DE3104320A1

DE3104320A1 - "vorrichtung und verfahren zur optischen abstandsbestimmung"

Info

Publication number: DE3104320A1
Application number: DE3104320A
Authority: DE
Inventors: Paul William Greenhills Ohio Mossey
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1980-02-11
Filing date: 1981-02-07
Publication date: 1981-12-17
Also published as: CA1142344A; SE8100951L; GB2069689B; SE456859B; FR2475719A1; IT1135399B; JPS56153206A; FR2475719B1; GB2069689A; US4326804A; IT8119641A0

Description

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
Schenectady, N.Y./U.S.A.

Vorrichtung und Verfahren zur optischen Abstandsbestim-

mung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zum optischen Bestimmen des Abstands oder Spiels zwischen wenigstens einem sich fortschreitend bewegenden Teil und einem relativ stationären zweiten Teil, und betrifft insbesondere die Bestimmung des Abstands oder Spiels zwischen dem radialen Rand einer rotierenden Laufschaufel und einer Ummantelung in einem Gasturbinentriebwerk.

In modernen Flugzeuggasturbinentriebwerken wird üblicherweise mit hohem Druckverhältnis in den Verdichtern und den Turbinenstufen gearbeitet. Durch diese Triebwerkskonstruktion wird das Gewicht verringert und der Gesamtwirkungsgrad verbessert, sie ist aber hinsichtlich des Abstands zwischen den Laufschaufelspitzen und der Ummantelung empfindlicher. In dieser Beziehung verursachen unnötig große Abstände eine übermäßige Leckage und können außerdem aerodynamische Verluste innerhalb und stromab-

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wärts der besonderen Position von Laufschaufelspitze zu Ummantelung hervorrufen. Demgemäß ist es bekannt, daß sich beträchtliche Vorteile in der Triebwerksleistungsfähigkeit und in der Triebwerkslebensdauerverlängerung ergeben, wenn eine Abstandssteuertechnik implementiert wird. Darüber hinaus muß ein Konstrukteur bei der Entwicklung eines Flugzeuggasturbinentriebwerks die Auswirkung des Abstands auf die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer angeben und benötigt deshalb laufende Abstandsmessungen während des Tests des Entwicklungstriebwerks.

Verschiedene Abstandsmeßtechniken werden bereits mit einigem Erfolg angewandt. Die bekannten Meßtechniken haben jedoch im Gebrauch mehrere Nachteile. Beispielsweise werden bei einer Meßtechnik Laufschaufelreibstifte in Form von kleinen metallischen Vorsprüngen benutzt, die an der Ummantelung angebracht sind. Diese Reibstifte werden bei einer Laufschaufelberührung abgeschliffen, und das Triebwerk muß daher zerlegt werden, damit die endgültige Stiftlänge festgestellt werden kann. Außerdem zeigen solche Reibstifte nur den minimalen Abstand, der aufgetreten ist, so daß der Konstrukteur nicht in der Lage ist, die Zeit oder die besonderen Triebwerksparameter festzustellen, zu der oder bei denen das Ereignis minimalen Abstands aufgetreten ist. In Anbetracht dessen wird die Verwendung von Laufschaufelrelbstiften in einem sich im Einsatz befindlichen Gasturbinentriebwerk, bei dem Abstandssteuertechniken angewandt werden, nicht als praktisch angesehen. Bei einer weiteren Abstandsmeßtechnik werden Röntgenstrahlen hoher Energie benutzt. Diese Technik beinhaltet jedoch unerwünschte Genauigkeitsbeschränkungen und ist im allgemeinen nur bei ummantelten Laufschaufeln anwendbar. Weiter erfordert die Verwendung von Röntgenstrahlen speziell ausgerüstete Triebwerksprüfstände. Bei noch einer weiteren Abstandsmeßtechnik werden Berührungsmeßfühler zum Messen des Abstands von der höchsten Laufschaufel, d.h.

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i.ieHüb::fc. Mit

solchen Berührungsmeßfühlern kann das Kreisen des Rotors, d.h. das Ausmaß der Unrundheit oder der Außermittigkeit desselben nicht gemessen werden. Außerdem können mit diesen Berührungsmeßfühlern AbStandsänderungen während schneller TriebwerksÜbergangszustände nicht gemessen werden. Es sind auch bereits kapazitive Abstandsmeßtechniken angewandt worden, bei denen ein Meßfühler die Kapazität abfühlt, die den Laufschaufelspitzenabstand darstellt. Die Genauigkeit dieser kapazitiven Äbstandsmeßtechniken wird jedoch durch mehrere Mechanismen nachteilig beeinflußt. Beispielsweise beeinflußt jede Änderung in den Streukapazitäten oder in der Laufschaufelspitzenform, z.B. ein Schmutzansatz auf den Laufschaufelseiten, die Bildung von Schmelze, die abgefühlte Kapazität in nachteiliger Weise. In gleicher Weise haben normale Fertigungstoleranzen bezüglich der einzelnen Laufschaufelspitzendicke ebenfalls eine nachteilige Auswirkung auf die Genauigkeit dieses Meßverfahrens.

Bei noch einer weiteren Abstandsmeßtechnik werden optische Vorrichtungen, wie beispielsweise optische Meßfühler, sowie eine Triangulation benutzt, um die Lage der Laufschaufelspitze zu bestimmen. Bei einer solchen optischen Meßtechnik ergeben sich jedoch Schwierigkeiten aufgrund des herkömmlichen optischen Meßfühlers, der gewoanlich benutzt wird. Solche optischen Meßfühler sind im rllgemeinen durch unerwünscht hohe innere Lichtreflexionen innerhalb des Meßfühlers gekennzeichnet. Außerdem haben diesa optischen Meßtechniken bislang eine begrenzte Ansprechempfinc'lichkeit und eine begrenzte Genauigkeit gezeigt. Beispielsweise wird bei einer derartigen optischen Meßtechnik Kabelfernsehen benutzt, was es unmöglich macht, einzelne Laufschaufelabstände in einem schnell rotierenden Laufschaufelkranz zu bestimmen.

In einer Ausgestaltung schafft die Erfindung eine Vorrich-

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tung zum optischen Bestimmen des Abstands zwischen einem Rand von wenigstens einem sich fortschreitend bewegenden Teil und einem relativ zu diesem stationären zweiten Teil. Die Vorrichtung enthält eine Meßfühlereinrichtung/ die in relativ fester Position in bezug auf das stationäre zweite Teil angeordnet ist, um Licht aus einer Lichtquelle zu dem Rand zu leiten und um von dem Rand zurückgestreutes Licht zu sammeln. Die Meßfühlereinrichtung enthält eine/Kanalanordnung zum Leiten des Lichtes zu dem Rand und eine zweite Kanalanordnung insgesamt neben der ersten Kanalanordnung zum Sammeln des von dem Rand zurückgestreuten Lichtes, wobei die erste und die zweite Kanalanordnung von einander im wesentlichen optisch getrennt sind. Die Meßfühlereinrichtung enthält eine Meßfühlerausgangseinrichtung, die auf das zurückgestreute Licht anspricht und ein Meßfühlerausgangssignal bildet. Eine Signalverarbeitungseinrichtung ist mit der Meßfühlerausgangseinrichtung verbunden, um das Meßfühlerausgangssignal zu empfangen und ein elektrisches Zwischensignal zu bilden, das im wesentlichen den Augenblicksabstand zwischen dem Rand und dem zweiten Teil darstellt. Eine Einrichtung, die auf das Zwischensignal anspricht, liefert eine Darstellung des Abstands. Weitere Ausführungsformeη der Erfindung sind vorgesehen und ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein Schema einer Ausfuhrungsform der optischen Abstandsmeßvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Schema einer Ausführungsform der optischen Meßfühlereinrichtung nach der Erfindung, die zur Verwendung in der Vorrichtung

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von Fig. 1 geeignet ist,

Fig. 3 ein Funktionsblockschaltbild einer Ausfüh-

rungsform einer Signalverarbeitungsschaltung nach der Erfindung, die zur Verwendung in der Vorrichtung von Fig. 1 geeignet ist,

Fig. 4 schematisch und als Funktionsblockschaltbild eine weitere Ausführungsform der optischen Abstandsmeßvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 5 ein Impuls- und Steuerdiagramm, das ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung von Fig. 4 mit einer intermittierenden Lichtquelle zeigt,

Fig. 6 schematisch eine weitere Ausführungsform der optischen Abstandsmeßvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 7 schematisch eine Ausführungsform der Signalverarbeitungseinrichtung, die zur Verwendung in der Vorrichtung von Fig. 6 geeignet ist, und

die Fig. 8 schematische Darstellungen, ^ie weitere Si- und 9 gnalverarbeitungseinrichtungen zeigen, welche zur Verwendung in der Vorric!~tung von Fig. 6 und insbesondere zur Verwendung beim Bilden eines digitalen Ausgangssignals geeignet sind.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform der Abstandsmeßvorrichtung nach der Erfindung insgesamt mit 10 bezeichnet. Die Vorrichtung 10 ist in Verbindung mit einer rotieren-

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den Laufschaufel 12 gezeigt, bei der es sich beispielsweise um eine Laufschaufel eines beschaufelten Turbinenläufers handeln kann. Die Laufschaufel 12 hat einen radialen äusseren Rand 12a, der in der durch den Pfeil angegebenen Richtung drehbar ist. Die Bezeichnung d wird benutzt, um den Abstand oder das Spiel zwischen dem radialen äußeren Rand 12A und einem relativ stationären Teil darzustellen, bei dem es sich beispielsweise um eine Turbinenlaufschaufe!ummantelung (nicht gezeigt) handeln kann. Die Position dieses relativ stationären Teils ist durch die gestrichelte Linie gezeigt. Eine optische Meßfühlereinrichtung 14 ist in relativ fester Position in bezug auf das stationäre Teil angeordnet.

Die Meßfühlereinrichtung 14 wird durch eine Meßfühlersteuereinrichtung 16 gesteuert und leitet Licht aus einer Lichtquelle (in Fig. 1 nicht gezeigt) zu dem radialen Rand 12A und sammelt von dem radialen Rand 12A zurückgestreutes Licht. Das von dem radialen Rand 12A zur Meßfühlereinrichtung 14 zurückgestreute Licht enthält, wie im folgenden noch ausführlicher beschrieben, eine Information, die sich auf den Abstand d zwischen dem radialen Rand 12A und dem relativ stationären Teil bezieht. Die Meßfühlereinrichtung 14 bildet ein Ausgangssignal, welches den Abstand d zwischen dem radialen Rand 12A und dem stationären Teil darstellt. Dieses Meßfühlerausgangssignal wird zu einer Signalverarbeitungseinrichtung 18 geleitet, die das Meßfühlerausgangssignal weiter verarbeitet und ein Zwischensignal bildet, welches den Abstand d zwischen dem radialen Rand 12A und dem stationären Teil darstellt. Das Zwischensignal wird zu einer Ausgangseinrichtung 21 geleitet, bei der es sich beispielsweise um eine Anzeigeeinrichtung, z.B. ein Oszilloskop, oder um eine Speichereinrichtung handeln kann. Die Ausqanguoinrichtung 21 wird typischerweise bei jeder Uiudroliumj dt>ü betreffenden Lautschaufelsystems wiederholt: gotriggoU.. Diese Triggerung kann in bekannter Weise erfolgen, bei-

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spielsweise durch die Verwendung eines elektromagnetischen Aufnehmers. Die Ausgangseinrichtung 21 liefert daher eine optische und/oder wiedergewinnbare Darstellung des Abstands d.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird eine Ausfuhrungsform der optischen Meßfühlereinrichtung 14 von Fig. 1 ausführlicher beschrieben. Die optische Meßfühlereinrichtung 14 hat ein Gehäuse 16, das, beispielsweise, eine zylindrische Form haben kann. Das Gehäuse 16 besteht vorzugsweise aus einem robusten Material, wie beispielsweise rostfreiem Stahl. Das Gehäuse hat entgegengesetzte Enden 18 und 20, von denen das Ende 20 eine Endöffnung 2OA hat. Eine Wand 22 aus lichtundurchlässigem Material, wie beispielsweise rostfreiem Stahl, bildet zwei insgesamt nebeneinander angeordnete Kanäle 30 bzw. 40 und trennt diese optisch voneinander. Die Kanäle 30 und 40 sind in relativ fester Position in bezug auf einander angeordnet. Der Kanal 30 enthält eine Lichtquelle 32, vorzugsweise eine Laserlichtquelle, an dem Ende 18. Im Abstand von der Lichtquelle 32 in Richtung zu dem anderen Ende 20 hin befindet sich eine Eingangslinse 34. Ein Spiegel 36 ist im Abstand von der Linse 34 und nahe dem Ende 20 angeordnet. Der Spiegel 36 ist so positioniert, daß er Licht aus der Linse 34 empfängt und dieses Licht auf den radialen Rand 12A der rotierenden Laufschaufel 12 leitet. In aera zweiten Kanal 40, der durch die Wand 22 gebildet wild, ist eine Ausgangslinse 42 angeordnet, die Licht empfängt, welches von dem radialen Rand 12A der Laufschaufel 12 zurückgestreut wird. Eine Meßfühlerausgangseinrichtung 44 ist an J^m Ende 18 angeordnet und empfängt Licht aus der Ausgangslinse 42. Die Meßfühlerausgangseinrichtung 44 kann beispielsweise einen Lichtpunktlagedetektor enthalten, bei dem auf die Oberfläche der Meßfühlerausgangseinrichtung 44 auftreffendes Licht bewirkt, daß ein Ausgangssignal erzeugt wird, das den Auftreffpunkt des auftreffenden Lichtes darstellt. Beispielsweise erzeugt gemäß Fig. 2 der

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Lichtpunktlagedetektor 44, wie im folgenden noch ausführlicher beschrieben, ein elektrisches Ausgangssignal, daü eine zweikomponentige bestimmbare Kombination von Größen ist, die die reine Linkslage L und die reine Rechtslage R darstellen.

Die optische Meßfühlerexnrichtung 14 wird an Hand der Beschreibung ihrer Arbeitsweise besser verständlich. In dem Kanal 30 sendet die Lichtquelle 32 Licht in Form von Strahlen 37 aus. Die Strahlen 37 beleuchten die Eingangslinse 34. Die Eingangslinse 34 fokussiert die Lichtstrahlen 37 auf den Spiegel 36. Der Spiegel 36 leitet das abgegebene Licht in Form eines eine relativ feste Position aufweisenden, schmalen Eingangsbündels 37, das z.B. typischerweise eine Breite von etwa 0,025 mm bis 0,076 mm (1-3 mils) hat, zu der öffnung 2OA und durch diese hindurch, Zu Darstellungszwecken sind in Fig. 2 zwei rotierende Laufschaufeln 12, die radiale Ränder 12A haben, teilweise gezeigt. Mit ausgezogenen Linien ist ein relativ niedriger radialer Rand 12A und mit gestrichelten Linien ein relativ hoher radialer Rand 12A gezeigt.

Zunächst wird auf den relativ niedrigen Laufschaufelrand 12A Bezug genommen. Das eine feste Position aufweisende Eingangsbündel 37 wird durch den niedrigen radialen Rand 12A reflektiert, wodurch reflektierte Lichtstrahlen 45 gebildet werden. Die reflektierten Lichtstrahlen 45 werden dann durch die Ausgangslinse 42 auf den Lichtpunktlagedetektor 44 fokussiert. Der Lichtpunktlagedetektor 44 wandelt die Lage des auf ihn fokussierten Lichtpunktes in ein zwei Komponenten (links und rechts) aufweisendes Signal um, das in im folgenden noch näher beschriebener Weise weiter verarbeitet wird. Es sei angemerkt, daß die Ausgangslinse 42 im wesentlichen sämtliches Licht, das sie von dem relativ niedrigen radialen Rand 12A empfängt, auf den Punkt des Auftreffortes 40L auf dem Lichtpunktlagedetektor 44 fokussiert. Die Arbeitsweise der optischen

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Meßfühlereinrichtung 14 wird nun in Verbindung mit dem relativ hohen radialen Rand 12A, der mit gestrichelten Linien dargestellt ist, beschrieben. Die Reflexion an dem relativ hohen radialen Rand 12A erzeugt wieder reflektierte Lichtstrahlen 45, die durch die Ausgangslinse 42 auf den Lichtpunktlagedetektor 44 fokussiert werden. In dem Fall der von dem relativ hohen radialen Rand 12A reflektierten Lichtstrahlen 45 ist jedoch der Auftreffpunkt auf dem Lichtpunktiagedetektor 44 der Ort 4OR. Im wesentlichen sämtliches reflektiertes Licht, das die Ausgangslinse 42 von dem relativ hohen radialen Rand 12A her erreicht, wird, wie in dem Fall des relativ niedrigen radialen Randes 12A, an dem geeigneten Ort 4OR auf dem Lichtpunktlagedetektor 44 fokussiert. Der besondere Auftreffpunkt des Ausgangsbündels 45 auf dem Lichtpunktlagedetektor 44 wird durch den Abstand d zwischen dem Ende der Meßfühlereinrichtung 14 und dem radialen Rand 12A festgelegt. Insbesondere bewegt sich der Auftreffpunkt des Ausgangsbündels 45 auf dem Lichtpunktlagedetektor 44 in einer bestimmbaren proportionalen Beziehung zu dem Abstand d.

Die Meßfühlereinrichtung 14 kann beispielsweise als Zusatzeinrichtung an einer relativ stationären Gasturbinentriebwerk summantelung benutzt wenden, wobei die gemessene Strecke der Abstand zwischen einer rotierenden Laufschaufel und einer Ummantelungsflache ist. Es ist im allgemeinen vorzuziehen, das Ende 20 des Meßfühlern 14 hinterhalb der Ummantelungsfläche anzuordnen und diese zusätzliche Strecke durch geeignete Einstellungen zu kompensieren. Für derartige Verwendungszwecke kann das Gehäut.-» 16 mehrere Anschlüsse 38 aufweisen, die gereinigte Luft auf jeder Seite des Meßfühlers 14 und in jeden Kanal 30, 40 einlassen. Die Anschlüsse 38 dienen dem Zweck, die optischen Vorrichtungen des Meßfühlers in sauberem Zustand zu halten. In einem Gasturbinentriebwerk wird die gerei-

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nigte Luft im allgemeinen über Abzapfleitungen (teilweise dargestellt) dem Triebwerksverdichter entnommen. Die gereinigte Luft wird im allgemeinen gekühlt und gefiltert, bevor sie in den Meßfühler 14 eingelassen wird. Nach dem Durchströmen des Meßfühlers 14 kann die gereinigte Luft in das Triebwerk abgegeben werden.

Ein Vorteil der Fühlereinrichtung 14 von Fig. 2 besteht darin, daß kein Prisma benutzt wird. In der Meßfühlereinrichtung 14 wird ein Spiegel 36 benutzt, der aus Glas oder Metall bestehen kann und robuster und billiger als ein Prisma ist. Darüber hinaus werden durch die Verwendung von gesonderten Eingangs- und Ausgangslinsen 34 bzw. 42 unerwünschte innere Lichtreflexionen völlig beseitigt. Infolgedessen stammt das durch den Lichtpunktlagedetektor A4 empfangene Ausgangslichtbündel 45 lediglich von den reflektierten Strahlen 45, was die Verwendung eines wirksamen HoGhgeschwindigkeitsdetektors zum Umwandeln der Lage des Lichtpunktes in ein proportionales elektrisches Signal gestattet.

Vorzugsweise enthält die optische Meßfühlereinrichtung 14 von Fig. 2 eine Lichtquelle 32, wie beispielsweise die im Handel von der Fa. Laser Diode Laboratories unter der Bezeichnung LD-Serie erhältliche Injektionslaserdiode. Die Linse 34 besteht vorzugsweise aus Quarzglas oder Saphir. Der Spiegel 20 besteht vorzugsweise aus einem hochtemperaturbeständigen Material, wie beispielsweise bekannten Platin- und Rhodiumlegierungen. Der Lichtpunktlagedetektor 44 enthält vorzugsweise ein robustes Silicium-Flächen-Festkörperminiaturbauelernent, wie beispielsweise das im Handel erhältliche Bauelement mit der Bezeichnung ΡΓΝ SC/4D von der Fa. United Detector Technology.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird nun eine Ausführungsform einer Signalverarbeitungseinrichtung 18 beschrieben, die

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zur Verwendung in der Vorrichtung 10 von Fig. 1 geeignet ist. Eine Suitunierschaltung 50 empfängt das Zweikomponenten (L+R)-Ausgangssignal des Lichtpunktlagedetektors 44 von Fig. 2. Das Ausgangssignal der Summierschaltung 50 stellt dann die Summe der beiden Komponenten dar: L+R. Die Ausgangssignale L und (L+R) des Detektors 44 bzw. der Summierschaltung 50 werden an eine schnelle Teilerschaltung 52 angelegt, die ein Ausgangssignal bildet, welches L/(L+R) und damit den Auftreffpunkt auf dem Lichtpunktlagedetektor 44 von Fig. 2 darstellt. Diese Auftreffpunktinformation wird, wie oben erwähnt, benutzt, um den Abstand d zu bestimmen. Für viele Anwendungsfälle ist es vorzuziehen, Schwellenwertdetektoren 56, 58 zum Festlegen von minimalen und maximalen Schwellenwerten für das Ausgangssignal L+R der Summierschaltung 50 zu benutzen. Die Ausgangssignale der Schwellenwertdetektoren 56, 58 können einem UND-Gatter 60 und dann einem monostabilen Generator 62 zugeführt werden. Das Ausgangssignal des monostabilen Generators 62 kann einer Tastspeicherschaltung 54 zugeführt werden, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, so daß das Ausgangssignal der Teilerschaltung 52, welches den Abstand d darstellt, nur dann akzeptiert wird, wenn die geeigneten Schwellenwertbedingungen eingehalten sind. Die in Fig. 3 gezeigten Schaltungselemente sind bekannt und im Handel erhältlich.

Es sei angemerkt, daß die Meßfühlerlichtquelle 32 kontinuierlich oder intermittierend betrieben inerten kann. Wenn die Lichtquelle 32 kontinuierlich betrieben wird, bleibt die vorstehende Beschreibung gültig. Wenn jedoch die Lichtquelle 32 intermittierend betrieben wird, muß -?ine Synchronisiereinrichtung vorgesehen sein, die das Vorhandensein des Eingangsbündels und des besonderen radialen äußeren Randes 12A zu der Zeit gewährleistet, zu der der Abstand d zwischen dem radialen Rand 12A und dem stationären Teil zu bestimmen ist.

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In Fig. 4 ist eine solche Vorrichtung, in der eine intermittierende Lichtquelle benutzt wird/ insgesamt mit 70 bezeichnet. Die Vorrichtung 70 gleicht, wie oben erwähnt, der Vorrichtung 10 von Fig. 1, enthält aber weiter die benötigte Synchronisiereinrichtung. Es sind demgemäß nach Möglichkeit immer gleiche Bezugszahlen zur Bezeichnung gleicher Teile benutzt worden. Die Vorrichtung 70 enthält die optische Meßfühlereinrichtung 14, die Signalverarbeitungseinrichtung 18 und die Ausgangseinrichtung 21, die beim Bestimmen des Abstands d zwischen den laufschaufeln 12 mit den radialen äußeren Rändern 12A und einem mit gestrichelten Linien dargestellten stationären Teil benutzt werden.

Die Vorrichtung 70 enthält weiter eine modifizierte Meßfühlersteuer- und Synchronisiereinrichtung 16'. Die Steuer- und Synchronisiereinrichtung 16 * enthält eine schaltbare Stromversorgung 72 für die intermittierende Lichtquelle 32 (nicht gezeigt), die, beispielsweise, eine Injektionslaserdiode enthalten kann. Das Ausgangssignal des Meßfühlers 14 wird zu der Signalverarbeitungseinrichtung 18 geleitet, beispielsweise zu der in den Fig. 1 und 3 gezeigten, und außerdem zu einer Impulsdetektoreinrichtung 74. Das Ausgangssignal der Impulsdetektoreinrichtung 74 wird einem Zeitgeber und Kontroller zugeführt. Der Zeitgeber und Kontroller 76 bildet wenigstens drei Ausgangssignale. Ein Ausgangssignal wird zu einer Schalteinrichtung 78 geleitet und bewirkt, daß die Schalteinrichtung 78 in einer vorbestimmten Weise zwischen Eingangsansichlüssen A und B umschaltet. Ein zweites Ausgangssignal des Zeitgebers und Kontrollers 76 wird zu einem Impulsgenerator 80 und dann zu dem Eingang A des Schalters 78 geleitet. Ein drittes Ausgangssignal des Zeitgebers und Kontrollers 76 wird zu einem Impulsgenerator 82 und dann zu dem Eingangsanschluß B geleitet. Die Impulsgeneratoren 80 und 82 siad im wesentlichen gleich,

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mit der Ausnahme, wie im folgenden noch deutlicher werden wird, daß der Impulsgenerator 80 einen Impuls relativ geringer Leistung und kurzer Dauer im Vergleich zu dem durch den Impulsgenerator 82 erzeugten Impuls liefert. Die Impulse, die durch den Impulsgenerator 80 geliefert werden, können als Meßimpulse bezeichnet werden, während die Impulse, die durch den Impulsgenerator 82 geliefert werden, als Suchimpulse bezeichnet werden können.

Die Arbeitsweise der optischen Abstandsmeßvorrichtung von Fig. 4 wird besser verständlich, indem auch auf das Impuls- und Steuerdiagramm von Fig. 5 Bezug genommen wird. Wenn die Turbinenlaufschaufeln 12 sich an dem Meßfühler 14 vorbeibewegen,wird der Zeitgeber und Kontroller 76 aktiviert, beispielsweise über eine manuelle Starteinrichtung 77. Die Aktivierung des Zeitgebers und Kontrollers 76 bringt die Schalteinrichtung 78 in die Stellung B und verbindet den Zeitgeber und !Controller 76 mit. dem Impulsgenerator 82. Der Impulsgenerator 82 erzeugt dann einen kurzen elektrischen Impuls mit relativ niedrigem Wert, der über den Schalter 78 zu der schaltbaren Stromversorgung 72 und schließlich in den Meßfühler 14 geleitet wird, der einen kurzen Lichtquellenimpuls erzeugt. Solche Lichtimpulse niedrigen Wertes und kurzer Dauer sind in dem Impuls- und Steuerdiagramm von Fig. 5 gezeigt und mit 90 bezeichnet, uiese Lichtimpulse 90 haben einen engen zeitlichen Abstand, so daß twa 40 bis 100 Impulse während der Zeit erscheinen,- die die Vorderkante einer Laufschaufel 12.. und die Vor demean' e einer zweiten Laufschaufel 12,. benötigers, um an ein^m festen Punkt im Raum vorbeizugehen. Jedesmal dann, wenn ο i.n radialer Rand 12A unter dem Meßfühler 14 vorbeigeht, wenden Lichtstrahlen 45 reflektiert und zu dem Lichtpuriktlagedetektor 44 in der Fühlereinrichtung 14 zurückgeleitet, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Die sich ergebenden elektrischen Ausgangssignale des Lichtpunktlagedetektors 44 werden dann durch den Impulsdetektor 74 empfangen, der

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ein Impulsdetektorausgangssignal bildet, das das Lichtpunktlagedetektorausgangssignal und damit das reflektierte Licht 45 darstellt. Dieses Ausgangssignal des Impulsdetektors 74 leitet eine erste Zeitgeberfunktion innerhalb des Zeitgebers und Kontrollers 76 ein. Die nächste Laufschaufelspitze, die unter den Meßfühler 14 gelangt, erzeugt ebenfalls reflektierte Strahlen 45, deren Vorhandensein durch den Impulsdetektor 74 ebenfalls erfaßt wird. Dieser zweite reflektierte Strahl 45 und das zweite Ausgangssignal des Impulsdetektors 74 bewirken, daß die erste Zeitgeberfunktion gestoppt wird und eine zweite Zeitgeberfunktion in dem Zeitgeber und Kontroller 76 gestartet wird. Die verstrichene Zeit zwischen den reflektierten Lichtstrahlen 45 der Laufschaufeln 12.. und 12₂ ist in Fig. 5 mit At.. bezeichnet. Die Zeit At. wird durch den Zeitgeber und Kontroller 76 benutzt, um automatisch eine Zeit zu berechnen, die kleiner als At₁ und beispielsweise gleich 0,9^t₁ ist, während der die Meßfühlerlichtquelle nicht durch Impulse eingeschaltet, sondern abgeschaltet ist.

Am Ende der Zeitspanne 0,9At₁₍während der die Meßfühlerlichtquelle abgeschaltet gewesen ist, wird der Impulsgenerator 82 wieder aktiviert, was bewirkt, daß eine weitere Reihe von Impulsen 90 geringer Leistung und kurzer Dauer erzeugt wird, wie in Fig. 5 gezeigt. Die Impulse 90 niedriger Leistung und kurzer Dauer, die als Suchimpulse bezeichnet sind, v/erden fortgesetzt, bis die Spitze der nächsten Laufschaufel 12., bewirkt,, daß ein weiterer Lichtstrahl 45 zurück zu dem Meßfühler 14 reflektiert und damit in dem Impulsdetektor 74 verarbeitet wird. Der Impulsdetektor 74 erzeugt ein drittes Impulsdetektorausgangssignal, welches bewirkt, daß die zweite Zeitgeberfunktion in dem Zeitgeber und Kontroller 76 gestoppt wird. Die verstrichene Zeit zv?! sehen den reflektierten Lichtstrahlen 45 der Laufschaufeln 12., und 12 ist in

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Fig. 5 mit &t₀ bezeichnet. Innerhalb einer kurzen Zeit-

— 6 spanne, die beispielsweise kleiner als etwa 10 s ist, während der diese dritte folgende Laufschaufel 12., und der Laufschaufelrand 12A noch unter dem Meßfühler 14 sind, bewirkt der Zeitgeber und Kontroller 76, daß sich der Schalter 78 in die Stellung A bewegt. Dadurch wird der Impulsgenerator 80 aktiviert, der einen Impuls 94 höherer Leistung und längerer Dauer erzeugt. Der Impuls 94 hoher Leistung und relativ langer Dauer bewirkt, daß ein Lichtimpuls, der Meßimpuls, hoher Leistung und relativ langer Dauer durch die intermittierende Lichtquelle (nicht gezeigt) in dem Meßfühler 14 erzeugt wird. Der Lichtimpuls relativ höherer Energie bewirkt, daß ein reflektierter Strahl 45 relativ höherer Energie erzeugt wird, so daß der Lichtpunktlagedetektor 4 4 des Meßfühlers 14 die wahre Lage des Lichtpunktes mit ausreichendem Rauschabstand genau abfühlen kann.

In dem Zeitpunkt, in welchem die Spitze der dritten Laufschaufel 12₃ unter dem Meßfühler 14 vorbeiging und die 2weite Zeitgeberfunktion gestoppt wurde, wurde in der oben beschriebenen Weise ein zweiter Zeitgeber aktiviert, um das Zeitintervall At₂ zu messen. Das zweite Zeitintervall At₉ wird dann benutzt, um automatisch ein weiteres Intervall zu berechnen, das kleiner als ^t, und beispielsweise gleich 0,9 At₂ ist. Das zweite Zeitgeberintervall 0,9 At₉ wird wieder, wie zuvor, oenutzt, um die gesamte Lichtimpulsemission zu stoßen. Wenn sich jedoch die Drehgeschwindigkeit der Turbinenlaufschaufeln 12 geändert hat, wird dieses neue Intervall ^t₉ von dem Intervall At. verschieden sein, und zwar in Abhängigkeit von dieser Änderung. Die Abstandsmeßvorrichtung und das Verfahren, die in den Fig. 4 und 5 gezeigt sind, werden somit ständig auf den neuesten Stand gebracht, und zwar auf die unmittelbar vorhergehende Durchlaufzeit zwischen Laufschaufeln. Demgemäß wird die Synchronisiereinrichtung auf die unmittelbar vorhergehende Durchlaufzeit

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zwischen Laufschaufeln gebracht und wird im wesentlichen augenblicklich jeder üblichen Triebwerksdrehzahländerung folgen, ohne daß irgendwelche Laufschaufelabstandsmessungen ausgelassen werden.

Bei der Verwendung der Abstandsmeßvorrichtung und des Verfahrens von Fig. 4 und 5 ist es vorzuziehen, die Suchimpulse 90 von Fig. 5 zeitlich in ausreichend engem Abstand anzuordnen, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, damit die Dicke T der Laufschaufeln 12 größer als der Abstand S zwischen aufeinanderfolgenden Suchimpulsen 90 ist. Weil der erste reflektierte Strahl 45 von der dritten folgenden Laufschaufel 12., aus einem Suchimpuls 90 gewonnen wird, ist es außerdem erwünscht, eine Schaltung vorzusehen, die eine Unterscheidung zwischen einem aus einem Suchimpuls 90 gewonnenen Eingangssignal und einem aus dem Meßimpuls 94 gewonnenen Eingangssignal trifft. Der Meßimpuls 94 erzeugt? wie oben erwähnt, einen äußerst erwünschten reflektierten Strahl 45 relativ hoher Energie, der zum genauen Ermitteln des Abstands d geeignet ist. Herkömmliche Maßnahmen«, durch die diese Unterscheidung getroffen werden kann, beinhalten die Verwendung einer geeigneten Mindestschwellenwerteinstellung in der Signalverarbeitungseinrichtung 18 oder die Verwendung einer geeigneten Zeitverzögerung in der Signalverarbeitungseinrichtung 18„

Ein Vorteil des intermittierenden Ärbeitens der Lichtquelle in der in den P¹Ig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsform besteht darin, daß die Vorrichtung die Verwendung von intermittierenden Lichtquellen gestattet, die einen sehr hohen Umwandlungswirkungsgrad haben,, wie beispielsweise die gepulste Injektionslaserdiode. Diese Vorrichtung hat eine maximale relative Einschaltdauer aufgrund der durch innere Wärmeverluste gesetzten Grenzen, wobei die relative Einschaltdauer als ein Verhältnis der Zeit, während der der LaserdiocNnstrom eingeschaltet ist, di~

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vidiert durch die Einschaltzeit plus der Ausschaltzeit definiert ist. Bei einer im Handel erhältlichen Laserdiode, d.h. der LD-60-Serie der Fa. Laser Diode Laboratories, gibt der Hersteller an, daß bei vollem Eingangsstrom der Laserdiode die relative Einschaltdauer 0,001 nicht überschreiten darf. Daher wird in der Vorrichtung 70, die in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist, die mittlere Verlustleistung wesentlich verringert, weil die Laserdiode in den Intervallen von 0,09 At nicht gepulst wird. Diese Art des intermittierenden Betriebes hält die relative Einschaltdauer auf einem niedrigen Wert und verlängert insgesamt die Lebensdauer der Lichtquelle.

Es sei weiter angemerkt, daß die Vorrichtung und das Verfahren nach der Erfindung, die mit der intermittierenden Lichtquelle arbeiten, nicht auf die besondere Art der Lichtquelle beschränkt sind, sondern mit jeder Impulsbetriebslichtquelle arbeiten können. Beispiele für intermittierende Lichtquellen sind Gasentladungslampen einschließlich Xenon- und Quecksilberdampflampen sowie Impulslaser jeder Art einschließlich Gas-, Flüssigkeitsund Festkörperlasern. Weiter sind die Vorrichtung und das Verfahren bei der Messung des Abstands oder der Entfernungen zu irgendeinem eine Translationsbewegung ausführenden Ziel, wie einer schwingenden Fläche oder einem schwingenden Objekt, ver^^ndbar. Es sei jedoch angemerkt, daß bei schwingenden Objekten, die vor dem Meßfühler 14 bleiben und dabei schwingen, Suchimpulse nicht benötigt werden und der Meßimpulsge: srator 82 manuell so eingestellt werden kann, daß eine Impulsfolge ständig über den Schalter 78 geleitet wird.

Beispiele für die Vorrichtungen und die Schaltungsanordnung für die Abstandsmeßvorrichtung 70 von Fig. 4 sind folgende: die Stromversorgung für die intermittierende Laserdiode 32 kann die im Handel von Fa. Laser Diode Laboratories erhältliche LP-Serie sein; der Tmpulsdetektor 74 kann

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das im Handel von Fa, Texas Instruments erhältliche Modell SN72311 sein, der Zeitgeber und Kontroller 76 kann aus den Schaltungsmodellen SN74123 und SN 7400 bestehen, die im Handel von der Fa. Texas Instruments erhältlich sind; der Mußbetriebsartimpulsyenerator 80 und der 55uchbetriebsartirapulsgenerator 82 können aus den Modellen SN74121 bestehen, die im Handel von Fa. Texas Instruments erhältlich sind; der Schalter 78 kann aus dem Feldeffokttransistorschalter-Modell AD751O bestehen, das im Handel von der Fa. Analog Devices, Inc. erhältlich ist.

Bei der Ausführung der Erfindung kann auch die Lichtleitfasertechnik eingesetzt werden. Zum Beispiel ist in Fig.6 ein Teil einer Ausführungsform der Erfindung, in der die Lichtleitfasertechnik eingesetzt wird, insgesamt mit 100 bezeichnet. Die Vorrichtung 100 enthält wieder den optischen Meßfühler 14', der in vieler Hinsicht dem oben erläuterten optischen Meßfühler 14 gleicht» In dem optischen Meßfühler 14" von Fig., 6 x«/ird jedoch eine Lichtleitfaser 102 benutzt, um Licht aus einer Lichtquelle 104 zu dem Eingangskanal des Meßfühlers 14° zu übertragen. Außerdem enthält der Lichtmeßfühler 14' eine Meßfühlerausgangseinrichtung 106 in Form eines Bündels von Lichtleiterkabel·^ beispielsweise den Kabeln 106A, 106B, 106C und 106D. Das Lichtleiterkabelbündel 1O6A-D ersetzt den Lichtpunktlagedetektor 44, der oben erläutert worden ist. Das Lichtleiterkabelbündel 1O6A-D ist mit einer Signalverarbeitungseinrichtung 108 verbunden, welches das Lichtausgangssignal des Meßfühlers 14 empfängt und ein elektrisches Zwischensignal erzeugt, welches den Augenblicksabstand zwischen dem geeigneten radialen Rand und dem stationären Teil darstellt„ itfie oben erläutert. Das Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinrichtung 108 wird dann zu einer Ausgangseinrichtung 110 geleitet, die beispielsweise die Form eines Anzeigeoszilloskops haben kann. Das Anzeigeoszilloskop 110 kann, wie zuvor, einmal pro Umdrehung getriggert weroen, so daß es eine Darstellung

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liefert, die den Abstand für jede Laufschaufel während jeder Umdrehung zeigt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 7 wird nun eine Ausführungsform einer Signalverarbeitungseinrichtung 108 beschrieben, die zur Verwendung in der Vorrichtung 100 von Fig.6 geeignet ist. Die Ausgangsfaseroptik 1O6A-D führt zu einer Linse 112, welche das von der Faseroptik 106A-D abgegebene Licht auf ein Verlauffilter 114 abbildet. Das Verlauffilter 114 ist mit einem Lichtdämpfungsüberzug versehen, der sich in der Dämpfung nur in einer Richtung ändert, und zwar von klar, d.h. ungedämpft, an dem Rand 114A bis nahezu lichtundurchlässig an dem anderen Ende 114B. Das durch das Verlauffilter 114 hindurchgehende Licht, das nicht gedämpft wird, wird zu einer Feld- oder Kollektivlinse 116 und dann zu einer Lichtdetektoreinrichtung 118 geleitet, bei der es sich um eine im Handel erhältliche Photovervielfacherröhre handeln kann. Photovervielfacherröhren werden in solchen Vorrichtungen im allgemeinen bevorzugt, da solche Photovervielfacherröhren eine hohe Empfindlichkeit für die gewöhnlich benutzten Laserlichtfarben haben und auf kurze Lichtstöße schnell ansprechen. Zwischen der Linse 112 und dem Verlauffilter 114 ist ein Strahlteiler 120 angeordnet, A**r die Hälfte des einfallenden Lichtes durchläßt und die andere Hälfte reflektiert. Der reflektierte Lichtantei.l 121 wird zu einem Spiegel 124, dann auf eine zweite RoI". aktiv- oder Feldlinse 126 und schließlich auf eine zweite Photovervielfacherröhre 128 gerichtet. Die Ausgangssignale der Photoverfielfacherröhren 11 8 und 128 werden dan* zu einer schnellen Teilerschaltung 130 geleitet. Das Ausgangssignal der schnellen Teilerschaltung 130 stellt das Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinrichtung 108 von Fig. 6 dar, das zu der Anzeigeeinrichtung 110 geleitet wird. Die einzelnen Teile der Signalverarbeitungseinrichtung 108 sind herkömmlich und im Handel erhältlich.

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Die Arbeitsweise der Signalverarbeitungseinrichtung 108 von Fig. 6 und 7 wird nun beschrieben. Eine Lichtpunktlage, beispielsweise an dem Lichtleiterkabel 1O6B, wird auf eine einzige Position 114X auf dem Verlauffilter abgebildet. In der Position 114X hat das Verlauffilter 114 eine eindeutige Dämpfungskenngröße. Infolgedessen ist das Ausgangssignal der Photovervielfacherröhre 118 eine Funktion sowohl der ursprünglichen Lichtintensität in der Position 1O6B als auch der eindeutig der Position 114X auf dem Filter 114 zugeordneten Dämpfung. Wenn kein Verlauffilter in dem Referenzweg 121 benutzt wird, ist jedoch das Ausgangssignal des Referenzphotovervielfachers 128 nur von der ursprünglichen Lichtintensität in der Position 106B abhängig. Daher ist das Ausgangssignal der schnellen Teilerschaltung 130 eine eindeutige Funktion nur der Lichtpunktposition auf dem Verlauffilter 114. Demgemäß t^erden mit dieser Anordnung Lichtintensitätsschwankungen völlig aufgehoben, wodurch diese Detektoranordnung nur für den Abstand zwischen der Laufschaufel und dem stationären Teil empfindlich gemacht wird.

Für einige Verwendungszwecke kann es erwünscht sein, die Möglichkeit vorzusehen, den Bereich des optischen Meßfühlers 14 oder 14· zu ändern» Diese Möglichkeit der Bereichsänderung, d.h, der Änderung des Gebietes, in welchem der Meßfühler 14 oder 14· in der Lage ist, Messungen vorzunehmen, hat mehrere Vorteile. Beispielsweise kann der Bereich des Empfänger- oder Detektorsystems verkleinert werden, was eine Verbesserung in der Auflösung mit sich bringt« Außerdem können unterschiedliche endgültige mechanische Installationen, wie beispielsweise die, die durch die üblichen Fertigungstoleranzen verursacht werden, leichter kompensiert werden. Eine Einrichtung, durch die diese Meßfühlerbereichsänderung vorgenommen werden kann, ist in Pig- 7 als ein verschiebbarer Stellantrieb 132 gezeigt«, Der Stellantrieb . 132 stellt die Positionierung der Lichtleiterausgangs-

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kabel 1O6A-D in bezug auf das Verlauffilter 114 und den Photovervielfacher 118 ein. Der verschiebbare Stellantrieb 132 kann eine Anzeigeeinrichtung aufweisen, die seine Position zeigt. Eine weitere Maßnahme, durch die der Meßfühlerbereich geändert werden kann, ist das Vorsehen von Hilfs- oder Ausweicheinzellichtleitfasern 102A, 102B, 1O2C und 1O2D, wie in Fig. 6 teilweise gezeigt. Die Ausweichlichtleitfasern 102A-D können in gleichem Abstand von der Haupteinzelfaser 102 und in einer Ebene, d.h. in der Zeichenebene angeordnet sein. Zur Vornahme einer Bereichsänderung kann der Ausgang des Lasers 104 von der Hauptlichtleitfaser 102 auf eine der Ausweichlichtleitfasern umgeschaltet werden. Es sind zwar in Fig. 6 nur vier Ausweichlichtleitfasern gezeigt, es können jedoch jede Anzahl und/oder jeder Abstand zur Vornahme der benötigten Bereichsänderung benutzt werden.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in der Lichtleitfasern benutzt werden, ist teilweise in Fig. 8 gezeigt. Die Signalverarbeitungseinrichtung 108" von Fig.8 ist besonders zur Verwendung bei der Erzeugung eines digitalen Ausgangssignals, das den Abstand d darstellt, geeignet. In Fig. 8 hat die Signalverarbeitungseinrichtung 108' eine aufgefächerte Lichtleitfaserkette 1O6 mit kohärentem Ausgangssignal, die einzelne Lichtleiter 1O6A-N enthält. Die Lichtleiterkabel 106A-N sind jeweils mit einem diskreten Detektor 118A-118N gekoppelt. Die Ausgänge aller Detektoren 118A-N sind mit einem c^. -kcronischen Abtaster- und Spitzenerkennungsbaustein 140 verbunden, der ein Ausgangssignal 142 in Form eines digitalen Signals erzeugt, das die Lage der Spitze und damit den AL·,..*-and d darstellt. Eine weitere Ausführungsform einer Signalverarbeitungseinrichtung für digitale Verwendungszwecke ist in Fig. 9 gezeigt und insgesamt mit 108" bezeichnet. In der Signalverarbeitungseinrichtung 108" ist die aufgefächerte Lichtleitfaserkette 106A-N mit einer Linse 112

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gekoppelt, die das Lichtausgangssignal derselben auf eine selbstabgetastete Fühlerkette 144 fokussiert. Die selbstabgetastete Fühlerkette 144 kann die im Handel von der Fa. Reticon Co. erhältliche CCPD-Serie sein. Das Ausgangssignal der selbstabgetasteten Fühlerkette 144 wird an einen Spitzenselektor 146 angelegt, der ein Ausgangssignal erzeugt, welches die Lage jeder Spitze und damit den Abstand d darstellt. Der Spitzenselektor 146 kann die im Handel von der Fa. Texas Instruments erhältliche Serie SN74OO sein.

Die Vorrichtung und das Verfahren nach der Erfindung können für viele Verwendungszwecke benutzt werden. Beispielsweise ist die Erfindung allgemein in berührungslosen Abstands-, d.h. Entfernungsmeßvorrichtungen verwendbar, die nach optischen Prinzipien arbeiten. Die Erfindung ist besonders deshalb vorteilhaft, weil sie eine Darstellung, z.B. eine gespeicherte oder angezeigte Darstellung, des Augenblicksabstands zwischen einzelnen Laufschaufeln und dem stationären Teil liefert. In dieser Beziehung sei angemerkt, daß die Erfindung auf jede der aufeinanderfolgenden einzelnen Laufschaufeln anspricht. Mit Augenblicksabstand ist im Rahmen der Erfindung der tatsächliche Abstand zwischen einem besonderen Laufschaufelrand und dem stationären Teil im wesentlichen zur selben Zeit, zu der die Laufschaufel das stationäre Teil passiert, gemeint. Die Erfindung ist insbesondere zur Verwendung in Verbindung mit Gasturbinentriebwerken geeignet. Beispielsweise können die Vorrichtung und das Verfahren nach der Erfindung benutzt werden, um das Laufschaufelspiel bei laufenden Verdichter-, Fanoder Turbinenlaufschaufeln irgendeines Gasturbinentriebswerks abzufühlen. Ein wichtiger Verwendungszweck der Vorrichtung und des Verfahrens nach der Erfindung ist in dieser Beziehung die Steuerung von Gasturbinentriebwerken, die aktive Abstandssteuereinrichtungen haben. Das Abstandssignalj, das ecseugt wird, kann auch für Aufzeichnungs- und/oder Testzwecke an Entwicklungstriebwerken benutzt werden»

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Claims

Dr. rer. nat. Horst Schülerό00° Frankfurt/Main ι, 6. 2.1981 PATENTANWALT 3104320 «aisers.raße» Vo/Me/We. Telefon (0611)235555 Telex: 04-10759 mapat d Postscheck-Konto: 282420-602 Frankfuri-M. Bankkonto: 225/0389 Deutsche Bank AG, Frankfurt/M. 8584-13DV-7365 GENERAL ELECTRIC COMPANY 1 River Road Schenectady, N.Y./U.S.A. Ansprüche : Vorrichtung zum optischen Bestimmen des Abstands (d) zwischen dem radialen Rand (12A) wenigstens einer rotierenden Laufschaufel (12) und einem relativ stationären zweiten Teil, gekennzeichnet durch: a) eine Meßfühlereinrichtung (14; 141), die in relativ fester Position in bezug auf das stationäre zweite Teil angeordnet ist und Licht aus einer Lichtquelle (32) zu dem radialen Rand (12A) leitet sowie von dem radialen Rand zurückgestreutes Licht sammelt, wobei die Meßfühlereinrichtung enthält:

1) einen ersten Kanal (30) zum Leiten des Lichtes zu dem radialen Rand,

2) einen zweiten Kanal (40) insgesamt neben dem ersten Kanal zum Sammeln des von dem radialen Rand zurückgestreuten Lichtes, wobei der erste und der zweite Kanal im wesentlichen optisch voneinander getrennt sind, und

3) eine Meßfühlerausgangseinrichtung (44; 106), die auf das zurückgestreute Licht anspricht und ein Meßfühlerausgangssignal erzeugt;

b) eine Signalverarbeitungseinrichtung (18; 108), die mit der Meßfühlerausgangseinrichtung verbunden ist, das Meßfühler-

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ausgangssignal empfängt und ein elektrisches Zwischensignal erzeugt, welches im wesentlichen den Augenblicksabstand zwischen dem radialen Rand und dem zweiten Teil darstellt; und

c) eine Ausgabeeinrichtung (21; 110), die auf das Zwischensignal anspricht und eine Darstellung des Abstands liefert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfühlereinrichtung (14) zwei entgegengesetzte Enden (18, 20) aufweist, und daß die Wand (22) die beiden Kanäle (30, 40) optisch voneinander trennt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

a) daß der eröte Kanal (30) enthält:

1) eine Lichtquelle (32) an einem der beiden entgegengesetzten Enden,

2) eine Eingangseinrichtung (34) mit Abstand von der Lichtquelle zum Empfangen von Licht aus dieser und zum Obertragen des Lichtes zu dem anderen der entgegengesetzten Enden,

3) eine Spiegeleinrichtung (36) an dem anderen Ende (20) zum Empfangen des übertragenen Lichtes und zum Leiten des von ihr abgegebenen Lichtes zu dem radialen Rand (12A), wobei das von der Spiegeleinrichtung abgegebene Licht die Form eines Eingangsbündels (37) fester Position hat; und

b) daß der zweite Kanal (40) enthält:

1) eine Ausgangseinrichtung (42) zum Empfangen des von dem radialen Rand zurückgestr-dten Lichtes und zum übertragen des Lichtes in Form eines Ausgangsbündels (45) zu dem einen Ende (18),

2) wobei die Meßfühlerausgangseinrichtung (44; ^n dem einen Ende (18) angeordnet ist, um das Ausgangsbünd!el aus der Ausgangseinrichtung (Linse 42) zu empfangen, und wobei die Position des Auftreffpunktes des Ausgangsbündels (45) auf der Meßfühlerausgangseinrichtung durch den Abstand (d) zwischen dem radialen Rand (12A) und dem zweiten Teil festgelegt

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wird.

4.· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfühlerausgangseinrichtung (44) einen Lichtpunktlagedetektor aufweist und ein Meßfühlerausgangssignal erzeugt, das verschiedene Werte hat, von denen jeder einen besonderen Lichtauftreffpunkt und dadurch eine vorbestimmte Größe des Abatanda (d) darstellt.

5· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabeeinrichtung (21) eine Einrichtung ist, die wiederholt durch ein Eingangssignal getriggert wird, das eine vollständige Umdrehung einer rotierenden Laufschaufel (12) darstellt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabeeinrichtung (21) eine Anzeigeeinrichtung enthält.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabeeinrichtung (21) eine Speichereinrichtung enthält.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfühlereinrichtung (14) eine feste Position in bezug auf ein Gasturbinentriebwerk hat, welches mehrere rotierende Laufschaufeln (12) aufweist, und daß das Zwischensignal in dem zweiten Kanal (4 0) den Augenblicksabstand (d) zwischen jedem der radialen Ränder (12A) und dem stationären Teil darstellt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (32) eine Lichtquelle ist, die im Betrieb der Vorrichtung (10) kontinuierlich Licht aussendet.

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10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Lichtquelle ist, die im Betrieb der Vorrichtung (70) intermittierend Licht aussendet, und daß eine Synchronisiereinrichtung (16') vorgesehen ist, damit das Eingangsbündel zu der Zeit vorhanden ist, zu der der Abstand (d) zwischen dem radialen Rand (12A) und dem zweiten Teil zu bestimmen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfühlereinrichtung (14) in fester Beziehung zu einem Gasturbinentriebwerk ist, das mehrere rotierende Laufschaufeln (12) hat, und daß die Synchronisiereinrichtung (16') enthält:

a) eine erste Einrichtung (80) zum Pulsen der Lichtquelle (32), um eine Reihe von relativ engen Abstand aufweisenden Suchimpulsen (90) zu erzeugen;

b) eine zweite Einrichtung (82) zum Pulsen der Lichtquelle, um wenigstens einen Meßimpuls (94) zu erzeugen, wobei der Meßimpuls größer ist und eine längere Dauer hat als jeder der Suchimpulse; und

c) eine Zeitgeber- und Steuereinrichtung (76) zum wahlweisen Betätigen der ersten und der zweiten Einrichtung zum:

1) Einleiten einer ersten vollen Reihe der Suchimpulse und Einleiten einer ersten 2eitgeberfunktion, wenn die erste rotierende Li³¹Ufschaufel Licht zu der Meßfühlereinrichtung (14) zurückstreut;

2) Stoppen der Erzeugung der ersten Reihe vou Impulsen und der ersten Zeitgeberfunktion, Bestimmen der ersten Zeit, die verstrichen ist, und Einleiten einer zweiten Zeitgeberfunktion, wenn eine nachfolgende zweite rotierende Laufschaufel Licht zu der Meßfühlereinrichtung zurückstreut;

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3) Wiedereinleiten einer zweiten Teilreihe der Suchimpulse nach einer Zeitspanne, die einen vorbestimmten Teil der ersten Zeitspanne darstellt;

4) Erzeugen des Meßimpulses, Stoppen der Erzeugung der zweiten Reihe von Suchimpulsen und der zweiten Zeitgeberfunktion, Bestimmen der zweiten Zeit, die verstrichen ist, und Einleiten einer dritten Zed tguberfunktion, wenn ui-■ ne dritte nachfolgende rotierende Laufschaufel Licht zu der Meßfühlereinrichtung zurückstreut; und

5) Wiedereinleiten einer dritten Teilreihe der Suchimpulse nach einer Zeitspanne, die einen vorbestimmten Teil der zweiten Zeitspanne darstellt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung Π8; 108) eine Einrichtung enthält zum Unterscheiden zwischen einem durch den Suchimpuls (90) erzeugten Ausgangsbündel und einem durch den Meßimpuls (94) erzeugten Ausgangsbündel.

13. Vorrichtung zum optischen Bestimmen des Abstands (d) zwischen einem Rand (12A) wenigstens eines sich fortschreitend bewegenden Teils (12) und einem relativ stationären zweiten Teil, gekennzeichnet durch:

a) eine Meßfühlereinrichtung (14; 14'), die in relativ fester Position in bezug auf das stationäre zweite Teil angeordnet ist und Licht aus einer Lichtquelle zu dem Rand leitet sowie von dem Rand zurückgestreutes Licht sammelt, wobei die Meßfühlereinrichtung enthält:

1) einen ersten Kanal (30) zum Leiten des Lichtes zu dem Rand,

2) einen zweiten Kanal (40) insgesamt neben dem

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ersten Kanal zum Sammeln des von dem Rand zurückgestreuten Lichtes, wobei der erste und der zweite Kanal voneinander im wesentlichen optisch getrennt sind, und 3) eine Meßfühlerausgangseinrichtung (44; 106)/ die auf das zurückgestreute Licht anspricht, um ein Meßfühlerausgangssignal zu erzeugen;

b) elfte rJJyüaJVöiäiijteitUiiySeiiiJtifJhtung (18/ 108), eile mit der Meßfühlerausgangseinrichtung verbunden ist, das Meßfühlerausgangssignal empfängt und ein elektrisches Zwischensignal erzeugt, das im wesentlichen den Augenblicksabstand zwischen dem Rand und dem zweiten Teil darstellt; und

c) eine Einrichtung (110), die auf das Zwischensignal anspricht und eine Darstellung des Abstands erzeugt.

14. Verfahren zum optischen Bestimmen des Abstands zwischen einem radialen Rand wenigstens einer rotierenden Laufschaufel und einem relativ stationären zweiten Teil, bei welchem ein optischer Meßfühler intermittierend aktiviert wird und welches ein Verfahren zum Synchronisieren der Aktivierung des Meßfühlers mit dem Vorhandensein von geeigneten radialen Rändern umfaßt, das durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:

a) Einleiten einer ersten vollen Reihe von relativ enge Abstände aufweisenden Suchimpulsen und Einleiten einer ersten Zeitsteuerfunktion, wenn eine Liste rotierende Laufschaufel Licht zu dem Meßfühler zurückstreut;

b) Stoppen der Erzeugung der ersten Reihe von Euchimpulsen und der ersten Zeitsteuerfunktion, Bestimme!, der ersten verstrichenen Zeit und Einleiten einer zweiten Zeitsteuerfunktion, wenn eine zweite folgende rotierende Laufschaufel Licht zu dem Meßfühler zurückstreut;

c) Wiedereinleiten einer zweiten Teilreihe der Suchimpulse nach einer Zeitspanne, die einen vorbestimmten Teil der ersten Zeitspanne darstellt;

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d) Erzeugen eines relativ großen Meßimpulses, Stoppen der Erzeugung der zweiten Reihe von Suchimpulsen und der zweiten Zeitsteuerfunktion, Bestimmen der zweiten verstrichenen Zeit und Einleiten einer dritten Zeitsteuerfunktion, wenn eine dritte nachfolgende rotierende Laufschaufel Licht zu dem Meßfühler zurückstreut; und anschließend

e) Wiedereinleiten einer dritten Teilreihe der Suchirupulse nach einer Zeitspanne, die einen vorbestimmten Teil der zweiten Zeltspanne darstellt.

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