。通常，在燃气涡轮10的固定构件和旋转构件上都需要动态压力测量、动态和静态应变以及动态加速度测量以及构件表面温度和热通量测量。因此，嵌入式或表面安装式传感器50、74可被配置成应变计、热电偶、热通量传感器、压力换能器、微加速度计以及其它所希望的传感器。
图6是无线遥测装置76的代表性实施例的示意图。装置76可形成为电路板或集成芯片，其包括压印、表面安装或另外沉积于其上的多个电子构件，如电阻器、电容器、电感器、晶体管、换能器、调制器、振荡器、发射器、放大器和二极管，具有或不具有一体式天线和/或电源。无线遥测装置76的实施例可被制作用于压缩机12和/或涡轮16中。
无线遥测装置76可包括通过互连件98彼此电连接的板80、电子电路90、运算放大器92、调制器94以及射频振荡器/发射器96。图6的实施例是示例性实施例且根据性能规格和操作环境构想出装置76的其它实施例。装置76的实施例允许电源100和发射与接收天线102制作于板80上从而形成发射器，如图2和图3所示的发射器54或者图5所示的无线遥测装置76。
图7示出诸如桨叶110的示例性桨叶的局部透视图，桨叶110具有桨叶根部112，桨叶110可为压缩机12内的压缩机桨叶。一个或多个凹槽（recess）或沟槽114可形成于根部112内，如在桨叶根部112的底部内。凹槽114可形成为各种形状或尺寸且沿着桨叶根部112长度位于桨叶根部112内的各种位置。一个或多个凹槽或沟槽116可形成于桨叶根部112的一个或多个面118中。凹槽116可形成为各种形状或尺寸且位于桨叶根部112内在面118内的各种位置。凹槽114、116可使用各种方法形成，如通过在铸造桨叶118之后将它们铣削出来，或者通过形成为桨叶110模具的一部分。
图8示出配备了无线遥测装置76的构件的压缩机桨叶110，无线遥测装置76的构件附着在桨叶根部112内。在这方面，无线遥测装置76的可选实施例允许图6所示的一个或多个电构件90、92、94、96、100、102单独地安装于或包含于离散板80上，这些板80电连接且附着到诸如桨叶根部112的配备构件上。例如，图6所示的发射和接收天线102可独立于板80安装且与板80电连接，板80具有形成于其上的发射器122且与天线102电连接。
天线120可坐落于凹槽116内，发射器122可坐落于凹槽114内。在这方面，天线120和发射器122并非安装/压印或沉积于板80上。在其它实施例中，天线120可沉积于无线遥测板80上，如图6所示，且可使用无线遥测将数据发射至接收器，如固定安装的收发器56。电源100可与板80一体形成或者独立于板定位和安装为离散构件。
图9示出示例性桨叶130的局部视图，其可为涡轮桨叶，如涡轮桨叶18之一。涡轮桨叶130包括根部132，根部132限定外模线以与涡轮16的转子盘配合，其中，桨叶30可被固定用于燃气涡轮10的操作。传感材料可沉积在桨叶130上或者在沉积于桨叶表面的屏障涂层内以形成传感器134。连接材料可沉积而形成连接器140，使得来自传感器134的数据信号可传送至发射器138且随后传送至旋转天线组件142。凹槽136可形成于桨叶130的一部分内，使得一个或多个连接器140坐落于桨叶130的外表面下方。
发射器138和天线组件142可与桨叶130一体地固定，使得由根部132限定的外模线不改变。例如，发射器138可附着到根部132的枞树部分上方的过渡区域或平台上，且天线组件142可附着到根部132的面上。或者，凹槽可形成于平台和面内，使得发射器138和/或天线组件142全部或一部分坐落于桨叶根部172的外模线表面下方。发射器138和天线组件142可使用环氧化物或粘合剂固定于相应凹槽内且回填材料可放置于它们之上以保护它们阻挡高温或颗粒。
关于图5，无线遥测装置76可在外部附着到桨叶根部78或者以桨叶根部的外模线并不显著地改变的方式嵌入。装置76可邻近桨叶根部78附着以便其被包含于腔内，当桨叶根部78插入转子盘内时，在桨叶根部78与涡轮16的转子盘之间形成该腔。这使得配备了传感器74、连接器72和装置76的涡轮桨叶70能够以与未配备构件的涡轮桨叶相同的方式安装于涡轮16的转子盘的配合部段内。在这方面，配备的桨叶70可被制成具有无线提取数据和发射该数据到接收装置所需的所有构件，数据指示桨叶70和/或其上所沉积的屏障涂层的各种操作参数或状况。
例如，一个或多个凹槽或沟槽可形成于桨叶70的基层的一部分内，如桨叶根部78，可在一个或多个凹槽或沟槽内包含一个或多个无线遥测装置76。可通过在桨叶根部78所希望的区域铣削来形成沟槽，利用环氧化物或者其它合适粘结剂将装置76固定于沟槽内。可利用合适高温胶结物或陶瓷坯泥回填沟槽来保护装置76。
本发明的实施例允许从诸如涡轮发动机桨叶130的旋转构件发射传感器数据，涡轮发动机桨叶130具有位于桨叶根部132上的某些电子构件，其在具有温度在约300℃至500℃之间的环境中操作。出于本发明公开的目的，术语“高温”在无额外限制的情况下将指最大操作温度在约300℃至500℃之间的任何操作环境，如在燃气涡轮10的部分内。
本发明的实施例提供在配备了遥测系统的燃气涡轮10中使用的构件，遥测系统可包括一个或多个传感器，连接传感器与至少一个遥测发射器电路的引线、至少一个发射天线、电源和至少一个接收天线。图10示出涡轮桨叶130、无线遥测发射器组件150和旋转天线组件142。当引线或连接器152邻近桨叶根部132安装时，引线或连接器152可从诸如传感器70、134的一个或多个传感器延伸到遥测发射器组件150。引线152可从传感器70、134向遥测发射器组件150发送电子数据信号，其中信号由遥测发射器电路处理，遥测发射器电路形成于包含在图11所示的电子封装件（electronics package）154内的电路板上。引线或连接器140可沉积用于从遥测发射器电路向旋转天线组件142发送电子数据信号。
图11示出高温电子封装件154，其可包含高温电路板且形成遥测发射器组件150的部分。电子封装件154的主体可由诸如Kovar，Fe-Ni-Co合金的合金制成。根据确切成分的不同，Kovar合金的热膨胀系数范围为约4.5-6.5×10-6/℃。常用于诸如涡轮桨叶130的高温涡轮构件的Ni基合金具有在约15.9-16.4×10-6/℃范围的热膨胀系数。电子封装件154可牢固地附着就位同时允许电子封装件154与涡轮桨叶130之间的相对移动。这种相对移动可由于其不同的热膨胀率造成，在周围空气温度与邻近桨叶根部132通常经历的＞450℃的操作温度之间的很多次热循环期间可能会随时间发生这种相对移动。
如图11最佳地示出的遥测发射器组件150可包括安装支架156和盖子或盖板158，电子封装件154位于它们之间。多个连接销155使得包含于封装件154，如上面制作有无线遥测电路的封装件内的电子电路板与各种外部装置，如自传感器的引线、感应线圈组件和/或数据发射天线之间能够连接。安装支架156、盖板158和将它们连接在一起的固位螺钉159可全都由与涡轮桨叶130相同的材料制成。这确保在涡轮桨叶130与安装支架156之间无热膨胀差异。因此，在热瞬态期间在安装支架156和/或涡轮桨叶130中并不生成应力。
当电子封装件154和安装支架156所在的操作系统处于高温时，电子封装件154的热膨胀系数可小于安装支架156的热膨胀系数。因此，电子封装件154，包括其中所含的任何电路板，膨胀将小于安装支架156，这可能会导致由于系统中的振动能量所引起的损坏。为了将电子封装件154固定于安装支架156内以适应支架156与电子封装件154之间的尺寸变化差别，陶瓷纤维编织物层160可放置于电子封装件154与安装支架156的内表面之间。织物160可由合适陶瓷纤维制成，包括如碳化硅、氮化硅或氧化铝这样的纤维。例如，一定量的由3M制造的NextelTM氧化铝基织物可用于织物160。
在电子封装件154和陶瓷纤维编织物（woven fabric）160与安装支架156和盖板158组装以形成遥测发射器组件150的情况下，可利用合适的附接手段，如栓接、熔焊、钎焊或通过瞬间液相结合将安装支架156附接到涡轮桨叶130上。图10示出凹槽或平凹口162，其通过邻近桨叶根部132铣削或另外方式形成于涡轮桨叶130内用于接纳组件150。
盖板158可形成有凸缘164，凸缘164垂直于重力的方向定向，以向盖板添加结构支承，这对抗旋转涡轮桨叶130以全速操作时出现的重力荷载力。这缓解固位螺钉159承载经由重力施加到盖板158的荷载，且允许它们制得足够小使得遥测发射器组件150装配于相对小凹槽162内而不干扰任何相邻构件。如果需要固位螺钉159承载由重力施加的荷载，那么它们所需大小将过于大而不能适配于可用空间中。
图10示出旋转天线组件142可附着到根部132的端面或颈部。组件142可为电子组件，其热膨胀系数不同于用于涡轮热气体路径构件如包括其根部132的涡轮桨叶130的Ni基合金的热膨胀系数。可在涡轮桨叶130接近音速旋转期间保护一个或多个旋转天线组件142以防止气流。在实施例中，气流防护材料可透过射频（RF）的辐射频率，以便能通过该材料发射功率和数据。
可旋转的天线组件142的实施例可包括图10和图12所示的耐用保护性射频可透盖（RF transparent cover）170，其基本上是中空固定件，在该中空固定件内包含数据天线和感应电力构件。射频可透盖170在燃气涡轮10操作期间保护其内含物防止气流和热气体进入。某些陶瓷适合于保护射频发射设备防止元件处于高温。但是，在旋转涡轮桨叶130在燃气涡轮10操作期间经历振动、冲击和重力荷载（G-loading）时，许多陶瓷和陶瓷基体复合物倾向于破碎和开裂。
本发明的发明者已确定射频可透盖170可由射频可透、高韧性、结构陶瓷材料制成。可使用陶瓷基体复合物以及选自被称作增韧陶瓷的材料家族的材料来制作外壳170。诸如碳化硅、氮化硅、氧化锆和氧化铝的材料是可获得的具有增强的韧性的材料，增强的任性是由掺杂添加元素和/或由具体加工办法所产生的设计微结构而引起的。
一种这种射频可透、易于形成且相对廉价的材料是选自通常被称作氧化锆-增韧氧化铝(ZTA)的陶瓷家族的材料。选自这个氧化铝材料家族的陶瓷材料的强度和韧性显著高于常规纯氧化铝材料。这是由于在整个氧化铝上均匀地结合细微氧化锆粒子实现的应力诱发转化增韧造成的。典型氧化锆含量在10％与20％之间。因此，相对于常规纯氧化铝材料，ZTA提供延长的构件寿命和增强的性能。
当压缩地加载陶瓷时，ZTA的设计微结构是抗断裂的。但是，如果张紧地充分加载，陶瓷将彻底失效，如同传统陶瓷材料。因此，射频可透盖170被设计成使得在燃气涡轮10操作期间陶瓷材料中的张应力最小。这通过以下设计和制作来实现：(1)ZTA构件的所有拐角、边缘和弯曲经过机械加工以排除尖锐拐角和边缘以便减小在这些位置的应力集中系数，以及(2)ZTA构件在旋转天线安装支架174中的方位和装配使得在操作期间施加到ZTA箱的重力并不在附接凸缘中生成显著弯曲应力。这通过使凸缘平行于重力荷载方向而不是垂直于重力荷载方向定向而实现，因此ZTA凸缘压缩地而不是弯曲地加载。
图12示出旋转天线安装支架174可与射频可透盖170组装以形成旋转天线组件142，如图所示附着到图10的涡轮桨叶130上。在旋转天线安装支架174与射频可透盖170之间的界面加载最小化射频可透盖170中可能会出现的张应力。这种设计使得在射频可透盖170中出现的张应力小于最小断裂应力，导致结构构件的长寿命。安装支架174可由与涡轮桨叶130相同的金属制成，因为它们之间相同的热膨胀系数将导致在加热和冷却循环期间在附接区域中生成最小应力。
安装支架174可被设计成使得在燃气涡轮10操作期间由旋转天线组件142所经历的所有重力荷载在朝向支架174上端178延伸的方向中吸收，如由图12中的箭头G所示。安装支架174没有任何部分延伸足够远超过包含于其中的天线而衰减射频的发射数据信号。射频可透盖170被固定就位，使得其内部应力场主要是压缩性的且可使用穿过其凸缘上的半圆凹坑(divot)的螺纹销(未图示)固位。
安装支架174可通过常规手段，如焊接、钎焊、粘结、栓接或螺钉连接附接到涡轮桨叶根部132的面上。可通过以下步骤组装旋转天线组件142的实施例：将所希望的天线放置于射频可透盖170的中空主体内，穿过形成于盖170中的孔将引线171从天线送出来，然后利用陶瓷填充材料来充填包含天线的盖170的中空主体。包含天线的被填充的射频可透盖170然后可滑动到安装支架174内，其可事先附着到涡轮桨叶根部132上。盖170可通过销固定到安装支架174，销插入安装支架174中的孔中和盖170中的凹坑中。
可利用各种手段向本发明的实施例供电，如感应射频能量和/或通过收获燃气涡轮发动机16内的热或振动功率。在能量收获功率模型中，可从操作的燃气涡轮发动机16中的可用能量来生成热功率或振动功率。可使用热电堆从热能发电，或者压电材料可从燃气涡轮发动机16的振动发电。这些电源形式的实例描述于美国专利No.7,368,827中，该专利的整体公开内容通过引用结合于此。
本发明的实施例提供用于向无线高温遥测系统的构件供电的感应电力模式。这些系统可被配置成气隙变压器，其中变压器初级感应线圈组件186是固定的，而次级感应线圈组件195旋转。例如，感应射频电力配置被提供用于向包含于遥测发射器组件150内的旋转遥测发射器供电。图13示出静态密封部段180的一部分，如可用于燃气涡轮10的涡轮发动机16的一个静态密封部段。多个静态密封部段180可与多个涡轮桨叶130相邻、环绕涡轮发动机16。静态密封部段180可与涡轮桨叶130合作用于密封通过涡轮发动机16的热气体路径内的热气体，如本领域技术人员所认识的那样。
图13示出弓形支架182，其具有形成于其中的相应通道或凹槽，固定数据发射天线184和固定初级感应线圈组件186可固定于通道或凹槽内。数据发射天线184可插入不导电保持器185内用于利用支架182来固定数据发射天线184。不导电保持器185确保数据发射天线184并不接触支架182，支架182可由金属制成，从而确保正确操作。不导电保持器185可由用于射频可透盖170的相同ZTA增韧陶瓷材料制成。在弓形支架182中采用天线184的情况下，如图13所示，保持器185可分段以提供柔性，这允许其安装在弯曲支架182中。相同的分段配置可应用于感应线圈组件186以使其能安装在弯曲支架182中。
初级感应线圈组件186和数据发射天线保持器185可在附接到支架182的区域中形成有凸角（lobe）。支架182中的材料的相关联区域被去除相同的凸角形状，但尺寸稍大以容纳安装。凸角形状限定能使感应线圈组件186和天线和保持器184、185完全保持的曲率半径，它们可在一端放置进入支架182并滑动就位。凸角形状能够维持完全保持同时确保在感应线圈组件186和天线保持器185中并不生成张应力，感应线圈组件186和天线保持器185都可由相对较脆的材料制成，其在张应力下遭受结构性破坏。
凸角可定位成距感应线圈组件186和数据发射天线184的前面足够远以确保金属支架182并不干扰功能。陶瓷胶结剂可涂覆于感应线圈组件186和天线保持器185的表面与在支架182中它们的相应凹口之间以便提供牢固配合且适应加热与冷却期间的热膨胀差异。薄板(未图示)可附接在支架182的每一端上确保操作期间的保持，支架182的每一端覆盖感应线圈组件186和数据天线184的凸角区域。
一个或多个支架182可由与静态密封部段180相同的合金，如lnconel 625制成，且具有弓形形状以符合静态密封部段180的内表面。可使用间断的焊接188将支架182附着到静态密封部段180的内表面上以最小化静态密封部段180的扭曲。感应线圈组件186可包括至少一个固定芯190和至少一个固定初级绕组192，其中由JP Technologies销售的“H胶结剂”194包住固定芯190的部分。
图14示出具有包含于射频可透盖170内的旋转次级感应线圈组件195的实施例，其可邻近涡轮发动机桨叶根部132安装。旋转感应线圈组件195可由芯200和绕组201制成，类似于固定感应线圈组件186。旋转数据发射天线202可被提供用于与固定数据发射天线184通信。数据发射天线202可被装在不导电保持器203内，不导电保持器203的配置可类似于不导电保持器185。在可选实施例中，数据发射天线202可包含于射频可透盖170中，而不使用不导电保持器203，在此情况下，其可利用能高温填充的材料保持就位。单个或多个固定初级感应线圈186可设置于一个或多个静态密部段180的内表面上以形成弧，当燃气涡轮10操作时，该弧可由旋转次级感应线圈组件195和天线202在四周限定。
一个或多个固定初级绕组192可由高频高电流电源通电。可向每个固定感应线圈组件186个别地供电或者一系列固定感应线圈组件186可电连接且由单个电源驱动。在示例性实施例中，可存在五个相邻的固定感应线圈组件186，每个由其自身的电源驱动。流经每个固定初级绕组192的电流在旋转次级感应线圈组件195中形成磁场，继而在旋转次级绕组201中形成电流。来自旋转次级绕组201的电流向包含于无线遥测发射器组件150内的无线遥测发射器电路供电，如在本文中下文更全面地描述的。
图14示出在启动燃气涡轮10之前在射频可透盖170与固定芯190之间可存在初始间隙“A”。在燃气涡轮10启动时，初始间隙“A”可为约13mm且当涡轮桨叶130和静态密封部段180一起更靠近时在基本荷载减至约4mm。可使用磁性芯材料来制作固定芯190和旋转芯200。磁性材料可用作芯材料，以将所需电力在所需间隙“A”上耦接至包含于遥测发射器组件150内的遥测发射器电路。选定磁性材料用于聚焦由固定初级绕组192产生且由一个或多个旋转次级绕组201接收的磁场。这种效果增强了固定元件与旋转元件之间的耦接效率。
本文所公开的感应电力系统的实施例可采用多个个体初级和次级感应线圈组件186、195来适应燃气涡轮10的各种几何形状。例如，固定感应线圈组件186和数据发射初级天线184可需要跨越静态密封部段180的特定距离来向系统构件感应足够的电力且发射所需数据。感应线圈组件186和数据发射天线184的实施例可需要约四英尺长。在此实例中，为了易于制作，各具有约一英尺长度的四个个体功率/天线组件可被制成具有相应支架182，且在一个或多个静态密封部段180上彼此相邻安装。如果个体天线之间的端对端间隙距离足够小，那么天线组件将如同其为单个四英尺长天线一样起作用。这种天线组件可由直的或弯曲元件形成，从而提供变化长度的组件，其为直的、弯曲的或者根据具体应用需要另外配置。在一实施例中，多个这种天线组件可跨越涡轮16内一个或多个静态密封部段180的顶半部中约112度的弧。
本发明的发明者已确定特定类别的磁性芯材料满足或超过本发明实施例的性能要求。这类材料的一般术语为纳米晶体铁合金。这类材料的一种组分以商标名称销售且具有以下组分：约82％的铁，且余量为硅、铌、硼、铜、碳、镍和钼。已确定这种纳米晶体铁合金材料具有合乎需要的特征，如高于500℃的居里温度，很低的矫顽力、低涡流损失、高饱和通量密度且磁导率在整个高温操作范围上很稳定。
这种纳米晶体铁合金材料可以以环圈形式的带绕配置或者“C”芯变压器芯在市场上购买到。本发明的实施例利用这种纳米晶体铁合金材料形成“I”芯形状，其用于初级固定芯190。选择“I”形状是因为这个形状在固定安装支架182上的通道中保持本身就位。每个感应线圈组件186的感应芯190包括多个0.007″厚的纳米晶体铁合金材料叠层，其建成约十一英寸长的弧。相同纳米晶体铁合金材料可用于旋转天线200变压器芯。
可通过增加驱动信号的频率，即由图16所示的示例性感应电力驱动器电路所产生的高频交流信号来增加用于耦接固定元件与旋转元件之间的功率的磁场强度。因此，本发明的实施例可采用高频来驱动固定初级绕组192，如大于约200kHz的频率。可选实施例可实现至少一个百万赫兹的操作频率，且功率驱动器被设计成在这样的频率操作。
用于绕组芯190、200的线可由27％包镍铜制成，具有陶瓷绝缘层，以便减小氧化和高温破损。这种线的处置特征比标准有机绝缘裸铜明显更有挑战性，这是由于保护性陶瓷涂层的结果，且对于为初级元件和旋转元件绕线的工艺开发了特殊技术。其它丝可为绝缘银或阳极化铝。
在初级感应线圈组件186和旋转感应线圈组件195二者的配置中可使用两类陶瓷材料。重要的是确保绕组192、201并不短路(导电)到芯元件190、200。除了提供在线上的陶瓷绝缘层之外，化合物，如H胶结剂，具有超细粒度的陶瓷胶结剂，可用作绕组芯190、200上的绝缘基础涂层。当绕组芯190、200被绕线之后，它们将被填充Cotronics 940，一种氧化铝基陶瓷胶结剂。
图15示出示例性遥测发射器电路210的示意图，该遥测发射器电路210可制作于在图11所示的高温电子封装件154内装配的电路板上，高温电子封装件154被包含在图10所示的遥测发射器组件150内。遥测发射器电路210可被配置成与传感器一起操作，如图9的传感器134，其可为用于测量与涡轮桨叶130相关联的应变的应变计传感器。旋转次级感应线圈组件195可向发射器电路210的电压整流器提供约250kHzAC功率。这个电路将AC输入变成DC输出且向电压调节器电路馈电。
即使AC输入电压可变，发射器电路210的电压调节器维持恒定的DC电压输出。需要恒定电压输出来实现更好的准确度和稳定的操作频率用于信号输出。电压调节器也向应变计传感器134和镇流电阻器(未图示)供应恒定电压。应变计传感器134和镇流电阻器向发射器电路210提供传感器信号输入。随着安装了应变计传感器134的表面偏转，应变计改变阻力，这造成在发射器电路210输入的电压变化。
来自应变计传感器134的信号所提供的变化的电压首先由差分放大器放大且然后由高增益AC放大器放大。所得信号被施加至发射器电路210的电压控制振荡器(VCO)部段中的变容管二极管。VCO在较高载波频率振荡。这个载波频率可被设置成关于发射器电路210在125至155MHz的频带。通过改变变容管上的电压略微改变固定载波频率。这种频率变化或偏差与应变计传感器134所经历的偏转或应变直接相关。VCO载波输出被馈送到缓冲器阶段且缓冲器输出通过图10的引线140连接到包含在旋转天线组件142中的发射天线。
在接收装置中，如图1的收发器56或者位于高温或燃气涡轮10内的其它区域中的其它装置，载波信号被移除且偏差变成与应变成比例的放大输出。在这种被设计用于高温使用的发射器电路210中所用的晶体管可由耐高温材料制成，如宽带隙半导体材料，包括SiC、AlN、GaN、AlGaN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlGaP、AlInGaP和GaAsAlN或其它耐高温晶体管材料可用于高达约500至600℃。
在电路板上制作的无线遥测发射器电路210的各种实施例可适于在处于不同操作温度且具有一系列传感器类型的燃气涡轮10内使用。可使用各种温度敏感材料来制作发射器电路210的元件和其可选实施例，如高达约350℃的绝缘体上硅(SOI)集成电路；约300-350℃的聚倍半硅氧烷(polysilseqioxane)、PFA、聚酰亚胺、Nomex、PBZT、PBO、PBI和Voltex缠绕电容器；以及，约450至500℃的PLZT、NPO、Ta2O5、BaTiO3多层陶瓷电容器。
电阻器的各种实施例可由用于约高达350℃的操作环境的Ta、TaN、Ti、SnO2、Ni-Cr、Cr-Si和Pd-Ag和用于约350℃和更高的操作环境的Ru、RuO2、Ru-Ag和Si3N4制成。由SiC、AlN、GaN、AlGaN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlGaP、AlInGaP和GaAsAlN或其它耐高温半导体材料制成的个体高温电子构件，诸如离散晶体管、二极管或电容器晶粒可由用于在不超过约350℃温度操作的单个SOI CMOS装置替换。
关于图6中显示的无线遥测装置76的实施例，天线102制作在与遥测发射器电路相同的板上，天线可以是接收和/或发射电子信号的收发器。遥测发射器电路可包括通过互连件98相互电连接的电子电路90、多谐振荡器电路（未显示）、运算放大器92、射频调制器94和射频振荡器/发射器96。除了上述板80上的构件之外，装置76可包括与电子电路90和天线102电连通的电源110。上述电子构件90、92、94和96，包括天线102和/或电源110，以电路板或集成芯片的形成在板或基层80上。或者，电源110可安装远离紧邻桨叶或叶片的基层，或天线102和电源都远离基层，但是与遥测发射器电路保持电连通。
图6中显示的实施例和图17-23中显示的实施例可采用共振能量传递组件，其中省去了有绕组的磁芯，这在下文中更具体地描述。这些实施例用在航空学中使用的小型模块化燃气涡轮发动机中时可能尤其有益。更具体地说,例如，这种模块化涡轮系统结合整体叶盘，整体叶盘包括与转子盘302一体形成的桨叶301，转子盘302远小于例如发电厂使用的压缩机或涡轮桨叶阶段。因此，整体叶盘没有充足的表面积来支撑电力感应线圈组件186和195，电力感应线圈组件186和195包括图14中显示的磁芯190和200。
另外，这种模块化涡轮系统所有阶段如压缩机或涡轮阶段可与相邻的阶段分离和被置换。在分离阶段中，遥控系统的接线必须被断开和再连接，再连接的接线在涡轮操作中可能不可靠。无线遥测系统可省去拆卸与置换压缩机或涡轮阶段时那些必须手动断开和再连接的硬接线。
关于无线遥测系统的构件中的整体叶盘300，显示在图17中，整体叶盘300包括与转子盘302一体形成的多个桨叶301。如所示的，每个桨叶301包括翼面部分303，如果是涡轮，热膨胀气体流过翼面部分303使得整体叶盘300旋转。相反，压缩机整体叶盘的旋转带动热气经过旋转的桨叶，随着热气前往涡轮发动机的涡轮阶段而压缩热气。每个桨叶301或翼面部分303具有与壳体305邻近且间隔开的顶端304，诸如桨叶301的旋转构件和诸如叶片的固定构件（未显示）定位在壳体305内。整体叶盘300可被定位在涡轮发动机的发电涡轮（power turbine）或压缩机中用于操作。此外，下文描述的共振能量传递组件可用于连接诸如桨叶301的旋转构件或诸如叶片的固定构件的监视。
嵌入式或表面安装式传感器306布置在桨叶301上，与桨叶301被检测操作状况的区域相对。耐热引线或连接器307通过无线遥测装置308电连接传感器306。装置308优选地安装在遥测构件暴露于相对低温度的位置上，如整体叶盘300的转子309上，那里的操作温度一般约150℃到约250℃。
传感器306和互连线307可用已知的淀积工艺如等离子体喷涂、EBPVD、CVD、脉冲激光沉积、微型等离子体、直写、微型HVOF或溶液等离子体喷涂来沉积。通常，燃气涡轮10的固定构件和旋转构件上都需要动态压力测量、动态和静态应变和动态加速度测量，以及构件表面温度和热通量测量。因此，嵌入式或表面安装式308可被配置成应变计、热电偶、热通量传感器、压力换能器、微加速度计以及其它所希望的传感器。而且，用来制造传感器的材料可包括那些就图4中显示的用于压缩机和涡轮构件的传感器61而列出的和描述的热电偶材料。
图17-25中显示的无线遥测系统的实施例包括具有初级线圈310的共振能量传递系统，初级线圈310安装在压缩机12或涡轮10内、相对组件的旋转构件固定的位置上，组件的旋转构件包括无线遥测装置308和传感器306。举例来说，和如图17所示，初级线圈310可安装在压缩机或涡轮的壳体313上，且连接到射频功率源315。如图18所示，遥测装置308包括例如图15所描述的遥测电路312，以及次级线圈311形式的功率源。此外，发射器装置308包括与遥测发射器电路312电连通的射频数据天线314。
此处使用的术语″线圈″是指初级线圈，下文描述的次级线圈不一定指示这种构件的物理配置。实际上，一个或两个“线圈”都可以是探测器的形式。术语“线圈”旨在包括能量发射和能量接收装置，能量发射和能量接收装置包括合理配置的电构件，如电容和感应器以产生来自初级装置的振荡电流和感应次级装置中的功率，次级装置被调频到与振荡电流的频率相同以共振。
操作中，初级线圈310接收来自射频功率源315的功率，产生振荡磁场，能量被传递到次级线圈311，次级线圈311为遥测发射器电路312供电。传感器306产生指示诸如桨叶的构件的操作状况的电子数据信号，电子数据信号被送到遥测发射器电路312，遥测发射器电路312将电子数据信号发送到数据天线314。电子数据信号指示诸如桨叶301的构件的操作状况。在实施例中，装置308可制作成电路板或集成芯片，在电路板或集成芯片中天线314和次级线圈311都以电路312形式沉积在基层上。
用于能量转移的初级线圈310和次级线圈311的示例性电路显示在图19中，且包括：初级线圈310包括通过空气心变压器连接到电源线圈或感应器L3的发射线圈或感应器L1。同样，次级线圈包括通过空气心变压器连接到电源线圈L4的接收线圈或感应器L2。发射线圈L1具有电阻Rc和共振电容C；接收线圈l2还包括线圈电阻Rc和共振电容C。在该示例性电路中，电源线圈L3处的电源电阻Rs和荷载线圈L4处的荷载电阻RL对共振系统的Q没有贡献，从而增加了初级线圈310和次级线圈311之间的耦接，因此增加了功率发射的距离。初级线圈310和次级线圈311的各个电阻-电感-电容（RLC）电路被调频以便线圈310和311以相同的或共同的频率共振，从而功率可以从初级线圈310发射到次级线圈311。
线圈310和311可由耐温和抗氧化的材料如镍、镍基超耐热不锈钢、金、铂或其它可在约250℃或更高温度下操作的材料组成。此外，射频功率激励器可用作初级线圈的功率源以便线圈在1MHz到约15MH之间，优选约10MHz的共同频率共振。
如上文所指出的，天线314被印刷在电路板上，需要的长度可通过下文计算出：
L = λ D 4 ( ϵ r + 1 ) / 2 = c / f 4 ( ϵ r + 1 ) / 2
其中c是真空中的光速，f是载波信号的频率，εr是基层介电常数。例如，与LTCC（低温共烧陶瓷）基层连接时，f=80MHz，εr=6.7，天线长度478mm，这远超过电路板容许的尺寸。因此，天线路线可提供为折叠往复配置。示例性单极天线的布局显示在图20中。此外，除了连接信号通道之外，次级线圈311还应该与遥测电路312充分分离开以避免在无遥测发射器电路312的射频调制器和多谐振荡器电路之间的干涉。
图21示出整体叶盘300和定子323的剖面图，本发明的实施例具有包含在射频可透盖317内的遥测发射器组件316，射频可透盖317可用支架318安装在整体叶盘300的转子盘302附近。如上所述，组件316包括制作在与集成芯片相同的基层上的遥测电路312、次级线圈311和数据天线314。如图22所示，连接器319被提供来将引线307和传感器306电连接到遥测发射器电路312。在实施例中，遥测发射器电路312、次级线圈311和天线314可用耐高温不导电填充材料固定在射频可透盖317内。
再次关于图21，旋转数据天线314可被提供用于与固定数据天线320通信，固定数据天线320被插入不导电保持器321内以用支架322固定数据发射天线320。支架322安装在诸如定子323的固定构件上，或安装在与定子323相关联的静态密封部段上。不导电保持器321确保固定数据发射天线320不接触可由金属制成的支架322，从而确保正确操作。不导电保持器322可由ZTA增韧陶瓷材料制成，与射频可透盖317使用的材料相同。在使用弓形支架内的天线320的情况下，如图13中所示，保持器322可被分段以提供柔性，这允许其安装在弯曲支架内。在实施例中，固定天线320可在定子323上周向地延伸以便可在涡轮发动机的操作期间的任意点或时间从旋转数据天线314接收电子数据信号。如所示的，电引线340将固定天线320电连接到控制器或信息处理器341以便发射从旋转数据天线314接收的电子数据信号用于处理以监视桨叶301的操作状况。
在图23中显示的另一实施例中，次级线圈311可沉积在桨叶301的翼面部分303的顶端304上。如所示的，电引线324也沉积在桨叶301上，将线圈311电连接到遥测电路312，遥测电路312以上述方式附着到转子盘302。在这种实施例中，旋转数据天线314可与遥测电路312一起制作在电路板80上，这可如所需的进一步减少板80的尺寸。
参照图24，本发明的另一个实施例，次级线圈311和旋转数据天线314都沉积在桨叶301的翼面部分303上。如上所述，电引线324将线圈311电连接到遥测发射器电路312从而为电路312供电。此外，电引线325将电子数据信号从发射器电路312发送到旋转数据天线314。在这种实施例中，天线314位于桨叶301上而非遥测电路312的基层上，不需要射频可透盖。遥测电路312可被容纳在如图11所示的电子封装件内，且安装到转子盘302。
关于图25，其示出无线遥测系统实施例，无线遥测系统包括共振能量传递系统，共振能量传递系统包括两个遥测发射器装置330和331，每个包括遥测发射器电路。更具体地说，系统包括第一或旋转发射器装置330和第二或固定发射器装置331。图25是旋转构件的截面图，如上述的涡轮或压缩机的整体叶盘300，其还可代表大型压缩机和涡轮的涡轮叶片阶段。此外，整体叶盘300被定位为与诸如定子323的固定构件相邻。
如上所述，第一（或旋转）遥测装置330可包括制作成集成芯片的遥测发射器电路312、数据天线314和次级线圈311。或者，数据天线314和/或次级线圈311之一或两者都在桨叶301或翼面303上。此外，一个或多个传感器306布置在桨叶301的一部分上，该部分将在压缩机12或涡轮10的操作期间被监控。电引线307将传感器306连接到遥测发射器电路312上以发送指示桨叶操作状况的电子数据信号到遥测发射器电路312。发射器电路312电连接到第一天线314以发送电子数据信号到天线314。
如图所示，遥测系统包括与射频功率源315连接的初级线圈310，提供电流或功率到初级线圈310。初级线圈310定位在相对于整体叶盘300固定的位置，如涡轮或压气机壳体305上。如上所述，初级线圈310从射频功率源315接收功率，产生振荡磁场，能量被传递到次级线圈311，次级线圈311为遥测发射器电路312供电。
假如天线314被制作在与遥测电路312的相同基层上，遥测装置330包括射频可透盖314和支架318以将电路312附着到整体叶盘300的转子盘302上。如果天线314被布置在桨叶301上或整体叶盘300上远离遥测发射器电路312的基层的其它位置上，则不需要射频可透盖。
在图25中显示的实施例中，无线遥测系统还包括用于获取和发射指示涡轮10或压缩机12内固定构件的状况的电子数据信号的机构。因此，第二或固定遥测装置331被附着到定子323上。和第一遥测装置330一样，第二遥测装置331包括以集成芯片的形式制作在基层上的遥测电路332和天线333（还称为固定天线或第二天线）；然而，天线333可被附着到远离遥测电路333的定子上，如图22中所示。
如图25中进一步所示，一个或多个传感器335被定位在压缩机12或涡轮10内的固定位置，以监视定子323或其它固定构件的状况。电引线334将传感器335电连接到第二或固定遥测电路332以将指示固定构件的状况的电子数据信号发射到第二遥测电路332。遥测电路332与第二或固定天线333电连通以将信号发送到天线333。固定天线333可被制作在与遥测电路332相同的基层上，或如图21所示可被单独安装。另外，当诸如温度的操作条件对桨叶301和盘302来说不极端时，第二遥测电路332或天线不需要射频可透盖317。
在优选实施例中，电源336通过电引线337连接到第二遥测电路332。该电连接可能是必要的，目的在于提供充足的电力到遥测电路332以从传感器335发送信号到天线333和进一步从第二或固定天线333发射电子数据信号接收器338。如所示的，接收器338安装在邻近第二天线333的固定位置，且连接到控制器或处理器339以处理指示固定构件和旋转构件的操作状况的电子信号。天线333被配置为发射来源于固定传感器335和遥测电路332的电子数据信号以及旋转天线314发射出的电子数据信号。电子数据信号可无线地或通过电引线（未显示）从固定天线333发射出。通过这样的方式，固定天线333接收和发射关于涡轮10或压缩机12的固定构件和旋转构件的操作状况的电子数据信号。
虽然在本文中示出和描述了本发明的优选实施例，但显然这些实施例仅以举例说明的方式提供。在不偏离本发明的情况下，本领域技术人员将会想到各种变型、变化和替代。因此，本发明将仅受到所附权利要求书的精神和范围限制。

Claims (20)

1.一种用于监视燃气涡轮发动机的构件的操作状况的无线遥测系统，所述燃气涡轮发动机具有压缩机和发电涡轮，所述无线遥测系统包括：
与压缩机或涡轮的旋转构件连接的至少一个第一传感器；
附着到旋转构件且与所述至少一个第一传感器电连通的第一遥测发射器电路，其中指示旋转构件的状况的电子数据信号被发送到第一遥测发射器电路；
用于给第一遥测发射器电路供电的能量传递系统；
附着到旋转构件且与第一遥测发射器电路电连通的第一数据天线，第一遥测发射器电路发送指示旋转构件的状况的电子数据信号到第一数据天线；
附着到涡轮或压缩机的固定位置且与第一数据天线间隔开的第二数据天线，第二数据天线接收由第一数据天线发射的且指示旋转构件的状况的电子数据信号；
与压缩机或涡轮的固定构件连接的至少一个第二传感器；和
由能量传递系统或其它电源供电的第二遥测发射器电路，该第二遥测发射器电路附着到压缩机或涡轮内的固定位置且与所述至少一个第二传感器电连通，其中指示所述固定构件的状况的电子数据信号从第二传感器被发送到第二遥测发射器电路；和
其中第二数据天线发射由第二遥测发射器电路发送出的、指示所述固定构件的状况的电子数据信号以及发射指示所述旋转构件的状况的电子数据信号到接收器。
2.根据权利要求1所述的无线遥测系统，其中，所述能量传递系统是包括初级线圈的共振能量传递系统，所述初级线圈发射振荡电流信号并以与次级线圈间隔开的方式附着到涡轮发动机的区域，所述次级线圈包括在旋转构件上的与第一遥测发射器电路电连通的导电材料，所述次级线圈以与所述振荡电流信号的发射频率基本相同的频率共振。
3.根据权利要求2所述的无线遥测系统，其中，所述构件是压缩机或涡轮内的转子盘上的多个桨叶中的至少一个旋转桨叶，桨叶具有供膨胀热气流过的翼面，涡轮和压缩机桨叶布置在壳体内，其中，所述初级线圈安装在所述壳体上，邻近旋转桨叶的翼面的顶端，所述次级线圈包括在翼面上的导电材料。
4.根据权利要求2所述的无线遥测系统，其中，第一数据天线包括在压缩机或涡轮桨叶的翼面部分上的导电材料。
5.根据权利要求2所述的无线遥测系统，其中，第一遥测发射电路被配置在附着到旋转桨叶的基层上，第一数据天线布置在相同的基层上且与第一遥测发射电路电连通，在基层上的第一遥测发射电路和第一数据天线被容纳在射频可透盖内。
6.根据权利要求5所述的无线遥测系统，其中，带有第一遥测发射器电路和第一数据天线的射频可透盖安装在桨叶或转子盘的面向所述固定构件的端面上，第二数据天线安装在所述固定构件上。
7.根据权利要求2所述的无线遥测系统，其中，次级线圈组件在约150kHz到15MHz之间的频率共振。
8.根据权利要求1所述的无线遥测系统，其中，所述能量传递系统是电力感应系统，包括：
附着到所述固定构件的固定初级感应线圈；
附着到所述旋转构件的次级感应线圈组件，与固定初级感应线圈相邻且间隔开；和
电源，给固定初级感应线圈供电，以便旋转的次级感应线圈组件在约250kHz到250MHz之间的频率操作。
9.根据权利要求1所述的无线遥测系统，其中，第二数据天线容纳在射频可透盖中，射频可透盖附着到涡轮发动机的固定构件上与第一数据天线相邻。
10.根据权利要求1所述的无线遥测系统，其中，第二数据天线被支撑在保持器内，保持器由安装在所述固定构件上的不导电材料制成。
11.根据权利要求1所述的无线遥测系统，其中，所述涡轮发动机是模块化系统，包括彼此分离的压缩机和涡轮发动机。
12.根据权利要求2所述的无线遥测系统，其中，所述旋转构件是压缩机或涡轮内的转子盘上的多个桨叶的至少一个旋转浆叶，所述桨叶具有供膨胀热气流过的翼面，第一数据天线包括在翼面上的导电材料。
13.一种用于监视燃气涡轮发动机的构件的操作状况的无线遥测系统，所述燃气涡轮发动机具有压缩机和发电涡轮，所述无线遥测系统包括：
与附接到转子盘的涡轮或压缩机桨叶连接的第一传感器；
在操作温度约为500℃的位置附着到桨叶的第一遥测发射器电路；
在涡轮桨叶上的第一电连接材料，用于从第一传感器发送电子数据信号到第一遥测发射器电路，所述电子数据信号指示桨叶的状况；
为第一遥测发射器电路供电的能量传递系统；
附着到桨叶或转子盘且与第一遥测发射器电路电连通的第一数据天线，第一遥测发射器电路用于将电子数据信号从第一遥测发射器电路发送到第一数据天线；
邻近桨叶或转子盘安装的射频可透盖，第一遥测发射器和第一数据天线容纳在射频可透盖中；
定位在压缩机或涡轮的固定表面上的第二数据天线，与第一数据天线相邻且间隔开，用于接收来自第一数据天线的电子数据信号；
与压缩机或涡轮内的固定构件连接的第二传感器；
附着在压缩机或涡轮内的固定位置上的第二遥测发射器电路，该第二遥测发射器电路被配置为处理从第二传感器接收的指示所述固定构件的状况的电子数据信号；
电源，远离能量传递系统，用于为第二遥测发射器电路供电；和
接收器，定位为与第二数据天线间隔开，接收来自第二数据天线的、指示桨叶和所述固定构件的操作状况的电子数据信号。
14.根据权利要求13所述的无线遥测系统，其中，所述遥测发射器电路形成在附着到桨叶或转子盘的基层上，第一数据天线布置在与无线遥测发射器电路相同的基层上。
15.根据权利要求13所述的无线遥测系统，其中，所述能量传递系统是包括初级线圈的共振能量传递系统，所述初级线圈发射振荡电流信号并附着到涡轮发动机上的固定位置而与次级线圈相邻且间隔开，所述次级线圈包括附着在桨叶或转子盘上的导电材料，所述次级线圈以与振荡电流信号基本相同的发射频率共振。
16.根据权利要求15所述的无线遥测系统，其中，旋转桨叶包括可操作地连接到转子盘的翼面，其中，所述次级线圈包括在翼面的顶端上的导电材料，所述初级线圈附着到压缩机或涡轮的壳体上，与所述桨叶的顶端和所述次级线圈相邻。
17.根据权利要求16所述的无线遥测系统，其中，所述桨叶是与转子盘一体形成的多个桨叶之一，从而形成模块化涡轮机械的整体叶盘，在所述模块化涡轮机械中，压缩机和涡轮彼此分离。
18.根据权利要求13所述的无线遥测系统，其中，所述能量传递系统是电力感应系统，包括：
附着到所述固定构件的固定初级感应线圈组件；
附着到所述压缩机或涡轮内的旋转构件的次级感应线圈组件，与固定初级感应线圈相邻且间隔开；和
电源，给固定初级感应线圈供电，以便旋转的次级感应线圈组件在约250kHz到250MHz之间的频率操作。
19.一种用于监视燃气涡轮发动机的构件的操作状况的无线遥测系统，所述燃气涡轮发动机具有压缩机和发电涡轮，所述发电涡轮包括容纳在一个或多个壳体内的固定构件和旋转构件，所述无线遥测系统包括：
与涡轮或压缩机桨叶连接的旋转传感器，其中桨叶包括可操作地连接到转子盘的翼面部分；
附着到桨叶上的旋转遥测发射器电路；
在涡轮桨叶上的电连接材料，用于从旋转传感器发送电子数据信号到旋转遥测发射器电路，所述电子数据信号指示桨叶的状况；
用于为所述遥测发射器电路供电的能量传递系统，包括能量接收装置，其中所述遥测发射器电路制作在基层上，能量接收装置在相同的基层上；
制作在与所述遥测发射器电路和能量接收线圈相同的基层上的第一数据天线，与所述遥测发射器电路电连通，所述遥测发射器电路用于将电子数据信号从所述遥测发射器电路发送到第一数据天线；和
定位在压缩机或涡轮的固定表面的第二数据天线，与第一数据天线相邻且间隔开，用于接收来自第一数据天线的电子数据信号。
20.根据权利要求19所述的无线遥测系统，其中，所述燃气涡轮具有模块化结构，包括彼此分离的压缩机部分和涡轮部分，所述无线遥测系统进一步包括：
为旋转遥测发射器电路供电的共振能量传递系统，包括初级线圈，所述初级线圈发射振荡电流信号并以与次级线圈间隔开的方式附着到涡轮发动机的区域，所述次级线圈包括桨叶或转子盘上的且与旋转遥测发射器电路电连通的导电材料，所述次级线圈以与振荡电流信号的发射频率基本相同的频率共振；
与压缩机或涡轮的固定构件相连的至少一个固定传感器；和
由共振能量传递系统或其它电源供电的固定遥测发射器电路，所述共振能量传递系统附着在压缩机或涡轮内的固定位置，与至少一个固定传感器电连通，其中指示所述固定构件的状况的电子数据信号从固定传感器发送到固定遥测发射器电路；和
其中第二数据天线发射从固定遥测发射器电路发送的指示所述固定构件的状况的电子数据信号以及发射指示旋转桨叶的状况的电子数据信号到接收器，该接收器安装到压缩机或涡轮的壳体上。
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