CN106813566A - 用于监测构件应变的系统及方法 - Google Patents

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B.J.杰曼
W.F.兰森
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Abstract

提供了一种用于监测构件的系统。系统可包括构造在构件上的应变传感器、用于分析应变传感器的电场扫描器，以及与电场扫描器可操作通信的处理器。处理器可能够操作用于沿相互正交的X轴和Y轴测量横跨应变传感器的电场值来获得数据点集。处理器还可能够操作用于基于数据点集汇编应变传感器的场分布图。还提供了使用系统的方法。

Description

用于监测构件应变的系统及方法
技术领域
本公开大体上涉及用于监测构件应变的系统及方法，并且更具体地涉及提供电场测量和定位在构件上的应变传感器的扫描的系统及方法。
背景技术
遍及各种工业应用，设备构件经受许多极端状态(例如，高温、高压、大应力负载等)。随着时间的过去，设备的独立构件可遭受可缩短构件的使用寿命的蠕变和/或变形。例如，此类担心可应用于一些涡轮机。
涡轮机广泛用于如发电和飞行器发动机的领域中。例如，常规燃气涡轮系统包括压缩机区段、燃烧器区段和至少一个涡轮区段。压缩机区段构造成在空气流动穿过压缩机区段时压缩空气。空气接着从压缩机区段流动至燃烧器区段，在该燃烧器区段中，其与燃料混合并且燃烧，生成热气体流。热气体流提供至涡轮区段，该涡轮区段通过从其抽取能量以对压缩机、发电机和其它各种负载供能来使用热气体流。
在涡轮机的操作期间，涡轮机内和特别是涡轮机的涡轮区段内的各种构件如涡轮叶片可经受由高温和高应力引起的蠕变。对于涡轮叶片，蠕变可引起整个叶片的部分或整个叶片伸长，以使叶片末端接触静止结构，例如，涡轮壳体，并且在操作期间潜在地引起不需要的振动和/或降低的性能。
因此，合乎需要的是针对蠕变监测构件。针对蠕变监测构件的一个途径在于将应变传感器构造在构件上，并且以各种间隔分析应变传感器来监测与蠕变应变相关联的变形。然而，此类变形可在许多情况中为原始大小的大约0.01%，因此需要用于应变监测的专门装备。
例如，专门装备可用于获得应变传感器的视觉图像，并且针对相关联的构件比较在不同时间处取得的图像中的应变传感器的大小。典型地，沿两条轴线的大小可在此类图像中直接地测量，而沿第三轴线的大小可推断出。然而，此类途径大体上需要至传感器和构件的直接视线。可需要大量空间和拆卸以便测量构件。结果，关于大多数现有系统，在原地测量可为困难的(如果不是不可能的)。
因此，用于监测构件应变的备选系统和方法是本领域中期望的。具体而言，系统和方法需要较少空间，并且容许在组装的设备上进行在原地测量。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可从描述为明显的，或者可通过本发明的实践学习。
根据本公开的一个实施例，提供了一种用于监测构件的系统。系统可包括构造在构件上的应变传感器、用于分析应变传感器的电场扫描器，以及与电场扫描器可操作通信的处理器。处理器可能够操作用于沿相互正交的X轴和Y轴测量横跨应变传感器的电场值来获得数据点集。处理器还可能够操作用于基于数据点集汇编应变传感器的场分布图。
根据本公开的另一个实施例，提供了一种用于监测构件的方法。该方法可包括沿相互正交的X轴和Y轴测量横跨构造在构件上的应变传感器的电场值来获得第一数据点集的步骤。该方法还可包括基于第一数据点集汇编应变传感器的第一场分布图的步骤。
技术方案1. 一种用于监测构件的系统，所述系统包括：
构造在所述构件上的应变传感器；
用于分析所述应变传感器的电场扫描器；以及
与所述电场扫描器可操作通信的处理器，所述处理器能够操作用于：
沿相互正交的X轴和Y轴测量横跨所述应变传感器的电场值以获得数据点集，以及
基于所述数据点集汇编所述应变传感器的场分布图。
技术方案2. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述电场扫描器包括涡流线圈。
技术方案3. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述电场扫描器包括霍尔效应探头。
技术方案4. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述电场扫描器包括传导性探头。
技术方案5. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述电场扫描器包括电容探头。
技术方案6. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述处理器能够进一步操作用于计算正交于所述X轴和所述Y轴的Z轴中的一个或更多个Z轴数据点，以及基于所述数据集和所述一个或更多个Z轴数据点汇编所述应变传感器的三维分布图。
技术方案7. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述构件由具有第一传导值的材料形成，并且其中所述应变传感器包括具有不同于所述第一传导值的第二传导值的检测材料。
技术方案8. 根据技术方案7所述的系统，其特征在于，所述检测材料的所述第二传导值大于所述构件的所述第一传导值。
技术方案9. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述构件包括具有基部和热障涂层的涡轮构件，并且其中所述应变传感器设置在所述基部与所述热障涂层之间。
技术方案10. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述处理器能够进一步操作用于比较多个场分布图。
技术方案11. 一种用于监测构件的方法，所述方法包括：
沿相互正交的X轴和Y轴测量横跨构造在所述构件上的应变传感器的电场值以获得第一数据点集；以及
基于所述第一数据点集汇编所述应变传感器的第一场分布图。
技术方案12. 根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述测量步骤包括在所述X轴和所述Y轴上横跨所述应变传感器且在正交于所述X轴和所述Y轴的Z轴上平行于所述应变传感器定位所述电场扫描器。
技术方案13. 根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括计算正交于所述X轴和所述Y轴的Z轴中的第一Z轴数据点，所述计算基于所述第一数据点集，其中汇编第一场分布图包括基于所述第一数据点集和所述第一Z轴数据点汇编所述应变传感器的第一三维分布图。
技术方案14. 根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述测量步骤包括以涡流线圈测量涡流电场。
技术方案15. 根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述测量步骤包括以霍尔效应探头测量霍尔电磁场。
技术方案16. 根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述测量步骤包括以传导性探头测量传导性的变化。
技术方案17. 根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述测量步骤包括以电容探头测量电容的变化。
技术方案18. 根据技术方案14所述的方法，其特征在于，所述测量步骤还包括：
使穿过所述涡流线圈的电流交变，由此感生初始电磁场，以及
检测二次电磁场，其包括在所述应变传感器处生成的涡流场。
技术方案19. 根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述测量步骤在第一时间处发生，并且所述方法还包括：
在第二时间处沿所述X轴和所述Y轴测量所述应变传感器以获得第二数据点集，所述第二时间不同于所述第一时间；以及
基于所述第二数据点集汇编所述应变传感器的第二场分布图。
技术方案20. 根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述应变传感器的所述第一场分布图与所述应变传感器的第二场分布图相比较。
本发明的这些及其它的特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更好理解。并入在本说明书中并且构成本说明书的部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同描述用于阐释本发明的原理。
附图说明
包括针对本领域技术人员的其最佳模式的本发明的完整且开放的公开在参照附图的说明书中阐述，在该附图中：
图1为根据本公开的一个或更多个实施例的包括电场扫描器和应变传感器的示例性构件的透视图；
图2为根据本公开的一个或更多个实施例的包括电场扫描器和处理器的示例性构件的示意图；
图3为根据本公开的一个或更多个实施例的示例性应变传感器实施例的俯视图；
图4为根据本公开的一个或更多个实施例的设置在应变传感器之上的电场扫描器的示意性侧视图；
图5为根据本公开的一个或更多个实施例的设置在应变传感器之上的电场扫描器的放大透视图；以及
图6为示出根据本公开的一个或更多个实施例的用于监测构件的方法的流程图。
部件列表
10 构件
11 外表面
40 应变传感器
41 基准点
42 基准点
45 负空间
47 独特标识符
60 电场扫描器
62 热障涂层
64 (涡轮构件的)基部
66 电探头
68 柔性矩阵阵列
70 涡流线圈
72 驱动线圈绕组
74 感测线圈绕组
76 中间层连接
100 处理器
200 方法
210 方法步骤
220 方法步骤
230 方法步骤
240 方法步骤
250 方法步骤
D 距离
L (传感器的)长度
W (传感器的)宽度
T (传感器的)厚度。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，其一个或更多个实例在附图中示出。各个实例经由阐释本发明提供，而不限制本发明。实际上，对本领域技术人员而言将显而易见的是，可在本发明中作出各种改型和变型，而不脱离本发明的范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的部分的特征可与另一个实施例一起使用以产生又一个实施例。因此，意图是，本发明覆盖归入所附权利要求和它们的等同物的范围内的此类改型和变型。
现在参照图1和2，构件10示为具有应变传感器40，其构造在构件的外表面11的一部分上。如所示，场扫描器60可设置在应变传感器40和/或外表面11之上。构件10(以及更具体而言，整个构件10的基质11)可包括用于多种不同应用中的多种类型的构件，如例如，用于高温应用中的构件(例如，包括镍基或钴基超级合金的构件)。在一些实施例中，构件10可包括工业燃气涡轮或蒸汽涡轮构件，如，燃烧构件或热气体路径构件。在一些实施例中，构件10可包括涡轮叶片、压缩机叶片、导叶、喷嘴、护罩、转子、过渡件或壳体。在其它实施例中，构件10可包括涡轮的任何其它构件，如，用于燃气涡轮、蒸汽涡轮等的任何其它构件。在一些实施例中，构件可包括非涡轮构件，其包括但不限于汽车构件(例如，汽车、卡车等)、航空航天构件(例如，飞机、直升机、航天飞机、铝部件等)、机车或轨道构件(例如，火车、火车轨道等)、结构、基础设施或土木工程构件(例如，桥梁、建筑物、建筑装备等)，以及/或发电装置或化学处理构件(例如，用于高温应用中的管)。
根据本公开的应变传感器40可使用任何适合的技术构造在构件10上，该任何适合的技术包括沉积技术；适合的添加制造技术；或使用适合的安装设备或技术如粘合、焊接、硬钎焊等的之前形成的应变传感器40的安装。在一些实施例中，应变传感器40包括检测材料，其构造成具有与构件10的材料显著不同的传导性。例如，在示例性实施例中，构件10由具有第一传导值的材料形成，而应变传感器40包括具有不同于第一传导值的第二传导值的检测材料。在又一个实施例中，第二传导值大于第一传导值。在某些实施例中，应变传感器40的检测材料包括相对高的传导性的材料。具体而言，应变传感器40可包括铂、铜、铝、金或另一高传导性金属。在可选实施例中，应变传感器40的检测材料包括相对低的传导性的材料。例如，应变传感器40的检测材料可包括钨或具有低传导性的金属或陶瓷材料。
现在参照图1至3，应变传感器40的示例性实施例构造在构件10的外表面11的一部分上。图1中所示的示例性构件10实施例包括涡轮构件，其包括涡轮叶片。然而，构件10可包括各种附加或备选的构件，如上文所述。如所示，电场扫描器60可选择性地置于应变传感器40之上和/或与应变传感器40接触来分析应变传感器40。处理器100可与电场扫描器60可操作通信，以测量横跨应变传感器40的电场值，如将在下文所述。
应变传感器40大体上包括至少两个基准点41和42，应变传感器40可用于以多个时间间隔测量所述至少两个基准点41和42之间的距离D。如本领域技术人员将认识到的，这些测量结果可有助于确定构件10的该区域处的应变量、应变率、蠕变、疲劳、应力等。至少两个基准点41和42可取决于特定构件10设置在多种距离处和多种位置，只要可测量其间的距离D。此外，至少两个基准点41和42可包括点、线、圆、框或任何其它几何形状或非几何形状，只要它们能够被一致地识别，并且可用于测量其间的距离D。
应变传感器40可包括多种不同的构造和截面，如通过并入多种不同形状、尺寸和位置的基准点41和42。例如，如图3中所示，应变传感器40可包括多种不同的基准点，其包括各种形状和尺寸。此类实施例可提供更多种的距离测量结果D，如在最外基准点(如图所示)之间、在两个内部或外部基准点之间，或其间的任何组合。更多种还可通过提供横跨更多种的位置的应变测量结果来提供对构件10的特定部分的更稳健的应变分析。
此外，应变传感器40的大小可取决于例如构件10、应变传感器40的位置、测量结果的目标精度、应用技术和电场测量技术。例如，在一些实施例中，应变传感器40可包括范围从小于1毫米到大于300毫米的长度L和宽度W。可选地，长度L可在5到25毫米之间，而宽度W在5到25毫米之间。此外，应变传感器40可包括适用于应用和随后识别而不显著影响下方的构件10的性能的任何厚度T。例如，在一些实施例中，应变传感器40可包括范围从小于大约0.01毫米到大约1毫米的厚度T。在一些实施例中，应变传感器40可具有大致一致的厚度。此类实施例可有助于促进第一基准点41与第二基准点42之间的用于随后应变计算的更准确测量。
在可选的实施例中，应变传感器40可包括正应用的正方形或矩形，其中第一基准点41和第二基准点42包括所述正方形或矩形的两个相对侧。在一些实施例中，应变传感器40可包括由负空间45(即，其中应变传感器材料未应用的区域)分开的至少两个应用的基准点41和42。负空间45可包括例如构件10的外表面11的暴露部分。作为备选或此外，负空间45可包括随后施加的材料，其具有不同于至少两个基准点41和42的材料的传导性(或反之亦然)。
如图3中所示，在一些实施例中，应变传感器40可包括独特标识符47(下文中为"UID")。UID47可包括任何类型的条码、标记、标签、序列号、图案或便于该特定应变传感器40的识别的其它识别系统。在一些实施例中，UID47可此外或作为备选包括关于构件10或应变传感器40安置在其上的整个设备的信息。UID47由此可有助于特定应变传感器40、构件10或甚至整个设备(例如，涡轮)的识别和跟踪，以有助于过去、当前和未来的操作跟踪的相关测量。
应变传感器40由此可构造在各种构件10的多种位置中的一个或更多个。例如，如上文所论述，应变传感器40可构造在涡轮叶片、导叶、喷嘴、护罩、转子、过渡件或壳体上。在此类实施例中，应变传感器40可构造在已知在单元操作期间经历各种力的一个或更多个位置，如在翼型件、平台、末端或任何其它适合的位置上或附近。此外，应变传感器40可安置在已知经历升高温度的一个或更多个位置。例如，应变传感器40可构造在热气体路径或燃烧构件10上。
在一些实施例中，多个应变传感器40可构造在单个构件10上或在多个构件10上。例如，多个应变传感器40可在各种位置处构造在单个构件10(例如，涡轮叶片)上，使得应变可在关于独立构件10的较大数量的位置处确定。作为备选或此外，多个类似的构件10(例如，多个涡轮叶片)可均具有构造在标准位置的应变传感器40，以使由各个特定构件10经历的应变的量可与其它类似的构件10比较。甚至在一些实施例中，同一单元的多个不同构件10(例如，用于同一涡轮的叶片和导叶)可均具有构造在其上的应变传感器40，以使可确定整个设备单元内的不同位置处经历的应变的量。
如图4中所示，构件10可包括热障涂层62。在此类实施例中，热障涂层62可置于应变传感器40之上或之下。在一些实施例中，应变传感器40可在构件10的基部64与热障涂层62之间设置在热障涂层62之下。可选地，基部64可为由一种或更多种镍基或钴基超级合金形成的超级合金基部。在另外的实施例中，热障涂层62可完全涂覆应变传感器40的顶面，将应变传感器40包围在基部64与热障涂层62之间。在又一些实施例中，应变传感器40可嵌入在热障涂层62中。应变传感器40的此类实施例将在顶面和底面两者上由热障涂层62完全涂覆。电场扫描器60可构造成通过热障涂层62分析应变传感器40。在此类实施例的操作期间，热障涂层62可在应变传感器40与电场扫描器60之间布置在应变传感器40之上。
参照图5，电场扫描器60构造成分析应变传感器40。如所示，电场扫描器60可包括一个或更多个电探头66。多个探头66可连结在一起作为柔性矩阵阵列68。柔性矩阵阵列68可容许电场扫描器60大致符合构件10和外表面11的形状。柔性矩阵阵列68可于在原地的传感器40之上操纵就位，而不拆卸设备(例如，涡轮)或构件10。电探头66的示例性实施例包括涡流线圈70、霍尔效应探头、传导性探头和/或电容探头。
如图4和5中所示，阵列68可沿相互正交的X轴和Y轴定位在传感器40和构件10之上。阵列68可附加地定位成在正交于X轴和Y轴的Z轴上平行于应变传感器40。在使用期间，电场扫描器60可将电信号传送至应变传感器40和/或从应变传感器40接收电信号。从传感器40接收的电信号可接着由包括的处理器100测量。在附加或备选的实施例中，电场扫描器60可构造成测量横跨应变传感器40的传导性，传导值(例如，传导性的变化)。
大体上，如本文中使用的，用语"处理器"不仅是指本领域中称为包括在计算机中的集成电路，而且是指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路，以及其它可编程电路。处理器100还可包括各种输入/输出通道用于接收来自各种其它构件(如，电场扫描器60)的输入和将控制信号发送至该各种其它构件，处理器100与该各种其它构件通信。处理器100还可包括适合的硬件和/或软件，用于储存和分析来自电场扫描器60的输入和数据，以及大体上执行方法步骤，如本文中所述。
大体上，处理器100能够操作用于沿相互正交的X轴和Y轴测量应变传感器40。处理器100可沿X轴和Y轴测量来自信号的电场值，以获得数据点集。在一些实施例中，数据点集可包括X轴数据点集和Y轴数据点集中的一个或两者。X轴数据点集可包括多个X轴数据点。Y轴数据点集可包括Y轴数据点集。在一些实施例中，处理器100能够进一步操作用于计算Z轴中的一个或更多个Z轴数据点。可选地，多个Z轴数据点可收集为Z轴数据集的部分。X轴数据点、Y轴数据点和Z轴数据点为关于应变传感器40的直接测量的维度数据点。例如，数据点可指示关于基准表面如构件10的外表面11或关于彼此的一条或更多条轴线中的表面的位置。
处理器100还可能够操作用于基于数据集来汇编一个或更多个场分布图。在一些实施例中，处理器100能够进一步操作用于基于数据点集和一个或更多个Z轴数据点来汇编应变传感器40的一个或更多个三维分布图。可选地，三维分布图可基于X轴数据点集、Y轴数据点集和Z轴数据点集。场分布图可在用于相关联的构件10的不同时间处测量和汇编，如，在用于设备(例如，涡轮机)中或其它操作使用之前，以及在此类使用周期之后，或在此类使用的变化周期之后。分布图中的维度差可接着测量并且用于例如随后的应变计算中。
仍参照图5，将描述示例性电场扫描器60实施例。如所示，示例性扫描器60包括矩阵阵列68，其具有预定形状，并且由多个电场探头66组成。作为矩阵阵列68，电场扫描器60可限定关于其总体长度L和宽度W的X轴和Y轴。在此类实施例中，Z轴从阵列68向外且朝阵列68置于其之上的传感器40和/或构件10延伸。
探头66中的各个可包括涡流线圈70，其具有由中间层连接部76电连结的驱动线圈绕组72和感测线圈绕组74。在某些实施例中，驱动线圈绕组72和感测线圈绕组74可由相同的线圈绕组结构实施。大体上，驱动线圈绕组72构造成朝传感器40传送初始电磁场。感测线圈绕组74构造成接收相对的二次电磁场。
在使用期间，交变电流传导穿过涡流线圈70。初始电磁场由此在驱动线圈绕组72处感生。在与初始电磁场的反应中，反射场将朝感测线圈绕组74传送并且传送至其。在由驱动线圈绕组72传送之后，初始电磁场还可接收在传感器40处。在传感器40处，初始电磁场通过传感器40感生涡流。涡流继而可生成涡流场，其改变阵列68处的反射场。涡流场和反射场一起可形成由感测线圈绕组74检测到的二次电磁场的至少一部分。一旦接收到，则二次电磁场可在沿X轴和Y轴的已知点处由控制器100测量。此类点可对应于沿阵列68的独立探头66的位置。在可选实施例中，变化和总体二次电磁场强度可用于计算指示传感器离阵列68的距离的Z轴数据点。如提到的，数据点可收集到相应的X轴、Y轴和Z轴数据点集中。
尽管用于分析涡流场的涡流线圈70描述为示例性实施例，但可使用其它适合的构造和方法。例如，测量的电场可包括由霍尔效应探头分析的霍尔磁场。作为备选，测量的电场可包括由电容探头分析的电容的变化。在另外的实施例中，测量的电场可包括由一个或更多个传导性探头分析的传导性变化。
还如提到的，在针对应变传感器40获得一个或更多个X轴数据点和/或Y轴数据点之后，应变传感器40的场分布图可如由处理器100基于数据点集汇编。例如，处理器100可收集数据点，并且输出沿相关的X轴和Y轴的所有数据点的图。可选的实施例还可包括计算的Z轴数据点和/或数据点集，允许沿相关的X,Y和/或Z轴的所有数据点的输出图。
此外，多个场分布图可如由处理器100比较。例如，多个分布图之间的应变传感器40的各种特征的沿X轴、Y轴和(在可选实施例中)Z轴的位置差可观察和测量用于在随后的应变计算中使用。此外，可执行此类应变计算。
在示例性实施例中，相比于另一分布图的应变传感器40的各个分布图基于在用于构件10的不同时间处获得的X轴数据点和/或Y轴数据点。例如，第一场分布图可基于在第一时间处获得的一个或更多个数据点集，而第二场分布图可基于在第二时间处获得的一个或更多个数据点集。第一时间可在用于设备中之前发生，或者可在一定量的此类使用之后发生。第二时间可在用于设备中之前，在用于设备中之后或在第一时间发生之后发生。例如，第一时间可对于新制造的构件10而言为零，而第二时间可在构件10的特定服务时间段之后发生。通过在这些不同时间处测量应变传感器40，可计算由构件10在使用中的使用引起的变形等，以及所得的应变。
第二场分布图的附加或备选实施例可由与第一场分布图大致相似或不同的方法获得。第二场分布图的一些示例性实施例包括一个或更多个模型数据点集。例如，一些实施例的第二分布图包括基于应变传感器40的模型或理想形状和/或位置的X轴数据点集或Y轴数据点集中的一个或更多个。第二场分布图可指示应变传感器40的预期形状和/或应变传感器40应当关于构件10定位的位置。在一些实施例中，单个第二场分布图可用于多个离散构件10(即，相同类型的构件的多个单元)。
如提到的，并且现在参照图6，本公开附加地涉及用于监测构件10变形的方法200。在示例性实施例中，此类方法200可由处理器100执行，如上文所论述。方法200可包括例如沿相互正交的X轴和Y轴测量横跨应变传感器40的电场值来获得第一数据点集的步骤210。在图6的示例性实施例中，第一数据点集包括X轴数据点集和第一Y轴集。测量步骤210可包括以涡流线圈70测量涡流电场、以霍尔效应探头测量霍尔电磁场、以电容探头测量电容变化，或者以传导性探头测量传感器40的传导性。如上文所述，测量涡流场可附加地包括使穿过涡流线圈70的电流交变，以及检测二次电磁场。
方法200还包括基于第一数据点集(例如，第一X轴数据点集和第一Y轴数据点集)来汇编应变传感器40的第一场分布图的步骤220。可选地，步骤220可包括计算在正交于X轴和Y轴的Z轴中的第一Z轴数据点集，计算基于第一X轴数据点集和第一Y轴数据点集。在此类实施例中，步骤230可包括基于第一X轴数据点集、第一Y轴数据点集和第一Z轴数据点集汇编应变传感器40的第一三维分布图。
步骤210可在第一时间处发生，并且场分布图可基于第一时间处的X轴数据点集或Y轴数据点集中的一个或更多个，如上文所论述。因此，方法实施例200还可包括例如在第二时间处沿X轴和Y轴测量应变传感器40来获得第二数据点集(例如，第二X轴数据点集和第二Y轴数据点集)的步骤230，如上文所论述。第二时间可不同于第一时间，并且在示例性实施例中，在第一时间之后。此外，方法200可包括例如基于第二时间处的X轴数据点集或Y轴数据点集中的一个或更多个汇编应变传感器40的第二场分布图的步骤240，如上文所论述。更进一步，方法200可包括例如比较第一场分布图和第二场分布图的步骤250，如上文所论述。
该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使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并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于监测构件的系统，所述系统包括：
构造在所述构件上的应变传感器；
用于分析所述应变传感器的电场扫描器；以及
与所述电场扫描器可操作通信的处理器，所述处理器能够操作用于：
沿相互正交的X轴和Y轴测量横跨所述应变传感器的电场值以获得数据点集，以及
基于所述数据点集汇编所述应变传感器的场分布图。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电场扫描器包括涡流线圈。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电场扫描器包括霍尔效应探头。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电场扫描器包括传导性探头。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电场扫描器包括电容探头。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器能够进一步操作用于计算正交于所述X轴和所述Y轴的Z轴中的一个或更多个Z轴数据点，以及基于所述数据集和所述一个或更多个Z轴数据点汇编所述应变传感器的三维分布图。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述构件由具有第一传导值的材料形成，并且其中所述应变传感器包括具有不同于所述第一传导值的第二传导值的检测材料。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述检测材料的所述第二传导值大于所述构件的所述第一传导值。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述构件包括具有基部和热障涂层的涡轮构件，并且其中所述应变传感器设置在所述基部与所述热障涂层之间。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器能够进一步操作用于比较多个场分布图。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111750795A (zh) * 2020-06-18 2020-10-09 哈尔滨工程大学 一种分布式蠕变测量系统及测量方法

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11015252B2 (en) * 2018-04-27 2021-05-25 Applied Materials, Inc. Protection of components from corrosion
US10903415B2 (en) 2019-02-04 2021-01-26 United Technologies Corporation Large structure monitoring with a substrate-free flexible sensor system
US10867914B2 (en) 2019-03-12 2020-12-15 United Technologies Corporation Printed extendable sensor system
US11274950B2 (en) 2019-06-17 2022-03-15 United Technologies Corporation Fabrication of high density sensor array
CN112113740B (zh) * 2020-11-18 2021-02-09 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种测压装置、测压方法及风洞局部气流偏角测量方法
FR3143746A1 (fr) 2022-12-16 2024-06-21 Safran Aircraft Engines Controle du fluage d’une aube de turbomachine d’aeronef

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4528856A (en) * 1984-01-17 1985-07-16 Westinghouse Electric Corp. Eddy current stress-strain gauge
CN102128771A (zh) * 2010-12-20 2011-07-20 中国石油大学(北京) 高温气溶胶检测导管
US20120017703A1 (en) * 2010-07-26 2012-01-26 Seiko Epson Corporation Detection device, electronic device, and robot
CN103486961A (zh) * 2013-05-31 2014-01-01 电子科技大学 带有薄膜传感器的构件及制备方法
CN103703351A (zh) * 2011-05-16 2014-04-02 通用电气公司 用于多功能嵌入式传感器的方法和系统
US20140130480A1 (en) * 2011-10-12 2014-05-15 Alliant Techsystems Inc. Strain measurement device, a solid rocket motor including same, and related methods

Family Cites Families (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3037622C2 (de) 1980-10-04 1987-02-26 Theodor Prof. Dr.-Ing. 1000 Berlin Gast Einrichtung zur Bestimmung der Oberflächengüte
DE3502008A1 (de) * 1985-01-23 1986-07-24 Standard Elektrik Lorenz Ag, 7000 Stuttgart Dehnungsaufnehmer
US4746858A (en) * 1987-01-12 1988-05-24 Westinghouse Electric Corp. Non destructive testing for creep damage of a ferromagnetic workpiece
US5163328A (en) * 1990-08-06 1992-11-17 Colin Electronics Co., Ltd. Miniature pressure sensor and pressure sensor arrays
GB2326228B (en) 1997-06-10 2000-05-24 British Aerospace Non-contact deformation measurement
US7107706B1 (en) * 1997-08-14 2006-09-19 Promdx Technology, Inc. Ergonomic systems and methods providing intelligent adaptive surfaces and temperature control
US5936411A (en) 1997-11-28 1999-08-10 Sarcos L.C. Apparatus and method for measuring strain within a structure
US6175644B1 (en) 1998-05-01 2001-01-16 Cognex Corporation Machine vision system for object feature analysis and validation based on multiple object images
CA2350712C (en) 1998-11-13 2004-05-25 Flexi-Coil Ltd. Method for color detection in video images
IL131092A (en) 1999-07-25 2006-08-01 Orbotech Ltd Optical inspection system
JP2003533685A (ja) 2000-05-16 2003-11-11 シュタインビフラー オプトテヒニク ゲーエムベーハー 物体の３次元形状測定方法及び装置
DE10122313A1 (de) 2001-05-08 2002-11-21 Wolfgang P Weinhold Verfahren und Vorrichtung zur berührungsfreien Untersuchung eines Gegenstandes, insbesondere hinsichtlich dessen Oberflächengestalt
US7697966B2 (en) 2002-03-08 2010-04-13 Sensys Medical, Inc. Noninvasive targeting system method and apparatus
US6986287B1 (en) * 2002-09-30 2006-01-17 Nanodynamics Inc. Method and apparatus for strain-stress sensors and smart skin for aircraft and space vehicles
US6983659B2 (en) 2003-01-22 2006-01-10 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Turbine blade creep life evaluating method, turbine blade creep elongation strain measuring apparatus, and turbine blade
US20070062300A1 (en) 2003-09-25 2007-03-22 Dorfman Benjamin F Method and apparatus for straining-stress sensors and smart skin for air craft and space vehicles
JP2005265579A (ja) * 2004-03-18 2005-09-29 Toshiba Corp ひずみ分布計測装置、ひずみ分布計測方法及び累積ひずみ量検出装置
DE102004032484B3 (de) * 2004-07-05 2005-11-24 Infineon Technologies Ag Sensor und Verfahren zum Herstellen eines Sensors
US7477995B2 (en) 2005-02-03 2009-01-13 Direct Measurements Inc. Optical linear strain gage
US7533818B2 (en) 2005-06-28 2009-05-19 Direct Measurements Inc. Binary code symbol for non-linear strain measurement and apparatus and method for analyzing and measuring strain therewith
US7421370B2 (en) 2005-09-16 2008-09-02 Veeco Instruments Inc. Method and apparatus for measuring a characteristic of a sample feature
CA2559694C (en) * 2005-09-23 2015-11-10 University Of Manitoba A sensing system based on multiple resonant electromagnetic cavities
US7689003B2 (en) 2006-03-20 2010-03-30 Siemens Energy, Inc. Combined 2D and 3D nondestructive examination
US7441464B2 (en) * 2006-11-08 2008-10-28 Honeywell International Inc. Strain gauge sensor system and method
US7509884B2 (en) * 2007-02-01 2009-03-31 Nitta Corporation Sensor sheet
JP2008209384A (ja) * 2007-02-01 2008-09-11 Nitta Ind Corp センサシート
EP2126712A4 (en) 2007-02-23 2014-06-04 Direct Measurements Inc NON-LINEAR DIFFERENTIAL STRESS MEASUREMENT FROM A BINARY CODE SYMBOL
US7849752B2 (en) * 2007-10-24 2010-12-14 Argon St, Inc. Method and system for passive wireless strain gauge
CA2775040C (en) * 2009-03-24 2013-07-16 Direct Measurements Inc. Directly applied read and transmit - digital strain encoder and digital load cell
US8600147B2 (en) 2009-06-03 2013-12-03 The United States of America as represented by the Secreatary of the Navy System and method for remote measurement of displacement and strain fields
FR2949152A1 (fr) 2009-08-17 2011-02-18 Eads Europ Aeronautic Defence Jauge de deformation et systeme de localisation spatiale de telles jauges
JP5458262B2 (ja) 2009-09-03 2014-04-02 国立大学法人佐賀大学 ひずみ計測方法、ひずみ計測装置およびプログラム
WO2011079390A1 (en) 2009-12-30 2011-07-07 Societe De Commercialisation Des Produits De La Recherche Appliquee - Socpra-Sciences Et Genie S.E.C. Carbon nanotubes based sensing elements and system for monitoring and mapping force, strain and stress
US9128063B2 (en) * 2010-11-24 2015-09-08 Pratt & Whitney Canada Corp. Non-contact stress measuring device
EP2597302B1 (en) 2011-11-23 2014-04-30 Siemens Aktiengesellschaft Determining an accumulated load of a wind turbine in angular sectors
CN103226060B (zh) 2012-01-31 2016-08-24 通用电气公司 风力涡轮叶片的检测系统和方法
US8818078B2 (en) 2012-02-03 2014-08-26 Solar Turbines Inc. Apparatus and method for optically measuring creep
US8994845B2 (en) 2012-04-27 2015-03-31 Blackberry Limited System and method of adjusting a camera based on image data
EP2679778B1 (en) 2012-06-27 2019-08-21 Ansaldo Energia IP UK Limited A method for measuring geometry deformations of a turbine component
US9311566B2 (en) 2012-08-03 2016-04-12 George Mason Research Foundation, Inc. Method and system for direct strain imaging
US9494490B2 (en) * 2012-08-14 2016-11-15 General Electric Company Creep life management system for a turbine engine and method of operating the same
CN104718446B (zh) 2012-08-23 2017-09-22 西门子能量股份有限公司 离线工业燃气轮机及其它发电机械的目视检查与三维白光扫描系统和方法
DE102012108776A1 (de) 2012-09-18 2014-03-20 Technische Universität München Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung von Betriebszuständen von Rotorblättern
US20140267677A1 (en) 2013-03-14 2014-09-18 General Electric Company Turbomachine component monitoring system and method
CA2917905A1 (en) 2013-07-09 2015-01-15 United Technologies Corporation Brush plating repair method for plated polymers
US9207154B2 (en) 2013-10-22 2015-12-08 General Electric Company Method and system for creep measurement
US20150239043A1 (en) 2014-02-21 2015-08-27 Siemens Energy, Inc. Cast Features for Location and Inspection
US9964402B2 (en) 2015-04-24 2018-05-08 Faro Technologies, Inc. Two-camera triangulation scanner with detachable coupling mechanism
US20160354174A1 (en) * 2015-06-05 2016-12-08 Innovative In Vivo Sensing, Llc Wireless strain sensing device
US9733062B2 (en) * 2015-11-20 2017-08-15 General Electric Company Systems and methods for monitoring component strain

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4528856A (en) * 1984-01-17 1985-07-16 Westinghouse Electric Corp. Eddy current stress-strain gauge
US20120017703A1 (en) * 2010-07-26 2012-01-26 Seiko Epson Corporation Detection device, electronic device, and robot
CN102128771A (zh) * 2010-12-20 2011-07-20 中国石油大学(北京) 高温气溶胶检测导管
CN103703351A (zh) * 2011-05-16 2014-04-02 通用电气公司 用于多功能嵌入式传感器的方法和系统
US20140130480A1 (en) * 2011-10-12 2014-05-15 Alliant Techsystems Inc. Strain measurement device, a solid rocket motor including same, and related methods
CN103486961A (zh) * 2013-05-31 2014-01-01 电子科技大学 带有薄膜传感器的构件及制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111750795A (zh) * 2020-06-18 2020-10-09 哈尔滨工程大学 一种分布式蠕变测量系统及测量方法

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