CN105431761B - 具有用分离的管部分以容纳光学元件的光学探头 - Google Patents

Abstract

一种光学探头(10)，包括一个或多个光学元件(32)、用以容纳光学元件的内管(30)。内管可以由沿着内管的纵向轴彼此分离的至少两个协同操作的内部管段(34、36)构成。

Description

具有用分离的管部分以容纳光学元件的光学探头

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年8月15日提交的美国临时申请No.61/866,206的权益，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明大体涉及涡轮发动机的监测，更具体地涉及用于涡轮发动机监测的光学探头。

背景技术

虽然在本技术领域已经做出了很多改进，但是仍然需要用于对涡轮发动机中的感兴趣的高温区域进行监测的改进的装置和/或技术。

附图说明

本发明基于附图在以下描述中进行了解释，附图示出了：

图1是实施本发明的方面的光学探头的非限制性实施例的等距视图，其可以用于例如涡轮发动机的内燃机的各种部件的光监测。

图2是实施本发明的方面的光学探头的一个非限制实施例的大体横截面视图。

图3是实施了本发明的方面的光学探头的内管的等距视图，其中可以被理解为在一个非限制性实施例中，内管可以包括至少两个沿着内管的纵向轴彼此分离的内部管段。

图4是图示附接至另一个的内管的等距视图，并且进一步图示了光重定向元件(例如，棱镜、镜子)，其可以通过实施本发明的另一个方面的固定结构在内管的远端支持。

图5是图示与图4中图示的固定结构相结合的进一步细节的等距视图。

图6-8每一个图示可以与本文公开的用于检测涡轮发电机的光学探头结合应用的非限制性实施例的相应流程图。

图9示出了两个分离的管结构的相应的等距视图，其可以非对称地分叉以补偿材料的损耗以构建实施本发明的方面的光学探头。。

具体实施方式

本发明创新性地考虑了用于监测例如涡轮发动机的内燃机的组件的现有光学探头的适用性，可以基本通过包含各种光学元件的结构的单片(例如，单个片)构造来限制，该光学元件可以通过这种光学探头来利用以传输成像数据至成像传感器。在这种光学部件中任一个损坏的情况下，如果完全可行，获得可访问性以替换或修复任何这种部件基本上是繁重的。本发明进一步考虑当这种元件通过可以包含一个或多个棱镜的光学工作表面的环氧树脂来附接时，现有的光学探头的特定光学元件(例如，棱镜)的光学特性可以削弱。

根据本发明的一个或多个实施例，本文描述了有利于改进的光学探头的结构装置和/或技术。例如，代替单片结构，在一个非限制性实施例中，这种改进的光学探头可以提供沿着内管的纵向轴彼此分离的至少两个相对应的内部管段。在另一个非限制性实施例中，这种改进的光学探头可以提供不附加至光重定向元件(例如，棱镜、镜子)的光学工作表面的固定结构。在以下的详细描述中，阐述各种具体信息以便提供该实施例的贯穿理解。然而，本领域技术人员将理解本发明的实施例可以实施而没有这些具体细节，本发明并不限制于描述的实施例，并且本发明可以以各种替换实施例实施。其他可以被本领域技术人员很好理解的示例、方法、过程和部件并没有详细描述以避免不必要和冗余的解释。

此外，各种操作可以被描述为以有助于本发明的实施例的理解的方式执行的多个分离的步骤。然而，描述的顺序可以不被解释为暗示这些操作需要以呈现的顺序来执行，或者它们甚至是依赖于顺序的，除非进行了如此描述。此外，短语“在一个实施例中”的重复使用不必须指示相同的实施例，虽然也有可能是。最后，如在本申请中使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等旨在于同意义地除非另外指出。

图1是实施本发明的方面的光学探头10的非限制性实施例的等距视图，其可以用于例如涡轮发动机的内燃机14的各种部件(例如，叶片、翼等)的光学监测。光学探头10可以通过涡轮机外壳16中的观察口15来安装，并且可以部分地设置在用于发动机的高温工作气体的路径17中。圆圈19用于概念化通过光学探头10提供的场的一个非限制性示例。

图2是实施本发明的方面的光学探头10的一个非限制实施例的基本横截面视图。探头10可以包括配件20，其包括端口21和用于接收冷却流体的可控供应的集气室23，其在一个非限制性实施例中可以是气态氮(GN2)。探头10还可以包括在近端24连接至配件20以及在远端26连接至探头尖部28的中间的外部管22，其可以包括观察窗27并且其还可以限定用于清洗冷却流体(示意性地用箭头25表示)的开口。外部管22和探头尖部28可以被配置为在其相应的中空内部接收内管30，其还可以容纳至少一个光学元件(例如，一个或多个光透镜32，其可以布置为替续光学系统)。

图2还图示了成像传感器33，响应于设置在探头的视图的场中的涡轮发动机的一个或多个部件的成像数据，并且该成像数据可以通过替续光学系统被传输至成像传感器33。在一个非限制性实施例中的成像传感器33可以是红外(IR)相机(例如，可以以近红外光谱操作)或者其他合适的二维成像传感阵列。在一个非限制性实施例中，代替光学透镜，可以使用光纤以传输成像数据至成像传感器33。

图3是内管30的等距视图，其中可以被理解为在一个非限制性实施例中，内管30可以包括至少两个沿着内管30的纵向轴38彼此分离的协同操作的内部管段34、36。图3图示了在分离的状态中的内管34、36，而图4图示了在结合的状态中的内管34、36。也就是说，图4中图示的内部管段34、36附接至彼此。

图3还图示了可以用沿着内管30的纵向轴38的堆叠的一系列光学透镜40(例如，替继光学系统)填充的内部管段(例如，内部管段36)中的一个。在一个非限制性实施例中，至少一个光学间隔件42可以插入在至少一对光学透镜之间。在一个非限制性实施例中，内管30的内部管段34、36可以限定具有变化的直径的中空内部，如通过D1和D2的双向箭头概念上示意的，其进而允许容纳具有可变直径的光学元件。在一个非限制性实施例中，内管30可以包括形成在内管30的外部表面上的至少一个对准标号44。内管30可以还包括形成在其外部表面上的挡块44。在一个非限制性实施例中，内管30可以被配置为限定在其外部表面和外部管22的相应的内部表面以及探头尖部28之间的相应的环形间隔29、31(图2)。这些环形间隔件允许外部供应的冷却流体在这样的表面之间流动，并且该冷却装置被期待为避免相对贵的以及非常高温光学元件的需求，其另外可以被需要以便承受在涡轮发动机环境中遭受的相对高温度。此外，这样的冷却装置被期待为消除在探头中的相对高温波动，其否则将产生诸如由于光学元件的物理偏移和/或其中的结构的变形导致的光学畸变(例如，焦点波动)。虽然管段34、36不需要通过铰链附接至另一个，管段34、36可以概念上类推为蛤壳结构，用于包含并且影响包含在内管30的内部中的各种光学元件中的任一个(在需要时)的快速和不复杂的取回。

一种用于可移动地固定内部管段34、36至彼此的装置可以包括一个或多个固定元件。如图4中所图示的，固定元件的非限制性示例可以包括带48(例如，镍铬合金带)、定位焊50、螺纹固定元件52(例如，螺丝、螺栓和螺母)，其例如可以通过相应的开口53插入在相对应的对准接片上，以及两个或多个这种固定元件的组合。

图4进一步图示了光重定向元件54，其可以设置在内管30的远端56。在一个非限制性实施例中，光重定向元件54可以是棱镜(例如，三角形棱镜)，其可以通过未附接至光重定向元件54的光学工作表面58的固定结构57来在远端56处支持(例如，棱镜的后端)。在一个非限制性实施例中，固定结构57可以包括从具有附接至光重定向元件的对应的非光学工作表面的支持表面63(图5)的内部管段34、36的一个或多个凸起，诸如光重定向元件54的侧表面62(图4)。粘合剂的层64(图5)可以设置在支持表面63和光重定向元件54的相应的表面之间以建立这种表面之间的结合粘结。

在一个非限制性实施例中，凸起60可以在内管30的内部管段34、36的相应远端处集成地构建(例如，制造)。可以理解固定结构57不需要在内部管段34、36中集成地构建，因为如本领域技术人员可以理解的，在一个替换实施例中的固定结构57可以是分离的结构，其可以安装至内部管段34、36的相应远端处。可以理解用于光重定向元件54的可替换的形式可以包括布置用于重定向光的一个或多个反射表面(例如，镜子)。

如以上在图1-5的内容中所描述的，具有被配置为容纳至少一个光元件的分离的内部管段的光学探头可以被用于实施一种或多种方法，其在一个非限制性实施例中可以参考图6中所描述的流程图进行描述。

在开始步骤98之后，步骤100允许构建内管30(图3)以具有沿着内管30的纵向轴38彼此分离的至少两个相对应的内部管段34、36。而内部管段34、36彼此分离，步骤102允许将至少一个光学元件(例如图3中示出的光学透镜40、光学间隔件42)设置在内部管段34、36中的任一个中。如本领域技术人员可以理解的，内部管段34、36可以(例如，通过铰链元件)完全或部分彼此分离。因此，内部管段不需要完全彼此分离，因为内部管段34、36的部分分离(例如，类推为开口的蛤壳)将提供实际上对其相应内部未受阻止地进入以安装和/或取回其中的光学元件。

步骤104允许通过至少一个可移动的固定元件将相对应的内部管段34、36附接至彼此，其并没有限制地可以包括如图4中所示的带34、定点焊50、螺纹固定元件52。内管30可以然后与光学探头的其他部件组装(步骤106)，诸如插入至探头尖部28和外部管22，连接至配件20等(见图2)。在返回至步骤110之前，光学探头10可以然后安装(步骤108)在涡轮发动机14的观察口15(图1)中以监测涡轮发动机的至少一个部件(12)。如图1中可以理解的，光学探头10的至少一部分可以定位在涡轮发动机14的高温环境中。

在一个非限制性实施例中并且参考图7中所示出的流程图，在一个情况中，用于光学探头10的检修动作的(步骤114)可以需要在开始步骤112之后，光学探头10可以从涡轮发动机14的观察口14(图1)移动，并且内部管段34、36(图4)可以通过移除一个或多个固定元件而彼此分离。这允许从内部管段中的任一个中取回(步骤118)至少一个光学元件，例如，图3中所示的光学透镜40、光间隔件42，以确定关于这种光元件的下一步执行的检修动作。

在一个非限制性实施例中，检修动作可以包括替换或维修这种光元件。步骤120允许在内部管段34、36中的任一个中放置已被检修或构成用于任意取回的光学元件的替换件的至少一个光学元件。步骤122允许通过至少一个可移动的固定元件将两个相对应的内部管段34、36附接至彼此。步骤124允许将具有重新附接的内部管段的内管组装至光学探头中。在返回步骤128之前，步骤126允许重新安装光学探头30至涡轮发动机14的观察口15中以恢复对涡轮发动机的一个或多个部件的监测。

本发明人还考虑了划分(例如分割)通常涉及材料的特定有形损耗的物理结构。在管的传统对称分叉的情况下(例如，切割旨在于将管划分为沿着管的纵向轴的两个相等尺寸部分)，材料的损耗能够导致几何失真和/或由这种对称分叉导致的在两个管部分之间的安装不协调。因此，本发明人提出了两个不同管结构的创新的非对称分叉，其以简洁的和成本有效的方式解决了以上问题，并且例如可以有效地紧密地适应在管结构的内部中的圆柱形光学元件。

在一个非限制性实施例中并且参考图8中所示的流程图(以及图9中示出的相应的等距视图)，在开始步骤130之后，步骤132允许构建来自两个不同管结构的两个内部管段34、36(图3)，诸如图9中示出的管结构150和152。在一个非限制性实施例中，第一和第二内部管段的构建可以包括沿着其纵向轴151非对称的分叉(步骤134)两个不同管结构(例如，图9中的管结构150)中的一个以划分至相应的第一和第二管部分154、156。非对称分叉被布置为使得第一和第二管段(例如标记为C1的管段154)被定大小为补偿由于管结构150的分叉导致的管材料的损耗(概念性地由条158表示)。非对称的分叉可以被概念化为不再划分旨在于将管分为两个相等大小的部分。

第二个两个内部管段34、36的构建可以包括沿着其纵向轴(通过箭头153表示)的非对称性分叉两个不同管结构中的另一个(例如，管段152)以划分至相应的管部分160、162。选择非对称的分叉使得第一和第二管段中的一个(标记为C2的管部分162)被配置为补偿由于管结构152的分叉导致的管材料的损耗(概念性地由条164表示)。在返回步骤140之前，步骤138允许对管材料(例如标记为C1和C2的管部分)的损耗进行补偿的相应管部分进行分组。标记为C1和C2的分组的管部分构成用于内管30的两个内部管段34、36。在一个非限制性实施例中，删除并没有对管材料的损耗进行补偿的管部分154和160。

虽然已经使出和描述了本分买那个的各种实施例，很明显这些实施例仅是示例。对如本文阐述的发明的许多变型、变化和替代可以在不背离本发明的情况下进行。因此，本发明仅通过所附权利要求的精神和范围所限制。

Claims (15)

1.一种光学探头，包括：

至少一个光学元件；以及

内管，所述内管容纳所述至少一个光学元件，其中所述内管包括沿相应的接合线而彼此分离的至少两个协同操作的内部管段，所述接合线在沿所述内管的整个纵向长度上的纵向轴的方向上同轴地延伸，其中所述光学探头被构造成部分地设置在燃烧涡轮发动机中的热温燃烧气体的路径内，

其中所述内管还包括被形成在所述内管的外表面上的至少一个对准接头，并且所述接合线穿过所述至少一个对准接头，并且

至少两个所述内部管段由分组的管段构成，所述分组的管段通过对来自不同管结构并且通过沿所述纵向轴的非对称的分叉而构建的、并且被定大小为补偿由于管结构的所述分叉导致的管材料的损耗的管段进行分组而被形成。

2.根据权利要求1所述的光学探头，进一步包括用于将所述至少两个对应的内部管段可移动地固定至彼此的装置。

3.根据权利要求1所述的光学探头，进一步包括用以将所述至少两个协同操作的内部管段可移动地固定至彼此的至少一个固定元件，其中从由带、定位焊和螺纹固定元件构成的组中选择所述至少一个固定元件。

4.根据权利要求1所述的光学探头，其中，所述内部管的所述至少两个协同操作的内部管段限定了具有沿着所述纵向轴的变化的直径的中空内部。

5.根据权利要求1所述的光学探头，其中，所述至少一个光学元件包括沿着所述内部管的所述纵向轴堆叠的一系列光学透镜。

6.根据权利要求5所述的光学探头，进一步包括插入在至少一对所述光学透镜之间的至少一个光学间隔件。

7.根据权利要求1所述的光学探头，其中，所述内管包括形成在所述内管的外部表面上的挡块。

8.根据权利要求1所述的光学探头，进一步包括设置在所述内管的远端处的光重定向元件，其中所述光重定向元件在所述远端处通过未附接至所述光重定向元件的光学工作表面的固定结构来支持。

9.根据权利要求8所述的光学探头，其中，所述固定结构包括从所述内管段的至少一个凸起，所述凸起具有附接至所述光重定向元件的非光学工作表面的支持表面。

10.根据权利要求9所述的光学探头，其中，所述至少一个凸起集成地构建在所述内管的所述远端处。

11.根据权利要求9所述的光学探头，其中，进一步包括在所述支持表面和所述光重定向元件的所述非光学工作表面之间的粘合剂。

12.根据权利要求8所述的光学探头，其中，所述光重定向元件从由棱镜和镜子构成的组中进行选择。

13.根据权利要求8所述的光学探头，其中所述光重定向元件包括棱镜，并且进一步其中所述固定结构包括从所述内部管段的相应的凸起，每个凸起具有附接至所述棱镜的相对应的侧表面的支持表面。

14.根据权利要求13所述的光学探头，进一步包括设置在所述支持表面和所述棱镜的所述侧表面之间的粘合剂。

15.根据权利要求1所述的光学探头，进一步包括容纳所述内管的外管。

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