CN103703351B - 用于多功能嵌入式传感器的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于监测包括联接到制品的嵌入式传感器的系统和方法，其中嵌入式传感器是使用高温发光材料直接写入的嵌入式传感器。照相系统检测来自嵌入式传感器的光照信号。处理部分处理光照信号并且为制品确定气体/表面温度和应变数据。

Description

用于多功能嵌入式传感器的方法和系统

技术领域

本发明涉及在线监测技术，并且更具体地涉及用于多功能嵌入式传感器的方法和系统。

背景技术

监测，特别是在恶劣环境中，在许多工业应用中是一项挑战。在这样恶劣的环境中实时提供可靠数据的能力在喷气发动机、发电燃气涡轮机、工业金融(Industryfinances)和制造过程等中具有适用性。

为了进行示意性的说明，本发明描述发电。就其本质而言，使用化石燃料的大规模发电涉及在极端的温度和压力条件下进行的过程。监测这些过程和发生这些过程的设备的条件对于可靠、高性价比、有效的发电来说是最重要的。在发电中使用的涡轮机的监测将是特别有用的。现代的燃气涡轮机通过使用更高的燃烧温度、来自更高的压力比的更热冷却剂温度和减小的冷却流量来实现更高的效率和减小的燃料消耗。此外，更高的燃烧温度不利地影响燃气涡轮机的可用性、可靠性和安全性，特别是高成本、关键热气体通道(HotGasPath；简称HGP)部件的寿命。在恶劣环境下工作的发电系统部件的寿命很大程度上取决于温度和应变。由于在接近其操作极限的情况下安全操作机器的能力，提高的温度测量精度将直接转化成提高的涡轮机操作效率。用于基于物理的寿命模型的高保真性输入将使寿命预测精度的数量级改善成为可能。在大多数先进的燃气涡轮机中，燃烧温度超出HGP部件的熔点，并且这些部件必须被主动地冷却。通常为了这些关键部件而采用大的设计安全裕度(Designsafetymargins)。高保真性实时数据将提高设计安全裕度中的置信度(confidence)并潜在地缩短涡轮机设计周期。在发电系统调试阶段期间的多属性在线测量将使设计者能够更好评估关键部件寿命和潜在的补偿性设计修改。在发电系统/部件的监测中应变和温度的准确、实时、同时测量可提高基于物理的寿命模型的预测精度。由于在接近其操作极限的情况下安全操作机器的能力，这种提高的精度可转化成提高的涡轮机操作效率。在一个实例中，计算显示冷却流量10％的减小可导致在一个联合循环燃气涡轮机的20年的操作寿命期间节约高达9百万美元。

尽管需要从操作中的涡轮机内获得准确的在线温度和应变数据，但实现该目标一直是十分困难的。在过去的十年内，对适用于光学(基于发光的)温度计的稀土基发光材料的开发已实现了一些进步；然而，相对高的成本和在很高的温度下灵敏度差的问题仍然存在。此外，应变的在线光学检测问题尚未得到充分的解决。一直希望通过开发用于发电系统在线评估的低成本、非侵入性、多功能嵌入式传感器系统来满足这种监测需求。

发明内容

在一个实施例中，本发明涉及监测系统，该系统包括：发光传感器，其与制品直接接触；高速图像采集系统，其用于检测发光传感器的光学图像；以及高速数据处理系统，其用于分析图像以确定制品的温度、制品的应变、与所述传感器接触的气体温度或它们的组合。

在一些实施例中，所述发光传感器通过直接写入工艺形成于所述制品上。

在一些实施例中，所述发光传感器包括温度敏感的发光陶瓷材料，所述温度敏感的发光陶瓷材料包括稀土氧化物或氧化铬。

在一些实施例中，所述发光传感器包括掺杂铬的氧化铝。

在一些实施例中，所述发光传感器包括稀土氧化物。

在一些实施例中，所述发光传感器是三维的。

在另一方面，本发明涉及一种用于恶劣环境中的制品的在线监测的光学方法。该方法包括：将制品暴露于恶劣环境；使用高速图像采集系统采集与制品直接接触的发光传感器的图像；以及使用高速数据处理系统分析图像以确定制品的温度或应变、与所述传感器接触的气体温度或它们的组合。

在一些实施例中，发光传感器通过直接写入工艺形成于制品上。

在一些实施例中，所述发光传感器包括温度敏感的发光陶瓷材料，所述温度敏感的发光陶瓷材料包括稀土氧化物或氧化铬。

在一些实施例中，所述发光传感器包括掺杂铬的氧化铝。

在一些实施例中，所述发光传感器包括稀土氧化物。

在一些实施例中，所述发光传感器是三维的。

在又一方面，本发明涉及一种用于制造使用在恶劣环境中的制品的方法。该方法包括：通过直接写入工艺、网版印刷、热喷涂、气雾喷涂或其它印刷工艺在制品表面上形成发光传感器；使制品与高速图像采集系统和高速数据处理系统连接(interfacing)；以及将高速图像采集系统和高速数据处理系统配置成采集在恶劣环境中的发光传感器的图像并确定制品的温度、制品的应变或它们的组合。

在一些实施例中，所述制品为涡轮机叶片。

在一些实施例中，所述发光传感器是三维的。

所述系统的优点包括实时在线监测和诊断部件和系统，特别是在恶劣环境中的那些部件和系统，并且存在利用基于物理的寿命(1ifing)估计来实现诸如发电设备的设备可靠性提高的可能。该系统还提供了基于条件的维护和预诊断，同时相比其它感测系统减小碳排放(Carbonfootprint)。

附图说明

通过参照附图阅读非限制性实施例的以下描述，将更好地理解本发明所公开的主题，附图中：

图1是根据各个实施例的用于实时在线监测的多功能嵌入式传感器的简化系统图。

图2A示出用于第一级叶片表面温度的在线监测的视线(LineOfSight；简称LOS)和成像辐射测温(RadiationThermometry；简称RT)系统；图2B示出热气体通道流外部的光学探头。

图3是用于产生温度和应变图的数据和图像处理的框图。

图4示出一种嵌入式传感器构造，其中高温发光材料的精细图案被直接写入，然后用保护性顶涂层覆盖。

图5示出用于同时测量恶劣环境下的气体/表面温度和应变的多功能嵌入式传感器系统。

图6示出嵌入式传感器构造的另一个实施例，其中3D精细结构的顶部和底部用高温发光材料直接写入。

具体实施方式

当结合附图阅读时，将更好地理解以上发明内容以及某些实施例的下面的详细描述。就附图示出各个实施例的功能框的图而言，这些功能框不一定表示硬件电路之间的划分。因此，例如，功能框中的一个或多个(例如，处理器、控制器、电路或存储器)可在单个硬件或多个硬件中实现。应当理解，各个实施例不限于附图所示的布置和手段。

如本发明所用，以单数形式叙述和前接用词“一”或“一个”的元件或步骤应被理解为并不排除多个所述元件或步骤，除非明确叙述了这种排除。此外，对“一个实施例”的引用并非意图被解释为排除也结合了所述特征的其它实施例的存在。此外，除非相反地明确说明，“包括”或“具有”带特定性质的元件或多个元件的实施例可包括没有那种性质的附加此类元件。

测量系统能够在诸如与发电涡轮机操作相关联的恶劣环境条件下在20-1700℃范围内以±5℃的不确定度测量气体/表面温度，并以±0.0002的精度测量应变，所述环境条件包括蒸汽涡轮机、发电机、热回收蒸汽发生器(Heat-RecoverySteamGenerator；简称HRSG)和燃煤锅炉。用于嵌入式传感器的制品的其它实例包括静叶、转子、定子、燃烧衬里、喷嘴、壳体、盘、加热炉、用于在高温制造过程中使用的设备，这些过程为例如金属加工和铸造过程、诸如地热和石油及天然气操作的井下钻探应用。

图1是示出系统100的简化示意图，系统100使用直接写入的发光传感器(Direct-writtenlightemittingsensor(s))来测量应变和气体/表面温度，其中传感器产生光学信号并且该信号使用可见光紫外线照相机来采集，该照相机带有用来根据各个实施例以实时配置测量应变的快速计算硬件。该系统100包括具有由高温发光材料构成的直接写入的发光嵌入式传感器的制品110、光收集系统120a、光传输系统120b(例如，纤维镜或管道镜)，以及可选的光源系统120c、照相机系统(Camerasystem)130、支持定时/控制系统150、数据/图像采集系统160以及高速数据处理算法和硬件170。在一些实施例中，光学检测系统具有在多个波长下成像的能力。来自照相机的图像被处理以提供实时在线气体/表面温度图180和/或应变图190。

在一个实施例中，光收集系统120a和光传输系统120b是能够测量温度的恶劣环境成像系统，并具有以所需灵敏度(sensitivity)进行应变测量所需的分辨率(resolution)。这些系统包括例如在线视线(LOS)和成像辐射测温(高温测定)系统以用于实时测量燃气涡轮机中的部件例如第一级叶片的表面温度。用于恶劣环境应用的光学入口(Opticalaccessports)，其允许在恶劣环境下的发射或光致发光的远程询问；实例在图2A和2B中示出。图2A中的LOS系统是用于重型燃气涡轮机和航空喷气发动机的监测附件。图2A和2B示出设置在燃气涡轮机壳体230(图2A中未示出)上的光学入口220中的探头210，其在热气体通道流(Hotgaspathflow)的外部。

可使用诸如高速CMOS摄像机和ICCD照相机的先进成像系统来获得图像。通常，可以使用在可见光或紫外波段中操作且具有实现应变测量所需的空间分辨率(例如0.1mm/像素)的成像能力的高分辨率可见光照相机。ICCD照相机可以被锁相到振荡(Bephase-lockedtotheoscillations)以在单个压力振荡循环期间提供相位平均图像。可以在高压(＞15atm)和高温(高达1700℃)下使用基于被动吸收/发射光谱学进行气体/表面温度测量且基于多波长测温的检测系统，如由H.Li、G.-H.Wang、N.Nirmalan、S.Dasgupta和E.R.Furlong在2011年ASME涡轮机博览会论文GT2011-45152“用于燃气涡轮发动机中的气体温度测量的被动吸收/发射光谱学”(PassiveAbsorption/EmissionSpectroscopyforGasTemperatureMeasurementsinGasTurbineEngines，ASMETurboExpo2011，GT2011-45152)中所描述的，该文献的全部内容以引用方式并入本发明中。在该方法中，入射光被分成若干光束，然后通过带有窄带通滤波器的各个检测器进行检测。温度可以快速的时间响应(即，10kHz或更高)被测量。

图3是用于图像和数据处理以确定温度和应变的系统软件的示意图。在310中输入原始图像，在320中校正背景/暗信号，并且在330中校正非均匀性或增益。在340中进行劣信号替换，然后在350中进行2D到3D映射，其中测量的2D原始图像被投射到3D设计CAD模型。所得数据被输入到快速数值算法模型360，该模型在必要时使用寿命或比率校准曲线362来确定3D温度图370。数字图像可在380中结合参考图像382被处理以产生3D应变图390。

可从嵌入式传感器的光学信号推断温度图。可通过将精细图案与参考图案相关联而同时推断应变图。发光测温利用随温度和波长变化的发光材料的发射特性，即在被光或热激励之后，发光材料以随温度变化的速率和强度(Atatemperature-dependentrateandintensity)发射光子。使用随波长变化的检测使得温度测定精度增加和应变信息对比度增加。通常存在两种方法来从光学信号测量温度，即寿命技术和比率技术。比率技术利用发光材料的发射光谱的特性，即一些发射谱线与温度几乎无关，而另一些发射谱线随温度变化。因此，使用发射线的比率的校准可用来推断温度。寿命技术利用发光发射的衰变机制，其与光照能量、目标运动、非一致激励光分布和表面变形无关。为了从嵌入式传感器系统获得温度图，可以采用使用已知的检测协议的寿命成像(Lifetimeimaging)和比率成像(Ratioimaging)技术，包括多色彩成像辐射测温、比率高温测定和高速成像。

使用发光和高发射率材料的组合来制造发光传感器是可能的，并且在一些实施例中具有增加的操作温度动态范围的优点。例如，对于许多材料来说，光激发光在小于约1000℃的温度下具有良好的温度精度，而用于温度测量的热发射率(高温测定)方法在约1000℃以上的温度下最有效。

用来检测位移和测量应变的光学技术包括用于局部应变的高分辨率测量的云纹(Moiré)技术和斑纹干涉测量法。应变通过使用数字成像以将图案中的畸变(例如，网格、痕迹的阵列和云纹等)与参考图像相关联来确定。对于大变形应变测量来说，有时使用网格和点阵列。在一些实施例中，用于测量小变形和具有±0.0002的不确定度的应变的光学方法可能需要特征几何形状为约2×2mm²，其具有400微米的图案(点)尺寸，并且所需成像系统分辨率为约0.1mm/像素。图案形状(云纹、网格、点)和所需的长度比例可通过直接写入(Direct-write；简称DW)制造方法由制品设置。快速图像相关/配准算法可用来确定位移和应变。这些方法通常将图案的实时图像叠加在参考图案上，从而确定局部变形的范围。网格或点阵列通过提高与光学信号的对比度来提高应变测量精度，特别是在封闭的黑暗恶劣环境中。

图4示出嵌入式传感器构造400，其中高温发光材料的细网格图案420被直接写在热障涂层(TBC)422上，该热障涂层422粘附到设置在制品表面426上的粘结层424。在图示实例中，保护层428覆盖传感器以延长使用寿命，但保护层428在许多实施例中不是必要的。在一些实施例中，保护层428可以是附加的TBC层。

参看图5，呈几何图案510形式的嵌入式传感器通过基于油墨的直接写入工艺印刷在热气体通道部件的表面520上。这些图案通过局部加热烧结成高密度。如果传感器由发光材料构成，则可通过脉冲光源激励图案来产生光学信号；对于放射性材料来说，可以在不用外部光激励的情况下产生信号。信号通过能够对使用中的部件成像的高速照相机来采集。温度使用成熟的(寿命和/或比率)发光热成像技术来测量。应变通过将变形的几何图案与参考图像相关联来导出。最近在图像处理算法和高速图像采集方面的进步使得能够进行应变的实时测量。实时在线监测和诊断系统(其中涡轮叶片温度和应变数据集被馈送至控制系统和基于物理的寿命模型)可允许关键部件的在线预诊断和寿命预测。

图6示出嵌入式传感器构造的另一个实施例，该构造为用于确定气体和表面温度的3D构造。在该构造中，设置在部件的表面620上的每个点610可以有效地为独立的传感器。3D精细结构的顶部和底部可通过附加的直接写入过程由不同的高温发光材料制成。表面温度图可从在3D结构的底部处发射的光学信号确定。同时，在3D结构的顶部处的表面温度可从发出的信号确定。在3D结构上的热传递速率可基于所测量的两个温度来计算，其可用来推断自由流气体温度。这可以扩展到同时测量应变图。在一个实例中，能够确定应变的结构具有约70微米的直径和约40微米的高的特征尺寸。精细结构之间的间距约为70微米。

气体温度图可使用从3D嵌入式传感器获得的数据来计算。例如，自由流气体/流体和表面之间的温差产生热边界层。这种温差导致在自由流和表面之间的能量交换。在自由流气体/流体和表面之间的单位面积热传递速率可用公式1表示。在表面处，由传导产生的单位面积的热传递速率可写为公式2。对流和传导的热传递速率在表面处相同，这可以用来推断自由流流体温度，如在公式3中那样。利用无量纲参数努塞尔数(Nusseltnumber)，自由流气体温度也可表示为公式4中那样。热导率、传热系数和努塞尔数可通过校准试验、数值模拟和实验数据库来测得。

q＝h(T_∞-T₁)1

$q=\frac{k}{L}(T_1-T_w)---2$

$T_{\∞}=T_1+\frac{k}{\mathrm{hL}}(T_1-T_w)---3$

$T_{\∞}=T_1+\frac{1}{\mathrm{Nu}}(T_1-T_w)---4$

其中，T_∞为自由流气体/流体的温度，T₁为3D结构的顶部的表面温度，T_w为3D结构的底部的表面温度，该值与表面温度相同；h为传热系数；k为3D结构材料的热导率；L为3D结构的厚度，Nu＝hL/k为努塞尔数。

嵌入式传感器中使用的材料在20-1700℃范围的使用温度下发射红外、可见光或紫外范围内的光。在本发明的上下文中，术语“发光的”是指发光(luminescent)，包括荧光的(fluorescent)和磷光的(phosphorescent)或热致发光的(thermallyemissive)。发光材料在被不同波长的光激励时发出光。热致发光材料在表征该材料的温度下发出光，并且高发射率材料在高温下在从可见光至红外的广泛的波长范围内辐射光。在一些实施例中，温度依赖性与温度无关性发射的比率可用来推断温度。在其它实施例中，发射的衰减可用来确定温度。

适用于嵌入式传感器的材料包括但不限于诸如氧化铬(Cr₂O₃)的放射性过渡金属陶瓷氧化物和诸如稀土氧化物的发光材料，特别是氧化铕。这些材料可用作不掺杂的氧化物材料或者可以掺入在恶劣环境条件下稳定的基质材料，例如氧化锆或氧化铝。作为掺杂物存在的发光材料的量可在从约0.1％至约30％(重量百分比)的范围内，特别是从约0.1％至约10％。

在一个实例中，氧化铝掺有氧化铬。氧化铬在与氧化铝烧结时从绿色变为粉色。氧化铬变得掺入到氧化铝基质中并且变成色心(Colorcenter)，从而使氧化铬的吸收光谱偏移并造成色移。该材料在可见光光谱中具有非常高的发射率。在另一实例中，可使用其矩阵中掺杂有Eu、Sm和Tb的稀土氧化物(REO)的氧化锆(Yttria-Stabilized-Zirconia；简称YSZ，)，特别是掺杂有Eu₂O₃的YSZ。掺杂物水平通常是因材料而异的，并且通常在从约0.1％至约30％(重量百分比)的范围内。对于掺氧化铬的氧化铝来说，氧化铬的量可以在从约1％至约25％(重量百分比)的范围内。对于掺有Eu₂O₃的YSZ来说，在一个实施例中，掺杂物以8％(重量百分比)的量存在。对沉积的图案的剥离测试显示出其与基底表面良好的粘附力。对在相关环境中操作的发电系统部件的侵蚀和寿命测试预示了嵌入式传感器的长使用寿命。利用254nm的激励，嵌入的传感器产生接近590nm的光学信号。提供高敏感性温度测量而不减损基底材料(热障涂层、环境隔离涂层或未涂布金属)的热学和机械性能的其它REO材料也在该系统和技术的范围内。

嵌入式传感器可通过直接写入工艺(Directwriting)制造。直接写入是指这样一套技术，其中由悬浮在短效粘结剂中的功能材料(金属或陶瓷)构成的油墨被直接沉积在基础基底上，然后烧结至高密度。各种基于油墨和热喷涂的直接写入(DW)工艺是市售的。此外，用于陶瓷和金属沉积的油墨配方是熟知的。由短效粘结剂(或载体材料)和陶瓷或金属添加剂组成的特制油墨用来将材料的迹线选择性地沉积在3D表面上。这些系统能够沉积具有10-10000厘泊(cps)粘度的油墨，以允许产生良好烧结的重粒子加载。细到10微米的材料迹线可直接写在不平坦表面上。在紫外线或可见光照射下良好的特征保真性和光发射。多层沉积需要选择相容的材料和开发共烧结策略以获得高密度和与基底材料的良好粘结。

各种实施例和/或部件，例如模块或其中的部件和控制器，也可以实现为一个或多个计算机或处理器的一部分。计算机或处理器可包括计算装置、输入装置、显示单元和接口，例如，以用于访问因特网。计算机或处理器可包括微处理器。微处理器可连接到通信总线。计算机或处理器也可包括存储器。存储器可包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。计算机或处理器还可包括存储装置，该装置可以是硬盘驱动器或可移动的存储驱动器，例如光盘驱动器、固态磁盘驱动器(例如，闪速RAM)等。存储装置也可以是用于将计算机程序或其它指令加载到计算机或处理器中的其它类似的装置。

如本发明所用，术语“计算机”或“模块”可包括任何基于处理器或基于微处理器的系统，包括使用微控制器、精简指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、图形处理单元(GPU)、逻辑电路以及能够执行本发明所述功能的任何其它电路或处理器的系统。以上实例仅为实例性的，并且因此不打算以任何方式限制术语“计算机”的定义和/或含义。

计算机或处理器执行存储在一个或多个存储元件中的指令集，以便处理输入数据。存储元件也可根据期望或需要存储数据或其它信息。存储元件可以呈信息源或在处理机内的物理存储器元件的形式。

指令集可包括指示计算机或处理器作为处理机来执行诸如本发明的各个实施例的方法和过程的具体操作的各种命令。指令集可以呈软件程序的形式，该程序可形成有形的非易失性计算机可读介质或媒介的一部分。软件可采取各种形式，例如系统软件或应用软件。此外，软件可以呈单独的程序或模块的集合、较大程序内的程序模块或程序模块的一部分的形式。软件还可包括呈面向对象的程序设计形式的模块化程序设计。由处理机进行的输入数据的处理可以响应于操作者命令，或响应于先前处理的结果，或响应于由另一处理机做出的请求。

如本发明所用，术语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括存储在存储器中用于由计算机执行的任何计算机程序，所述存储器包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器和非易失性RAM(NVRAM)存储器。上述存储器类型仅仅是实例性的，因此不限制可用于计算机程序的存储的存储器的类型。

实例

使用放射性氧化铬油墨的直接写入工艺

一般程序

被测试的配方由氧化铝(得自Baikowski的CR6)、氧化铬、热固化聚合物(商品名V006，得自Heraeus)和溶剂组成，该溶剂用于改变粘度，从而能以60％(体积分数)的氧化铝使用3％、6％和9％(重量百分比)浓度的铬来配制材料。将氧化铝和氧化铬粉末混合，然后与聚合物结合。然后将萜品醇(Terpineol)溶剂添加到混合物中，并在Thinky(厂商名)的行星搅拌机(Planetarymixer)中在1000RPM下与为了有利于混合和研磨成更小的颗粒而添加的氧化锆介质球无真空混合30分钟。然后评估粘度，并且添加更多的萜品醇以进一步减小粘度并在行星搅拌机中混合额外的时间。然后将材料涂布在氧化铝基底上，并放入加热炉中，并且使用CanonEos3TiSLR照相机成像。将样品加热至1200℃，然后打开炉门，并且拍摄相片。关闭炉门并在部件冷却时重复此过程，同时记录加热炉的温度。

一旦从加热炉采集到图像，就对图像进行处理，以测量在红、绿和蓝每个彩色平面中图像中的像素的亮度。从由Canon照相机采集的彩色图像中提取红平面，并且对铬线的平均像素密度进行测量并绘制成与显示(display)的温度的关系图。

经确定，当材料的粘度过低时，材料将在沉积后扩展，从而产生不是很厚的宽线条。如果粘度过高，则由于难以使材料流动，将需要宽的注射器针头(Syringeneedles)。宽针头也意味着宽线条，但具有足够的空气压力将材料推出针头并具有足够的沉积速度，可以沉积更细的线条。使用直接写入沉积技术的工艺需要人们平衡粘度、注射器针头直径、进料速率(沉积速度)和到分配器的空气压力以优化所写入的特征。据发现，当写在氧化铝基底上的线条过细，也就是说，过浅时，铬线在加热至1000℃以上时在加热炉中不会发出很亮的光。

实例1

将含有3％、6％、9％和25％四种不同质量百分比浓度的氧化铬的油墨涂布在具有从50微米至300微米的变化的厚度的氧化铝基底上。然后将这些样品送往加利福尼亚州圣迭戈(SanDiego，CA)的SurfaceOptics以进行发射率测量。数据证明，材料越厚，发射率越高。此外，还发现，铬浓度越高，发射率越高。

实例2

根据此前的结果，使用直接写入技术写入额外的铬线条，以便制作更细且间距更小的线条。通过添加萜品醇来减小铬材料的粘度，并且修改材料被推过分配器时的压力和分配器在基底上移动的速度。压力在从40psi至60psi的范围内。分配速度在从300(用于从1.5mm-1mm变化的粗线)至1000(用于从100μm至200μm变化的线条)的范围内。这些写入铬的样品也被放入加热炉中并从800℃加热至1200℃，并且发现铬线的强度随温度而变化。

应当理解，以上描述旨在举例说明而不是限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可彼此结合使用。另外，可对本发明的各个实施例的教导在不脱离其范围的情况下进行多种修改以适合具体情况或材料。虽然本发明所述材料的尺寸和类型意图限定本发明的各个实施例的参数，但是这些实施例决不是限制性的，而只是实例性实施例。通过回顾以上描述，许多其它实施例对本领域的技术人员将显而易见。因此，本发明的各个实施例的范围应当参照所附权利要求书连同赋予给这种权利要求书的等同物的全部范围共同确定。在所附权利要求中，术语“包括”和“在其中”用作相应术语“包含”和“其中”的纯语言等同物。此外，在所附权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作描述词，而并非意图对其目标施加数字要求。此外，下面的权利要求书的限制并不按照部件加功能格式编写，并且不是意图根据35U.S.C.§112第六节来解释，除非这类权利要求限制明确使用短语“用于...的部件”加上没有其它结构的功能陈述。

该书面描述用实例来公开包括最佳模式的本发明的各个实施例，并且还使本领域技术人员能实施本发明的各个实施例，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明的各个实施例的可专利范围由权利要求所限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这种其它实例具有与所附权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果这些实例包括与所附权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件，则这种其它实例意图在所附权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种用于在线监测恶劣环境中的制品的光学方法，所述方法包括：

将所述制品暴露于所述恶劣环境；

使用高速图像采集系统采集与所述制品直接接触的发光传感器的图像；以及

使用高速数据处理系统分析所述图像以同时提供所述制品的温度图和所述制品的应变图。

2.根据权利要求1所述的光学方法，其特征在于，所述发光传感器通过直接写入工艺形成于所述制品上。

3.根据权利要求1或2所述的光学方法，其特征在于，所述发光传感器包括温度敏感的发光陶瓷材料，所述温度敏感的发光陶瓷材料包括稀土氧化物或氧化铬。

4.根据权利要求1或2所述的光学方法，其特征在于，所述发光传感器包括掺杂铬的氧化铝。

5.根据权利要求1或2所述的光学方法，其特征在于，所述发光传感器包括稀土氧化物。

6.根据权利要求1或2所述的光学方法，其特征在于，所述发光传感器是三维的。

7.一种监测系统，包括：

发光传感器，其与制品直接接触，

高速图像采集系统，其用于检测所述发光传感器的图像；以及

高速数据处理系统，其用于分析所述图像以同时提供所述制品的温度图和所述制品的应变图。

8.根据权利要求7所述的监测系统，其特征在于，所述发光传感器通过直接写入工艺形成于所述制品上。

9.根据权利要求7或8所述的监测系统，其特征在于，所述发光传感器包括温度敏感的发光陶瓷材料，所述温度敏感的发光陶瓷材料包括稀土氧化物或氧化铬。

10.根据权利要求7或8所述的监测系统，其特征在于，所述发光传感器包括掺杂铬的氧化铝。

11.根据权利要求7或8所述的监测系统，其特征在于，所述发光传感器包括稀土氧化物。

12.根据权利要求7或8所述的监测系统，其特征在于，所述发光传感器是三维的。

13.一种用于制造使用在恶劣环境中的制品的方法，所述方法包括：

通过直接写入工艺将发光传感器形成在所述制品的表面上；

使所述制品与高速图像采集系统和高速数据处理系统连接；以及

将所述高速图像采集系统和高速数据处理系统配置成采集在所述恶劣环境中的所述发光传感器的图像并且同时提供所述制品的温度图和所述制品的应变图。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述制品为涡轮机叶片。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述发光传感器是三维的。