JP2008249706A - マイクロ波位置検知システムおよびマイクロ波を使用して位置を検知する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ターボ機械内の多数の対象部品の位置をコスト効率よく監視するマイクロ波位置検知システムを提供する。
【解決手段】マイクロ波位置検知システムは、それぞれが複数の位置の間を移動する複数の対象部品を備える。マイクロ波発生器は、マイクロ波周波数信号を発生させる。分割器は、マイクロ波周波数信号を受け取り、複数の位置検知信号に分割する。分割された位置検知信号は、対象部品のそれぞれの位置を求めるために、複数の対象部品に送られる。また、位置検知信号の各々を校正することもできる。一実施例において、第１および第２の周波が共通の導波路を通って伝送する。第１の周波は、校正信号を生成するために対象部品に到達する前に反射される。対象部品の位置を検知するのに使用される第２の信号は、第１の信号を使用して校正される。
【選択図】図１

Description

本発明は、共通のマイクロ波発生器を使用して、ターボ機械に関連する様々な部品の位置を検知することに関する。

可変変位変換器やホール効果近接プローブなどの様々な位置検知システムが存在する。しかし、これらのシステムは、精度的な限界があることと、厳しい環境で機能する必要があることにより、大抵の場合、ターボ機械には適さない。

ターボ機械内のタービン部品の隙間を検知するために、マイクロ波周波数信号が使用されている。マイクロ波発生器は、タービン部品の位置を検知するために、タービン部品によって反射され処理される信号を発生する。

ターボ機械システム内の多数の部品の位置は、監視される必要がある。例えば、可変ステータベーン、燃料計量バルブ、回転アクチュエータ、および多数の他の部品の位置とともに、タービンの振動および速度は、測定される必要がある。しかし、各部品に対してマイクロ波発生器を使用すると、コストが非常にかかる。ターボ機械内の多数の対象部品の位置をコスト効率よく監視するマイクロ波位置検知システムが求められている。

マイクロ波位置検知システムは、それぞれが複数の位置の間で移動する複数の対象部品を有する。マイクロ波発生器は、マイクロ波周波数信号を発生させる。分割器（ｄｉｖｉｄｅｒ）が、このマイクロ波周波数信号を受け取り、複数の位置検知信号に分割する。分割された複数の位置検知信号は、それぞれ複数の対象部品に送られ、対象部品の各々の位置を確定する。

また、位置検知信号の各々を校正することができる。一実施例において、第１および第２の周波が共通の導波路（ｗａｖｅ ｇｕｉｄｅ）を通って伝送される。第１の周波は、対象部品に到達する前に反射され、校正信号を生成する。対象部品の位置を検知するために使用される第２の信号は、第１の周波を使って校正される。

実施例のマイクロ波位置検知のシステムおよび方法は、共通のマイクロ波発生器を使用して、コスト効率よく複数の対象部品の位置を監視する。

本発明の上記および他の特徴は、以下の明細書および図面から最もよく理解され得る。

図１は、マイクロ波位置検知システム１２を利用するターボ機械１０を概略的に示す。ターボ機械１０は、複数のブレード１６を有するタービン１４を含む。典型的には、タービンと隣接するハウジングとの間の隙間を監視し、かつタービンの振動および速度を監視することが望ましい。ターボ機械１０は、さらに、その位置が監視対象であるベーン２０を有する可変ステータ１８を含む。ターボ機械１０は、さらに、様々な回転アクチュエータ２２、燃料計量バルブ２４、および監視対象である他の部品を含み得る。

マイクロ波位置検知システム１２は、例えば、コマンド信号３０およびフィードバック信号３２を使用してマイクロ波発生器２８と通信するプロセッサ２６を有する。結線図に使用される幾つかの矢印は例示のためのものであり、限定を意図するものではない。例えば、単一のおよび／または複数の電信線によって、単一のおよび／または複数の信号を搬送することができる。あるいは、無線伝送を使って信号を伝達することができる。さらに、結線図の線で表されているよりも多い又は少ない情報を伝達してもよい。

マイクロ波発生器２８は、分割器３６にマイクロ波周波数信号３４を供給する。マイクロ波周波数信号は、１つまたは複数の明確な周波数、あるいは周波数帯域を含むことができる。分割器３６は、図２および図３を参照して詳しく考察するように、マイクロ波周波数信号３４を複数の位置検知信号３８に機械的および／または電気的に分割する。

さらに図１を参照すると、分割器３６は、（集合的に参照符号「３８」とする）複数の位置検知信号３８ａ〜３８ｅを、タービン１４、可変ステータ１８、回転アクチュエータ２２および燃料計量バルブ２４などの複数の対象部品に供給する。図示した実施例において、燃料計量バルブ２４は、位置検知信号３８ｅを反射する傾斜面を含む。

位置を検知するためにマイクロ波周波数を使用する技術分野で周知のように、マイクロ波信号を対象に誘導し、対象から反射された周波の位相および信号強度を測定して対象の位置を確定する。反射された信号は、分割器３６をバイパスしてプロセッサ２６に直接的に情報を送ることができる。当技術分野において周知のように、通常、信号は導波路によって対象まで運ばれる。各々の対象に対して使用される周波数は、対象までの距離および他の要素に基づいて選択される。

一実施例において、それぞれの位置検知信号３８ａ〜３８ｅの近くに配置された（集合的に参照符号「４０」とする）温度センサ４０ａ〜４０ｅを使用して、位置検知信号３８を校正することができる。これらの温度センサ４０は、対象部品および／または対象部品に関連した導波路における熱成長を考慮する。

図２に示される実施例を参照すると、分割器３６は、マイクロ波周波数信号３４を受け取り、この信号を電気的に分割して２つの位置検知信号３８ａ，３８ｂを供給する。マイクロ波周波数信号３４は、タイマ４２を通過し、このタイマ４２が、同軸ケーブル４６ａ，４６ｂを用いて、マイクロ波周波３４をそれぞれ第１および第２のカプラ４８ａ，４８ｂに順次配信する。これに加え、または代替的に、それぞれのカプラ４８ａ，４８ｂに所望の周波（または複数の周波）を配信するために、フィルタまたは周波数逓倍器（ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓ）４４ａ，４４ｂにマイクロ波周波数信号３４を通過させてもよい。

カプラ４８ａ，４８ｂは、それぞれの対象部品５２ａ，５２ｂに位置検知信号３８ａ，３８ｂを配信するために、対応する導波路５０ａ，５０ｂに電気信号を伝送する。位置検知信号３８ａ，３８ｂは、それぞれの対象部品によって反射され、それぞれの導波路およびカプラを通るように伝送されて戻る。最終的に、位置検知信号は、プロセッサ２６に受け戻される。プロセッサ２６は、この戻り信号の位相および信号強度を対象部品に関連した位置に変換する。

図３に示される実施例を参照すると、分割器３６は、マイクロ波周波数信号３４を機械的に分割し、導波路５０ａ，５０ｂに沿って伝送される位置検知信号３８ａ，３８ｂに変換するカプラ４８を有する。対象部品５２ａ，５２ｂからの反射波は、図２を参照して上記に説明したように、導波路５０ａ，５０ｂに受け入れられる。

図１に、戻り位置検知信号を修正または校正するために使用される温度センサ４０が示されている。代替的に、位置検知信号を校正するためにマイクロ波周波数信号３４を使用することができる。一実施例において、マイクロ波周波数信号３４は、第１および第２の周波を含む。第１の周波は、第２の周波とは周波数が異なる校正信号５４に該当する。第２の周波は、図１〜図３を参照して上記に説明したように、位置検知信号として使用される。校正信号５４はカプラ４８に送られる。導波路５０の端部の近くに、金属の特徴部（ｍｅｔａｌｌｉｃ ｆｅａｔｕｒｅ）やアルミナプラグなどの構造特徴部５６を配置することができる。第１の周波は、構造特徴部５６で反射されてプロセッサ２６に戻されるように選択される。このように、校正信号５４を使用して導波路５０に作用する温度の影響を測定することができるので、校正信号５４によって温度に起因する長さの変化を測定することができる。その後、この校正信号を使って位置検知信号を調整することができる。

本発明の好ましい実施例を開示したが、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく、いくつかの変更がなされ得ることを理解されるであろう。この理由から、本発明の特許請求の範囲および内容を確定するために、以下の特許請求の範囲を検討されたい。

ターボ機械に関連する複数の対象部品を監視するために共通のマイクロ波発生器を使用するマイクロ波位置検知システムの概略図。 マイクロ波周波数信号を電気的に分割する分割器の概略図。 マイクロ波周波数信号を機械的に分割する分割器の概略図。 位置検知信号を校正するために使用される校正信号の概略図。

Claims (18)

1. マイクロ波周波数信号を発生させるマイクロ波発生器と、
   前記マイクロ波周波数信号を受け取り、複数の対象部品に送って対応する対象部品の位置を確定するために、前記マイクロ周波数信号を複数の位置検知信号に分割する分割器と、
   を備えるマイクロ波位置検知システム。
2. 前記分割器が、前記マイクロ波周波数信号を前記複数の位置検知信号に機械的に分割することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記分割器が、前記マイクロ波周波数信号を前記複数の位置検知信号に電気的に分割することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 少なくとも１つの電気ケーブルが、前記対象部品に近接した少なくとも１つの導波路に連結されている少なくとも１つのカプラに前記複数の位置検知信号を搬送することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 前記分割器が、前記マイクロ波発生器と前記カプラとの間に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
6. 前記マイクロ波周波数信号が、第１の周波数に該当する校正信号と、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数に該当する前記複数の位置検知信号の少なくとも１つと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
7. 各々が複数の位置の間で移動する前記複数の対象部品を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
8. 前記対象部品が、ターボ機械に関連するものであることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
9. 前記対象部品のうちの１つが、燃料計量バルブであることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
10. 前記対象部品のうちの１つが、回転アクチュエータおよびリニアアクチュエータのうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
11. 前記対象部品のうちの１つが、可変ステータベーンであることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
12. マイクロ波を使用して位置を検知する方法であって、
    （ａ）第１のマイクロ波信号を伝送するステップと、
    （ｂ）前記第１のマイクロ波信号を複数の位置検知信号に分割するステップと、
    （ｃ）前記複数の位置検知信号を複数の対象部品に伝送するステップと、
    （ｄ）前記複数の位置検知信号を使用して、前記対象部品の各々の位置を確定するステップと、
    を含む方法。
13. ステップ（ｂ）が、前記第１のマイクロ波信号を前記複数の位置検知信号に機械的に分割することを含む請求項１２に記載の方法。
14. ステップ（ｂ）が、前記第１のマイクロ波信号を前記複数の位置検知信号に電気的に分割することを含む請求項１２に記載の方法。
15. ステップ（ｄ）が、校正信号を使用して前記複数の位置検知信号を調整することを含む請求項１２に記載の方法。
16. 前記校正信号が第１の周波数であり、前記位置検知信号は、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数であることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. マイクロ波を使用して位置を検知する方法であって、
    （ａ）第１および第２の周波を共通の導波路に伝送するステップと、
    （ｂ）校正信号を生成するために、対象部品に到達する前に前記第１の周波を反射するステップと、
    （ｃ）前記校正信号を使用して、前記第２の周波に関連した位置検知信号を校正するステップと、
    を含む方法。
18. 前記導波路が構造特徴部を含み、ステップ（ｂ）が、前記構造特徴部を使って前記第１の周波を反射することを含む請求項１７に記載の方法。

Images