CN105716653A - 状态保持和自主的工业感应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及状态保持和自主的工业感应装置。具体而言，一种被动传感器构造成检测燃气涡轮的一个或更多个操作参数。该被动传感器联接到燃气涡轮。该被动传感器还构造成从一个或更多个操作参数提取一部分能量以用于操作、储存该一个或更多个操作参数的值的指示、根据该一个或更多个操作参数的值从第一机械状态过渡到第二机械状态、和响应于接收询问信号来提供信号。该信号包括该一个或更多个操作参数的值的指示。

Description

状态保持和自主的工业感应装置
技术领域
本文中公开的主题涉及感应装置，且更具体而言，涉及用于提供状态保持和自主的感应装置的系统和方法。
背景技术
某些旋转或固定机器，诸如发电机、涡轮、电动马达等，通常可包括多个传感器，以在操作期间测量机器的不同参数。测量此种机器的操作条件的传感器可经受严苛的条件(例如高温、高压等)，且有助于此种机械的最佳操作。传感器因而需要持续的功率，且保证频繁的维护和改装。而且，虽然对应于这些机器的日常或正常操作条件的一些操作参数可受到持续监测，但某些其他参数可保证不太频繁甚至是不定时发生的监测。因而，提供装备用于长期使用的传感器可能是有用的。
发明内容
在下面总结与原始要求保护的发明在范围方面相当的某些实施例。这些实施例不意图限制要求保护的发明的范围，相反，这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要总结。实际上，本发明可包含多种形式，它们可类似或不同于下面阐述的实施例。
在第一实施例中，被动传感器构造成检测燃气涡轮的一个或更多个操作参数。该被动传感器联接到燃气涡轮。该被动传感器还构造成从一个或更多个操作参数提取一部分能量以用于操作、储存该一个或更多个操作参数的值的指示、根据该一个或更多个操作参数的值从第一机械状态过渡到第二机械状态、和响应于接收询问信号(interrogationsignal)来提供信号。该信号包括该一个或更多个操作参数的值的指示。
在第二实施例中，系统包括涡轮系统和一个或更多个状态保持传感器，该状态保持传感器联接到涡轮系统，且构造成感应涡轮机系统的振动、应变、温度或压力。该一个或更多个状态保持传感器包括储存机构，该储存机构包括锁闭装置(latchingdevice)，该锁闭装置构造成响应于从所感应的振动、应变、温度或压力得到的能量来保持或改变机械状态。该储存机构的机械状态包括所感应的振动、应变、温度、或压力的值的指示。该一个或更多个状态保持传感器还包括通信电路，该通信电路构造成在接收到一个或更多个询问信号时提供所感应的振动、应变、温度、或压力的值的指示。
在第三实施例中，装置包括状态保持感应装置，该状态保持感应装置构造成检测外部系统的一个或更多个物理参数、从一个或更多个物理参数提取一部分能量以用于状态保持感应装置的操作、储存一个或更多个物理参数的值的非易变指示、和根据该一个或更多个物理参数的值从第一机械状态变成第二机械状态。在检测到询问信号时，且如果状态保持装置的切换器处于第一状态，则状态保持感应装置构造成接收询问信号的第一量的能量，且反射询问信号的该第一量的能量。如果状态保持装置的切换器处于第二状态，则状态保持感应装置构造成接收询问信号的第二量的能量，且反射询问信号的第二量的能量。反射询问信号的第二量的能量包括对外部装置提供一个或更多个物理参数的值的指示。该状态保持感应装置还构造成至少部分地基于询问信号将状态保持感应装置重置到第一机械状态。
技术方案1：一种被动传感器，构造成：
检测燃气涡轮的一个或更多个操作参数，其中，电被动传感器联接到所述燃气涡轮；
从所述一个或更多个操作参数提取一部分能量以用于操作；
储存所述一个或更多个操作参数的值的指示；
根据所述一个或更多个操作参数的值从第一机械状态过渡到第二机械状态；和
响应于接收询问信号来提供信号，其中，所述信号包括所述一个或更多个操作参数的值的指示。
技术方案2：根据权利要求1所述的被动传感器，其中，所述被动传感器包括构造成在一段时间内检测所述一个或更多个操作参数的被动传感器。
技术方案3：根据技术方案1所述的被动传感器，其中，所述被动传感器构造成响应于所述询问信号来无线地提供信号。
技术方案4：根据技术方案1所述的传感器，其中，所述被动传感器包括锁闭装置，所述锁闭装置包括微电机系统(MEMS)或纳电机系统(NEMS)，所述微电机系统(MEMS)或纳电机系统(NEMS)构造成通过在多个机械状态之间过渡来储存所述一个或更多个操作参数的值的指示。
技术方案5：根据技术方案4所述的被动传感器，其中，所述锁闭装置构造成通过利用一个或更多个被动多稳态结构来维持第一机械状态或第二机械状态。
技术方案6：根据技术方案4所述的被动传感器，其中，所述锁闭装置包括质量弹簧系统和一个或更多个多稳态结构，且其中，储存所述一个或更多个操作参数的值的指示包括将所述质量弹簧系统的质量锁闭成所述一个或更多个多稳态结构的机械状态。
技术方案7：根据技术方案4所述的被动传感器，其中，所述锁闭装置包括嵌齿轮和联接系统，且其中，所述嵌齿轮构造成响应于由所述嵌齿轮和联接系统从所述一个或更多个操作参数接收的能量而旋转，以储存所述一个或更多个操作参数的值的指示。
技术方案8：根据技术方案1所述的被动传感器，包括电磁能量检测电路，所述电磁能量检测电路构造成作为该一个或更多个检测到的操作参数的值的指示来改变阻抗。
技术方案9：根据技术方案1所述的被动传感器，其中，所述被动传感器构造成检测以下的一个或更多个操作参数：旋转机器、同步机器、异步机器、蒸汽涡轮、水力涡轮、航空发动机、风力涡轮、压缩机、燃烧器、过渡件、涡轮机的一部分、旋转构件、静止构件、或它们的任意组合。
技术方案10：根据技术方案1所述的被动传感器，其中，所述一个或更多个操作参数包括温度、压力、流速、流体水平、位移、加速度、速度、转矩、间隙、应变、应力、振动、电压、电流、湿度、电磁辐射、质量、磁通量、蠕变、裂纹、发热点、设备状态、金属温度、外部系统的健康、或它们的任意组合。
技术方案11：一种系统，包括：
涡轮机系统；和
一个或更多个状态保持传感器，其联接到所述涡轮系统且构造成感应所述涡轮系统的振动、应变、温度、或压力，包括：
储存机构，其包括锁闭装置，所述锁闭装置构造成响应于从所感应的振动、应变、温度、或压力得到的能量来保持或改变机械状态，其中，所述储存机构的机械状态包括所感应的振动、应变、温度、或压力的值的指示；和
通信电路，其构造成在接收到一个或更多个询问信号时无线地提供所感应的振动、应变、温度、或压力的值的指示。
技术方案12：根据技术方案11所述的系统，其中，所述通信电路包括电被动通信电路。
技术方案13：根据技术方案11所述的系统，其中，所述锁闭装置构造成响应于所述询问信号来重置机械状态。
技术方案14：根据技术方案11所述的系统，其中，所述储存机构构造成基于所感应的振动、应变、温度、或压力来保持或变成多个机械状态中的一个，且其中，所述多个机械状态中的各个对应于所感应的振动、应变、温度、或压力的不同值。
技术方案15：根据技术方案11所述的系统，其中，所述一个或更多个状态保持传感器构造成检测篡改。
技术方案16：根据技术方案15所述的系统，其中，所述篡改包括磁干扰。
技术方案17：一种装置，包括：
状态保持感应装置，其构造成：
检测外部系统的一个或更多个物理参数；
从所述一个或更多个物理参数提取一部分能量，以用于所述状态保持感应装置的操作；
储存所述一个或更多个物理参数的值的非易变指示；
根据所述一个或更多个物理参数的值从第一机械状态变成第二机械状态；和
在检测到询问信号时：
如果状态保持装置的切换器处于第一状态：
则接收所述询问信号；和
反射所述询问信号的第一量的能量；
如果所述状态保持装置的切换器处于第二状态；
则接收所述询问信号；
反射所述询问信号的第二量的能量，其中，第二量不同于第一量，且其中，该第二量的能量对外部装置提供所述一个或更多个物理参数的值的指示；和
至少部分地基于所述询问信号来将所述状态保持感应装置重置到第一机械状态。
技术方案18：根据技术方案17所述的装置，其中，所述状态保持感应装置构造成响应于所述询问信号或者无端地，无线地提供所述一个或更多个物理参数的值的指示。
技术方案19：根据技术方案18所述的装置，其中，所述状态保持感应装置构造成被动地、无线地提供所述一个或更多个物理参数的值的指示。
技术方案20：根据技术方案17所述的装置，其中，所述第二量的能量大于所述第一量的能量。
附图说明
当参照附图阅读下面的详细描述时，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，其中贯穿附图，类似的附图标记表示类似的部分，在附图中：
图1是根据本实施例的、包括一个或更多个状态保持感应装置的工业系统的实施例的框图；
图2是根据本实施例的、包含在图1的系统中的一个或更多个状态保持感应装置的实施例的框图；
图3是根据本实施例的、包含在一个或更多个状态保持感应装置中的测量检测和通信系统的实施例的框图；且
图4是例示根据本实施例的、有助于使用一个或更多个状态保持感应装置来被动地检测和储存操作和/或环境参数的过程的实施例的流程图。
具体实施方式
下面将描述本发明的一个或更多个特定实施例。为了提供这些实施例的简要描述，在说明书中未描述实际实现方式的所有特征。应当理解的是，在任何此种实际实现方式的开发中，如在任何工程或设计项目中一样，必须作出许多实现方式特定的决定，以实现开发者的特定目标，诸如与系统相关和商业相关的约束的合规性，其可从一个实现方式到另一实施方式变化。而且，应当理解，这种开发努力可为复杂且耗时的，但对受益于本公开的本领域技术人员来说，不过是设计、加工和制造的日常任务。
当介绍本发明不同实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意味着具有一个或更多个元件。用语“包括”、“包含”和“具有”意图为包含性的，且意味着可具有除所列元件之外的附加元件。
当前的实施例涉及一种状态保持和自主的感应装置，其可用于被动地检测和储存与例如工业机械、工业过程或需要长期和/或不频繁监测的各种其他应用相关的操作和/或环境参数。在某些实施例中，该感应装置可包括检测和通信系统，以及功率提取源。该功率提取源可用于从所感应的被测量提取能量，并且将提取的能量转换成电信号，以对感应装置供能。该检测和通信系统可包括电磁电路(例如，天线和阻抗匹配网络)和一个或更多个微电机系统(MEMS)或纳电机系统(NEMS)装置，它们可用于被动地检测和储存所感应的操作和/或环境参数的非易变值。在一个实施例中，可通过生成射频(RF)信号且检测从感应装置反射的(例如，被动地反射的)能量的量来读取由感应装置获得的参数的值。而且，因为感应装置可以既是被动又是自主的(例如，自操作的)，所以感应装置可允许在严苛环境中长期(例如，在日、月、年等的周期内)监测某些操作和/或环境参数，而不需要外部功率或频繁的维护、修理或改造。
实际上，虽然本实施例最初可能是关于用于涡轮系统和/或其他工业机械的状态保持和自主的传感器而论述的，但应当理解，在本文中描述的技术也可扩展到可用于各种应用中的任一种中的传感器，诸如，例如，用于医疗应用(例如，非侵入性感应、心脏监测)的传感器、安全相关的传感器(例如，监视、运动检测)、用于制造和分配应用(例如，产品制造和产品追踪系统)的传感器、油气勘探相关的感应装置(例如，可用于井下和海底环境中的传感器)、用于能量提取应用(例如，煤矿、隧道等)的传感器、用于航天应用的传感器等。如在本文中使用的，“被动”指的是如下状态，在该状态中，装置可变得能够自主地或者借助于一个或更多个环境条件来操作，使得该装置是自供能和/或自激活的。类似地，“被动”可指如下电子电路或装置，其不包含能量源，或在电路中包括消耗但不产生能量(例如，功率)的一个或更多个构件(例如，电阻器、电容器、电感器等)，否则将是采用主动装置(诸如晶体管)的情况那样。类似地，“被动”可指能够在没有外部功率源的情况下操作的构件或系统。类似地，“被动”可指能够在不使用需要外部功率源的任何电子器件的情况下操作的构件或系统。如在本文中使用的，“机械状态”可指如下物理状态，在该物理状态中，到其或从其开始的变化涉及装置或机器的一个或更多个机构的一个或更多个部分从一个稳定状态到另一稳定状态的物理运动。而且，用语“机械状态”可涵盖微电机系统(MEMS)、纳电机系统(NEMS)或其他系统的静止状态或过渡状态，该系统可包括响应于机械、电、化学、磁或其他物理摄动(perturbation)而移动或位移的一个或更多个移动部分。
考虑到前述内容，描述工业系统的实施例可能是有用的，诸如在图1中例示的示例工业系统10。实际上，虽然本实施例可关于燃气涡轮系统的例示(例如，如在图1中例示的)来论述，但应理解，在一些实施例中，工业系统10可包括其他类型的旋转机械，诸如但不限于：蒸汽涡轮系统、水力涡轮系统、一个或更多个压缩机系统(例如，航改压缩机、往复式压缩机、离心压缩机、轴向压缩机、螺杆式压缩机等)、一个或更多个电动马达系统，工业系统包括例如风扇、挤出机、吹风机、离心泵、航空发动机、风力涡轮、燃烧器、过渡件、工业机械的部分或构件(例如，旋转构件、静止构件)，或可包含在工厂或其他工业设施中的任何各种其他工业机械。如将理解的，在这种机械包括相对于静止结构旋转的构件的情况下，这种旋转背景一般不适于旋转和静止构件之间的硬接线连接。此外，如在本文中论述的，适当的机械或系统可放置在严苛的环境中或者包含严苛的环境，且因此不适于放置电子设备。例如，在本文中论述的机械或系统可包括或者限定构成严苛环境的空间或通道(例如，经历以下中的一个或更多个的内部、外部或机器内环境：大于或等于300℃、500℃、1200℃或更大的温度、在近似1000磅每平方英寸(psi)和18000psi之间的压力、近似5密耳和20密耳之间的振动、近似5000转每分钟(rpm)和17500rpm之间的速度、等等)。此外，如上所述，在本文中论述的技术可用在除工业应用之外的各种应用中的任一种中。
如图1所示，工业系统10可包括燃气涡轮系统12、监测系统14、和燃料供应系统16。燃气涡轮系统12可包括压缩机20、燃烧系统22、燃料喷嘴24、涡轮26、和排气区段28。在操作期间，燃气涡轮系统12可将空气30吸引到压缩机20中，压缩机20此后可压缩空气30，并且使空气30移动到燃烧系统22(例如，其可包括多个燃烧器)。在燃烧系统22中，燃料喷嘴24(或多个燃料喷嘴24)可注射燃料，该燃料与压缩空气30混合，以形成例如空气-燃料混合物。
空气-燃料混合物可在燃烧系统22中燃烧，以生成热燃烧气体，该热燃烧气体向下游流入涡轮26中，以驱动一个或更多个涡轮26级。例如，燃烧气体移动通过涡轮26，以驱动涡轮26叶片的一个或更多个级，它们又驱动轴32旋转。轴32可连接到负载34，诸如发电机，其利用轴32的转矩来产生电。在行进穿过涡轮26之后，热燃烧气体可借助于排气区段28作为废气36排到环境中。废气36可包括诸如二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)等的气体。
在某些实施例中，系统10还可包括多个状态保持感应装置40(例如，传感器)和询问装置或读取器42。询问装置或读取器42可以经由天线43或其他收发器装置从状态保持感应装置40接收数据。在某些实施例中，状态保持感应装置40可包括可用于对询问装置或读取器42提供各种操作数据的各种任意传感器中的任一种，包括例如压缩机20的压力和温度、涡轮26的速度和温度、压缩机20和涡轮26的振动、废气36中的CO2水平、燃料31中的碳含量、燃料31的温度、压缩机20和涡轮26的温度、压力、间隙(例如，压缩机20和涡轮26之间的距离，和/或可包含在工业系统10内的其他静止和/或旋转构件之间的距离)、火焰温度或强度、振动、燃烧动态(例如，压力波动、火焰强度等)、来自负载34的负载数据等。应当理解，前述参数仅是为了举例而包含的。在其他实施例中，状态保持感应装置40可用于测量各种被测量中的任一者，包括但不限于：温度、压力、流速、流体水平、位移、加速度、速度、转矩、间隙、应变、应力、振动、电压、电流、湿度、电磁辐射、质量、磁通量、蠕变、裂纹、发热点(例如，热点、)、设备状态、金属温度、系统健康等。而且，状态保持感应装置40可用于耐受一个或更多个严苛环境(例如，内部环境、外部环境或内部机器环境包括以下中的一个或更多个：大于或等于300℃、500℃、1200℃或更高的温度、近似1000磅每平方英寸(psi)和18000psi之间的压力、近似5密耳和20密耳之间的振动、近似5000转每分钟(rpm)与17500rpm之间的速度等)和在其内操作，在该环境中，主动电子装置通常可故障或者变得不能操作。
在某些实施例中，读取器42可用于周期性地(例如，每天、每月、每年、每年两次等)或连续地(例如，按分钟间隔、每小时地)从状态保持感应装置40获取数据，以作为工业系统10的一个或更多个构件(例如，压缩机20、涡轮26、燃烧器22、负载34等)的操作条件和/或其他环境特性的指示。读取器42还可用于重置状态保持感应装置40。类似于读取器42，状态保持感应装置40也可包括用于与读取器42通信的天线46或其他收发器装置。如将进一步理解的，状态保持感应装置40可包括被动(例如，自供能并且包括非主动电子装置)装置，其可用于被动地检测和储存与工业系统10或其他类似系统或环境相关的操作和/或环境参数。
在某些实施例中，如图2所例示的，状态保持感应装置40可包括测量检测和通信系统48、和功率提取源50。如前所述，状态保持感应装置40可包括一个或更多个被动(例如，能够自主操作或能够准自主操作的)装置，使得状态保持感应装置40可在不使用外部功率源的情况下检测和储存操作参数。此外，由于状态保持感应装置40可被动地监测某些操作和/或环境参数，故状态保持感应装置40可用于长时间周期(例如，日、月、年等)地监测和储存这些参数，而不需要外部功率源或通过维修、修理或改造进行的过多的人为干预。在一个或更多个实施例中，可执行这种监测，而不依靠常规的功率收获或能量收获装置。
如进一步所示的，检测和通信系统48可通信地连接到功率提取源50。例如，在操作期间，在通过检测和通信系统48来检测被测量(例如，操作和/或环境参数)时，功率提取源50可从测量的操作和/或环境参数提取能量，且可临时地储存所提取的能量，以例如供检测和通信系统48使用。在一个实施例中，检测和通信系统48以及功率提取源50可将被测量(例如，温度、压力、流速、流体水平、位移、加速度、速度、转矩、间隙、应变、应力、振动、电压、电流、湿度、电磁辐射、质量、磁通量、蠕变、裂纹、发热点、设备状态、金属温度、系统健康等)转换成用于功率的电信号。在一个实施例中，功率提取源50可包括被动能量收获装置(例如，光电装置、压电装置、热电发电机[TEG]、或其他类似的能量收获装置)，它们可用于从被测量和/或一个或更多个环境源提取能量。如将进一步理解的，检测和通信系统48可包括电磁电路(例如，天线和阻抗匹配网络)和一个或更多个微电机系统(MEMS)或纳电机系统(NEMS)装置，它们可用于被动地检测和储存与工业系统10或其他类似的系统或环境相关的被测量(例如，操作和/或环境参数)。特别地，检测和通信系统48的一个或更多个构件可改变所感应的被测量上的物理状态，其可包括化学、电气或机械物理状态。
例如，如图3所例示的，检测和通信系统48可包括电磁电路51(例如，RF电路)。如所述的，电磁电路51可包括天线46和阻抗匹配网络，阻抗匹配网络可包括源阻抗52(例如，ZA)、特性阻抗54(例如，Z0)、负载阻抗56(例如，ZL)和锁闭装置58。在某些实施例中，基于锁闭装置58是处于打开位置还是关闭位置，电磁电路51的总阻抗可经历变化。阻抗的变化可指示所感应和/或被检测的被测量的值。特别地，在某些实施例中，特性阻抗54(例如，Z0)可设置成预定的值(例如，近似50Ω)。类似地，源阻抗52(例如，ZA)也可设置成预定的值(例如，近似50Ω或者近似10-100Ω)。
因此，当在天线46处检测到电磁信号(例如，RF询问信号)时，且当锁闭装置处于打开位置时，可发生电磁信号的能量的完全传递。然而，负载阻抗56(例如，ZL)可能一般不与源阻抗52(例如，ZA)和特性阻抗54(例如，Z0)匹配。因此，在某些实施例中，当锁闭装置58处于关闭位置时，可将负载阻抗56(例如，ZL)引入电磁电路51中。这因而可在电磁电路51中形成阻抗的变化。而且，因为例如在源阻抗52(例如，ZA)和特性阻抗54(例如，Z0)与负载阻抗56(例如，ZL)之间的阻抗的不匹配(例如，对应于ZA||Z0≠ZL *的情况)，可发生在天线46处检测的电磁能量的强反射。电磁信号(例如，RF询问信号)的从状态保持感应装置40回到例如读取器42的此种强反射可指示所感应的被测量的值。而且，一旦已获得所感应的被测量的值，则由读取器42生成的电磁信号(例如，RF询问信号)可用于重置(例如，重置或恢复物理状态)状态保持感应装置40，以再次开始监测或继续监测。
在某些实施例中，如图3中进一步描述的，锁闭装置可包括一个或更多个MEMS或NEMS装置。例如，在一个实施例中，锁闭装置可包括质量弹簧系统60(例如，60A和60B)。特别地，质量弹簧系统60A可代表静止或尚未储存所感应的被测量时间期间的质量弹簧系统60。另一方面，质量弹簧系统60B可代表已检测和/或储存了所感应的被测量时的质量弹簧系统60。如所例示的，质量弹簧系统60可包括检验质量62(例如，检验质量62A和62B)、包含弹簧常数k的弹簧64(例如，64A和64B)，和多个多稳态结构66(例如66A和66B)。在一个实施例中，检验质量62可包括可用于在弹簧64上施加力的任何材料(例如，硬质或软质材料)。在其他实施例中，检验质量62可包括用于当质量弹簧系统60例如作为磁场或电流传感器操作时使用的软质或硬质磁性材料。
参照质量弹簧系统60B，基于所感应的被测量(例如，温度、压力、流速、流体水平、位移、加速度、速度、转矩、间隙、应变、应力、振动、电压、电流、湿度、电磁辐射、质量、磁通量、蠕变、裂纹、发热点、设备状态、金属温度、系统健康等)，可响应于被测量的能量而发生检验质量62B和弹簧64B的被动位移。这可导致检验质量62B锁闭至多稳态结构66B(例如，双稳态结构)。在另一实施例中，质量弹簧系统60可包括质量(例如，检验质量62)、弹簧(例如，弹簧64)，和额外的阻尼元件，且例如可模制为集总元件模型。
在某些实施例中，检验质量62B的位移，且甚至是由多稳态结构66B(例如，双稳态结构)引起的检验质量62B的锁闭可对应于所感应的被测量的值的储存。例如，如进一步例示的，变为由第一对多稳态结构66B锁闭的检验质量62B可代表被测量的第一值的储存，而检验质量62B的由所例示的第二对多稳态结构引起的锁闭代表所感应的被测量的第二值的储存。在其他实施例中，质量弹簧系统60(例如，60A和60B)可包括多对或多组(例如，3、4、5、6、7、8或更多个)多稳态结构66(例如，双稳态结构66A和66B)，以储存一个或更多个所感应的被测量的任意数量的值。将检验质量62B锁闭到多稳态结构66B组中的任一者还可对应于锁闭装置58从打开位置切换到关闭位置。如前所述，电磁电路51然后可后形成闭合电路，且因此可发生电磁电路51的总阻抗的变化。阻抗的变化可指示所感应的被测量的值。然后，可通过读取器42，例如通过由状态保持感应装置40反射的电磁信号(例如，RF询问信号)的反射，来获得所感应的被测量的值。以此方式，状态保持感应装置40可被动地检测和储存被测量，而不使用外部功率源或通过维修、修改或改造进行的过多的人为干扰。
在其他实施例中，如图3进一步描述的，锁闭装置58可包括嵌齿轮和联接系统68。在一些实施例中，嵌齿轮和联接系统68可包括化学联接系统、电联接系统、或机械联接系统。如所例示的，嵌齿轮和联接系统68可包括隔膜69、嵌齿轮70(例如，有齿轮或机械齿轮)、和联接到悬挂装置69的杠杆装置72。在一个实施例中，嵌齿轮和联接系统68一般可用于感应压力被测量。然而，应当理解，嵌齿轮和联接系统68还可用于感应和储存各种其他多种操作参数中的任一种，诸如，例如温度、流速、流体水平等。
在操作期间，嵌齿轮70可响应于所感应的被测量的检测和储存(例如，非易变储存)而旋转。特别地，在力(例如，压力)施加于隔膜69时，杠杆72可导致嵌齿轮70从例如嵌齿轮70的齿74A旋转到例如嵌齿轮70的齿74B。嵌齿轮和联接系统68(例如，隔膜系统)的该变化或状态变化(例如，嵌齿轮70的旋转)可对应于所感应的被测量的储存(例如，非易变储存)。在一个实施例中，嵌齿轮70还可包括伸长的齿76，该伸长的齿76在一些实施例中可包括传递电压信号以关闭锁闭装置58的电极。如上所述，电磁电路51然后可形成闭合电路，且因而可发生电磁电路51的总阻抗的变化。该阻抗变化可指示所感应的被测量的值。然后可由读取器42获得所感应的被测量的值，例如，通过状态保持感应装置40反射的电磁信号(例如，RF询问信号)的反射。在另一实施例中，电磁电路51，且甚至是锁闭装置58系统，还可用于检测或指示状态保持感应装置40的篡改(tampering)。例如，外来磁干扰(例如，除了由读取器42提供的授权的读取信号之外的干扰)可导致锁闭装置58MEMS或NEMS系统至少部分地改变物理状态。当执行状态保持感应装置40的随后的读取时，可确定该外来磁干扰。
然而，在另一实施例中，如图3进一步例示的，锁闭装置58可包括短接棒和被测量响应元件系统。在某些实施例中，短接棒和响应元件系统包括化学响应系统、电响应系统、或机械响应系统。如所例示的，短接棒和响应元件系统可包括短接棒75、联接于短接棒75的响应元件76(例如，温度响应元件)、和联接于响应元件76的支撑点77。在操作期间，可包括一种或更多种双金属的响应元件76可响应于所感应的被测量的检测和储存(例如，非易变储存)而伸长或缩回(例如，改变长度)并且/或者膨胀或收缩(例如，改变形状)。在一个实施例中，短接棒和响应元件系统通常可用于感应温度被测量。然而，应当理解，短接棒和响应元件系统还可用于感应和储存各种其他操作参数中的任一种，诸如，例如压力、应变、应力、振动等。
现在转到图4，表示流程图，其例示可用于通过使用例如图2中描述的状态保持感应装置40来被动地检测和储存操作和/或环境参数的过程80的实施例。过程80可以以状态保持感应装置40检测(框82)和接收一个或更多个操作参数开始。如前所述，状态保持感应装置40可检测和/或接收温度、压力、流速、流体水平、位移、加速度、速度、转矩、间隙、应变、应力、振动、电压、电流、湿度、电磁辐射、质量、磁通量、蠕变、裂纹、发热点、设备状态、金属温度、系统健康、或与例如工业系统10或其他类似系统相关的各种其他操作和/或环境参数。
过程80然后可以以状态保持感应装置40从一个或更多个操作参数生成(框84)提取一部分能量来继续。例如，状态保持感应装置40可包括功率提取源50，功率提取源50可用于从测量的操作和/或环境参数提取能量，且可临时储存供状态保持感应装置40使用的提取的能量。状态保持感应装置40然后可储存(框86)操作参数的相应值的指示。例如，如上面关于图2和3所述的，状态保持感应装置40可包括电磁电路51(例如，天线和阻抗匹配网络)和一个或更多个MEMS或NEMS装置，它们可用于被动地检测和储存操作和/或环境参数。
过程80然后可以以状态保持感应装置40根据操作参数的相应值改变(框88)状态来结束。例如，状态保持感应装置40可改变物理状态(例如，化学地、电地或机械地)，以借助响应于传递到状态保持感应装置40的电磁读取信号(例如，RF询问信号)而反射的电磁能量来提供所感应的操作和/或环境参数的一个或更多个值的指示。以此方式，状态保持感应装置40可被动地检测和储存被测量，而不使用外部功率源或通过维修、修改或改造进行的过多的人为干扰。
本发明的技术效果与状态保持和自主的感应装置有关，其可用于被动地检测和储存与例如工业机械、工业过程或需要长期和/或不频繁的监测的各种其他应用相关的操作和/或环境参数。在某些实施例中，感应装置可包括检测和通信系统和功率提取源。功率提取源可用于从所感应的被测量提取能量，且将提取的能量转换成电信号，以对感应装置供能。检测和通信系统可包括电磁电路(例如，天线和阻抗匹配网络)和一个或更多个微电机系统(MEMS)或纳电机系统(NEMS)装置，它们可用于被动地检测和储存所感应的操作和/或环境参数的非易变值。在一个实施例中，由感应装置获得的参数的值可以通过生成射频(RF)信号并且检测从感应装置反射(例如，被动地反射)的能量的量来读取。而且，因为感应装置可以既是被动又是自主的(例如，自操作的)，所以感应装置可允许在严苛的环境中长期(例如，在天、月、年等的周期内)监测某些操作和/或环境参数，而不需要外部功率或频繁的维修、修理或改造。
本书面描述使用例子公开了本发明，包括最佳实施方式，且使任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和执行任何合并的方法。本发明的可申请专利的范围由权利要求限定，且包括本领域技术人员想到的其他例子。如果这些其他例子具有与权利要求的字面语言相同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构元件，则认为它们在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种被动传感器，构造成：
检测燃气涡轮的一个或更多个操作参数，其中，电被动传感器联接到所述燃气涡轮；
从所述一个或更多个操作参数提取一部分能量以用于操作；
储存所述一个或更多个操作参数的值的指示；
根据所述一个或更多个操作参数的值从第一机械状态过渡到第二机械状态；和
响应于接收询问信号来提供信号，其中，所述信号包括所述一个或更多个操作参数的值的指示。
2.根据权利要求1所述的被动传感器，其中，所述被动传感器包括构造成在一段时间内检测所述一个或更多个操作参数的被动传感器。
3.根据权利要求1所述的被动传感器，其中，所述被动传感器构造成响应于所述询问信号来无线地提供信号。
4.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述被动传感器包括锁闭装置，所述锁闭装置包括微电机系统(MEMS)或纳电机系统(NEMS)，所述微电机系统(MEMS)或纳电机系统(NEMS)构造成通过在多个机械状态之间过渡来储存所述一个或更多个操作参数的值的指示。
5.根据权利要求4所述的被动传感器，其中，所述锁闭装置构造成通过利用一个或更多个被动多稳态结构来维持第一机械状态或第二机械状态。
6.根据权利要求4所述的被动传感器，其中，所述锁闭装置包括质量弹簧系统和一个或更多个多稳态结构，且其中，储存所述一个或更多个操作参数的值的指示包括将所述质量弹簧系统的质量锁闭成所述一个或更多个多稳态结构的机械状态。
7.根据权利要求4所述的被动传感器，其中，所述锁闭装置包括嵌齿轮和联接系统，且其中，所述嵌齿轮构造成响应于由所述嵌齿轮和联接系统从所述一个或更多个操作参数接收的能量而旋转，以储存所述一个或更多个操作参数的值的指示。
8.根据权利要求1所述的被动传感器，包括电磁能量检测电路，所述电磁能量检测电路构造成作为该一个或更多个检测到的操作参数的值的指示来改变阻抗。
9.根据权利要求1所述的被动传感器，其中，所述被动传感器构造成检测以下的一个或更多个操作参数：旋转机器、同步机器、异步机器、蒸汽涡轮、水力涡轮、航空发动机、风力涡轮、压缩机、燃烧器、过渡件、涡轮机的一部分、旋转构件、静止构件、或它们的任意组合。
10.根据权利要求1所述的被动传感器，其中，所述一个或更多个操作参数包括温度、压力、流速、流体水平、位移、加速度、速度、转矩、间隙、应变、应力、振动、电压、电流、湿度、电磁辐射、质量、磁通量、蠕变、裂纹、发热点、设备状态、金属温度、外部系统的健康、或它们的任意组合。
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