CN107036944A - 用于发动机的静电灰尘和碎屑传感器 - Google Patents

用于发动机的静电灰尘和碎屑传感器 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种用于燃气涡轮发动机(10)的集成静电传感器(75,77,78)。传感器(75,77,78)包括具有主体(79)的外壳体(76)，该主体(79)带有第一端(81)和第二端(83)。第一端(81)构造成用于将传感器(75,77,78)装固至发动机(10)且包括感测面(85)。传感器(75,77,78)还包括在壳体(76)内构造成邻近于感测面(85)的电极(86)以及与电极(86)一起构造的放大器(87)。电极(86)包含构造成在带电颗粒流过感测面(85)时移动的多个电子。因此，放大器(87)构造成检测随电子移动变化的微粒水平。静电传感器(75,77,78)还包括构造在壳体(76)内并且电耦合于放大器(87)的电路板(88)。因此，电路板(88)构造成将指示微粒水平的一个或更多个信号发送至燃气涡轮发动机(10)的控制器(90)。

Description

用于发动机的静电灰尘和碎屑传感器
技术领域
本主题大体上涉及灰尘和碎屑传感器，并且更具体而言，涉及用于发动机(如燃气涡轮发动机)的静电灰尘和碎屑传感器。
背景技术
燃气涡轮发动机大体上包括按串流顺序的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段以及排气区段。在操作中，空气进入压缩机区段的入口，其中一个或更多个轴向或离心压缩机逐渐地压缩空气直到其到达燃烧区段。燃料与压缩的空气混合并且在燃烧区段内焚烧，以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段发送穿过限定在涡轮区段内的热气体路径，并且接着经由排气区段从涡轮区段排出。
在特定构造中，涡轮区段包括按串流顺序的高压(HP)涡轮和低压(LP)涡轮。HP涡轮和LP涡轮均包括各种可旋转涡轮构件(如涡轮转子叶片、转子盘以及固持器)，和各种静止涡轮构件(如定子导叶或喷嘴、涡轮护罩，以及发动机框架)。可旋转和静止的涡轮构件至少部分地限定穿过涡轮区段的热气体路径。在燃烧气体流动穿过热气体路径时，热能从燃烧气体传递至可旋转和静止的涡轮构件。
此类燃气涡轮发动机共同地在飞行器中采用。在飞行器的操作期间，发动机环境微粒和灰尘摄入水平为针对分析过程的关键输入，导致特定的逐个发动机动作。当前微粒水平数据由陆基和/或遥感系统提供。此类数据具有暂时和特殊变化以及误差，由此使在飞行器的起飞和上升时的发动机条件的准确评估特别困难。而且，此类传感器系统的电子设备典型地经由多个线缆和连接器连接于独立传感器。因此，布线的任何运动或振动可产生比经过传感器面的灰尘或碎屑颗粒更多的电荷，由此导致差信噪比。此外，常规系统可由于线缆和连接器的摩擦电和压电效应而经历问题。
因此，本公开涉及解决前面提到的问题的改进传感器系统。更具体而言，本公开涉及传感器系统，该传感器系统包括具有集成电子设备的一个或更多个改进的静电传感器，其更准确地检测发动机(如以上描述的燃气涡轮发动机)内的灰尘颗粒和/或碎屑。
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。
在一个方面中，本公开涉及一种用于检测发动机(诸如，飞行器发动机)中的灰尘和/或的集成静电传感器。传感器包括具有主体的外壳体，该主体带有第一端和第二端。第一端构造成用于将传感器装固至发动机且包括感测面。传感器还包括在壳体内构造成邻近于感测面的电极以及与电极一起构造的放大器。电极包含构造成在发动机内的带电颗粒流过感测面时移动的多个电子。因此，放大器构造成检测随电子移动变化的发动机的微粒水平。静电传感器还包括构造在外壳体内并且电耦合于放大器的电路板。因此，电路板构造成将指示微粒水平的一个或更多个信号发送至发动机的控制器。
在另一个方面中，本公开涉及一种用于发动机的静电传感器系统。传感器系统包括用于检测发动机中的灰尘和/或碎屑的一个或更多个集成静电传感器。静电传感器中的各个包括具有主体的外壳体，该主体带有第一端和第二端。第一端构造成用于将传感器装固至发动机且包括感测面。各个传感器还包括在外壳体内构造成邻近于感测面的电极，以及与电极一起构造的放大器。电极包含构造成在带电灰尘或碎屑颗粒流过感测面时移动的多个电子。因此，放大器构造成检测随电子移动变化的微粒水平。传感器中的各个还包括构造在外壳体内并且电耦合于放大器的电路板。因此，传感器系统还包括控制器，其电耦合于电路板，以便接收由此生成的指示微粒水平的一个或更多个信号。应当理解的是，传感器系统还可构造有如本文中描述的附加特征中的任一个。
在又一个方面中，本公开涉及一种用于检测发动机中(例如，飞行器发动机中)的灰尘或碎屑的方法。该方法包括将集成静电传感器设在发动机的一个或更多个位置，其中静电传感器中的各个包括具有第一端和第二端的外壳体。外壳体的第一端构造成用于将传感器装固至发动机且包括感测面。而且，传静电感器中的各个包括收纳在外壳体内的内部电极和放大器。电极邻近于感测面并且具有构造成在发动机内的带电颗粒流过感测面时移动的多个电子。因此，该方法还包括在微粒流动路径中将各个传感器的感测面安装在一个或更多个位置处。另外，该方法包括经由各个传感器的放大器确定随电子移动变化的发动机的微粒水平。该方法还包括经由构造在外壳体内的电路板生成指示微粒水平的一个或更多个信号。应当理解的是，该方法还可包括如本文中描述的任何附加步骤和/或特征。
实施方案1. 一种用于检测发动机中的灰尘或碎屑的集成静电传感器，所述传感器包括：
外壳体，其包括具有第一端和第二端的主体，所述第一端包括感测面且构造成用于将所述传感器装固至所述发动机；
电极，其在所述外壳体内构造成邻近于所述感测面，所述电极包括构造成在所述发动机内的带电颗粒流过所述感测面时移动的多个电子；
放大器，其与所述电极一起构造，所述放大器构造成检测随电子移动变化的所述发动机的微粒水平；以及
电路板，其构造在所述外壳体内并且电耦合于所述放大器，所述电路板构造成将指示所述微粒水平的一个或更多个信号发送至所述发动机的控制器。
实施方案2. 根据实施方案1所述的传感器，其特征在于，所述第一端包括第一有螺纹的外表面，其构造用于将所述传感器装固在所述发动机的安装位置。
实施方案3. 根据实施方案1所述的传感器，其特征在于，所述外壳体的所述主体包括预定形状，其构造成配合在所述发动机的现有位置。
实施方案4. 根据实施方案3所述的传感器，其特征在于，所述现有位置包括所述发动机的管道镜端口、冲洗水端口、压缩机入口、增压器入口，或涡轮入口中的至少一个。
实施方案5. 根据实施方案3所述的传感器，其特征在于，所述外壳体的所述主体的所述预定形状包括大体圆柱形形状。
实施方案6. 根据实施方案1所述的传感器，其特征在于，所述放大器包括从大约1毫微微安培到大约5毫微微安培的泄漏电流，以及从大约100摄氏度到大约250摄氏度的操作温度范围。
实施方案7. 根据实施方案1所述的传感器，其特征在于，所述电极包括大于大约1G-Ohm的阻抗。
实施方案8. 根据实施方案1所述的传感器，其特征在于，还包括与所述外壳体的所述主体的所述第二端一起构造的传感器盖，以便将所述电极和所述放大器固持在所述外壳体内。
实施方案9. 根据实施方案8所述的传感器，其特征在于，所述第二端包括第二有螺纹的外表面，其构造成接收所述传感器盖，所述传感器盖包括内螺纹表面或外螺纹表面中的至少一个。
实施方案10. 根据实施方案1所述的传感器，其特征在于，还包括在所述外壳体内构造成邻近于传感器面的电极壳体，所述电极壳体构造成收纳所述电极，所述电极经由绝缘线电耦合于所述电路板。
实施方案11. 根据实施方案1所述的传感器，其特征在于，还包括在所述外壳体内构造成邻近于所述电极的电路板壳体，所述电路板壳体构造成在其中收纳所述电路板。
实施方案12. 根据实施方案1所述的传感器，其特征在于，还包括构造在所述电极和所述外壳体之间的绝缘体。
实施方案13. 根据实施方案1所述的传感器，其特征在于，所述发动机包括飞行器发动机、工业发动机、发电发动机、陆基发动机，或船用发动机中的至少一个。
实施方案14. 一种用于发动机的静电传感器系统，所述传感器系统包括：
一个或更多个集成静电传感器，其用于检测所述发动机中的灰尘或碎屑，所述静电传感器中的各个包括：
外壳体，其包括具有第一端和第二端的主体，所述第一端包括感测面且构造成用于将所述传感器装固至所述发动机，
电极，其在所述外壳体内构造成邻近于所述感测面，所述电极包括构造成在所述发动机内的带电颗粒流过所述感测面时移动的多个电子，
放大器，其与所述电极一起构造，所述放大器构造成检测随电子移动变化的所述发动机的微粒水平，以及
电路板，其构造在所述外壳体内并且电耦合于所述放大器；以及
控制器，其电耦合于所述电路板，以便从该电路板接收指示所述微粒水平的一个或更多个信号。
实施方案15. 根据实施方案14所述的传感器系统，其特征在于，所述第一端包括第一有螺纹的外表面，其构造用于将所述传感器装固在所述发动机的安装位置。
实施方案16. 根据实施方案14所述的传感器系统，其特征在于，所述外壳体的所述主体包括预定形状，其构造成配合在所述发动机的现有位置，其中所述外壳体的所述主体的所述预定形状包括大体圆柱形形状，其中所述现有位置包括所述发动机的管道镜端口、冲洗水端口、压缩机入口、增压器入口，或涡轮入口中的至少一个。
实施方案17. 根据实施方案14所述的传感器系统，其特征在于，还包括：
在所述外壳体内构造成邻近于传感器面的电极壳体，所述电极壳体构造成收纳所述电极，所述电极经由绝缘线电耦合于所述电路板，以及
在所述外壳体内构造成邻近于所述电极的电路板壳体，所述电路板壳体构造成在其中收纳所述电路板。
实施方案18. 根据实施方案14所述的传感器系统，其特征在于，所述放大器包括从大约1毫微微安培到大约5毫微微安培的泄漏电流，以及从大约100摄氏度到大约250摄氏度的操作温度范围，且所述电极包括大于大约1 G-Ohm的阻抗。
实施方案19. 一种用于检测发动机中的灰尘或碎屑的方法，所述方法包括：
将集成静电传感器设在所述发动机的一个或更多个位置，所述静电传感器中的各个包括带有第一端的外壳体，所述第一端具有感测面，所述第一端构造成用于将所述传感器装固至所述发动机，所述静电传感器中的各个还具有收纳在所述外壳体内的内部电极和放大器，所述电极邻近于所述感测面并且具有构造成在所述发动机内的带电颗粒流过所述感测面时移动的多个电子；
在微粒流动路径中将各个传感器的所述感测面安装在所述一个或更多个位置处；
经由各个传感器的所述放大器确定随电子移动变化的所述发动机的微粒水平；以及
经由构造在所述外壳体内的电路板生成指示所述微粒水平的一个或更多个信号。
实施方案20. 根据实施方案19所述的方法，其特征在于，还包括经由所述静电传感器中的各个的电路板将所述一个或更多个信号发送至所述发动机的控制器。
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示出根据本公开的燃气涡轮发动机的一个实施例的示意性截面图；
图2示出根据本公开的用于检测发动机中的灰尘或碎屑的传感器系统的一个实施例的示意图；
图3示出根据本公开的用于检测发动机中的灰尘或碎屑的静电传感器的一个实施例的透视图；
图4示出根据本公开的用于检测发动机中的灰尘或碎屑的静电传感器的一个实施例的仰视图，特别地示出了传感器的感测面；
图5示出根据本公开的用于检测发动机中的灰尘或碎屑的静电传感器的各种构件的透视图；
图6示出根据本公开的可包括在发动机的控制器中的适合的构件的一个实施例的框图；以及
图7示出根据本公开的用于检测发动机中的灰尘或碎屑的方法的一个实施例的流程图。
零件列表
10 燃气涡轮发动机
12 中心线轴线
14 芯部发动机
16 风扇区段
18 外壳
20 环形入口
22 增压器
24 压缩机
26 燃烧器
28 第一涡轮
30 第一驱动轴
32 第二涡轮
34 第二驱动轴
36 排气喷嘴
38 风扇转子
40 风扇壳
42 导向导叶
44 转子叶片
46 下游区段
48 气流导管
50 箭头
52 入口
54 箭头
56 箭头
58 箭头
60 燃烧产物
62 燃烧室
64 入口
65 增压器入口
66 出口
68 压缩机入口
69 排放出口
70 传感器系统
72 第一级涡轮喷嘴
73 静电传感器
74 喷嘴导叶
75 静电传感器
76 外壳体
77 静电传感器
78 静电传感器
79 主体
80 燃料喷嘴
81 第一端
83 第二端
84 第一有螺纹的外表面
85 感测面
86 电极
87 放大器
88 电路板
89 第二有螺纹的外表面
90 控制器
91 绝缘的电极壳体
92 (多个)处理器
93 电路板壳体
94 (多个)存储器装置
95 通信模块
96 传感器接口
97 绝缘体
98 信号线
99 传感器盖
100 方法
102 方法步骤
104 方法步骤
106 方法步骤
108 方法步骤。
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。
如本文中使用的，用语"第一"、"第二"和"第三"可以可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，并且不旨在表示独立构件的位置或重要性。
用语"上游"和"下游"是指相对于流体通道中的流体流的相对方向。例如，"上游"是指流体流自的方向，而"下游"是指流体流至的方向。
大体上，本公开涉及静电传感器系统以及用于检测发动机(例如，飞行器燃气涡轮发动机)中的灰尘、碎屑和/或其它空气中的微粒的方法。此外，应当理解的是，静电传感器系统和相关的方法还适合于任何其它类型的发动机，其包括但不限于工业发动机、发电发动机、陆基发动机、船用发动机，或类似物。更具体而言，在某些实施例中，静电传感器系统可包括与一个或更多个静电传感器电耦合的控制器。静电传感器中的各个包括具有构造成用于将传感器装固到发动机且具有感测面的第一端的外壳体。传感器还包括在外壳体内构造成邻近于感测面的内部电极以及与电极一起构造的放大器。电极包含构造成在带电颗粒流过感测面时移动的多个电子。因此，放大器构造成检测随电子移动变化的微粒水平。静电传感器还包括构造在外壳体内并且电耦合于放大器的电路板。因此，电路板构造成将指示微粒水平的一个或更多个信号发送至发动机的控制器。
因此，外壳体和电子构造最小化传感器输出与电极之间的距离，由此增加传感器的灵敏度。就此而言，本公开提供不存在于现有技术中的各种优点。例如，本公开的静电传感器提供发动机中的更准确的微粒(例如，灰尘、碎屑、或类似物)检测，其为稳健且可靠的。此外，由于电子设备集成在传感器内，故本设计比现有技术设计需要更少的维护并且遭受更少的操作问题。此外，放大器低泄漏电流便于放大器的DC耦合，这允许待捕获的微粒水平的低频变化。此外，电极的高输入阻抗将传感器灵敏度提高至感测面中的电荷的小变化。此外，电极的高输入阻抗还通过防止感测的电子泄漏掉使得不可产生输出信号而改进传感器的低频响应。因此，本公开的静电传感器能够从七(7)百万质量份颗粒中的大约一(1)份检测。此外，本公开的静电传感器可提供冰检测，以及除了灰尘之外的火山灰和/或其它破坏性的摄入微粒检测。
现在参照附图，图1示出根据本公开的燃气涡轮发动机10(高旁通类型)的一个实施例的示意性截面图。更具体而言，燃气涡轮发动机10可包括(例如，用于飞机、直升机、或类似物的)飞行器发动机。如所示，燃气涡轮发动机10具有用于参考目的的穿过其的轴向纵向中心线轴线12。此外，如所示，燃气涡轮发动机10优选包括大体上由数字14标识的芯部燃气涡轮发动机，以及定位在其上游的风扇区段16。芯部发动机14典型地包括大体上管状的外壳18，其限定环形入口20。外壳18还包封和支承增压器22，增压器22用于将进入芯部发动机14的空气的压力提高至第一压力水平。高压、多级、轴流式的压缩机24从增压器22接收加压的空气，并且进一步增大空气的压力。压缩机24包括具有指引和压缩涡轮发动机10内的空气的功能的旋转叶片和静止导叶。加压的空气流动至燃烧器26，其中燃料喷射到加压的空气流中并且点燃，以升高加压的空气的温度和能量水平。高能燃烧产物从燃烧器26流动至第一(高压)涡轮28，用于通过第一(高压)驱动轴30驱动高压压缩机24，并且接着流动至第二(低压)涡轮32，用于通过与第一驱动轴30同轴的第二(低压)驱动轴34驱动增压器22和风扇区段16。在驱动涡轮28和32中的各个之后，燃烧产物通过排气喷嘴36离开芯部发动机14，以提供发动机10的喷射推进推力的至少一部分。
风扇区段16包括由环形风扇壳40包绕的可旋转的、轴流式的风扇转子38。将认识到的是，风扇壳40由多个大致径向延伸的、周向间隔的出口导向导叶42从芯部发动机14支承。以该方式，风扇壳体40包封风扇转子38和风扇转子叶片44。风扇壳体40的下游区段46在芯部发动机14的外部分之上延伸，以限定提供附加的喷射推进推力的第二或旁通气流导管48。
从流动角度来看，将认识到的是，由箭头50表示的初始气流通过入口52进入燃气涡轮发动机10至风扇壳40。气流穿过风扇叶片44，并且分成移动穿过导管48的第一空气流(由箭头54表示)以及进入增压器22的第二空气流(由箭头56表示)。
第二压缩气流56的压力增大并且进入高压压缩机24，如由箭头58表示的。在与燃料混合并且在燃烧器26中燃烧之后，燃烧产物60离开燃烧器26并且流动穿过第一涡轮28。燃烧产物60接着流动穿过第二涡轮32，并且离开排气喷嘴36，以提供用于燃气涡轮发动机10的推力的至少一部分。
仍参照图1，燃烧器26包括与纵向中心线轴线12同轴的环形燃烧室62，以及入口64和出口66。如以上提到的，燃烧器26从高压压缩机排放出口69接收环形的加压空气流。该压缩机排放空气的一部分流动到混合器(未示出)中。燃料从燃料喷嘴80喷射，以与空气混合并且形成燃料空气混合物，其提供至燃烧室62用于燃烧。燃料空气混合物的点燃由适合的点火器完成，并且导致的燃烧气体60沿轴向方向朝环形的第一级涡轮喷嘴72流动并且流动到其中。喷嘴72由包括多个径向延伸的、周向间隔的喷嘴导叶74的环形流动通道限定，多个径向延伸的、周向间隔的喷嘴导叶74使气体转向以使它们成角度地流动并且冲击第一涡轮28的第一级涡轮叶片。如图1中示出的，第一涡轮28优选经由第一驱动轴30旋转高压压缩机24，然而低压涡轮32优选经由第二驱动轴34驱动增压器22和风扇转子38。
燃烧室62收纳在发动机外壳18内，并且燃料由一个或更多个燃料喷嘴80供应到燃烧室62中。更具体而言，液体燃料输送穿过燃料喷嘴80的杆内的一个或更多个通路或导管。
在操作期间，灰尘和其它类型的悬浮微粒由燃气涡轮发动机10摄入，例如，从进入入口52的空气。灰尘和悬浮微粒积聚为针对发动机分析的关键输入，因为这些水平在评估发动机服务时间、磨损和/或其它维护计划时为重要的。因此，本公开涉及改进的静电传感器系统70(图2)和用于检测燃气涡轮发动机10(诸如本文中公开的那些)中的灰尘和/或碎屑的方法100(图7)。更具体而言，如图2中示出的，传感器系统70包括通信地耦合于控制器90的一个或更多个静电传感器73,75,77,78。静电传感器73,75,77,78中的每一个以类似的方式构造，因此，图3-5仅出于说明的目的而示出静电传感器中的一个73的各个视图。例如，图3示出静电传感器73的透视图；图4示出在从感测面85看时静电传感器73的仰视图；以及图5示出静电传感器73的各种构件的透视图。
如图3和5中所示，静电传感器73限定包括具有第一端81和第二端83的主体79的外壳体76或壳。而且，如图所示，感测器73的第一端81限定感测面85。另外，第一端81构造成安装或以其他方式装固到燃气涡轮发动机10。例如，在某些实施例中，外壳体76的主体79可具有预定形状，其构造成配合在燃气涡轮发动机10的现有位置中。更具体而言，如图3和5中所示，外壳体76的主体79的预定形状可大体上为圆柱形形状。因此，如图2中所示，燃气涡轮发动机10的现有位置可包括管道镜(borescope)端口(例如，传感器75)或冲洗水端口(例如，传感器78)。在另外的实施例中，燃气涡轮发动机10的现有位置可包括燃气涡轮发动机10的压缩机入口(例如，传感器75)、增压器入口(例如，传感器73)、或涡轮入口(未显示)。如此，在本文中所述的实施例的任一个中，外壳体76的第一端81可包括第一有螺纹的外表面84，其构造成用于将传感器73装固在燃气涡轮发动机10的安装位置。应理解的是，外壳体76还可适合于配合在燃气涡轮发动机10的期望微粒检测的任何合适的位置中。
具体参照图5，静电传感器73包括在外壳体76内邻近于感测面85构造的内部电极86和放大器87。而且，电极86包含构造成当发动机10内的带电颗粒流过感测面85时在电极86内移动的多个电子(未显示)。更具体而言，电子构造成基于经过的颗粒的电荷朝感测面85或远离感测面85在电极86内移动。在某些实施例中，传感器73还可包括在外壳体76内构造成邻近于传感器面85的电极壳体91。如此，电极壳体91构造成收纳和保护电极86。因此，放大器87构造成检测或测量电极83内的电子的位置，以便指示流过感测面79的带电颗粒的微粒水平。因此，放大器87构造成检测随电子移动变化的微粒水平。
如提到的，本公开的集成放大器87极其灵敏，并且能够更准确地检测燃气涡轮发动机10的微粒水平。更具体而言，在某些实施例中，放大器87可包括从大约1毫微微安培到大约5毫微微安培、更优选大约3毫微微安培的泄漏电流。因此，低泄漏电流便于放大器84的DC耦合，这允许待捕获的微粒水平的低频变化。而且，放大器87可具有从大约100摄氏度(℃)到大约250℃，更优选从大约150℃到大约230℃的操作温度范围。此外，电极86可具有大于大约1G-Ohm(例如大约10 G-Ohm)的阻抗。就此而言，电极86的高输入阻抗构造成将传感器灵敏度提高至感测面85中的电荷的小变化。另外，高输入阻抗还构造成通过防止感测的电子泄漏掉使得不可产生输出电压而改进传感器73的低频响应。因此，本公开的(多个)静电传感器73能够从七(7)百万质量份颗粒中的大约一(1)份检测。
在附加的实施例中，(多个)静电传感器73还构造成检测包括但不限于发动机流动路径内的冰晶、建筑碎片、砂，和/或火山灰的任何/所有空气中的悬浮微粒，并且在此类检测的情况下警告控制器90。此外，(多个)静电传感器73还构造成检测内部生成的灰尘和碎片，并且警告控制器。
具体参照图5，静电传感器73还包括构造在外壳体76内并且电耦合于放大器87的集成电路板88。而且，如所示，电极86可经由绝缘线98电耦合于电路板88。更具体而言，如所示，电路板86可构造成邻近于电极86并且与感测面85相对。在附加的实施例中，电路板88可在传感器73的外壳体76内位于任何适合的位置处。此外，如本文中描述的电路板88可包括任何适合的电路板，其机械地支承并且电连接(多个)传感器73的电子构件。更具体而言，本公开的某些电路板可包括传导轨道、焊盘，和/或由层压到非传导基底上的金属(如，铜)薄片蚀刻的其它特征。此外，本公开的电路板88可为单面的、双面的，或多层的。因此，如本文中描述的电路板88构造成将指示发动机10中的微粒水平的一个或更多个信号发送至燃气涡轮发动机10的控制器90。
而且，如图5中所示，传感器73可包括在外壳体76内构造成邻近于电极86的电路板壳体93。因此，电路板壳体93可构造成在其中收纳和保护电路板88。电路板壳体93可具有任何合适的形状。例如，在一个实施例中，电路板壳体93可具有大体上对应于外壳体76的内部容积的形状。
在另外的实施例中，如图3-5中示出的，静电传感器73还可包括与外壳体76的主体79的第二端83一起构造的传感器盖99，以便将传感器构件(诸如，电极86和放大器87)固持在外壳体76内。更具体而言，如图所示，主体79的第二端83可包括第二有螺纹的外表面89，其构造成接收传感器盖99的内表面的对应的螺纹。在特定的实施例中，如所示，传感器盖99可包括内螺纹表面和/或外螺纹表面。
仍然参照图5，(多个)静电传感器73还可包括一个或更多个绝缘体97或绝缘层。例如，如图5中示出的，(多个)静电传感器73可包括电极86与外壳体76之间的绝缘体97。更具体而言，绝缘体97可与电极86的后侧一起构造，且可包括孔使得电极线98可经过绝缘体97。还应当理解的是，任意数量的绝缘体可在传感器73内的任何适合的位置处采用。
现在参照图2和图6，控制器90构造成从(多个)传感器73接收来自电路板88的指示发动机10中的微粒水平的信号。更具体而言，如图6中示出的，示出了根据本公开的可包括在控制器90中的适合构件的一个实施例的框图。如所示，控制器90可包括一个或更多个(多个)处理器92和相关联的(多个)存储器装置94，它们构造成执行各种计算机实施的功能(例如，执行方法、步骤、计算等，并且储存如本文中公开的相关数据)。此外，控制器90还可包括通信模块95，以便于控制器90与(多个)静电传感器73之间的通信。此外，通信模块95可包括传感器接口96(例如，一个或更多个模数转换器)，以容许从(多个)传感器73传送的信号转换成可由(多个)处理器92理解和处理的信号。应当认识到的是，(多个)传感器73可使用任何适合的手段通信地耦合于通信模块95。例如，如图6中示出的，传感器73经由有线连接耦合于传感器接口96。然而，在其它实施例中，传感器73可经由无线连接(如，通过使用本领域已知的任何适合的无线通信协议)耦合于传感器接口96。就此而言，(多个)处理器92可构造成从传感器73接收一个或更多个信号。
如本文中使用的，用语“处理器”不仅是指在本领域中被称为包括在计算机中的集成电路，而且是指控制器、微处理器、微计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路，以及其它可编程电路。此外，(多个)存储器装置92可大体上包括(多个)存储器元件，其包括但不限于计算机可读介质(例如，随机存取存储器(RAM))、计算机可读非易失性介质(例如，闪存)、云存储、软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字碟(DVD)和/或其它适合的存储器元件。此类(多个)存储器装置94可大体上构造成储存适合的计算机可读指令，其在由(多个)处理器92实施时，将控制器90构造成执行燃气涡轮发动机10的各种功能。
现在参照图7，示出用于检测燃气涡轮发动机10(例如，飞行器发动机)中的灰尘或碎屑的方法100的一个实施例的流程图。如在102处示出的，方法100包括将集成静电传感器(例如，传感器73)设在燃气涡轮发动机10的一个或更多个位置中，诸如图2中所示出的那些。因此，如在104处示出的，方法100包括在微粒流动路径中将各个传感器73的感测面85安装在一个或更多个位置处。另外，如在106处示出的，方法100包括经由各个传感器73的放大器87确定随电子移动变化的燃气涡轮发动机10的微粒水平。如在108处示出的，方法100包括经由构造在外壳体76内的电路板88生成指示微粒水平的一个或更多个信号。
在一个实施例中，方法100还可包括经由静电传感器73,75中的各个的电路板86将(多个)信号发送至燃气涡轮发动机10的控制器90。就此而言，本文中描述的传感器73向用户提供实时的准确微粒水平数据。
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。如果这些其它实例包括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)

1.一种用于检测燃气涡轮发动机(10)中的灰尘或碎屑的集成静电传感器(75,77,78)，所述传感器(75,77,78)包括：
外壳体(76)，其包括具有第一端(81)和第二端(83)的主体(79)，所述第一端(81)包括感测面(85)且构造成用于将所述传感器(75,77,78)装固至所述燃气涡轮发动机(10)；
电极(86)，其在所述外壳体(76)内构造成邻近于所述感测面(85)，所述电极(86)包括构造成在所述燃气涡轮发动机(10)内的带电颗粒流过所述感测面(85)时移动的多个电子；
放大器(87)，其与所述电极(86)一起构造，所述放大器(87)构造成检测随电子移动变化的所述燃气涡轮发动机(10)的微粒水平；以及
电路板(88)，其构造在所述外壳体(76)内并且电耦合于所述放大器(87)，所述电路板(88)构造成将指示所述微粒水平的一个或更多个信号发送至所述燃气涡轮发动机(10)的控制器(90)。
2.根据权利要求1所述的传感器(75,77,78)，其特征在于，所述第一端(81)包括第一有螺纹的外表面(84)，其构造用于将所述传感器(75,77,78)装固在所述燃气涡轮发动机(10)的安装位置。
3.根据权利要求1所述的传感器(75,77,78)，其特征在于，所述外壳体(76)的所述主体(79)包括预定形状，其构造成配合在所述燃气涡轮发动机(10)的现有位置。
4.根据权利要求3所述的传感器(75,77,78)，其特征在于，所述现有位置包括所述燃气涡轮发动机(10)的管道镜端口、冲洗水端口、压缩机入口、增压器入口，或涡轮入口中的至少一个。
5.根据权利要求3所述的传感器(75,77,78)，其特征在于，所述外壳体(76)的所述主体(79)的所述预定形状包括大体圆柱形形状。
6.根据权利要求1所述的传感器(75,77,78)，其特征在于，所述放大器(87)包括从大约1毫微微安培到大约5毫微微安培的泄漏电流，以及从大约100摄氏度到大约250摄氏度的操作温度范围。
7. 根据权利要求1所述的传感器(75,77,78)，其特征在于，所述电极(86)包括大于大约1 G-Ohm的阻抗。
8.根据权利要求1所述的传感器(75,77,78)，其特征在于，还包括与所述外壳体(76)的所述主体(79)的所述第二端(83)一起构造的传感器(75,77,78)盖，以便将所述电极(86)和所述放大器(87)固持在所述外壳体(76)内。
9.根据权利要求8所述的传感器(75,77,78)，其特征在于，所述第二端(83)包括第二有螺纹的外表面(89)，其构造成接收所述传感器(75,77,78)盖，所述传感器(75,77,78)盖包括内螺纹表面或外螺纹表面中的至少一个。
10.根据权利要求1所述的传感器(75,77,78)，其特征在于，还包括在所述外壳体(76)内构造成邻近于传感器(75,77,78)面的电极(86)壳体，所述电极(86)壳体构造成收纳所述电极(86)，所述电极(86)经由绝缘线电耦合于所述电路板(88)。
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