DE102009016029A1 - Apparatus and method for determining a distance to a reflection object - Google Patents

Apparatus and method for determining a distance to a reflection object Download PDF

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung (1) zum Ermitteln eines Abstandes (d) zu einem Reflektionsobjekt (3), insbesondere zu einer Turbinenschaufel einer Turbine. Dabei wird von einer Antenne ein Signal mit einer bestimmten Wellenlänge (λ) auf das Reflektionsobjekt (3) abgestrahlt und das von dem Reflektionsobjekt (3) reflektierte Signal wird hinsichtlich Amplitude (A) und Phase (φ) gemessen. Das gemessene Signal wird durch ein angepasstes Filter bzw. Matched Filter (11) mit einer zugehörigen Punkt-Zielantwort gemessen. Zur Maximierung einer örtlichen Auflösung des gemessenen Signals wird ein Fokussierabstand als Parameter der Punkt-Zielantwort eingestellt und bildet den zu ermittelnden Abstand. Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung (1) können vielseitig, insbesondere in Turbinen, Elektromotoren, Elektrogeneratoren oder auch in Triebwerken, eingesetzt werden. Die Abstandsmessung erfolgt ohne 2π-Mehrdeutigkeit, wobei für jedes Reflektionsobjekt (3), insbesondere jede Turbinenschaufel ein vollständiges Abstandsprofil und nicht nur ein integraler Abstandswert durch das erfindungsgemäße Verfahren bereitgestellt wird.Method and device (1) for determining a distance (d) to a reflection object (3), in particular to a turbine blade of a turbine. In this case, an antenna with a specific wavelength (λ) is emitted onto the reflection object (3) and the signal reflected by the reflection object (3) is measured with respect to amplitude (A) and phase (φ). The measured signal is measured by a matched filter (11) with an associated point-to-target response. To maximize a local resolution of the measured signal, a focusing distance is set as a parameter of the point-to-target response and forms the distance to be determined. The method according to the invention and the device (1) can be used in many ways, in particular in turbines, electric motors, electric generators or also in engines. The distance measurement takes place without 2π ambiguity, wherein for each reflection object (3), in particular each turbine blade, a complete distance profile and not only an integral distance value is provided by the method according to the invention.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ermitteln eines Abstandes zu einem Reflektionsobjekt, insbesondere einer Turbinenschaufel einer Gas- und Dampfturbine.The The invention relates to an apparatus and a method for determining a distance to a reflection object, in particular a turbine blade a gas and steam turbine.

Ein sicherer und effizienter Betrieb eines in einem Gehäuse rotierenden Objektes hängt in hohem Maße davon ab, dass ein Sicherheitsabstand zwischen dem rotierenden Objekt und dem Gehäuse zu jedem Zeitpunkt sicher eingehalten wird. Beispielsweise hängt ein sicherer Betrieb einer Turbine davon ab, wie groß der Abstand zwischen der radialäußeren Kante der Turbinenschaufel und einer Innenwandung des Turbinengehäuses ist. Dabei darf ein Sicherheitsabstand nicht unterschritten werden, um Beschädigungen der Turbinenschaufeln und/oder des Gehäuses zu vermeiden. Darüber hinaus wirkt sich ein zu großer Abstand zwischen den Turbinenschaufeln und dem Turbinengehäuse negativ auf den Wirkungsgrad der Turbine aus. Es wird daher der Radialspalt zwischen den Turbinenschalen und dem Turbinengehäuse überwacht. Da der zu überwachende Radialspalt direkt von dynamischen Zustandsgrößen, wie beispielsweise Temperatur und Drehgeschwindigkeit des Rotors bzw. der Turbinenschaufeln abhängt und sich diese dynamischen Zustandsgrößen während des Betriebs ständig ändern können, wird der Radialspalt kontinuierlich überwacht.One safe and efficient operation of one in a housing rotating object depends greatly on it starting from that, a safety distance between the rotating object and the housing is safely adhered to at all times. For example, safe operation of a turbine depends on it From how big the distance between the radially outer Edge of the turbine blade and an inner wall of the turbine housing is. It must not fall below a safety distance to Damage to the turbine blades and / or the housing to avoid. In addition, one affects too big Distance between the turbine blades and the turbine housing negative on the efficiency of the turbine. It will therefore be the Radial gap between the turbine shells and the turbine housing monitored. Since the radial gap to be monitored directly from dynamic State variables, such as temperature and rotational speed of the rotor or the turbine blades depends and these dynamic state variables during of the operation is constantly changing the radial gap is continuously monitored.

Für die Ermittlung des Abstandes zwischen dem rotierenden Gegenstand bzw. den Turbinenschaufeln und dem Gehäuse werden herkömmlicherweise zumeist kapazitive Sensoren eingesetzt. Das Ausgangssignal eines kapazitiven Sensors liefert jedoch lediglich einen integralen bzw. mittleren Messwert für den Abstand einer Turbinenschaufel zu dem Sensor bzw. zur Gehäusewand ohne geeignete laterale Auflösung, das heißt Auflösung in Drehrichtung des rotierenden Gegenstandes bzw. der Turbinenschaufel. Turbinenschaufeln weisen eine unregelmäßige Struktur mit Lüftungslöchern und Dichtungslippen an der gehäuseseitigen Kante auf. Für derartige rotierende Gegenstände mit unregelmäßigen Kantenstrukturen, beispielsweise aufgrund von Lüftungslöchern, Dichtungslippen und/oder Profilierungen an der gehäuseseitigen Kante können diese Kantenstrukturen mit Hilfe eines integralen Messwertes, welcher beispielsweise von einem kapazitiven Sensor abgegeben wird, mangels ausreichendem lateralen Auflösungsvermögen nicht detektiert werden. Es ist daher bei derartigen herkömmlichen Anordnungen nicht möglich, individuelle Geometrien des rotierenden Gegenstandes zu berücksichtigen. Beispielsweise werden lokale Überhöhungen in der Kantenstruktur einer Turbinenschaufel nicht erkannt und können zu einer Beschädigung der Turbine führen. Darüber hinaus erlauben es derartige herkömmliche Messanordnungen nicht zwischen einer tatsächlichen Änderung eins Radialspalts und einer Geometrieänderung in der Turbine, beispielsweise durch eine axiale Verschiebung des Rotors zu unterscheiden. Dies spielt insbesondere dann eine Rolle, wenn das Turbinengehäuse beispielsweise konisch geformt ist. Aufgrund der bestehenden Unsicherheiten wird daher ein vergleichsweise großer Sicherheitsabstand vorgesehen, wobei dies auf Kosten des Wirkungsgrades der Turbine erfolgt.For the determination of the distance between the rotating object or the turbine blades and the housing are conventionally mostly capacitive sensors used. The output signal of a However, capacitive sensor provides only an integral or mean measured value for the distance of a turbine blade to the sensor or to the housing wall without suitable lateral Resolution, that is resolution in the direction of rotation of the rotating object or the turbine blade. turbine blades have an irregular structure with ventilation holes and sealing lips on the housing side edge. For such rotating objects with irregular Edge structures, for example due to ventilation holes, Sealing lips and / or profiles on the housing side Edge can use these edge structures with the help of an integral Measured value, for example, issued by a capacitive sensor is, for lack of sufficient lateral resolution can not be detected. It is therefore in such conventional Arrangements not possible, individual geometries of the to take into account rotating object. For example become local elevations in the edge structure a turbine blade not recognized and can to a Damage to the turbine. Furthermore do not allow such conventional measuring arrangements between an actual change of a radial gap and a geometry change in the turbine, for example to be distinguished by an axial displacement of the rotor. This plays a role especially when the turbine housing for example, is conically shaped. Due to the existing uncertainties is therefore a comparatively large safety distance provided at the expense of the efficiency of the turbine he follows.

Herkömmliche Messverfahren, die Mikrowellen einsetzen, das heißt elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen im Zentimeterbereich, liefern ebenso wie kapazitive Sensoren nur integrale Messwerte. In der US 6,856,281 B2 wird daher ein Verfahren zur Ermittlung eines Abstandes vorgeschlagen, bei dem durch eine Antenne eine Vielzahl von Reflektionssignalen ausgestrahlt und eine Vielzahl von Reflektionssignalen empfangen wird. Bei dem vorgeschlagenen Messverfahren ist es allerdings erforderlich, für jeden Schaufeltyp einer Turbinenschaufel aufwendige Referenzmessungen in einem Labor vorzunehmen. Zudem können nicht vorhersehbare Änderungen der axialen Position der Turbinenschaufel, wie beispielsweise die Verschiebung des Rotors oder auch Veränderungen der Struktur der Schaufelkante, beispielsweise durch Erosion zu einer Verfälschung der Messergebnisse führen.Conventional measuring methods that use microwaves, that is, electromagnetic waves with wavelengths in the centimeter range, as well as capacitive sensors provide only integral readings. In the US Pat. No. 6,856,281 B2 Therefore, a method for detecting a distance is proposed in which a plurality of reflection signals are emitted by an antenna and a plurality of reflection signals are received. In the proposed measuring method, however, it is necessary to carry out complex reference measurements in a laboratory for each blade type of turbine blade. In addition, unpredictable changes in the axial position of the turbine blade, such as the displacement of the rotor or changes in the structure of the blade edge, for example, by erosion can lead to a falsification of the measurement results.

Optische Erfassungsverfahren liefern zwar ein hohes laterales Auflösungsvermögen, haben allerdings den Nachteil, dass notwendige Sichtfenster leicht verschmutzen. Darüber hinaus bieten optische Sensoren nur eine geringe thermische Belastbarkeit. Es wurde daher in der DE 197 05 769 A1 eine Vorrichtung zur Überwachung von Radial- und Axialspalten an Turbinen vorgeschlagen, bei denen Radarwellen mit einer Wellenlänge im Millimeterbereich eingesetzt werden. Dabei ist eine Sende- und Empfangseinheit zur Erzeugung, zur Aussendung und zum Empfang von Mikrowellen vorgesehen. Die reflektierten Signale werden ausgewertet, um einen Radial- bzw. Axialspalt zwischen einem Schaufelrad und dem umgebenden Gehäuse zu bestimmen.Although optical detection methods provide a high lateral resolution, but have the disadvantage that necessary viewing windows easily pollute. In addition, optical sensors offer only a low thermal capacity. It was therefore in the DE 197 05 769 A1 proposed a device for monitoring radial and axial gaps on turbines, in which radar waves are used with a wavelength in the millimeter range. In this case, a transmitting and receiving unit for generating, transmitting and receiving microwaves is provided. The reflected signals are evaluated to determine a radial or axial gap between a paddle wheel and the surrounding housing.

Ein Nachteil dieser herkömmlichen Vorrichtung zur Überwachung eines Abstandes zwischen Turbinenschaufeln und einem Gehäuse besteht darin, dass das Messergebnis eine 2π-Mehrdeutigkeit aufweist. Die Phasenauswertung der aufgelösten Reflektion von der Schaufelkante einer Turbinenschaufel ist 2π-mehrdeutig, wodurch ein beschränkter Eindeutigkeitsbereich von einer halben Wellenlänge bedingt wird.One Disadvantage of this conventional device for monitoring a distance between turbine blades and a housing is that the measurement result has a 2π ambiguity. The phase evaluation of the resolved reflection from the Blade edge of a turbine blade is 2π-ambiguous, whereby a limited uniqueness range of one half wavelength is conditional.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ermitteln eines Abstandes zu einem Reflektionsobjekt zu schaffen, bei dem das Messsignal keine Mehrdeutigkeit aufweist.It Therefore, an object of the present invention is a device and a method for determining a distance to a reflection object create, in which the measurement signal has no ambiguity.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Ermitteln eines Abstandes zu einem Reflektionsobjekt mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.These Task is achieved by a method for determining a distance a reflection object with the features specified in claim 1 solved.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Ermitteln eines Abstandes zu einem Reflektionsobjekt mit den Schritten:

  • (a) Abstrahlen eines Signals durch eine Antenne mit einer bestimmten Wellenlänge auf das Reflektionsobjekt;
  • (b) Kontinuierliches Messen der Amplitude und Phase eines von dem Reflektionsobjekt reflektierten Signals während einer Rotation des Reflektionsobjekts; und
  • (c) Filtern des gemessenen Signals durch ein angepasstes Filter mit zugehöriger Punktzielantwort,
wobei zur Maximierung einer örtlichen Auflösung des gemessenen Signals ein Fokussierabstand des Filters eingestellt wird und den zu ermittelnden Abstand bildet.The invention provides a method for determining a distance to a reflection object with the steps:
  • (A) emitting a signal through an antenna having a specific wavelength on the reflection object;
  • (b) continuously measuring the amplitude and phase of a signal reflected from the reflection object during rotation of the reflection object; and
  • (c) filtering the measured signal by a matched filter with associated dot target response,
wherein a focusing distance of the filter is adjusted to maximize a local resolution of the measured signal and forms the distance to be determined.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der ermittelte Abstand als Nährungswert zwischengespeichert.at an embodiment of the invention Procedure, the determined distance as a nutritional value cached.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens ein Reflektionspunkt aus dem von dem rotierenden Reflektionsobjekt reflektierten und gefilterten Signal selektiert.at an embodiment of the invention Method is at least one point of reflection from that of the rotating reflection object reflected and filtered signal selected.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der selektierte Reflektionspunkt des reflektierten Signals ein lokales Maximum des Signalamplitudenverlaufs des reflektierten Signals und weist eine Signalamplitude auf, die oberhalb eines einstellbaren Schwellenwertes liegt.at an embodiment of the invention Method is the selected reflection point of the reflected Signal a local maximum of the signal amplitude curve of the reflected Signal and has a signal amplitude above an adjustable Threshold is.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der selektierte Reflektionspunkt ein globales Maximum des Signalamplitudenverlaufs des reflektierten Signals und weist eine Signalamplitude auf, die oberhalb eines einstellbaren Schwellenwertes liegt.at a further possible embodiment of the invention Method, the selected reflection point is a global maximum the signal amplitude curve of the reflected signal and has a signal amplitude that is above an adjustable threshold lies.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein uneindeutiger Abstand in Abhängigkeit von der mehrdeutigen Phase des gemessenen reflektierten Signals sowie der Wellenlänge des abgestrahlten Signals an dem selektierten Reflektionspunkt berechnet.at an embodiment of the invention Procedure becomes an ambiguous distance depending on from the ambiguous phase of the measured reflected signal and the wavelength of the radiated signal at the calculated selected reflection point.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein eindeutiger Abstand aus dem uneindeutigen Abstand und dem zwischengespeicherten Nährungswert berechnet.at an embodiment of the invention Procedure becomes a clear distance from the ambiguous distance and the cached nutritional value.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Fokussierabstand als Parameter der Punkt-Zielantwort des Filters derart eingestellt, dass die Phase des gefilterten Signals zumindest in einem bestimmten Bereich, bereichsweise annähernd konstant verläuft.at an embodiment of the invention Method, the focusing distance as a parameter of the point-target response of the filter adjusted so that the phase of the filtered signal at least in a certain area, in some areas approximately constant.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Fokussierabstand als Parameter der Punkt-Zielantwort des Filters derart eingestellt, dass die Signalamplitude des gefilterten Signals maximal ist.at a further embodiment of the invention Method, the focusing distance as a parameter of the point-target response the filter is set so that the signal amplitude of the filtered Signal is maximum.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Fokussierabstand als Parameter der Punkt-Zielantwort des Filters derart eingestellt, dass eine 3-Dezibel-Breite des gefilterten Signals minimal ist und idealerweise einer Autokorrelationsfunktion der Punkt-Zielantwort des Filters entspricht.at a further embodiment of the invention Method, the focusing distance as a parameter of the point-target response the filter is set so that a 3-decibel width of the filtered Signal is minimal and ideally an autocorrelation function corresponds to the point-to-target response of the filter.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bewegt sich das Reflektionsobjekt mit einer konstanten Geschwindigkeit an der Antenne vorbei.at an embodiment of the invention Method moves the reflection object with a constant Speed past the antenna.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Reflektionsobjekt an einem rotierenden Gegenstand angebracht, der sich innerhalb eines Gehäuses dreht, an dem die Antenne ortsfest angebracht ist.at an embodiment of the invention Method is the reflection object on a rotating object attached, which rotates within a housing on the antenna is fixed in place.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Reflektionsobjekt durch eine Schaufel einer Turbine oder eines Triebwerkes oder durch einen Rotor eines Generators oder Elektromotors gebildet.at an embodiment of the invention Method, the reflection object by a blade of a Turbine or an engine or by a rotor of a generator or Electric motor formed.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das von der Antenne abgestrahlte Signal durch ein sinus förmiges Signal gebildet, dessen Wellenlänge einer örtlichen Ausdehnung einer auf der Oberfläche des Reflektionsobjektes vorhandenen Reflektionsstruktur entspricht.at an embodiment of the invention Method is the radiated by the antenna signal through sinusoidal signal formed whose wavelength a local extension of one on the surface corresponds to the reflection object existing reflection structure.

Die Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Abstandes zu einem Reflektionsobjekt mit:

  • (a) einer Sende- und Empfangseinheit, die ein Signal mit einer bestimmten Wellenlänge auf das Reflektionsobjekt abstrahlt und ein von dem Reflektionsobjekt reflektiertes Signal erfasst; und mit
  • (b) einem angepassten Filter mit zugehöriger Punktzielantwort zum Filtern des erfassten Signals,
wobei zur Maximierung einer örtlichen Auflösung des erfassten Signals ein Fokussierabstand als Parameter der Punktzielantwort einstellbar ist, und der eingestellte Fokussierabstand den zu ermittelnden Abstand bildet.The invention further provides a device for determining a distance to a reflection object with:
  • (A) a transmitting and receiving unit which radiates a signal having a specific wavelength on the reflection object and detects a reflected signal from the reflection object; and with
  • (b) a matched filter with associated dot target response for filtering the detected signal,
wherein, to maximize a local resolution of the detected signal, a focusing distance is adjustable as a parameter of the point-to-point response, and the adjusted focusing distance forms the distance to be detected.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Sende- und Empfangseinheit eine Antenne auf, die ein sinusförmiges Signal mit einer einstellbaren Wellenlänge auf das Reflektionsobjekt abstrahlt.at an embodiment of the invention Device, the transmitting and receiving unit has an antenna, which is a sinusoidal signal with an adjustable wavelength radiates to the reflection object.

Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Antenne eine Aperturantenne, die ein monofrequentes Radarsignal mit einer Wellenlänge im Millimeterbereich auf das Reflektionsobjekt abstrahlt.at a possible embodiment of the invention Device, the antenna is an aperture antenna, which is a monofrequent Radar signal with a wavelength in the millimeter range radiates to the reflection object.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei die Aperturantenne in einem Gehäuse angebracht und das Signal wird durch einen Hohlleiter geführt auf das Reflektionsobjekt abgestrahlt.at an embodiment of the invention Device is the aperture antenna in a housing attached and the signal is passed through a waveguide emitted to the reflection object.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Reflektionsobjekt ein rotierendes Bauelement, das sich in dem Gehäuse dreht.at an embodiment of the invention Device is the reflection object a rotating device, which rotates in the housing.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Wellenlänge des abgestrahlten Signals entsprechend der Ausdehnung einer auf der Oberfläche des Reflektionsobjektes vorhandenen Reflektionsstruktur eingestellt.at an embodiment of the invention Device is the wavelength of the radiated signal according to the extent of one on the surface of the Reflection object existing reflection structure set.

Die Erfindung schafft ferner eine Turbine mit einer Vorrichtung zur Ermittlung eines Abstandes zu einem Reflektionsobjekt, das durch eine Turbinenschaufel gebildet wird, mit:
einer Sende- und Empfangseinheit, die ein Signal mit einer bestimmten Wellenlänge auf das Reflektionsobjekt (3) abstrahlt und ein von dem Reflektionsobjekt reflektiertes Signal erfasst; und mit
einem angepassten Filter mit zugehöriger Punktzielantwort zum Filtern des erfassten Signals,
wobei zur Maximierung einer örtlichen Auflösung des erfassten Signals ein Fokussierabstand als Parameter der Punktzielantwort einstellbar ist, und der eingestellte Fokussierabstand den zu ermittelnden Abstand bildet.The invention further provides a turbine with a device for determining a distance to a reflection object, which is formed by a turbine blade, comprising:
a transmitting and receiving unit which transmits a signal with a specific wavelength to the reflection object ( 3 ) and detects a signal reflected from the reflection object; and with
a matched filter with associated dot target response for filtering the detected signal,
wherein, to maximize a local resolution of the detected signal, a focusing distance is adjustable as a parameter of the point-to-point response, and the adjusted focusing distance forms the distance to be detected.

Die Erfindung schafft ferner einen Elektromotor mit einer Vorrichtung zur Ermittlung eines Abstandes zu einem Reflektionsobjekt, das ein Bauteil eines Rotors bildet, mit:
einer Sende- und Empfangseinheit, die ein Signal mit einer bestimmten Wellenlänge auf das Reflektionsobjekt abstrahlt und ein von dem Reflektionsobjekt reflektiertes Signal erfasst; und mit
einem angepassten Filter mit zugehöriger Punktzielantwort zum Filtern des erfassten Signals,
wobei zur Maximierung einer örtlichen Auflösung des erfassten Signals ein Fokussierabstand als Parameter der Punktzielantwort einstellbar ist, und der eingestellte Fokussierabstand den zu ermittelnden Abstand bildet.The invention further provides an electric motor with a device for determining a distance to a reflection object, which forms a component of a rotor, comprising:
a transmitting and receiving unit that radiates a signal having a specific wavelength on the reflection object and detects a reflected signal from the reflection object; and with
a matched filter with associated dot target response for filtering the detected signal,
wherein, to maximize a local resolution of the detected signal, a focusing distance is adjustable as a parameter of the point-to-point response, and the adjusted focusing distance forms the distance to be detected.

Die Erfindung schafft ferner einen Elektrogenerator mit einer Vorrichtung zur Ermittlung eines Abstandes zu einem Reflektionsobjekt, das durch ein Bauteil eines Rotors bebildet wird, mit:
einer Sende- und Empfangseinheit, die ein Signal mit einer bestimmten Wellenlänge auf das Reflektionsobjekt abstrahlt und ein von dem Reflektionsobjekt reflektiertes Signal erfasst; und mit
einem angepassten Filter mit zugehöriger Punktzielantwort zum Filtern des erfassten Signals,
wobei zur Maximierung einer örtlichen Auflösung des erfassten Signals ein Fokussierabstand als Parameter der Punktzielantwort einstellbar ist, und der eingestellte Fokussierabstand den zu ermittelnden Abstand bildet.The invention further provides an electric generator with a device for determining a distance to a reflection object, which is imaged by a component of a rotor, comprising:
a transmitting and receiving unit that radiates a signal having a specific wavelength on the reflection object and detects a reflected signal from the reflection object; and with
a matched filter with associated dot target response for filtering the detected signal,
wherein, to maximize a local resolution of the detected signal, a focusing distance is adjustable as a parameter of the point-to-point response, and the adjusted focusing distance forms the distance to be detected.

Die Erfindung schafft ferner ein Triebwerk mit einer Vorrichtung zur Ermittlung eines Abstandes zu einem Reflektionsobjekt, das durch eine Triebwerkschaufel gebildet wird, mit:
einer Sende- und Empfangseinheit, die ein Signal mit einer bestimmten Wellenlänge auf das Reflektionsobjekt abstrahlt und ein von dem Reflektionsobjekt reflektiertes Signal erfasst; und mit
einem angepassten Filter mit zugehöriger Punktzielantwort zum Filtern des erfassten Signals,
wobei zur Maximierung einer örtlichen Auflösung des erfassten Signals ein Fokussierabstand als Parameter der Punktzielantwort einstellbar ist, und der eingestellte Fokussierabstand den zu ermittelnden Abstand bildet.The invention further provides an engine with a device for determining a distance to a reflection object, which is formed by an engine blade, with:
a transmitting and receiving unit that radiates a signal having a specific wavelength on the reflection object and detects a reflected signal from the reflection object; and with
a matched filter with associated dot target response for filtering the detected signal,
wherein, to maximize a local resolution of the detected signal, a focusing distance is adjustable as a parameter of the point-to-point response, and the adjusted focusing distance forms the distance to be detected.

Die Erfindung schafft ferner ein Computerprogramm mit Programmbefehlen zur Durchführung eines Verfahrens zum Ermitteln eines Abstandes zu einem Reflektionsobjekt mit den Schritten:

  • (a) Abstrahlen eines Signals durch eine Antenne mit einer bestimmten Wellenlänge auf das Reflektionsobjekt;
  • (b) Messen der Amplitude und Phase eines von dem Reflektionsobjekt reflektierten Signals während einer Rotation des Reflektionsobjekts; und
  • (c) Filtern des gemessenen Signals durch ein angepasstes Filter mit zugehöriger Punktzielantwort,
wobei zur Maximierung einer örtlichen Auflösung des gemessenen Signals ein Fokussierabstand als Parameter der Punktziel antwort-eingestellt wird und den zu ermittelnden Abstand bildet.The invention further provides a computer program with program instructions for carrying out a method for determining a distance to a reflection object comprising the steps:
  • (A) emitting a signal through an antenna having a specific wavelength on the reflection object;
  • (b) measuring the amplitude and phase of a signal reflected from the reflection object during rotation of the reflection object; and
  • (c) filtering the measured signal by a matched filter with associated dot target response,
wherein, to maximize a local resolution of the measured signal, a focusing distance as a parameter of the point target is set to answer and forms the distance to be detected.

Die Erfindung schafft ferner einen Datenträger, der ein derartiges Computerprogramm speichert.The The invention further provides a data carrier comprising such a Computer program stores.

Im Weiteren werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ermitteln eines Abstandes zu einem Reflektionsobjekt unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.in the Further embodiments of the invention Method and apparatus of the invention for determining a distance to a reflection object with reference to the attached figures are described.

Es zeigen:It demonstrate:

1 ein Diagramm zur Darstellung einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung eines Abstandes zu einem Reflektionsobjekt; 1 a diagram illustrating a possible embodiment of the device according to the invention for determining a distance to a reflection object;

2 ein Ablaufdiagramm zur Darstellung einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln eines Abstandes zu einem Reflektionsobjekt; 2 a flow diagram illustrating a possible embodiment of the inventive method for determining a distance to a reflection object;

3 ein Diagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens; 3 a diagram for explaining the method according to the invention;

4A, 4B Diagramme zur Darstellung einer Signalrekonstruktion bei einem Punktreflektor, wie es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird; 4A . 4B Diagrams illustrating a signal reconstruction in a point reflector, as used in the inventive method;

5 ein Diagramm zur Darstellung eines Phasenverlaufs von Rekonstruktionsergebnissen einer Reflektion von einem Punktreflektor, wie es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird; 5 a diagram illustrating a phase profile of reconstruction results of a reflection from a point reflector, as used in the inventive method;

6A, 6B, 6C Diagramme zur Erläuterung einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; 6A . 6B . 6C Diagrams for explaining a possible embodiment of the method according to the invention;

7 ein Diagramm zur Darstellung einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 7 a diagram illustrating a possible embodiment of the device according to the invention;

8 ein Diagramm zur Darstellung einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 8th a diagram illustrating a possible embodiment of the device according to the invention;

1 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Ermittlung eines Abstandes zu einem Reflektionsobjekt 2. Dieses Reflektionsobjekt 2 ist beispielsweise ein rotierender Gegenstand, der mehrere Bauteile aufweisen kann. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der rotierende Gegenstand eine Turbine mit mehreren Turbinenschaufeln 3. Diese Turbinenschaufeln 3 drehen sich mit einer bestimmten Drehgeschwindigkeit innerhalb eines Gehäuses 4, wie in 1 dargestellt. 1 shows a diagram illustrating a possible embodiment of the device according to the invention 1 for determining a distance to a reflection object 2 , This reflection object 2 For example, is a rotating object that may have multiple components. At the in 1 illustrated embodiment, the rotating object is a turbine with a plurality of turbine blades 3 , These turbine blades 3 rotate at a certain rotational speed within a housing 4 , as in 1 shown.

Die Turbinenschaufeln 3 weisen eine Schaufelkante 5 auf, die einer inneren Gehäusewandung 6 zugewandt ist. Die Schaufelkante 5 kann eine Kantenstruktur aufweisen, das heißt die Oberfläche der Kante 5 ist in der Regel nicht glatt. Die Kantenstruktur kann entweder produktionsbedingt unregelmäßig sein oder bewusst eine bestimmte Struktur aufweisen. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Turbinenschaufel 3 an ihrer Forderseite eine Dichtungslippe 7 auf, die nach oben ragt und einen minimalen Abstand d zu der Innenwandung 6 des Gehäuses 4 bestimmt.The turbine blades 3 have a blade edge 5 on, that of an inner housing wall 6 is facing. The blade edge 5 may have an edge structure, that is, the surface of the edge 5 is usually not smooth. The edge structure can either be irregular in terms of production or deliberately have a specific structure. At the in 1 illustrated embodiment, the turbine blade 3 on its front side a sealing lip 7 on, which projects upwards and a minimum distance d to the inner wall 6 of the housing 4 certainly.

Wie in 1 dargestellt, bewegt sich die Oberflächenstruktur 5 der Turbinenschaufel 3 einschließlich der Dichtungslippe 7 an einer in dem Gehäuse 4 vorgesehenen Öffnung vorbei, in der eine Sende- und Empfangseinheit 9 vorgesehen ist. Die Sende- und Empfangseinheit 9 strahlt ein Signal mit einer bestimmten Wellenlänge λ an das sich vorbeibewegende Reflektionsobjekt 3 ab. Das Reflektionsobjekt 3 wird in dem darge stellten Beispielfall durch eine Turbinenschaufel 3 einer Turbine gebildet. An der Oberkante 5 der Turbinenschaufel 3 wird das ausgestrahlte Signal reflektiert, wobei ein Teil des reflektierten Signals von der Sende-Empfangseinheit 9 empfangen wird. Die Sende-Empfangseinheit 9 erfasst das reflektierte Signal und gibt dieses an eine Auswerteeinheit 10 ab. Das erfasste Messsignal kann drahtgebunden oder drahtlos an die Auswerteeinheit 10 abgegeben werden.As in 1 shown, the surface texture moves 5 the turbine blade 3 including the sealing lip 7 at one in the housing 4 provided opening in which a transmitting and receiving unit 9 is provided. The transmitting and receiving unit 9 a signal with a certain wavelength λ is emitted to the passing reflection object 3 from. The reflection object 3 In the Darge example presented by a turbine blade 3 a turbine formed. At the top 5 the turbine blade 3 the emitted signal is reflected, wherein a part of the reflected signal from the transceiver unit 9 Will be received. The transceiver unit 9 detects the reflected signal and gives it to an evaluation unit 10 from. The detected measurement signal can be wired or wireless to the evaluation unit 10 be delivered.

Die Auswerteeinheit 10 weist ein digitales Filter 11 mit zugehöriger Punkt-Zielantwort zum Filtern des erfassten Signals auf. Die Punktzielantwort bildet eine Übertragungsfunktion bzw. Stoßantwort des Filters. Bei dem Filter 11 handelt es sich um ein angepasstes bzw. ein Matched Filter (MF). Zur Maximierung einer örtlichen Auflösung des erfassten Signals wird ein Fokussierabstand als Parameter der Punkt-Zielantwort bzw. des Filters eingestellt, wobei der eingestellte Fokussierabstand den zu ermittelnden Abstand d bildet. Der ermittelte Abstand d wird durch die Auswerteeinheit 10 an eine Ausgabeeinheit 12 abgegeben. Die Ausgabeeinheit 12 weist beispielsweise eine Nutzerschnittstelle auf.The evaluation unit 10 has a digital filter 11 with associated point-to-target response for filtering the detected signal. The dot target response forms a transfer function or impulse response of the filter. At the filter 11 it is an adapted or a matched filter (MF). To maximize a local resolution of the detected signal, a focusing distance is set as a parameter of the point-to-target response or of the filter, wherein the set focusing distance forms the distance d to be determined. The determined distance d is determined by the evaluation unit 10 to an output unit 12 issued. The output unit 12 has, for example, a user interface.

Bei einer möglichen Ausführungsform weist die Sende- und Empfangseinheit 9 eine oder mehrere Antennen auf, die ein sinusförmiges Signal mit einer einstellbaren Wellenlänge λ auf das Reflektionsobjekt 3 abstrahlt. Dabei kann eine Apperturantenne eingesetzt werden, die bei einer möglichen Ausführungsform ein monofrequentes Radarsignal mit einer Wellenlänge im Millimeterbereich auf das Reflektionsobjekt 3 bzw. die Turbinenschaufel 3 abstrahlt. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform wird die Aperturantenne zusammen mit der Sende- und Empfangseinheit 9 in dem Gehäuse 4 angebracht, wobei das abgestrahlte Signal durch die Öffnung 8 mit rechteckigem oder rundem Querschnitt als Hohlleiter auf das Reflektionsobjekt 3 trifft. Dort wird das Signal zurückgeworfen und gelangt durch den Hohlleiter 8 zu der Sende-Empfangseinheit 9 zurück.In one possible embodiment, the transmitting and receiving unit 9 one or more antennas having a sinusoidal signal with an adjustable wavelength λ on the reflection object 3 radiates. In this case, an aperture antenna can be used which, in one possible embodiment, is a monofrequency radar signal with a wavelength in the millimeter range on the reflection object 3 or the turbine blade 3 radiates. At the in 1 In the embodiment shown, the aperture antenna is used together with the transmitting and receiving unit 9 in the case 4 attached, wherein the radiated signal through the opening 8th with a rectangular or round cross-section as a waveguide on the reflection object 3 meets. There, the signal is thrown back and passes through the waveguide 8th to the transceiver unit 9 back.

2 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln eines Abstandes zu einem Reflektionsobjekt 3. 2 shows a flowchart for illustrating a possible embodiment of the inventive method for determining a distance to a reflection object 3 ,

In einem Schritt S1 wird ein Signal durch eine Antenne, beispielsweise eine Aperturantenne mit einer bestimmten Wellenlänge λ auf das Reflektionsobjekt 3 abgestrahlt. Die Antenne der Sende- und Empfangseinheit 9 weist einen geringen Richtfaktor und eine vorgegebene Ausstrahlcharakteristik auf. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ausgenutzt, dass sich die Turbinenschaufeln 3 einer Turbine als Reflektionsobjekte in einer vorgegebenen Bahn bewegen, so dass die Antenne der Sende-Empfangseinheit 9 fest positioniert werden kann, wobei die Sende- und Empfangseinheit 9 vorzugsweise an dem Gehäuse 4 fest angebracht ist.In a step S1, a signal is passed through a Antenna, for example, an aperture antenna with a specific wavelength λ on the reflection object 3 radiated. The antenna of the transmitting and receiving unit 9 has a low directivity and a given emission characteristic. In the method according to the invention is exploited that the turbine blades 3 move a turbine as a reflection objects in a predetermined path, so that the antenna of the transceiver unit 9 can be firmly positioned, wherein the transmitting and receiving unit 9 preferably on the housing 4 firmly attached.

In einem weiteren Schritt S2 werden die Amplitude und die Phase eines von dem Reflektionsobjekt 3 reflektierten Signals gemessen. Die Messung eines Reflektionsfaktors nach Betrag und Phase erfolgt so lange, wie sich das Reflektionsobjekt bzw. die Turbinenschaufel 3 innerhalb der Ausstrahlkeule der Antenne der Sende- und Empfangseinheit 9 befindet.In a further step S2, the amplitude and the phase of one of the reflection object 3 measured reflected signal. The measurement of a reflection factor by amount and phase takes place as long as the reflection object or the turbine blade 3 within the emission lobe of the antenna of the transmitting and receiving unit 9 located.

In einem weiteren Schritt S3 wird das gemessene Signal durch das angepasste Filter 11 der Auswerteeinheit 10, welches eine zugehörige Punkt-Zielantwort aufweist, gefiltert, wobei zur Maximierung einer örtlichen Auflösung des gemessenen Signals ein Fokussierabstand als Parameter der Punkt-Zielantwort eingestellt wird und den zu ermittelnden Abstand bildet. Die Messdaten werden in einer Signalrekonstruktion durch ein SAR-Verfahren (Synthetic Aperture Radar) unterzogen, wodurch eine Fokussierung entsteht. Das SAR-Verfahren besteht dabei aus einer angepassten Filterung (Matched Filter), wobei ein Fokussierabstand als Parameter der Punkt-Zielantwort anhand der Bewegungsbahn des Reflektionsobjekts 3 ermittelt wird. Das dabei zugrunde liegende Modell kann als analytischer Ausdruck, zum Beispiel für die Phase einer hyperbolischen Funktion bei konstanter Amplitude oder als Datensatz, der bei ei ner numerischen Feldsimulation erzeugt wird, vorliegen. Da ein Modell des hyperbolischen Phasenverlaufs insbesondere im Nahbereich der Antenne unzureichend sein kann, wird vorzugsweise ein Datensatz zugrunde gelegt, der durch eine genaue Nahfeldsimulation erzeugt wird. Das Filter kann für jeden Fokussierabstand bestimmt werden, wobei der Fokussierabstand als Parameter der Punkt-Zielantwort derart eingestellt wird, dass die örtliche Auflösung maximal ist. Eine optimale Filterung bzw. Signalrekonstruktion wird dann erreicht, wenn der Fokussierabstand dem tatsächlichen Messabstand der Schaufelkante 5 entspricht. Es kann dabei ausgenutzt werden, dass das angepasste Filter bzw. Matched Filter 11 für jeden beliebigen Fokussierabstand innerhalb des Messbereichs vorliegt bzw. eingestellt werden kann. Es kann dabei eine Reflektionsfaktormessung mit einem unbekannten Messabstand mit allen diesen bekannten Matched Filtern 11 rekonstruiert und aus den Ergebnissen eine optimale Rekonstruktion selektiert werden. In diesem Falle bildet der zugehörige Fokussierabstand den zu ermittelnden Messabstand d. Bei einer möglichen Ausführungsform wird die Genauigkeit dieser Abstandsschätzung erhöht indem man das Filterergebnis für eine genauere phasenbasierte Abstandsmessung verwendet. Hierbei wird die Phase des von den Dichtungslippen 7 der Turbinenschaufel 3 reflektierten Signalanteils auf Basis der bekannten Frequenz f bzw. Wellenlänge λ in einen Abstand umgerechnet, der zunächst aufgrund einer noch bestehenden Phasenmehrdeutigkeit zwischen [0, λ / 2] liegt. Da bereits eine eindeutige Abstandsschätzung vorliegt, wird der ermittelte Messwert so lange um Vielfache der halben Wellenlänge λ erhöht, bis der Unterschied beider Ergebnisse minimal ist. Hierdurch wird die phasenbasierte Abstandsmessung eindeutig im gesamten Messbereich.In a further step S3, the measured signal is through the matched filter 11 the evaluation unit 10 , which has an associated point-to-target response, filtered, to maximize a local resolution of the measured signal, a focusing distance is set as a parameter of the point-to-target response and forms the distance to be determined. The measurement data are subjected to signal reconstruction by a Synthetic Aperture Radar (SAR) technique, which results in focusing. The SAR method consists of an adapted filtering (matched filter), wherein a focusing distance as a parameter of the point-to-target response based on the trajectory of the reflection object 3 is determined. The underlying model may be present as an analytical expression, for example, for the phase of a hyperbolic constant amplitude function or as a data set generated in a numerical field simulation. Since a model of the hyperbolic phase curve can be insufficient, in particular in the vicinity of the antenna, it is preferable to use a data record which is generated by an accurate near-field simulation. The filter can be determined for each focusing distance, the focusing distance being set as a parameter of the point-to-target response such that the local resolution is maximum. Optimal filtering or signal reconstruction is achieved when the focusing distance is the actual measuring distance of the blade edge 5 equivalent. It can be exploited that the matched filter or matched filter 11 is available or can be set for any focusing distance within the measuring range. It can be a reflection factor measurement with an unknown measurement distance with all these known matched filters 11 reconstructed and selected from the results of an optimal reconstruction. In this case, the associated focusing distance forms the measuring distance d to be determined. In one possible embodiment, the accuracy of this distance estimate is increased by using the filter result for a more accurate phase-based distance measurement. This is the phase of the sealing lips 7 the turbine blade 3 reflected signal component based on the known frequency f or wavelength λ converted into a distance that is initially due to a still existing phase ambiguity between [0, λ / 2]. Since a clear distance estimate already exists, the determined measured value is increased by multiples of half the wavelength λ until the difference between the two results is minimal. As a result, the phase-based distance measurement becomes clear throughout the entire measuring range.

Um im Schritt S3 das angepasste Filter bzw. Matched Filter 11 zur Maximierung einer örtlichen Auflösung des gemessenen Signals optimal einzustellen, wird ein Entscheidungskriterium eingesetzt.In step S3, the matched filter or matched filter 11 To optimally set to maximize a local resolution of the measured signal, a decision criterion is used.

Bei einer möglichen Ausführungsform wird ein Reflektionspunkt RP aus dem an dem Reflektionsobjekt 3 reflektierten Signal selektiert. Dieser selektierte Reflektionspunkt RP bildet ein lokales oder globales Maximum des Signalamplitudenverlaufs des reflektierten Signals, wobei seine Signalamplitude oberhalb eines einstellbaren Schwellenwertes SW liegt. Ein optimales Filterergebnis zeichnet sich beispielsweise durch eine hohe Signalamplitude und einen hohen Gradienten an dem selektierten Reflektionspunkt RP aus. Zur Ermittlung des Fokussierabstandes wird beispielsweise die Reflektion von einer Dichtungslippe 7, welche einen Punktreflektor RP darstellt, isoliert von dem restlichen Signalanteil ausgewertet.In one possible embodiment, a reflection point RP becomes that of the reflection object 3 reflected signal selected. This selected reflection point RP forms a local or global maximum of the signal amplitude curve of the reflected signal, its signal amplitude being above an adjustable threshold value SW. An optimum filter result is distinguished, for example, by a high signal amplitude and a high gradient at the selected reflection point RP. To determine the focusing distance, for example, the reflection of a sealing lip 7 , which represents a point reflector RP, evaluated in isolation from the remaining signal component.

Bei einer möglichen Ausführungsform wird ein uneindeutiger Abstand in Abhängigkeit von der mehrdeutigen Phase φ des gemessenen reflektierten Signals sowie der Wellenlänge λ des abgestrahlten Signals an dem selektierten Reflektionspunkt RP berechnet. Anschließend wird ein eindeutiger Abstand aus dem uneindeutigen Abstand und dem zwischengespeicherten Nährungswert berechnet. Der Nährungswert ergibt sich dabei durch Filterung des gemessenen Signals durch ein angepasstes digitales Matched Filter 11 mit der zugehörigen Punkt-Zielantwort, wobei zur Maximierung einer örtlichen Auflösung des gemessenen Signals ein Fokussierabstand als Parameter der Punkt-Zielantwort eingestellt wird.In one possible embodiment, an ambiguous distance is calculated as a function of the ambiguous phase φ of the measured reflected signal and the wavelength λ of the radiated signal at the selected reflection point RP. Then, a unique distance is calculated from the ambiguous distance and the cached nutritional value. The nutritional value is obtained by filtering the measured signal through an adapted digital matched filter 11 with the associated point-to-target response, wherein to maximize a local resolution of the measured signal, a focusing distance is set as a parameter of the point-to-target response.

Die Einstellung des Fokussierabstandes als Parameter der Punkt-Zielantwort erfolgt gemäß verschiedener Kriterien.The Setting the focusing distance as parameter of the point-to-target response takes place according to various criteria.

Bei einer möglichen Ausführungsform wird der Fokussierabstand als Parameter der Punkt-Zielantwort des digitalen Matched Filters 11 derart eingestellt, dass die Phase φ des gefilterten Signals annähernd konstant verläuft.In one possible embodiment, the focusing distance is used as a parameter of Point-to-destination response of the digital matched filter 11 set such that the phase φ of the filtered signal is approximately constant.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Fokussierabstand als Parameter der Punkt-Zielantwort des digitalen Matched Filters 11 derart einge stellt, dass die Signalamplitude des gefilterten Signals maximal ist.In a further embodiment of the method according to the invention, the focusing distance becomes a parameter of the point-to-target response of the digital matched filter 11 such that the signal amplitude of the filtered signal is maximum.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Fokussierabstand als Parameter der Punkt-Zielantwort des digitalen Matched Filters 11 derart eingestellt, dass eine 3-Dezibelbreite des gefilterten Signals minimal ist und idealerweise der einer Autokorrelationsfuktion der Punkt-Zielantwort des Filters 11 entspricht.In a further embodiment of the method according to the invention, the focusing distance becomes a parameter of the point-to-target response of the digital matched filter 11 is set such that a 3-decibel width of the filtered signal is minimum, and ideally, that of an autocorrelation function of the point-to-target response of the filter 11 equivalent.

Die verschiedenen Kriterien können alternativ oder kumulativ herangezogen werden.The Different criteria may be alternative or cumulative be used.

3 zeigt ein Diagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung eines Abstandes d zu einem Reflektionsobjekt 3. Die Antenne einer Sende- und Empfangseinheit 9 sendet ein Signal mit einer bestimmten Wellenlänge λ aus, wobei in 3 Linien dargestellt sind, die die gleichen Phasen des ausgestrahlten Signals andeuten. Ein punktförmiges Reflektionsziel bzw. ein Reflektionspunkt RP bewegt sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit in x-Richtung, wie in 3 dargestellt. Bei dem Reflektionspunkt RP kann es sich beispielsweise um einen Punktreflektor einer Turbinenschaufel handeln. Diese Turbinenschaufel 3 durchläuft eine Antennenkeule einer Antenne, wobei es zu einer Reflektion bzw. Rückstreuung kommt. Das rückgestreute bzw. reflektierte Signal wird nach Amplitude A und Phase φ erfasst und gemessen. Das gemessene Signal wird durch das angepasste Filter 11 mit zugehöriger Punkt-Zielantwort gefiltert, wobei zur Maximierung einer örtlichen Auflösung des gemessenen Signals ein Fokussierabstand als Parameter der Punkt-Zielantwort eingestellt wird und den zu ermittelnden Abstand bildet. Wenn RP ein modellhaftes Punktziel ist, dann ist das reflektierte Signal über x mit dem Abstand als Parameter die Punktziel-Antwort (vergleichbar mit der Stoßantwort in der Nachrichtentechnik). Dieses Signal wird für die angepasste Filterung einer Schaufelreflexion verwendet. 3 shows a diagram to illustrate the inventive method for determining a distance d to a reflection object 3 , The antenna of a transmitting and receiving unit 9 sends out a signal with a certain wavelength λ, where in 3 Lines are shown that indicate the same phases of the emitted signal. A point-shaped reflection target or a reflection point RP moves at a certain velocity in the x-direction, as in FIG 3 shown. The reflection point RP may, for example, be a point reflector of a turbine blade. This turbine blade 3 passes through an antenna lobe of an antenna, which leads to a reflection or backscatter. The backscattered or reflected signal is detected and measured according to amplitude A and phase φ. The measured signal is passed through the matched filter 11 filtered with associated point-to-target response, to maximize a local resolution of the measured signal, a focusing distance is set as a parameter of the point-to-target response and forms the distance to be determined. If RP is a model point target, then the reflected signal over x with distance as a parameter is the point target response (comparable to the impulse response in communications engineering). This signal is used for the matched filtering of a blade reflection.

4A, 4B verdeutlichen eine Signalrekonstruktion wie sie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird. 4A zeigt einen Amplitudenverlauf eines reflektierten Signals in Bewegungsrichtung x des in 3 dargestellten Reflektionspunktes. Das gemessene reflektierte Signal wird anschließend gefiltert. 4B zeigt ein gefiltertes Signal, wobei ein Fokussierabstand als Parameter der Punkt-Zielantwort des Matched Filters 11 derart eingestellt ist, dass die örtliche Auflösung maximal ist. Wie man aus 4B erkennen kann, weist das gefilterte Signal einen schmalen Impuls mit einer hohen Amplitude A auf. 4A . 4B illustrate a signal reconstruction as used in the inventive method. 4A shows an amplitude curve of a reflected signal in the direction of movement x of the in 3 illustrated reflection point. The measured reflected signal is then filtered. 4B shows a filtered signal, with a focusing distance as a parameter of the point-to-target response of the matched filter 11 is set so that the local resolution is maximum. How to get out 4B can recognize, the filtered signal has a narrow pulse with a high amplitude A.

5 zeigt ein weiteres Diagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Phasenverlauf φ(x) für einen Reflektionspunkt RP wird für Positionen x des Reflektionspunktes RP in Bewegungsrichtung dargestellt. Verschiedene Phasenverläufe für verschiedene Punkt-Zielantworten des Matched Filters 11 sind dargestellt. 5 shows a further diagram for explaining the method according to the invention. The phase curve φ (x) for a reflection point RP is represented for positions x of the reflection point RP in the direction of movement. Different phase curves for different point-to-target answers of the matched filter 11 are shown.

6A, 6B, 6C verdeutlichen die Vorgehensweise bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln eines Abstandes d zu einem Reflektionsobjekt 3. 6A . 6B . 6C illustrate the procedure in the inventive method for determining a distance d to a reflection object 3 ,

6A zeigt schematisch eine Turbinenschaufel 3 mit einer Dichtungslippe 7, wobei die Turbinenschaufel 3 und die Dichtungslippe 7 das Reflektionsobjekt 3 bilden. 6A schematically shows a turbine blade 3 with a sealing lip 7 where the turbine blade 3 and the sealing lip 7 the reflection object 3 form.

6B zeigt den Signalamplitudenverlauf AMF(x) des reflektierten und durch das Matched Filter 11 gefilterten Signals. Aus dem reflektierten Signal wird mindestens ein Reflektionspunkt RP selektiert. Wie in 6B dargestellt, ist der selektierte Reflektionspunkt RP ein lokales Maximum des Signalamplitudenverlaufs AMF(x) des reflektierten Signals mit einer Signalamplitude, die oberhalb eines einstellbaren Schwellenwertes SW liegt. 6B shows the signal amplitude curve A MF (x) of the reflected and through the matched filter 11 filtered signal. At least one reflection point RP is selected from the reflected signal. As in 6B is shown, the selected reflection point RP is a local maximum of the signal amplitude curve A MF (x) of the reflected signal with a signal amplitude which is above an adjustable threshold SW.

Für den selektierten Reflektionspunkt wird anschließend die Phase φ des Reflektionspunktes RP bzw. der Dichtungslippe 7 bestimmt. Die Sende-Empfangseinheit 3 erhält ein Reflektionssignal r(t) welches sich aus einem Realteil und einem Imaginärteil zusammensetzt: r(t) = Q(t) + jI(t) = A(t)·ejφ(t) For the selected reflection point is then the phase φ of the reflection point RP and the sealing lip 7 certainly. The transceiver unit 3 receives a reflection signal r (t) which is composed of a real part and an imaginary part: r (t) = Q (t) + jI (t) = A (t) · e jφ (t)

Das reflektierte Signal wird anschließend gefiltert, wobei das Reflektionssignal mit (dem aus der Punkt-Zielantwort ermittelten) dem Matched Filter 11 gefaltet wird: rMF(t, dFOK) = r(t)·hMF(t, dFOK) The reflected signal is then filtered, with the reflection signal with (the one determined from the point-to-target response) the matched filter 11 is folded: r MF (t, d FOK ) = r (t) · h MF (t, d FOK )

Hierbei wird der Parameter dFOK in einem vorgegebenen Wertebereich variiert. Anschließend wird aus den Filterergebnissen das gefilterte Reflektionssignal derart selektiert, dass die Phase φ konstant ist.In this case, the parameter d FOK is varied within a predetermined value range. Subsequently, the filtered reflection signal is selected from the filter results in such a way that the phase φ is constant.

Daraus ergibt sich ein Nährungswert bzw. Schätzwert dschätz für den zu ermittelnden Abstand d: Selektiere rMF(t, dFOK) derart, dass φMF(x) = konst, dann gilt: dschätz = dFOK This results in a nutritional value or estimated value d estimate for the distance d to be determined: Select r MF (t, d FOK ) such that φ MF (x) = const, then: d underestimated = d FOK

In einem weiteren Schritt, wie in 6B angedeutet, wird ein Reflektionspunkt RP aus dem von dem Reflektionsobjekt 3 reflektierten Signal selektiert, der ein lokales oder globales Maximum des Signalamplitudenverlaufs des reflektierten Signals bildet und eine Signalamplitude aufweist, die oberhalb eines einstellbaren Schwellenwertes SW liegt. Selektiere rMF(t, dFOK) = RP, wobei ARP = AMAX > SW. In a further step, as in 6B is indicated, a reflection point RP from that of the reflection object 3 selected signal which forms a local or global maximum of the signal amplitude curve of the reflected signal and has a signal amplitude which is above an adjustable threshold SW. Select r MF (t, d FOK ) = RP, where A RP = A MAX > SW.

Für diesen selektierten Reflektionspunkt RP wird die Phase φEDGE ermittelt, wie in 6C dargestellt.For this selected reflection point RP, the phase φ EDGE is determined, as in 6C shown.

Aus der ermittelten Phase φEDGE des selektierten Reflektionspunktes RP, beispielsweise der in der in 6A darge stellten Dichtungslippe 7, lässt sich zunächst ein uneindeutiger bzw. mehrdeutiger Abstand in Abhängigkeit von der mehrdeutigen Phase des gemessenen reflektierten Signals RP sowie der Wellenlänge λ des abgestrahlten Signals an dem selektierten Reflektionspunkt berechnen:

Figure 00180001
wobei λ die Wellenlänge des abgestrahlten Signals und k eine natürliche Zahl ist.From the determined phase φ EDGE of the selected reflection point RP, for example, that in the in 6A Darge presented sealing lip 7 , an ambiguous or ambiguous distance can first be calculated as a function of the ambiguous phase of the measured reflected signal RP and the wavelength λ of the emitted signal at the selected reflection point:
Figure 00180001
where λ is the wavelength of the radiated signal and k is a natural number.

Anschließend wird ein eindeutiger Abstand aus dem uneindeutigen Abstand und dem zwischengespeicherten Nährungswert berechnet. Hierzu wird k derart gewählt, dass: |dmess – dschätz| ➔ min Then, a unique distance is calculated from the ambiguous distance and the cached nutritional value. For this purpose, k is chosen such that: | d mess - d underestimated | ➔ min

Durch diese Vorgehensweise kann eine 2π-Phasenmehrdeutigkeit beseitigt werden.By this approach can be a 2π phase ambiguity be eliminated.

7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Ermittlung eines Abstandes zu einem Reflektionsobjekt 3. Bei dieser Ausführungsform wird eine Sendeeinheit 9A von einer Empfangseinheit 9B getrennt angeordnet. Ein Signal mit einer bestimmten Wellenlänge λ wird von einer Antenne der Sendeeinheit 9A auf ein sich bewegendes Reflektionsobjekt 3 abgestrahlt und von dort zu einer Empfangsantenne einer Empfangseinheit 9B reflektiert. 7 shows a further embodiment of the device according to the invention 1 for determining a distance to a reflection object 3 , In this embodiment, a transmitting unit 9A from a receiving unit 9B arranged separately. A signal with a specific wavelength λ is emitted by an antenna of the transmitting unit 9A on a moving reflection object 3 radiated and from there to a receiving antenna of a receiving unit 9B reflected.

8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Ermittlung eines Abstandes zu einem Reflektionsobjekt 3. Bei dieser Ausführungsform wird der ermittelte Abstand zwischen dem Reflektionsobjekt 3, beispielsweise einer Turbinenschaufel 3, und einem Gehäuse 4 ermittelt, und dient als Steuersignal zur Feinjustierung des Abstandes durch eine Stelleinheit 13, die beispielsweise den Abstand zwischen einer Achse eines rotierenden Gegenstandes 3 und dem Gehäuse 4 einstellt. Bei der in 8 dargestellten Ausführungsform kann somit der Abstand zwischen dem rotieren den Gegenstand 3 und dem Gehäuse 4 eingestellt bzw. geregelt werden. Die Regelung erfolgt mittels eines Steuersignals CRTL, wie in 8 dargestellt. 8th shows a further embodiment of a device according to the invention 1 for determining a distance to a reflection object 3 , In this embodiment, the determined distance between the reflection object 3 , For example, a turbine blade 3 , and a housing 4 determined, and serves as a control signal for fine adjustment of the distance by an actuator 13 for example, the distance between an axis of a rotating object 3 and the housing 4 established. At the in 8th illustrated embodiment, thus, the distance between the rotate the object 3 and the housing 4 be set or regulated. The regulation takes place by means of a control signal CRTL, as in 8th shown.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 und das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln eines Abstandes zu einem Reflektionsobjekt 3 lassen sich vielseitig einsetzen. Bei einer möglichen Ausführungsform wird die Vorrichtung 1 in einer Gas- oder Dampfturbine vorgesehen, wobei das Reflektionsobjekt 3 durch eine Turbinenschaufel gebildet wird.The device according to the invention 1 and the inventive method for determining a distance to a reflection object 3 can be used in many ways. In one possible embodiment, the device 1 provided in a gas or steam turbine, wherein the reflection object 3 is formed by a turbine blade.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in einen Elektromotor eingesetzt, wobei das Reflektionsobjekt 3 durch ein Bauteil eines Rotors gebildet wird.In a further possible embodiment, the device according to the invention 1 used in an electric motor, wherein the reflection object 3 is formed by a component of a rotor.

In gleicher Weise lässt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 auch in einen Elektrogenerator einsetzen, wobei das Reflektionsobjekt 3 durch ein Bauteil eines Rotors gebildet wird.In the same way, the device according to the invention can be 1 also use in an electric generator, wherein the reflection object 3 is formed by a component of a rotor.

In einem weiteren Anwendungsbeispiel kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 auch in einem Triebwerk vorgesehen werden, wobei das Reflektionsobjekt 3 durch eine Triebwerkschaufel 3 gebildet ist.In a further example of application, the device according to the invention 1 also be provided in an engine, wherein the reflection object 3 through a power shovel 3 is formed.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich unterschiedliche Geometrien bzw. Strukturen von Reflektionsobjekten 3, insbesondere Turbinenschaufeln, örtlich mit hoher Auflösung darstellen. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nicht nur ein integraler Abstandswert pro Reflektionsobjekt bzw. Turbinenschaufel 3 sondern auch ein vollständiges Abstandsprofil für jede Turbinenschaufel bzw. für jedes Reflektionsobjekt 3 bereit gestellt. Daher können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren aufwendige und anfällige Fehlerkorrekturen, die bei den herkömmlichen integralen Verfahren zwingend erforderlich sind, entfallen. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das Profil bzw. die Struktur des Reflektionsprofils, beispielsweise einer Turbinenschaufel 3, nicht vorher bekannt sein muss, so dass auch Referenzmessungen in einem Labor entfallen.The inventive method allows different geometries or structures of reflection objects 3 , in particular turbine blades, represent locally with high resolution. In the method according to the invention, not only is an integral distance value per reflection object or turbine blade 3 but also a complete distance profile for each turbine blade or for each reflection object 3 provided. Therefore, in the method according to the invention complex and prone error corrections, which are imperative in the conventional integral methods, omitted. Another advantage of the method according to the invention is that the profile or the structure of the reflection profile, for example a turbine blade 3 , does not have to be known beforehand, so that reference measurements in a laboratory also do not apply.

Das bei dem erfindungsgemäße vorgenommene Autofokus-SAR (Synthetic Aperture Radar) dient zu einer Schätzung des Abstandes zwischen dem Reflektionsobjekt 3 und dem Gehäuse 4, sodass eine anschließende phasenbasierte Abstandsmessung im gesamten Messbereich eindeutig vorgenommen werden kann.The autofocus SAR (Synthetic Aperture Radar) used in the invention serves to estimate the distance between the reflection object 3 and the housing 4 so that a subsequent phase-based distance measurement in the entire measuring range can be made clearly.

Weitere Auslesealgorithmen zur Erhöhung der Eindeutigkeit sind nicht notwendig. Ein Fokus-Abstand für das angepasste Filter muss nicht bekannt sein, sondern wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelt. Dabei kann ein iteratives Annähern an den Fokusabstand entfallen, so dass das erfindungsgemäße Verfahren sich auch durch eine hohe Berechnungsgeschwindigkeit bei der Ermittlung des Abstandes zu dem Reflektionsobjekt 3 auszeichnet.Further readout algorithms to increase the uniqueness are not necessary. A Fo Kus distance for the matched filter need not be known, but is determined in the inventive method. In this case, an iterative approach to the focal distance can be omitted, so that the method according to the invention can also be achieved by a high calculation speed when determining the distance to the reflection object 3 distinguished.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - US 6856281 B2 [0004] US 6856281 B2 [0004]
  • - DE 19705769 A1 [0005] DE 19705769 A1 [0005]

Claims (25)

Verfahren zum Ermitteln eines Abstandes zu einem Reflektionsobjekt (3) mit den Schritten: (a) Abstrahlen (S1) eines Signals durch eine Antenne mit einer bestimmten Wellenlänge (λ) auf das Reflektionsobjekt (3); (b) Kontinuierliches Messen (S2) der Amplitude und Phase eines von dem Reflektionsobjekt (3) reflektierten Signals; und (c) Filtern (S3) des gemessenen Signals durch ein angepasstes Filter (11) mit zugehöriger Punktzielantwort, wobei zur Maximierung einer örtlichen Auflösung des gemessenen Signals ein Fokussierabstand des Filters eingestellt wird und den zu ermittelnden Abstand bildet.Method for determining a distance to a reflection object ( 3 comprising the steps of: (a) emitting (S1) a signal through an antenna having a specific wavelength (λ) onto the reflection object ( 3 ); (b) continuously measuring (S2) the amplitude and phase of one of the reflection object (S2) 3 ) reflected signal; and (c) filtering (S3) the measured signal by a matched filter (S3). 11 ) with associated point target response, wherein a Fokussierabstand the filter is set to maximize a local resolution of the measured signal and forms the distance to be determined. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der ermittelte Abstand als Näherungswert zwischengespeichert wird.The method of claim 1, wherein the determined distance is stored as an approximate value. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens ein Reflektionspunkt (RP) aus dem von dem Reflektionsobjekt (3) reflektierten Signal selektiert wird.Method according to claim 1 or 2, wherein at least one reflection point (RP) from that of the reflection object ( 3 ) reflected signal is selected. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der selektierte Reflektionspunkt (RP) ein lokales oder globales Maximum des Signalamplitudenverlaufs des reflektierten Signals bildet und eine Signalamplitude aufweist, die oberhalb eines einstellbaren Schwellenwertes (SW) liegt.The method of claim 3, wherein the selected one Reflection Point (RP) is a local or global maximum of the signal amplitude curve forms the reflected signal and has a signal amplitude, which is above an adjustable threshold (SW). Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, wobei ein uneindeutiger Abstand in Abhängigkeit von der mehrdeutigen Phase des gemessenen reflektierten Signals sowie der Wellenlänge (7) des abgestrahlten Signals an dem selektierten Reflektionspunkt (RP) berechnet wird.Method according to claims 1 to 4, wherein an unambiguous distance is dependent on the ambiguous phase of the measured reflected signal and the wavelength ( 7 ) of the radiated signal at the selected reflection point (RP). Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein eindeutiger Abstand aus dem uneindeutigen Abstand und dem zwischengespeicherten Näherungswert berechnet wird.The method of claim 5, wherein a unique Distance from the ambiguous distance and the cached Approximate value is calculated. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, wobei der Fokussierabstand als Parameter der Punktzielantwort des Filters (11) derart eingestellt wird, dass die Phase (φ) des gefilterten Signals zumindest in einem bestimmten Bereich, bereichsweise annähernd konstant verläuft.Method according to Claims 1 to 6, wherein the focusing distance is used as parameter of the point target response of the filter ( 11 ) is adjusted such that the phase (φ) of the filtered signal, at least in a certain area, partially approximately constant. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, wobei der Fokussierabstand als Parameter der Punktzielantwort des Filters (11) derart eingestellt wird, dass die Signalamplitude (A) des gefilterten Signals maximal ist.Method according to Claims 1 to 6, wherein the focusing distance is used as parameter of the point target response of the filter ( 11 ) is set such that the signal amplitude (A) of the filtered signal is maximum. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, wobei der Fokussierabstand als Parameter der Punktzielantwort des Filters (11) derart eingestellt wird, dass die 3dB-Breite des gefilterten Signals minimal ist und einer Autokorrelationsfunktion der Punktzielantwort des Filters (11) entspricht.Method according to Claims 1 to 6, wherein the focusing distance is used as parameter of the point target response of the filter ( 11 ) is set such that the 3dB width of the filtered signal is minimum and an autocorrelation function of the point target response of the filter ( 11 ) corresponds. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, wobei sich das Reflektionsobjekt (3) mit einer konstanten Geschwindigkeit an der Antenne vorbei bewegt.Method according to claim 1 to 9, wherein the reflection object ( 3 ) is moved past the antenna at a constant speed. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, wobei das Reflektionsobjekt (3) an einem rotierenden Gegenstand angebracht ist, der sich innerhalb eines Gehäuses (4) dreht, an dem die Antenne ortsfest angebracht ist.Method according to claims 1 to 10, wherein the reflection object ( 3 ) is mounted on a rotating object which is located within a housing ( 4 ) rotates, to which the antenna is fixedly attached. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Reflektionsobjekt (3) durch eine Schaufel einer Turbine oder eines Triebwerkes oder durch einen Rotor eines Generators oder Elektromotors gebildet wird.Method according to claim 11, wherein the reflection object ( 3 ) is formed by a blade of a turbine or an engine or by a rotor of a generator or electric motor. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, wobei das von der Antenne abgestrahlte Signal durch eine sinusförmiges Signal gebildet wird, dessen Wellenlänge einer örtlichen Ausdehnung einer auf der Oberfläche des Reflektionsobjektes (3) vorhandenen Reflektionsstruktur entspricht.Method according to claims 1 to 12, wherein the signal radiated by the antenna is formed by a sinusoidal signal whose wavelength is at a local extension of one on the surface of the reflection object ( 3 ) corresponds to the existing reflection structure. Vorrichtung zur Ermittlung eines Abstandes zu einem Reflektionsobjekt mit: (a) einer Sende- und Empfangseinheit (9), die ein Signal mit einer bestimmten Wellenlänge (λ) auf das Reflektionsobjekt (3) abstrahlt und ein von dem Reflektionsobjekt (3) reflektiertes Signal erfasst; und mit (b) einem angepassten Filter (11) mit zugehöriger Punktzielantwort zum Filtern des erfassten Signals, wobei zur Maximierung einer örtlichen Auflösung des erfassten Signals ein Fokussierabstand des Filters einstellbar ist, und der eingestellte Fokussierabstand den zu ermittelnden Abstand bildet.Device for determining a distance to a reflection object comprising: (a) a transmitting and receiving unit ( 9 ), which transmits a signal with a specific wavelength (λ) to the reflection object ( 3 ) and one of the reflection object ( 3 ) reflected signal detected; and with (b) a matched filter ( 11 ) with associated dot-target response for filtering the detected signal, wherein to maximize a local resolution of the detected signal, a focusing distance of the filter is adjustable, and the set focusing distance forms the distance to be determined. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Sende- und Empfangseinheit (9) eine Antenne aufweist, die ein sinusförmiges Signal mit einer einstellbaren Wellenlänge auf das Reflektionsobjekt (3) abstrahlt.Apparatus according to claim 14, wherein the transmitting and receiving unit ( 9 ) has an antenna which transmits a sinusoidal signal with an adjustable wavelength to the reflection object ( 3 ) radiates. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Antenne eine Aperturantenne ist, die ein monofrequentes Radarsignal mit einer Wellenlänge (λ) im Millimeterbereich auf das Reflektionsobjekt (3) abstrahlt.Device according to claim 15, wherein the antenna is an aperture antenna which transmits a monofrequency radar signal having a wavelength (λ) in the millimeter range to the reflection object ( 3 ) radiates. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Aperturantenne in einem Gehäuse (4) angebracht ist und das Signal durch einen Hohlleiter (8) geführt auf das Reflektionsobjekt (3) abstrahlt.Device according to claim 16, wherein the aperture antenna is housed in a housing ( 4 ) and the signal is transmitted through a waveguide ( 8th ) guided on the reflection object ( 3 ) radiates. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei das Reflektionsobjekt (3) ein rotierendes Bauelement ist, das sich in dem Gehäuse dreht.Apparatus according to claim 17, wherein the reflection object ( 3 ) is a rotating component that rotates in the housing. Vorrichtung nach Anspruch 14 bis 18, wobei die Wellenlänge (λ) des abgestrahlten Signals entsprechend der Ausdehnung einer auf der Oberfläche des Reflektionsobjekts (3) vorhandenen Reflektionsstruktur eingestellt ist.Apparatus according to claims 14 to 18, wherein the wavelength (λ) of the radiated signal corresponds to the extent of a light emitted on the surface of the reflection object ( 3 ) existing reflection structure is set. Turbine mit einer Vorrichtung nach Anspruch 14 bis 19, wobei das Reflektionsobjekt (3) eine Turbinenschaufel ist.Turbine with a device according to claim 14 to 19, wherein the reflection object ( 3 ) is a turbine blade. Elektromotor mit einer Vorrichtung nach Anspruch 14 bis 19, wobei das Reflektionsobjekt (3) ein Bauteil eines Rotors ist.Electric motor with a device according to claim 14 to 19, wherein the reflection object ( 3 ) is a component of a rotor. Elektrogenerator mit einer Vorrichtung nach Anspruch 14 bis 19, wobei das Reflektionsobjekt (3) ein Bauteil eines Rotors ist.Electric generator with a device according to claim 14 to 19, wherein the reflection object ( 3 ) is a component of a rotor. Triebwerk mit einer Vorrichtung nach Anspruch 14 bis 19, wobei das Reflektionsobjekt (3) eine Triebwerkschaufel ist.An engine with a device according to claim 14 to 19, wherein the reflection object ( 3 ) is an engine blade. Computerprogramm mit Programmbefehlen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 13.Computer program with program instructions for execution The method according to claims 1 to 13. Datenträger, der das Computerprogramm nach Anspruch 24 speichert.Disk after the computer program Claim 24 stores.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2455706A1 (en) * 2010-11-22 2012-05-23 General Electric Company Sensor assembly and methods of measuring a proximity of a machine component to a sensor
US10656260B2 (en) 2016-05-18 2020-05-19 Infineon Technologies Ag Methods and apparatuses for speed and/or position sensing

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2570766B1 (en) * 2011-09-16 2014-03-19 Meggitt SA Device and method for monitoring rotor blades of a turbine

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19705769A1 (en) 1997-02-14 1998-08-20 Siemens Ag Monitoring device for radial and axial clearance between blades and housing of turbo engine
US6856281B2 (en) 2002-11-19 2005-02-15 Radatec, Inc. Method and system for calibration of a phase-based sensing system
DE102007046441A1 (en) * 2007-09-28 2009-04-02 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Apparatus and method for radial gap measurement with millimeter waves

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006046696A1 (en) * 2006-09-29 2008-04-17 Siemens Ag Device for determining the distance between at least one moving blade and a wall of a turbomachine surrounding the at least one moving blade

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19705769A1 (en) 1997-02-14 1998-08-20 Siemens Ag Monitoring device for radial and axial clearance between blades and housing of turbo engine
US6856281B2 (en) 2002-11-19 2005-02-15 Radatec, Inc. Method and system for calibration of a phase-based sensing system
DE102007046441A1 (en) * 2007-09-28 2009-04-02 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Apparatus and method for radial gap measurement with millimeter waves

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KLAUSING, H., HOLPP, W.: Radar mit realer und synthetischer Apertur. München, Wien: Oldenbourg, 2000, ISBN 3-486-23475-7, S. 213-231 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2455706A1 (en) * 2010-11-22 2012-05-23 General Electric Company Sensor assembly and methods of measuring a proximity of a machine component to a sensor
US10656260B2 (en) 2016-05-18 2020-05-19 Infineon Technologies Ag Methods and apparatuses for speed and/or position sensing

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