DE102009016028A1 - Netzwerkanalysator mit einem zumindest zwei Tore aufweisenden Mehrtor zur Messung der Wellenparameter - Google Patents

Netzwerkanalysator mit einem zumindest zwei Tore aufweisenden Mehrtor zur Messung der Wellenparameter Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Netzwerkanalysator mit einem zumindest zwei Tore (T1, T2) aufweisenden Mehrtor zur Messung der Wellenparameter eines Messobjekts (M), wobei jedes Tor (T1, T2) eine Einspeisung für ein Hochfrequenzsignal aus einer Signalquelle (S1, S2) aufweist und als Wellenparameter für ein jeweiliges Tor der am Messobjekt (M) reflektierte Signalanteil des in das jeweilige Tor (T1, T2) eingespeisten Hochfrequenzsignals und der durch das Messobjekt hin zum jeweiligen Tor (T1, T2) transmittierte Signalanteil von einem oder mehreren in zumindest ein anderes Tor (T1, T2) eingespeister Hochfrequenzsignale messbar sind. Die zumindest zwei Tore (T1, T2) des Mehrtors werden im Betrieb des Netzwerkanalysators mit unterschiedlichen Hochfrequenzsignalen gespeist, deren Frequenz (f_TX1, f_TX2) oder Frequenzbänder um einen Frequenzversatz (f_diff) zueinander versetzt sind, und die reflektierten und transmittierten Signalanteile der Hochfrequenzsignale werden an den zumindest zwei Toren (T1, T2) gleichzeitig gemessen. Der erfindungsgemäße Netzwerkanalysator weist den Vorteil auf, dass er im Gegensatz zu herkömmlichen Netzwerkanalysatoren zur Messung der Wellenparameter von sich zeitlich schnell ändernden dynamischen Messobjekten verwendet werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Netzwerkanalysator mit einem zumindest zwei Tore aufweisenden Mehrtor zur Messung der Wellenparameter eines Messobjekts sowie ein entsprechendes Verfahren zur Messung von Parametern eines Messobjekts mit einem solchen Netzwerkanalysator.
  • Netzwerkanalysatoren mit Mehrtoren dienen zur Messung und damit Charakterisierung von Messobjekten über deren Wellenparameter. Diese Wellenparameter, welche auch als S-Parameter bzw. Streuparameter bezeichnet werden, spezifizieren dabei für ein jeweiliges Tor eines Mehrtors, wie viel der von in das jeweilige Tor eingespeisten Leistung am Messobjekt reflektiert wird bzw. zu einem anderen Tor übertragen wird. Hierzu werden herkömmliche Netzwerkanalysatoren mit einem Hochfrequenzsignal gespeist, wobei die Reflexion und Transmission an jedem Tor des Mehrtors sequentiell gemessen wird. Das heißt, bei jeder Messung wird nur eines der Tore durch ein Hochfrequenzsignal gespeist, wobei an dem Tor, an dem das Hochfrequenzsignal anliegt, der reflektierte Anteil und an zumindest einem anderen Tor der transmittierte Anteil gemessen wird. Eine gleichzeitige Messung der Reflexion und Transmission für alle Tore ist dabei nicht möglich, da es zu einer Überlagerung der entsprechenden Frequenzspektren der Reflexion und der Transmission kommt. Für dynamische, sich zeitlich schnell verändernde Messobjekte können demzufolge herkömmliche Netzwerkanalysatoren nicht eingesetzt werden, da sich die gemessenen Streuparameter aufgrund der Dynamik des Messobjekts sehr schnell verändern und somit eine gleichzeitige Messung aller Streuparameter erforderlich ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Netzwerkanalysator und ein entsprechendes Messverfahren zu schaffen, mit de nen die Streuparameter eines dynamischen Messobjekts gemessen werden können.
  • Diese Aufgabe wird durch den Netzwerkanalysator gemäß Patentanspruch 1 sowie das Messverfahren gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Der erfindungsgemäße Netzwerkanalysator umfasst ein Mehrtor mit zumindest zwei Toren, wobei jedes Tor eine Einspeisung für ein Hochfrequenzsignal aus einer Signalquelle aufweist und als Wellenparameter für ein jeweiliges Tor der am Messobjekt reflektierte Signalanteil des in das jeweilige Tor eingespeisten Hochfrequenzsignals und der durch das Messobjekt hin zum jeweiligen Tor transmittierte Signalanteil von einem oder mehreren in zumindest ein anderes Tor eingespeister Hochfrequenzsignale messbar sind. Unter Hochfrequenzsignal wir dabei insbesondere ein Signal mit einer Frequenz ab 100 KHz aufwärts bis in den Bereich von einigen hundert GHz verstanden.
  • Der erfindungsgemäße Netzwerkanalysator zeichnet sich dadurch aus, dass die zumindest zwei Tore des Mehrtors im Betrieb des Netzwerkanalysators mit unterschiedlichen Hochfrequenzsignalen gespeist werden, deren Frequenzen oder Frequenzbänder um einen Frequenzversatz zueinander versetzt sind, wobei die reflektierten und transmittierten Signalanteile der Hochfrequenzsignale an den zumindest zwei Toren gleichzeitig gemessen werden. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass durch einen entsprechenden Frequenzversatz eine geeignete Trennung der Spektren der reflektierten und transmittierten Signalanteile erreicht werden kann, so dass gleichzeitig alle Streuparameter von mehreren Toren gemessen werden können. Auf diese Weise können sich dynamisch schnell verändernde Messobjekte erfasst werden. Dabei können die sich zeitlich verändernden Streuparameter des Messobjekts kontinuierlich gemessen werden. Eine derartige Messung von dynamischen Mess objekten ist aufgrund der sequentiellen Messung der Streuparameter mit herkömmlichen Netzwerkanalysatoren nicht möglich.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzwerkanalysators ist der Frequenzversatz zwischen den Hochfrequenzsignalen dabei derart groß, dass für jedes Tor die sich für die reflektierten und transmittierten Signalanteile gemessenen Frequenzspektren nicht überlappen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Unterschied zwischen den Frequenzen mindestens so groß ist wie die Summe aus der maximalen Frequenzabweichung des Reflexionsspektrums von der entsprechenden Trägerfrequenz und der maximalen Frequenzabweichung des Transmissionsspektrums von der entsprechenden, um den Frequenzversatz versetzten Trägerfrequenz. Auf diese Weise wird eine klare Trennung zwischen beiden Frequenzspektren sichergestellt. Nichtsdestotrotz kann gegebenenfalls auch eine Überlappung der Frequenzspektren zugelassen werden, insbesondere wenn nur bestimmte Anteile der Frequenzspektren bei der durchgeführten Messung interessieren.
  • Um eine Verfälschung der Messung bei einer Frequenzabhängigkeit der Streuparameter möglichst zu vermeiden, wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Frequenzversatz zwischen den Hochfrequenzsignalen nicht zu groß gewählt werden. In einer Variante ist der Frequenzversatz deshalb kleiner als die kleinste und/oder größte Frequenz bzw. Mittenfrequenz des Frequenzbands der unterschiedlichen Hochfrequenzsignale. Beispielsweise kann der Frequenzversatz kleiner oder gleich 50%, vorzugsweise kleiner oder gleich 25% und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 10%, der kleinsten und/oder größten Frequenz bzw. Mittenfrequenz des Frequenzbands der unterschiedlichen Hochfrequenzsignale sein.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Speisung der Tore mit unterschiedlichen Hochfrequenzsignalen dadurch erreicht, dass für jedes Tor der zumindest zwei Tore eine separate Signalquelle zur Speisung des Tors vorgesehen ist.
  • In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist für jedes Tor des Mehrtors ein Mischer zum Mischen des in das jeweilige Tor eingespeisten Hochfrequenzsignals mit dem reflektierten und transmittierten Signalanteil vorgesehen. Auf diese Weise können die entsprechenden Informationen aus dem reflektierten und transmittierten Signalanteil extrahiert werden, insbesondere in der Form entsprechender I- und Q-Parameter, aus denen sich die Amplitude und Phase der Signale ergibt.
  • In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzwerkanalysators umfasst jedes Tor des Mehrtors einen über ein separates Radar gespeisten Wellenleiter, wobei sich die Betriebsfrequenzen der Radare um den Frequenzversatz voneinander unterscheiden. Für bestimmte Anwendungen, beispielsweise für die Messung der Streuparameter von sich drehenden Schaufeln einer Gasturbine, hat sich der Betrieb eines der Radare bei einer Frequenz von 80 GHz und eines anderen der Radare bei 80,01 GHz, d. h. mit einem Frequenzversatz von 10 MHz, für sinnvoll erwiesen.
  • Neben dem oben beschriebenen Netzwerkanalysator betrifft die Erfindung ferner eine Messvorrichtung, welche einen solchen Netzwerkanalysator umfasst. Die Messvorrichtung beinhaltet dabei neben dem Netzwerkanalysator eine Auswerteeinheit zur Bestimmung von einem oder mehreren weiteren Parametern des Messobjekts aus den durch den Netzwerkanalysator gemessenen Wellenparametern. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit im Betrieb als weitere Parameter den Abstand des Messobjekts von dem Mehrtor und/oder die Relativgeschwindigkeit des Messobjekts in Bezug auf das Mehrtor aus den Wellenparametern bestimmen. Entsprechende Verfahren zur Ermittlung von physikalischen Größen, wie Abstand und Geschwindigkeit, aus den Wellenparametern eines Objekts sind dabei hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt. Die Messvorrichtung kann beispielsweise in der oben erwähnten Anwendung zur Messung der Streuparameter von Turbinenschaufeln einer Gasturbine eingesetzt werden. In diesem Fall wird insbesondere der Radialab stand der Turbinenschaufeln von der Innenwand des Turbinengehäuses bzw. die Relativgeschwindigkeit der Turbinenschaufeln in Bezug auf die Innenwand bestimmt.
  • Neben dem oben beschriebenen Netzwerkanalysator und einer darauf basierenden Messvorrichtung betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zur Messung von Parametern eines Messobjekts mit dem erfindungsgemäßen Netzwerkanalysator. Dabei werden die zumindest zwei Tore des Mehrtors des Netzwerkanalysators mit unterschiedlichen Hochfrequenzsignalen gespeist, deren Frequenzen oder Frequenzbänder um einen Frequenzversatz zueinander versetzt sind, und die reflektierten und transmittierten Signalanteile der Hochfrequenzsignale werden an den zumindest zwei Toren gleichzeitig gemessen. In einer bevorzugten Ausgestaltung werden dabei die Wellenparameter mit einer Auswerteeinheit ausgewertet, um weitere Parameter des Messobjekts zu bestimmen. In Analogie zur obigen Messvorrichtung können dabei als weitere Parameter der Abstand des Messobjekts von dem Mehrtor und/oder die Relativgeschwindigkeit des Messobjekts in Bezug auf das Mehrtor aus den Wellenparametern bestimmt werden. Wie bereits oben erwähnt, eignet sich ein solches Messverfahren zur Messung von Eigenschaften der sich drehenden Schaufeln einer Gasturbine. In diesem Fall ist das Mehrtor vorzugsweise an der Innenwand des Turbinengehäuses in der Rotationsebene der Schaufeln vorgesehen, wobei der Radialabstand zwischen Innenwand und Schaufeln aus den mit dem Netzwerkanalysator gemessenen Wellenparametern bestimmt wird.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Netzwerkanalysators gemäß dem Stand der Technik;
  • 2 eine beispielhafte Wiedergabe der Reflexions- und Transmissionsspektren, welche mit dem Analysator der 1 bei simultaner Messung beider Spektren erhalten werden;
  • 3 eine schematische Darstellung eines Netzwerkanalysators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 4A und 4B Frequenzspektren der in dem Netzwerkanalysator der 3 verwendeten Hochfrequenzquellen bzw. der im Netzwerkanalysator empfangenen reflektierten und transmittierten Signalanteile; und
  • 5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur Bestimmung des Abstands der Turbinenschaufeln einer Gasturbine zu der Innenwand des Turbinengehäuses.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Netzwerkanalysators mit einer herkömmlichen Mehrtorschaltung. Der Analysator umfasst eine Hochfrequenz-Signalquelle S, welche ein Hochfrequenzsignal mit der Frequenz f_TX aussendet. Dieses Signal wird über einen Schalter SW jeweils einem von zwei Signalzweigen zugeführt, wobei jeder Signalzweig ein Tor T1 bzw. T2 darstellt, das durch den Übergang des jeweiligen Signalzweigs hin zu einem Messobjekt M gebildet wird. Das Messobjekt M kann dabei als ein Objekt mit unbekannten Eigenschaften nach Art einer Blackbox angesehen werden und ist deshalb als Rechteck angedeutet. Ziel der mit dem Netzwerkanalysator durchgeführten Messung ist es nunmehr, die Wellenparameter des Messobjekts M über die Tore T1 bzw. T2 zu ermitteln. Diese Wellenparameter, welche auch als S-Parameter bzw. Streuparameter bezeichnet werden, geben an, wie viel von der an einem Tor eingespeisten Leistung reflektiert bzw. von dem einen Tor zu dem anderen Tor übertragen und damit trans mittiert wird. Die Reflexion an den Toren T1 bzw. T2 ist dabei durch Pfeile R wiedergegeben, wohingegen die Transmission von dem einen Tor zu dem anderen Tor durch einen halbkreisförmigen Doppelpfeil T angedeutet ist.
  • In jedem Signalzweig der beiden Tore T1 und T2 ist ein I/Q-Mischer MI1 bzw. MI2 vorgesehen, der das vom jeweiligen Tor empfangene Signal mit dem ursprünglichen Hochfrequenzsignal mischt, um hierdurch die auf das Hochfrequenzsignal aufmodulierten Signalanteile zu bestimmen. Die Trägerfrequenz ist aufgrund der Einspeisung durch die gleiche Hochfrequenzquelle S für beide Mischer die gleiche, d. h. f_TX1 des Mischers MI1 ist identisch mit f_TX2 des Mischers MI2 und entspricht der Frequenz f_TX der Hochfrequenzquelle S. Für jede Messung erhält man dann über die Mischer die entsprechenden I- bzw. Q-Signale der Reflexion oder der Transmission, aus denen dann das Frequenzspektrum der Signalanteile bestimmt werden kann.
  • In dem Netzwerkanalysator gemäß 1 erfolgt die Messung der Streuparameter für jedes der Tore sequentiell. Hierzu wird die Hochfrequenzquelle S zunächst durch den Schalter SW mit dem Tor T1 verbunden, woraufhin die Reflexion an diesem Tor sowie die Transmission von dem Tor T1 zum Tor T2 ermittelt werden kann. Anschließend wird der Schalter SW umgeschaltet, so dass das Tor T2 mit der Hochfrequenzquelle S verbunden ist, woraufhin die Reflexion am Tor T2 und die Transmission des Signals vom Tor T2 zum Tor T1 gemessen wird. Bei der Messung eines dynamischen Objekts, dessen Zustand sich schnell ändert, ist es oftmals wünschenswert, dass die Streuparameter für jedes Tor gleichzeitig ermittelt werden, da eine aufeinander folgende Bestimmung der Streuparameter aufgrund der dynamischen Veränderung der Eigenschaften des Messobjekts zu falschen Messergebnissen führt.
  • Misst man mit dem Netzwerkanalysator der 1 gleichzeitig die Streuparameter für beide Tore, d. h. verbindet man beide Tore T1 und T2 gleichzeitig mit der Signalquelle S, erhält man jedoch ein Signal, dessen Spektrum keinen Rückschluss auf die einzelnen Transmissions- bzw. Reflexionsparameter der Tore ermöglicht. Dies ist in 2 verdeutlicht, welche beispielhaft ein gemessenes Frequenzspektrum für eines der Tore bei gleichzeitiger Messung beider Tore zeigt. Auf der Abszisse ist dabei die Frequenz f und auf der Ordinate die Amplitude A der Signale aufgetragen. Da bei gleichzeitiger Messung über beide Tore ein Signal mit der gleichen Frequenz ausgesendet wird, werden die empfangenen Signalanteile der Reflexion und der Transmission an einem Tor in das gleiche Frequenzband umgesetzt. Wie aus 2 ersichtlich ist, ergibt sich somit für die Signalanteile eine Überlagerung des Reflexionsspektrums RS mit dem Transmissionsspektrum TS. Das heißt, das Ausgabespektrum ist die Summe der beiden Spektren RS und TS, aus der nicht mehr die Spektren RS bzw. TS rückgerechnet werden können. Das am Ausgang des entsprechenden Mischers anliegende komplexe Signal ermöglicht es somit nicht, die Informationen über die Transmission von der Reflexion zu trennen.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzwerkanalysators. In Analogie zu dem Netzwerkanalysator der 1 umfasst dieser Analysator wiederum zwei Tore T1 und T2, denen entsprechende Mischer MI1 und MI2 zur Ermittlung der I/Q-Parameter der durch das Messobjekt reflektierten bzw. transmittierten Signalanteile zugeordnet sind. Das Messobjekt ist dabei analog zu 1 als Rechteck M angedeutet. Ebenso sind die entsprechenden Reflexionen bzw. Transmissionen durch die gleichen Pfeile R bzw. T wiedergegeben.
  • Im Unterschied zu dem Analysator der 1 umfasst der Analysator gemäß der 3 nunmehr zwei Hochfrequenzquellen S1 und S2. Die Hochfrequenzquelle S1 speist dabei das Tor T1 und die Hochfrequenzquelle S2 das Tor T2. Die Hochfrequenzquelle S1 arbeitet bei der Betriebsfrequenz f_TX1, wohingegen die Hochfrequenzquelle S2 bei einer unterschiedlichen Betriebsfrequenz f_TX2 arbeitet, welche gegenüber der Betriebsfrequenz f_TX1 der Quelle S1 versetzt ist.
  • Die Speisung der Tore mit unterschiedlichen Frequenzen ist dabei in 4A wiedergegeben. Dieses Diagramm, in dem die Signalamplitude A über die Frequenz f aufgetragen ist, zeigt das Frequenzspektrum P1 der Hochfrequenzquelle S1 bzw. das Frequenzspektrum P2 der Hochfrequenzquelle S2. Man erkennt, dass jedes Spektrum aus einem entsprechenden Peak bei der Frequenz f_TX1 bzw. f_TX2 besteht, wobei beide Frequenzspektren um den Versatz f_diff auseinander liegen. Aufgrund des Frequenzversatzes kann nunmehr eine gleichzeitige Messung der reflektierten bzw. transmittierten Signalanteile an beiden Toren T1 und T2 erfolgen.
  • Bei einer solchen Messung ermittelt der Mischer MI1 in Bezug auf das Basisband der Frequenz f_TX1 den reflektierten Anteil des von dem Tor T1 ausgesendeten Hochfrequenzsignals sowie den transmittierten Anteil des von dem Tor T2 ausgesendeten Hochfrequenzsignals. Analog ermittelt der Mischer MI2 in Bezug auf das Basisband der Frequenz f_TX2 den reflektierten Anteil des von dem Tor T2 ausgesendeten Hochfrequenzsignals sowie den transmittierten Anteil des von dem Tor T1 ausgesendeten Hochfrequenzsignals. Aufgrund des Frequenzversatzes liegen die Spektren des reflektierten und transmittierten Anteils nunmehr auseinander, wie beispielhaft durch das Frequenzspektrum für eines der Tore in 4B verdeutlicht wird. Durch geeignete Wahl des Versatzes wird dabei erreicht, dass das Frequenzspektrum des reflektierten Signalanteils RS nicht mit dem Frequenzspektrum des transmittierten Signalanteils TS überlappt, da beide Spektren um f_diff voneinander versetzt sind.
  • Um durch die unterschiedlichen Trägerfrequenzen verursachte Einflüsse auf die Spektren möglicht gering zu halten, liegen in einer bevorzugten Ausführungsform die beiden Spektren möglichst nahe aneinander, ohne dass sie jedoch überlappen. Der Frequenzversatz sollte somit zumindest so groß wie die Summe sein, welche sich zusammensetzt aus der maximalen Abweichung des Frequenzspektrums für die Trägerfrequenz f_TX1 und der maximalen Abweichung des Frequenzspektrums für die Trägerfre quenz f_TX2. Durch den Netzwerkanalysator der 3 wird aufgrund des Frequenzversatzes somit erreicht, dass die Umsetzung der Signalanteile der Reflexion und der Transmission in unterschiedliche Frequenzbänder des Ausgangsspektrums des jeweiligen Mischers erfolgt. Die Reflexion wird dabei in das entsprechende Basisband des Mischers abgebildet, wohingegen sich die Transmission bei der Trägerfrequenz befindet, welche die Differenzfrequenz zwischen den Sendesignalen der Hochfrequenzquellen S1 und S2 ist. Hierdurch entstehen zwei unterschiedliche Frequenzspektren, welche für jedes Torgleichzeitig und kontinuierlich gemessen werden können. Auf diese Weise können dynamische, sich zeitlich schnell verändernde Messobjekte vollständig erfasst werden.
  • 5 zeigt ein Beispiel einer Verwendung eines erfindungsgemäßen Netzwerkanalysators in einem Messsystem zur Ermittlung des Radialspalts von Turbinenschaufeln einer Gasturbine zu der Innenwand des entsprechenden Turbinengehäuses. In 5 ist dabei ein Abschnitt einer Turbinenschaufel als Messobjekt M bezeichnet, wobei sich diese Schaufel in der Blattebene in Richtung des Pfeils P bewegt. Es ist dabei ein Abschnitt der Turbinenschaufel gezeigt, der benachbart zu der Innenwand des Turbinengehäuses liegt, in der sich die Schaufel bewegt. Abschnitte dieser Wand sind dabei in 5 mit dem Bezugszeichen W bezeichnet. Ziel ist es nunmehr, einen Netzwerkanalysator dazu einzusetzen, um den Radialspalt d zwischen den sich schnell bewegenden Turbinenschaufeln und der Wand W zu messen, um gegebenenfalls auftretende Unwuchten zu erkennen und einer Beschädigung der Turbine aufgrund eines Kontakts der Turbinenschaufeln mit der Wand entgegenzuwirken.
  • Zur Messung wird wiederum ein Netzwerkanalysator mit zwei Toren T1 und T2 verwendet, wobei die Tore durch entsprechende Wellenleiter gebildet werden, die in trichterförmige Öffnungen O1 und O2 in der Turbinenwand W enden. Analog zu 3 sind die Reflexionen bzw. Transmissionen der über die Wellenleiter ausgesendeten Signale durch entsprechende Pfeile R bzw. T angedeutet. Jedem Wellenleiter ist dabei ein Radarsen sor RA1 bzw. RA2 zugeordnet. Der Radarsensor RA1 enthält in Analogie zu 3 eine entsprechende Hochfrequenzquelle S1 und einen Mischer MI1. Ebenso enthält der Radarsensor RA2 einen entsprechende Hochfrequenzquelle S2 und eine entsprechenden Mischer MI2. Die Hochfrequenzquellen und die Mischer sind dabei nicht nochmals in 5 wiedergegeben.
  • Die beiden Radarsensoren arbeiten bei unterschiedlichen Betriebsfrequenzen, welche um einen vorbestimmten Frequenzversatz auseinander liegen, was in Übereinstimmung mit 3 durch die unterschiedlichen Frequenzen der Hochfrequenzquellen S1 und S2 erreicht wird. Es wird dabei gleichzeitig die Transmission und Reflexion der über die Wellenleiter der Tore ausgesendeten Hochfrequenzsignale gemessen. Für die in 5 gezeigte Anwendung wird insbesondere ein CW-Radar (CW = Continous Wave) verwendet, welches in dem Sensor RA1 bei einer Betriebsfrequenz von 80 GHz und in dem Sensor RA2 bei einer Betriebsfrequenz von 80,01 GHz arbeitet. Das heißt, die beiden Betriebsfrequenzen sind um 10 MHz voneinander versetzt. Es ergeben sich somit in der Ausführungsform der 5 simultan entsprechende I/Q-Parameter sowohl für die Transmission als auch die Reflexion an jedem der beiden Tore. Diese Parameter werden in einem entsprechenden A/D-Wandler AD digitalisiert und einer digitalen Signalverarbeitung PR zugeführt.
  • In der Ausführungsform der 5 übernimmt die Signalverarbeitung PR die Ermittlung der Größe des Radialspalts d zwischen Turbinenschaufel und Wand. Es werden dabei hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannte Methoden zur Ermittlung dieses Abstands eingesetzt, insbesondere kann der Abstand aus dem Frequenzspektrum mit Hilfe des Doppler-Verfahrens bestimmt werden. Da entsprechende Verfahren zur Bestimmung des Abstands d aus den Streuparametern eines Netzwerkanalysators bekannt sind, wird auf eine weitergehende Beschreibung der Signalauswertung verzichtet.
  • Neben dem Radialspalt können gegebenenfalls auch andere Parameter gemessen werden, beispielsweise die Relativgeschwindig keit der Turbinenschaufeln in Bezug auf die Wand. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung ist ferner nicht auf die Messung der in 5 dargestellten physikalischen Größen beschränkt, sondern es können auch andere Größen gemessen werden, deren Veränderung sich in einer Veränderung der entsprechenden Streuparameter des Netzwerkanalysators äußern. Der wesentliche Vorteil der Erfindung gegenüber bekannten Netzwerkanalysatoren besteht darin, dass nunmehr auch sich schnell verändernde physikalische Größen von dynamischen Systemen geeignet gemessen werden können, da eine gleichzeitige und kontinuierliche Messung der Streuparameter ermöglicht wird.

Claims (15)

  1. Netzwerkanalysator mit einem zumindest zwei Tore (T1, T2) aufweisenden Mehrtor zur Messung der Wellenparameter eines Messobjekts (M), wobei jedes Tor (T1, T2) eine Einspeisung für ein Hochfrequenzsignal aus einer Signalquelle (S1, S2) aufweist und als Wellenparameter für ein jeweiliges Tor (T1, T2) der am Messobjekt reflektierte Signalanteil des in das jeweilige Tor (T1, T2) eingespeisten Hochfrequenzsignals und der durch das Messobjekt (M) hin zum jeweiligen Tor (T1, T2) transmittierte Signalanteil von einem oder mehreren in zumindest ein anderes Tor (T1, T2) eingespeister Hochfrequenzsignale messbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb des Netzwerkanalysators die zumindest zwei Tore (T1, T2) des Mehrtors mit unterschiedlichen Hochfrequenzsignalen gespeist werden, deren Frequenzen (f_TX1, f_TX2) oder Frequenzbänder um einen Frequenzversatz (f_diff) zueinander versetzt sind, und die reflektierten und transmittierten Signalanteile der Hochfrequenzsignale an den zumindest zwei Toren (T1, T2) gleichzeitig gemessen werden.
  2. Netzwerkanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzversatz (f_diff) derart groß ist, dass für jedes Tor (T1, T2) die sich für die reflektierten und transmittierten Signalanteile gemessenen Frequenzspektren (RS, TS) nicht überlappen.
  3. Netzwerkanalysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzversatz (f_diff) kleiner als die kleinste und/oder die größte Frequenz der unterschiedlichen Hochfrequenzsignale ist.
  4. Netzwerkanalysator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzversatz (f_diff) kleiner oder gleich 50%, vorzugsweise kleiner oder gleich 25% und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 10%, der kleinsten und/oder größten Frequenz der unterschiedlichen Hochfrequenzsignale ist.
  5. Netzwerkanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Tor (T1, T2) der zumindest zwei Tore (T1, T2) eine separate Signalquelle (S1, S2) zur Speisung des Tors (T1, T2) vorgesehen ist.
  6. Netzwerkanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Tor (T1, T2) der zumindest zwei Tore (T1, T2) ein Mischer (MI1, MI2) zum Mischen des in das jeweilige Tor (T1, T2) eingespeisten Hochfrequenzsignals mit dem reflektierten und transmittierten Signalanteil vorgesehen ist.
  7. Netzwerkanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Tor (T1, T2) der zumindest zwei Tore (T1, T2) einen über ein separates Radar (RA1, RA2) gespeisten Wellenleiter umfasst, wobei sich die Betriebsfrequenzen der Radare (RA1, RA2) um den Frequenzversatz (f_diff) voneinander unterscheiden.
  8. Netzwerkanalysator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Radare (RA1) eine Betriebsfrequenz von 80 GHz und ein anderes der Radare (RA) eine Betriebsfrequenz von 80,01 GHz aufweist.
  9. Messvorrichtung, umfassend einen Netzwerkanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine Auswerteeinheit (AD, PR) zur Bestimmung von einem oder mehreren weiteren Parametern (d) des Messobjekts (M) aus den durch den Netzwerkanalysator gemessenen Wellenparametern.
  10. Messvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (AD, PR) im Betrieb als weitere Parameter den Abstand (d) des Messobjekts (M) von dem Mehrtor und/oder die Relativgeschwindigkeit des Messobjekts (M) in Bezug auf das Mehrtor aus den Wellenparametern bestimmt.
  11. Verfahren zur Messung von Parametern eines Messobjekts (M) mit einem Netzwerkanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Tore (T1, T2) des Mehrtors des Netzwerkanalysators mit unterschiedlichen Hochfrequenzsignalen gespeist werden, deren Frequenzen (f_TX1, f_TX2) oder Frequenzbänder um einen Frequenzversatz (f_diff) zueinander versetzt sind, und die reflektierten und transmittierten Signalanteile der Hochfrequenzsignale an den zumindest zwei Toren (T1, T2) gleichzeitig gemessen werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenparameter mit einer Auswerteeinheit (AD, PR) ausgewertet werden, um weitere Parameter des Messobjekts (M) zu bestimmen.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Parameter der Abstand (d) des Messobjekts (M) von dem Mehrtor und/oder die Relativgeschwindigkeit des Messobjekts (M) in Bezug auf das Mehrtor aus den Wellenparametern bestimmt werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Messobjekt (M) die sich drehenden Schaufeln einer Gasturbine gemessen werden.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrtor an der Innenwand (W) des Gehäuses der Gasturbine in der Rotationsebene der Schaufeln vorgesehen ist und der Radialabstand (d) zwischen Innenwand und Schaufeln aus den mit dem Netzwerkanalysator gemessenen Wellenparametern bestimmt wird.
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