CN113423935A - 火花点火器寿命检测 - Google Patents

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Abstract

用于监测燃气涡轮点火系统中的火花点火器的寿命状态的设备。设备包括具有电路组件的评估电路，电路组件包括设置为形成采样和保持电路的保持电容器、晶体管和运算放大器，其中将点火器火花脉冲信号施加到评估电路的输入节点，使得在点火器火花脉冲信号的持续时间内晶体管导通并且保持电容器放电，并且其中保持电容器处的放电电压由运算放大器维持和输出，放电电压表示点火器火花脉冲的持续时间并指示火花点火器的寿命状态。

Description

火花点火器寿命检测
技术领域
本发明涉及用于燃气涡轮发动机的点火系统，并且尤其涉及用于确定火花点火器的寿命状态的系统和方法。
背景技术
典型的涡轮发动机需要点火源来启动涡轮操作循环。点火源通常由火花点火系统提供。典型的点火系统通常包括一个或多个点火子系统，每个点火子系统包括励磁电路、点火引线和点火器(这里也称为火花点火器或火花塞)。
励磁电路将由电池、电源总线或交流发电机提供的电能转换为一系列高压脉冲。这些脉冲通过适当的点火引线到达点火器以在点火器的电极(或尖端)之间产生火花。点火器通常用于飞机发动机和发电涡轮发动机，但是也用于汽车内燃机中(其中点火器被称为火花塞)。
发明内容
根据本发明的方面，提供了一种用于监测燃气涡轮点火系统中的火花点火器的寿命状态的设备。该设备包括评估电路，该评估电路配置为确定火花脉冲的持续时间，其中该评估电路包括接收点火器火花脉冲信号的输入节点。该评估电路具有电路元件，该电路元件包括：
保持电容器，通过输入二极管和积分器电容器的串联连接可操作地联接到输入节点，其中将点火器火花脉冲信号施加到输入节点来复位保持电容器；
晶体管，通过电阻器可操作地联接到保持电容器，其中晶体管的栅极端子连接到输入节点，使得当点火器火花脉冲信号施加到输入节点时晶体管导通，并且当点火器火花脉冲信号结束时晶体管截止，并且其中晶体管导通使得保持电容器在点火器火花脉冲的持续时间内部分放电；以及
放大器，连接到保持电容器并且配置为输出取决于放电的保持电容器的电压电平的电压，其中电压表示点火器火花脉冲的持续时间，点火器火花脉冲的持续时间指示火花点火器的寿命状态。
前段的设备还可以包括任何技术上可行的组合中的以下特征中的任何一个或多个：
评估电路，连接到励磁电路，并配置为通过励磁电路中的光隔离器接收点火器火花脉冲信号；
设备还包括指示器电路，指示器电路配置为接收放大器的输出电压，并将输出的电压转换为指示点火器火花脉冲的持续时间的可视表示；
指示器电路还包括LED驱动电路，LED驱动电路配置为点亮与点火器火花脉冲的持续时间相对应的多个LED；
放大器是配置为单位增益缓冲器的运算放大器；
保持电容器、晶体管和运算放大器形成采样和保持电路；
评估电路还包括连接到放大器的二极管，以防止运算放大器的输入处的电压超过阈值；
火花点火器的寿命状态表示火花点火器中的电极腐蚀程度；以及
保持电容器以由电阻器控制的速率放电。
一种用于监测燃气涡轮点火系统中的火花点火器的寿命状态的设备，该设备包括：
具有电路组件的评估电路，电路组件包括设置为形成采样和保持电路的保持电容器、晶体管和运算放大器，其中将点火器火花脉冲信号施加到评估电路的输入节点，使得在点火器火花脉冲信号的持续时间内晶体管导通并且保持电容器部分放电，并且其中保持电容器处的放电电压由运算放大器维持和输出，表示点火器火花脉冲的持续时间的放电电压指示火花点火器的寿命状态。
附图说明
下面将结合附图描述本发明的一个或多个实施例，其中类似的附图标记表示类似的元件，并且其中附图描述了根据本发明的用于确定火花点火器的寿命状态的系统的示例性实施例。
具体实施方式
监测燃气涡轮发动机的点火系统是让人特别感兴趣的，因为这种系统通常用于启动和维持飞机发动机的燃烧。通过监视燃气涡轮发动机中的点火系统的性能，可以获得系统发生故障的指示。通过提供点火系统发生故障的指示，而获得了在确保点火系统能够在熄火已经发生之后重新起动发动机或者在下一次飞行之前启动维护循环方面特别重要的安全措施。
在监测燃气涡轮发动机的点火系统中，由于点火塞是点火系统的组件并且由于正常的点火器电极腐蚀而使得点火塞具有有限的预期寿命，所以点火塞的健康状态常常是关注的焦点。用于评估点火器的腐蚀状况(即，寿命状况)的手段对于操作者是非常有益的。
由于点火器电极的正常腐蚀，点火器或火花塞的工作寿命期间的火花持续时间通常会减小(即，放电速率更大)。下面公开的系统和方法将火花持续时间的这种降低识别为确定点火器的磨损(即，腐蚀)或寿命状态的手段。以这种方式，可以通过观察火花持续时间来进行点火器寿命的实际评估，而无需将点火器从发动机中取出进行检查。
通常由励磁电路产生的窄高压脉冲启动燃气涡轮发动机中的点火次序。为了成功点火，高压脉冲在点火塞处放电，从而产生火花。在确定点火器的寿命状态时，有利的是区别励磁机和点火器的特性，并且认识到来自励磁机的“健康放电”通常具有最大值的脉冲持续时间或最小放电速率，而点火器的“健康放电”具有最小火花持续时间或最大放电速率。
该图示出了用于监测燃气涡轮点火系统中的火花点火器的寿命状态的示例性设备。该设备包括连接到励磁电路(1)的输出的评估电路，励磁电路(1)以简化的形式示出具有到点火器的输出(2)。在正常和异常操作期间，到点火器的输出产生电流或火花脉冲信号，该电流或火花脉冲信号通过光隔离器(3)联接以产生适于输入到评估电路(4)的电平和特性的信号。点火器火花脉冲信号通过二极管(5)和积分器电容器(6)的串联连接施加到评估电路(4)的输入节点。通过二极管(5)和积分器电容器(6)施加的火花脉冲信号瞬间对保持电容器(9)充电或复位。复位的时间周期相对于总的火花重复周期足够小，从而该复位的时间周期对于观察者来说是不可检测的或不显著的。
在脉冲信号的持续时间内，点火器火花脉冲信号也通过输入节点施加到场效应晶体管(FET)(8)的栅极端子。FET(8)在这里作为开关机构工作，其中，该开关机构在本领域中被称为采样和保持电路，采样和保持电路由FET(8)、保持电容器(9)和运算放大器(11)的组合形成，如图1所示，运算放大器(11)配置为电压跟随器。在这种配置中，FET(8)导通，并起到闭合开关的作用，以便在火花脉冲信号的持续时间内使保持电容器(9)放电。保持电容器(9)以由电阻器(7)控制的速率放电。齐纳二极管10确保电压不超过预定电平或阈值。
当保持电容器(9)放电时，在被配置为单位增益缓冲器的运算放大器(11)的输出处出现相同的电压。在火花周期结束时，当FET(8)的栅极处的电压为零时，FET(8)断开，从而中断保持电容器(9)的放电。由于运算放大器(11)的输入阻抗是很高的，所以保持了保持电容器(9)在运算放大器(11)的非反相输入处的电压，并且该电压作为“火花特征”(12)出现在运算放大器(11)的输出处。该电压电平或火花信号表示点火器火花的持续时间。例如，较长的火花持续时间导致较低的“火花特征”电压，而较短的火花持续时间导致较高的“火花特征”电压，其中短的火花持续时间指示较大程度的电极腐蚀。
在一个特定实施例中，在指示器电路(13)中使用火花特征电压(12)来设置LED阵列，以通过点亮的LED的量来指示火花脉冲的持续时间。然后，用户可以将LED阵列指示解释为点火器寿命状态(即，点火器腐蚀程度)的可视指示。本领域的普通技术人员可以理解，图1中所示的LED阵列是示例性的，并且可以利用其它方法、电路和视觉指示器来向用户表示和指示火花脉冲信号。
应当理解，前面讨论的附图和描述仅用于说明所公开的设备的一些可能的实施例。例如，围绕组件的不同组合画出的不同的虚线和框并不意味着这些虚线和框所代表的设备的严格的边界或界限或特定的边界或界限。相反，简单地提供这些虚线和框以帮助说明示例性设备的一些不同的组件、设备、部分等。
此外，本领域技术人员将会理解，评估电路(4)可以包括与图1所示的组件和设备不同的组件和设备的组合，包括具有比所示的组件多、比所示的组件少或与所示的组件不同的组件的组合。此外，晶体管的类型不限于场效应晶体管，或晶体管引脚配置不限于图1所示的晶体管引脚配置。
应当理解，上述内容是对本发明的一个或多个实施例的描述。本发明不限于本文所公开的特定实施例，而是仅由所附权利要求书限定。此外，除非上面明确地定义了术语或短语，否则包含在上述描述中的陈述涉及特定实施例，并且不应被解释为对本发明的范围或对权利要求书中使用的术语的定义的限制。对于本领域的技术人员来说，各种其它实施例以及对所公开的实施例的各种改变和修改将是显而易见的。所有这些其它实施例、改变和修改都在所附权利要求的范围内。
如本说明书和权利要求书中所使用的，术语“例”、“例如”、“举例来说”、“诸如”和“类似”以及动词“包括”、“具有”、“包括有”和它们的其它动词形式，当上述术语与一个或多个组件或其它项目的列表结合使用时，这些术语各自被解释为开放式的，这意味着该列表不应被认为与其它的、附加的组件或项目相斥。除非在需要不同解释的上下文中使用其它术语，否则其它术语将使用其最广泛的合理含义来解释。

Claims (10)

1.一种用于监测燃气涡轮点火系统中的火花点火器的寿命状态的设备，所述设备包括：
评估电路，配置为确定火花脉冲的持续时间，其中，所述评估电路包括接收点火器火花脉冲信号的输入节点，所述评估电路具有电路元件，所述电路元件包括：
保持电容器，通过输入二极管和积分器电容器的串联连接可操作地联接到所述输入节点，其中，将所述点火器火花脉冲信号施加到所述输入节点来复位所述保持电容器；
晶体管，通过电阻器可操作地联接到所述保持电容器，其中，所述晶体管的栅极端子连接到所述输入节点，使得当所述点火器火花脉冲信号施加到所述输入节点时所述晶体管导通，并且当所述点火器火花脉冲信号结束时所述晶体管截止，并且其中，所述晶体管导通使得所述保持电容器在所述点火器火花脉冲的所述持续时间内部分放电；以及
放大器，连接到所述保持电容器并且配置为输出取决于放电的所述保持电容器的电压电平的电压，其中，所述电压表示所述点火器火花脉冲的所述持续时间，所述点火器火花脉冲的所述持续时间指示所述火花点火器的所述寿命状态。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述评估电路连接到励磁电路，并配置为通过所述励磁电路中的光隔离器接收所述点火器火花脉冲信号。
3.根据权利要求1所述的设备，还包括指示器电路，所述指示器电路配置为接收所述放大器输出的所述电压，并将输出的所述电压转换为指示所述点火器火花脉冲的所述持续时间的可视表示。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述指示器电路还包括LED驱动电路，所述LED驱动电路配置为点亮与所述点火器火花脉冲的所述持续时间对应的多个LED。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述放大器是配置为单位增益缓冲器的运算放大器。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述保持电容器、所述晶体管和所述运算放大器形成采样和保持电路。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述评估电路还包括连接到所述放大器的二极管，以防止所述运算放大器的输入处的所述电压超过阈值。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述火花点火器的所述寿命状态表示所述火花点火器中的电极腐蚀程度。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述保持电容器以由所述电阻器控制的速率放电。
10.一种用于监测燃气涡轮点火系统中的火花点火器的寿命状态的设备，所述设备包括：
评估电路，具有电路组件，所述电路组件包括设置为形成采样和保持电路的保持电容器、晶体管和运算放大器，其中，将点火器火花脉冲信号施加到所述评估电路的输入节点，使得在所述点火器火花脉冲信号的持续时间内所述晶体管导通并且所述保持电容器部分放电，并且其中，所述保持电容器处的放电电压由所述运算放大器维持和输出，表示所述点火器火花脉冲的所述持续时间的所述放电电压指示所述火花点火器的所述寿命状态。
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