JPH08184499A - 放射高温計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度変化の効果を実質的に低減し、距離に依
存しないコリメートされた光エネルギにより温度を測定
する放射高温計を提供すること。 【解決手段】 放射高温計が、装置内に挿入され温度を
示すエネルギを受け取る筒状部材と、筒状部材内に配設
され第１の端部の直径が第２の端部の直径よりも大きく
なるようにテーパ状に形成された光ファイバと、筒状部
材内に配設されたレンズであって光ファイバの第１の端
部と該レンズとの間の距離に概ね等しい焦点距離を有し
光ファイバの第１の端部に温度を示すエネルギの焦点を
形成するレンズと、空気ポートと複数の強制対流フィン
とを有する冷却装置と、第１の小孔を有する部材と、第
２の小孔を有する延長部とを具備して成り、温度を示す
エネルギが、レンズに到達する前に、第１と第２の小孔
を通過するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は温度データを得える
ための装置に監視、特に目的物から照射されるエネルギ
に対応して温度データを得るための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンの分野では、ガスタービン
エンジンの構成要素の実時間温度データはガスタービン
エンジンの寿命を決定するために非常に重要であること
が知られている。周知の構成要素の金属表面温度測定技
術には大きな制限がある。例えば、内部温度を測定する
ために熱電対が使用されるが、こうした素子には、典型
的に効果で寿命が非常に短くタービンブレードと入口の
ガス温度とを正確に表示せず、ガスタービンエンジンの
他の構成要素を傷つけることなく装着することが難しい
問題がある。標準的なガスタービンへエンジンの赤外線
カメラの適用は外部表面に限定される。と言うのは、カ
メラを内部に配設するためには大型の透明な窓を設ける
必要があるためである。

【０００３】この問題を解決するために光学的高温計ま
たは放射高温計が開発されている。放射高温計は典型的
にボアスコーププローブに挿入される。ボアスコーププ
ローブは多くのガスタービンエンジンに設けられてい
る。放射高温計に関しては幾つかの問題があることが知
られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】放射高温計は、上記プ
ローブ内のレンズ群を通して温度を示すエネルギを伝達
するので、プローブの温度変化によりプローブが伸縮し
レンズ間の相対位置および距離が変化する。これによ
り、ガスタービンエンジン内に挿入された点における温
度の変化ではなく、プローブの温度変化に基づいて放射
高温計の出力が変化する。

【０００５】周知の放射高温計は、また、分解能が低い
ので十分なエネルギを得て有用な情報を得るために大き
な目標が必要となる。更に、上記放射高温計は距離に鋭
敏に影響される。つまり、ある点の温度を測定すると
き、プローブからの距離が予め正確に得られていなけれ
ば、正確な温度を測定することができない。プローブに
入射するエネルギが、相対的に平行となっていないこと
から生じる。従来の放射高温計は、目的物の温度が約５
９０°Ｃ（１１００°Ｆ）以上でなければ使用できな
い。本発明は、上述した問題を解決することを技術課題
としており、温度変化の効果を実質的に低減し、距離に
依存しないコリメートされた視野を提供することにより
従来のプローブの欠点を解決することを目的としてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、装置内に挿入
され温度を示すエネルギを受け取る筒状部材と、前記筒
状部材内に配設され第１の端部の直径が第２の端部の直
径よりも大きくなるようにテーパ状に形成された光ファ
イバと、前記筒状部材内に配設されたレンズであって前
記光ファイバの第１の端部と該レンズとの間の距離に概
ね等しい焦点距離を有し前記光ファイバの第１の端部に
前記温度を示すエネルギの焦点を形成するレンズと、空
気ポートと複数の強制対流フィンとを有する冷却装置
と、第１の小孔を有する部材と、第２の小孔を有する延
長部とを具備して成り、前記温度を示すエネルギが、前
記レンズに到達する前に、前記第１と第２の小孔を通過
するように構成された放射高温計のプローブを要旨とす
る。

【０００７】本発明の他の特徴、利点は添付図面を参照
して説明する本発明の実施形態から明らかとなる。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１、２にプローブ１０を示す。
プローブ１０は筒状部材１２を具備しており、内部にテ
ーパ状の光ファイバ１４が配設さている。好ましい実施
形態において、光ファイバはカルコゲン化物から形成さ
れ、ステンレス鋼により被覆されている。光ファイバ１
４は第１の端部１６の直径が第２の端部１８の直径より
も大きく形成されている。

【０００９】筒状部材１２と光ファイバ１４の被覆材料
との間に冷却室２０が形成される。冷却室２０は高圧空
気ポート２２に連通している。二組の４つの強制対流冷
却フィン２４が、冷却室２０内において光ファイバ１４
の第１の端部１６の近傍に設けられている。二組の冷却
フィン２４の各々は、冷却室２０の周囲に等間隔に配設
されている。冷却フィン２４は、アルミニウム等の比較
的高い熱伝導率を有する材料から形成されている。

【００１０】光ファイバの被覆材料に設けられたエンド
キャップ２７内に、サファイアレンズ２６または同等の
光学的特性を有する他のレンズが配設されている。レン
ズ２６は光ファイバ１４の第１の端部から、その焦点距
離に概ね等しい距離を以て離間して配置されている。エ
ンドキャップ２７は第１の小孔３２を有している。

【００１１】レンズ２６近傍の筒状部材１２の一端に延
長部２８が連結されている。延長部２８は好ましくは円
筒形状に形成され、その中心軸線が筒状部材１２の中心
軸線に一致するように配設されている。延長部２８は第
２の小孔３０を有している。好ましい実施形態におい
て、第１と第２の小孔３２、３０は互いに概ね直角とな
るように配設され、かつ、同じ直径の円形にて形成され
ている。第２の小孔３０から入射するエネルギが第１の
小孔に向けて反射されるように、第１と第２の小孔の間
に反射鏡３４が配設されている。好ましい実施形態にお
いて、反射鏡３４は金メッキされ或いは金合金から形成
されている。本実施形態では、第１と第２の小孔３２、
３０は互いに直角となるように形成されているが、この
角度は視野の方向により適宜に選択することができる。

【００１２】光ファイバ１４の第１の端部１６の近傍の
被覆部分にｋタイプの熱電対３６が適宜に配設されてい
る。熱電対からの電気信号は、被覆部分の温度を表示す
るために表示装置（図示せず）に送信される。

【００１３】光ファイバ１４の第２の端部１８は、光フ
ァイバの分野で周知のＳＭＡアダプタ４０を会して第２
の光ファイバ３８に接続されている。ＳＭＡアダプタ４
０は同ガスケット４２内に配設されている。

【００１４】図３を参照すると、プローブ１０はガスタ
ービンエンジン４６のボアスコープポート４４を貫通し
て配置されている。高圧空気ポート２２に空気を供給す
るために空気配管４８が設けられている。高圧空気ポー
ト２２への空気供給を制御するために、ポンプ５２また
は他の外部空気供給装置と共に弁５０が設けられてい
る。好ましくは、空気フィルタ５４が配設される。ポン
プ５２は、０．５５から０．８３Ｍｐａ（８０から１２
０ｐｓｉａ）の圧力を適宜に高圧空気ポート２２へ供給
する。

【００１５】受け取った光エネルギに応答する電気信号
を発生させるために、第２の光ファイバ３８が赤外線フ
ォトダイオード検知器−変換器５６に接続されている。
赤外線フォトダイオード検知器−変換器５６からの信号
は信号処理装置５８に送信される。信号処理装置５８
は、表示装置６０と記録装置６２の一方または双方に接
続されている。

【００１６】好ましい実施形態において、プローブ１０
は、３６０°の視界を得るために回転可能に構成され、
かつ、ボアスコープポート４４内において前進、後退可
能に設けられている。

【００１７】周知となっているように、ガスタービンエ
ンジン４６内の表面は、その点における熱量を示す光学
的エネルギを射出している。使用に際して、プローブ１
０はガスタービンエンジン４６または内部温度を測定す
ることが重要な他の装置のボアスコープポート４４から
挿入される。ガスタービンエンジン４６内の種々の点の
温度を決定するために、射出された光エネルギが記録、
分析される。この温度からガスタービンエンジン４６内
の構成要素の寿命が予測され或いはガスタービンエンジ
ンの設計が改良される。

【００１８】ガスタービンエンジン４６内の高温のため
に、プローブの温度が変化すると、プローブヲ構成する
材料の熱的特性によりプローブの寸法が変化する。プロ
ーブ１０のこの領域が特に重要である。と言うのは、こ
の領域の寸法の変化が、光ファイバ１４の端部に対する
レンズ２６の焦点の位置に影響するからである。

【００１９】この領域における熱の影響による問題は、
光ファイバ１４が第１の端部１６において最も大きな直
径にて形成されていることから低減される。これによ
り、レンズ２６を通じて光ファイバ上にエネルギの焦点
を形成すべき大きなターゲットを得ることができる。こ
うして、熱膨張または熱収縮により、レンズ２６を通過
したエネルギの焦点が移動しても、光ファイバ１４がエ
ネルギを受け取り続けることができるように改良され
る。

【００２０】カルコゲン化物から形成された光ファイバ
を使用することにより、赤外線スペクトル中のエネルギ
を分析することが可能となる。この特徴により、約２３
２°Ｃ（４５０°Ｆ）まで温度が低下した低温でも上記
プローブを使用することが可能となる。同様に、赤外線
スペクトル中の長い波長のエネルギにより、ガスタービ
ンエンジン４６内の小さな点からのエネルギを採取する
ことが可能となり、装置の特別の分解能を改善すること
ができる。

【００２１】第１の小孔がある点に向けられていると
き、その点における温度を示す光エネルギが第２の小孔
３０から入射し、反射鏡３４により第１の小孔３２へ向
けられる。２つの小孔を使用することにより、よりコリ
メートされた視界を得ることができ、受け取ったエネル
ギのガスタービンエンジン４６内の測定点からの距離に
対する依存度が小さくなる。サファイアレンズ２６もま
たコリメーションを改善する。

【００２２】本発明の他の特徴、目的、利点は、図面、
発明の詳細な説明、特許請求の範囲から明らかとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】プローブの断面図である。

【図２】光ファイバ先端部の拡大断面図である。

【図３】ガスタービンエンジン内に挿入され、分析、記
録装置および空気冷却装置に接続されたプローブの略示
図である。

【符号の説明】

１０…プローブ １２…筒状部材 １４…光ファイバ １６…光ファイバの第１の端部 １８…光ファイバの第２の端部 ２０…冷却室 ２２…高圧空気ポート ２４…強制対流フィン ２８…延長部 ３０…第２の小孔 ３２…第１の小孔 ３４…反射鏡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 センジヅ カムシ アメリカ合衆国，ペンシルバニア 16827, ボールスバーグ，エステート ドライブ 1424 (72)発明者 シェルドン スミーロ アメリカ合衆国，カリフォルニア 92121, サンディエゴ，ナンシー リッジ ドライ ブ 6349 (72)発明者 ボリス グレザー アメリカ合衆国，カリフォルニア 92014, デル マー，マンゴー ドライブ 13495 (72)発明者 レオン リンゼイ アメリカ合衆国，カリフォルニア 91941, ラ メサ，テリー レーン 4657 (72)発明者 ヒー コー ムーン アメリカ合衆国，カリフォルニア 92131, サンディエゴ，チャードネイ プレイス 10924 (72)発明者 ウィリアム エフ．マービン アメリカ合衆国，カリフォルニア 92154, サンディエゴ，ヘムロック アベニュ 2139 (72)発明者 ブライアン エル．ミンク アメリカ合衆国，カリフォルニア 92129, サンディエゴ，ダークウッド ロード 12174 (72)発明者 デビッド エー．ローイ アメリカ合衆国，カリフォルニア 92119, サンディエゴ，ウォームウェル ドライブ 8639 (72)発明者 エドワード ジー．シランコ アメリカ合衆国，カリフォルニア 92056, オーシャンサイド，ダイアモンド サーク ル 4213

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射高温計のプローブにおいて、 装置内に挿入され、温度を示すエネルギを受け取る筒状
   部材と、 前記筒状部材内に配設され、第１の端部の直径が第２の
   端部の直径よりも大きくなるようにテーパ状に形成され
   た光ファイバと、 前記筒状部材内に配設されたレンズであって、前記光フ
   ァイバの第１の端部と該レンズとの間の距離に概ね等し
   い焦点距離を有し、前記光ファイバの第１の端部に前記
   温度を示すエネルギの焦点を形成するレンズと、 空気ポートと複数の強制対流フィンとを有する冷却装置
   と、 第１の小孔を有する部材と、 第２の小孔を有する延長部とを具備して成り、 前記温度を示すエネルギが、前記レンズに到達する前
   に、前記第１と第２の小孔を通過するように構成された
   放射高温計のプローブ。