RU2610693C2 - Способ и система для многофункциональных встроенных датчиков - Google Patents

Способ и система для многофункциональных встроенных датчиков Download PDF

Info

Publication number
RU2610693C2
RU2610693C2 RU2013148906A RU2013148906A RU2610693C2 RU 2610693 C2 RU2610693 C2 RU 2610693C2 RU 2013148906 A RU2013148906 A RU 2013148906A RU 2013148906 A RU2013148906 A RU 2013148906A RU 2610693 C2 RU2610693 C2 RU 2610693C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
light
product
temperature
emitting sensor
light emitting
Prior art date
Application number
RU2013148906A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2013148906A (ru
Inventor
Прабхджот СИНГХ
Гуанхуа ВАН
Марк Аллен ЧЕВЕРТОН
Джеффри Джозеф ПОПИЕЛАРЖИК
Джозеф Джон ШИАН
Original Assignee
Дженерал Электрик Компани
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дженерал Электрик Компани filed Critical Дженерал Электрик Компани
Publication of RU2013148906A publication Critical patent/RU2013148906A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2610693C2 publication Critical patent/RU2610693C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/20—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using thermoluminescent materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/02—Arrangement of sensing elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/165—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge by means of a grating deformed by the object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/02—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/02—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow
    • G01K13/024—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow of moving gases
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/0002—Inspection of images, e.g. flaw detection
    • G06T7/0004—Industrial image inspection
    • G06T7/001—Industrial image inspection using an image reference approach
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/80—Diagnostics
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
    • G01L23/08—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically
    • G01L23/16—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically by photoelectric means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30108—Industrial image inspection
    • G06T2207/30164—Workpiece; Machine component
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing
    • Y10T29/49124—On flat or curved insulated base, e.g., printed circuit, etc.
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316—Impeller making
    • Y10T29/49336—Blade making
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49764—Method of mechanical manufacture with testing or indicating
    • Y10T29/49769—Using optical instrument [excludes mere human eyeballing]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Image Input (AREA)

Abstract

Заявлена группа изобретений, раскрывающая систему и способ для контроля системы. При реализации заявленной группы изобретений подвергают изделия жестким внешним условиям, получают изображения светоизлучающего датчика, находящегося в прямом контакте с изделием, с использованием высокоскоростной системы получения изображений и анализируют изображения с использованием высокоскоростной системы обработки данных для одновременного предоставления карты температур и карты механических напряжений в изделии. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Контроль, прежде всего в жестких внешних условиях, является проблемой во многих отраслях промышленности. Способность предоставлять надежные данные в реальном времени в таких жестких внешних условиях находит применение в реактивных двигателях, газовых турбинах для производства электроэнергии, промышленности, производственных процессах и т.п.
[0002] В иллюстративных целях в настоящем документе описывается процесс производства электроэнергии. По самой своей природе крупномасштабное производство электроэнергии с использованием ископаемых видов топлива включает процессы, которые происходят при экстремальных условиях, как по температуре, так и по давлению. Контроль этих процессов и состояние оборудования, в котором они происходят, является чрезвычайно важным для надежного, рентабельного и эффективного производства энергии. Контроль турбинного оборудования, используемого в производстве электроэнергии, будет особенно полезным. В современных газовых турбинах достигается повышенный КПД и пониженное потребление топлива за счет использования повышенных температур горения, более высоких температур хладагентов, вызванных повышенными перепадами давления и пониженными скоростями потока охлаждения. Кроме того, повышенные температуры горения негативно воздействуют на пригодность, надежность и безопасность газовых турбин, прежде всего срок службы дорогостоящих критических деталей тракта горячего газа (hot gas path) (HGP). Срок службы составных частей энергосистемы, работающих в жестких внешних условиях, в сильной степени зависит от температуры и механических напряжений. Непосредственным результатом повышенной точности измерения температуры является повышение эффективности работы турбины благодаря способности надежно управлять машиной близко к эксплуатационным пределам. Входные данные с высокой точностью воспроизведения для основанных на физике моделей оценки срока службы обеспечивают повышение на порядок точности прогнозирования срока службы. Во многих передовых газовых турбинах температуры горения превышают точку плавления HGP-деталей, и эти детали должны активно охлаждаться. Для этих критических деталей обычно предполагается использование больших расчетных запасов прочности. Данные с высокой точностью воспроизведения в реальном времени позволят повысить достоверность расчетных запасов прочности и потенциально сократить цикл проектирования турбины. Многофункциональные измерения в реальном времени в течение фазы настройки энергосистемы позволят проектировщикам лучше оценить срок службы критических деталей и потенциальных компенсирующих модификаций конструкции. Точное одновременное измерение в реальном времени механического напряжения и температуры в процессе контроля энергетических систем/детали может повысить точность прогноза основанных на физике моделей оценки срока службы. Это повышение точности может привести к повышению эффективности эксплуатации турбины благодаря способности безопасно управлять машиной ближе к ее эксплуатационным пределам. В одном примере расчеты показывают, что 10% снижение потока охлаждения может сэкономить до $ 9 млн в течение 20-летнего срока эксплуатации одной газовой турбины комбинированного цикла.
[0003] Несмотря на необходимость получения оперативных данных о температуре и напряжении внутри работающей машины, эта цель оставалась достаточно труднодостижимой. За последнее десятилетие разработка светоизлучающих материалов на основе редкоземельных элементов, которые могут использоваться в качестве оптических (на основе люминесценции) термометров, обеспечили некоторый прогресс; однако остаются вопросы высокой стоимости и слабой чувствительности при очень высоких температурах. Кроме того, оперативное оптическое обнаружение механического напряжения до сих пор еще адекватно не рассматривалось. Существует постоянное стремление к решению этой проблемы контроля с помощью недорогой и не влияющей на работу многофункциональной встроенной сенсорной системы для оперативной оценки энергетических систем.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] В одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к системе контроля, содержащей светоизлучающий датчик, находящийся в непосредственном контакте с изделием, высокоскоростную систему получения изображений для обнаружения оптического изображения от светоизлучающего датчика и высокоскоростную систему обработки данных для анализа изображения с целью определения температуры изделия, механического напряжения в изделии или их комбинации.
[0005] В другом аспекте настоящее изобретение относится к оптическому способу оперативного контроля изделия в жестких внешних условиях. Способ включает подвергание изделия жестким внешним условиям, получение изображения светоизлучающего датчика, находящегося в прямом контакте с упомянутым изделием, с использованием высокоскоростной системы получения изображений и анализ изображения с использованием высокоскоростной системы обработки данных для определения температуры или механического напряжения в изделии или их комбинации. В некоторых вариантах светоизлучающий датчик формируется на изделии с помощью технологии непосредственного формирования рисунка.
[0006] В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к способу изготовления изделия для применения в жестких внешних условиях. Способ включает в себя формирование светоизлучающего датчика на поверхности изделия с помощью технологии непосредственного формирования рисунка, трафаретной печати, газотермического напыления или другого печатного процесса, сопряжение изделия с высокоскоростной системой получения изображений и высокоскоростной системой обработки данных и конфигурирование высокоскоростной системы получения изображений и высокоскоростной системы обработки данных для получения изображения светоизлучающего датчика в жестких внешних условиях и определения температуры изделия, механического напряжения в изделии или их комбинации.
[0007] Преимуществами описанной системы являются оперативный контроль и диагностика в реальном времени компонентов и систем, прежде всего систем в жестких внешних условиях, с возможностью достижения повышенной надежности оборудования, такого как генерирующее оборудование, с использованием основанной на физике оценке срока службы. Система также обеспечивает обслуживание и прогнозирование на основе окружающих условий и одновременно позволяет сократить углеродный след по сравнению с другими системами датчиков.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0008] Раскрытый в настоящем документе предмет изобретения будет более понятен из последующего описания неограничивающих вариантов осуществления со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых, как указано ниже:
[0009] Фиг.1 представляет упрощенное схематическое изображение системы многофункциональных встроенных датчиков для оперативного контроля в реальном времени в соответствии с различными вариантами осуществления.
[0010] Фиг.2А показывает систему линии прямой видимости (line of sight) (LOS) и радиационной термометрии (Radiation Thermometry) (RT) с получением изображений для контроля в реальном времени температуры поверхности лопаток первой ступени; фиг.2 В демонстрирует оптический датчик снаружи тракта прохождения горячего газа.
[0011] Фиг.3 представляет блок-схему обработки данных и изображений для получения карт температур и напряжений.
[0012] Фиг.4 показывает одну структуру встроенных датчиков, в которой рисунки с элементами уменьшенных размеров из высокотемпературных светоизлучающих материалов нанесены технологией непосредственного формирования рисунка и затем покрыты защитным верхним слоем.
[0013] Фиг.5 представляет многофункциональную систему встроенных датчиков для одновременных измерений температуры газа/поверхности и механического напряжения в жестких внешних условиях.
[0014] Фиг.6 представляет другой вариант осуществления структуры встроенных датчиков, в которой верх и низ тонких трехмерных (3D) структур получен непосредственным формированием рисунка с помощью высокотемпературных светоизлучающих материалов.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0015] Предшествующее краткое изложение, а также последующее подробное описание некоторых вариантов осуществления изобретения будут более понятны при прочтении подробного описания вместе с сопроводительными чертежами. Если чертежи иллюстрируют блок-схемы из функциональных блоков для разных вариантов осуществления изобретения, эти функциональные блоки не обязательно указывают на разделение между разным аппаратным обеспечением. Так, например, один или более функциональных блоков (например, процессоры, контроллеры, схемы или устройства памяти) могут быть осуществлены в виде одного изделия аппаратного обеспечения или множества изделий аппаратного обеспечения. Следует понимать, что разные варианты осуществления изобретения не ограничены устройствами и средствами, показанными на чертежах.
[0016] В том виде, в каком это используется в настоящем документе, элемент или шаг, перечисляемые в единственном числе, следует понимать как не исключающие множественного числа упомянутых элементов или шагов, если только такое исключение явно не указано. Кроме того, ссылки на «один вариант» не предназначены для истолкования как исключающие существование дополнительных вариантов, которые также включаются в перечисленные признаки. Более того, если явно не указано иное, варианты, «содержащие» или «имеющие» элемент или множество элементов, имеющих конкретное свойство, могут включать в себя дополнительные элементы, не обладающие таким свойством.
[0017] Система измерений может измерять температуры газа/поверхности с погрешностями ±5°С в диапазоне 20-1700°С и механического напряжения с точностью ±0,0002 в жестких внешних условиях, таких, которые связаны с работой силовых турбин, в том числе паровых турбин, генераторов, котла-утилизатора (Heat-Recovery Steam Generator) (HGRS) и котлов на твердом топливе. Другими примерами изделий для встроенных датчиков являются лопатки, роторы, статоры, жаровые трубы камеры сгорания, форсунки, корпуса, диски, печи, оборудование для использования в высокотемпературных производственных процессах, таких как металлообработка и процессы литья, бурения с забойным двигателем, такие как геотермальные операции, а также операции по добыче нефти и газа.
[0018] Фиг.1 представляет упрощенное схематическое изображение, иллюстрирующее систему 100, в которой используются светоизлучающие датчики, полученные непосредственным формированием рисунка, для измерения механического напряжения и температуры газа/поверхности, в которой датчик выдает оптический сигнал и сигнал получают с помощью камеры, чувствительной к видимому свету или к ультрафиолетовому свету, с помощью быстродействующей вычислительной аппаратуры, используемой для измерения механического напряжения в конструкции в реальном времени в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения. Система содержит изделие 110, имеющее светоизлучающий встроенный датчик, полученный непосредственным формированием рисунка, состоящий из высокотемпературного светоизлучающего материала, систему 120а сбора света, систему 120b подачи света (такую как волоконный эндоскоп или бороскоп) и опциональную систему 120с источника света, систему 130 камеры, вспомогательную систему 150 синхронизации/управления, систему 160 получения данных/изображения и алгоритмы и аппаратуру 170 для высокоскоростной обработки данных. В некоторых вариантах осуществления система оптического обнаружения способна создавать изображения для множества длин волн. Изображения из камеры обрабатываются для получения в реальном времени карты 180 температур газа/поверхности и/или карты 190 напряжений.
[0019] В одном варианте система 120а сбора света и система 120b доставки света представляют собой систему формирования изображений в жестких внешних условиях, способную измерять температуру, имеющую разрешение, которое требуется для выполнения измерений механического напряжения с требуемой чувствительностью. Сюда входят, например, системы линии прямой видимости (LOS) и радиационной термометрии (пирометрии) для измерений в реальном времени температуры поверхности элементов газовой турбины, например лопаток первой ступени. Оптические порты доступа для применений в жестких внешних условиях, которые позволяют производить дистанционный опрос излучения света или фотолюминесценции в жестких внешних условиях; примеры показаны на фиг.2А и 2В. LOS-система на фиг.2А является аксессуаром контроля для газовых турбин большой единичной мощности и авиационных реактивных двигателей. Фиг.2В представляет датчики 210, расположенные в оптических портах 220 доступа на корпусе 230 газовой турбины (не показано на фиг.2А), которые находятся за пределами тракта прохождения горячего газа.
[0020] Передовые системы получения изображений, такие как высокоскоростные видеокамеры на КМОП-структурах (complementary metal-oxide-semiconductor) (CMOS) и камеры на интенсифицированных приборах с зарядовой связью (intensified charge-coupled device) (ICCD), могут использоваться для получения изображений. В общем, могут использоваться камеры высокого разрешения, чувствительные к видимому свету, работающие в диапазонах длин волн видимого света или ультрафиолетового света и имеющие разрешающую способность, обеспечивающую пространственное разрешение, необходимое для измерения механического напряжения, например 0,1 мм/пиксель. ICCD-камера может быть синхронизированной по фазе с колебаниями для получения усредненных по фазе изображений в пределах одного цикла колебаний давления. Система обнаружения, основанная на многоволновой термометрии, для измерений температуры газа/поверхности, которая базируется на пассивной абсорбционной/эмиссионной спектроскопии, может быть использована при высоких давлениях (>15 атм) и температурах (до 1700°С), как описано в документе Н. Li, G.-H. Wang, N. Nirmalan, S. Dasgupta и E.R. Furlong, Passive Absorption/Emission Spectroscopy for Gas Temperature Measurements in Gas Turbine Engines («Пассивная абсорбционная/эмиссионная спектроскопия для измерения температуры газа в газотурбинных двигателях»), ASME Turbo Expo 2011, GT2011-45152, содержимое которого полностью включается в настоящий документ путем ссылки. В данном способе поступающий свет разделяется на несколько лучей и затем детектируется индивидуальными датчиками с помощью узкополосных фильтров. Температура может быть измерена с быстрым временем отклика, т.е. с частотой 10 кГц или выше.
[0021] Фиг.3 дает схематическое представление программного обеспечения системы для обработки изображений и данных с целью определения температуры и механического напряжения. Необработанные изображения поступают на шаге 310, фоновый сигнал / уровень черного корректируется на шаге 320 и неравномерность или усиление корректируется на шаге 330. Замена плохого сигнала производится на шаге 340 и затем следует перевод изображения из формата 2D в формат 3D на шаге 350, где измеренное необработанное 2D изображение проецируется на модель системы автоматизированного проектирования (САПР) (CAD model) в формате 3D. Результирующие данные являются входными данными для модуля 360 быстрых численных алгоритмов, который использует кривые калибровки 362 времени жизни или отношения, если необходимо, для определения 3D карты температур 370. Цифровое изображение может быть обработано на шаге 380 вместе с эталонным изображением 382 для получения на выходе 3D карты напряжений 390.
[0022] Карта температур может быть выведена из оптических сигналов встроенного датчика. Карта напряжений может быть одновременно получена путем сопоставления рисунка тонкой структуры с эталонным рисунком. Люминесцентная термометрия использует зависящие от температуры и длины волны эмиссионные характеристики светоизлучающих материалов - то есть после возбуждения светом или теплом светоизлучающие материалы испускают фотоны с температурозависимыми скоростью и интенсивностью. Использование зависящего от длины волны обнаружения позволяет получить повышенную точность определения температуры и повышенную контрастность информации о напряжении. В общем, существуют два подхода к измерению температуры на основе оптического сигнала, т.е. методы измерения времени жизни и измерения отношения. Метод измерения отношения использует характеристики спектров испускания светоизлучающих материалов, т.е. некоторые линии испускания являются почти независимыми от температуры, в то время как другие изменяются с температурой. Следовательно, калибровка с использованием отношения линий испускания может быть использована для получения температуры. Метод измерения времени жизни использует механизм затухания светоизлучающей эмиссии, который не зависит от энергии излучения, движения цели, неоднородного распределения света возбуждения и деформации поверхности. Для получения карты температур от системы встроенных датчиков могут использоваться как метод получения изображений времени жизни, так и метод получения изображений отношения с помощью известных протоколов обнаружения, в том числе многоцветная радиационная термометрия, пирометрия отношения и высокоскоростное получение изображений.
[0023] Использование материала, сочетающего люминесценцию и высокую излучательную способность, дает возможность производства светоизлучающего датчика и дает преимущество в некоторых вариантах осуществления изобретения, заключающееся в увеличенном динамическом диапазоне рабочей температуры. Например, для многих материалов оптически стимулированная люминесценция дает хорошую точность измерения температуры при температурах менее чем примерно 1000°С, в то время как способы расчета коэффициента теплового излучения (пирометрия) для измерения температуры наиболее эффективны при температурах свыше примерно 1000°С.
[0024] Оптические методы, используемые для обнаружения смещения и измерения механического напряжения, включают в себя метод муара и спекл-интерферометрии для измерения локального напряжения с высоким разрешением. Напряжение определяется при помощи получения цифрового изображения для корреляции искажения в рисунке (например, сеток, массива знаков и муара и т.п.) с эталонным изображением. Для измерений напряжений с большими деформациями иногда используются сетки и массив точек. В некоторых вариантах оптические способы измерения небольших деформаций и напряжений с точностью ±0,0002 могут потребовать геометрии элементов около 2×2 мм2 с размером рисунка (точки) 400 микрон и необходимым разрешением системы получения изображений около 0,1 мм/пиксель. Формы рисунков (муар, сетка, точки) и требуемые масштабы длины могут определяться изделием с помощью технологий производства DW (непосредственное формирование рисунка). Для определения смещения и напряжений могут использоваться алгоритмы быстрой корреляции/регистрации изображений. Эти способы обычно предусматривают наложение в реальном времени изображения рисунков на эталонный рисунок для определения тем самым величины локальной деформации. Сетки или массивы точек улучшают точность измерения напряжений за счет повышения контраста в оптическом сигнале, особенно в закрытых жестких внешних условиях в темноте.
[0025] Фиг.4 иллюстрирует структуру 400 встроенного датчика, в которой рисунки 420 мелкой расчетной сетки высокотемпературного светоизлучающего материала наносятся способом непосредственного формирования рисунка на термобарьерном покрытии 422 (thermal barrier coating) (TBC), которое сцепляется со связующим покрытием 428, расположенным на поверхности 426 изделия. В изображенном примере защитный слой 428 покрывает датчик для увеличения срока службы, хотя во многих вариантах защитный слой не является обязательным. В некоторых вариантах защитным слоем может быть дополнительный слой TBC.
[0026] Со ссылкой на фиг.5 встроенный датчик в форме геометрического рисунка 510 напечатан на поверхности 520 деталей тракта горячего газа с помощью способов непосредственного формирования рисунка на основе чернил. Эти рисунки спекаются до высоких плотностей локальным нагреванием. Если датчик состоит из люминесцентного материала, оптический сигнал может быть выработан при возбуждении рисунка источником импульсного излучения; для эмиссионных материалов сигнал может быть получен без возбуждения внешним источником излучения. Сигнал воспринимается высокоскоростной камерой, способной формировать изображения элемента, находящегося в эксплуатации. Температура измеряется с использованием хорошо разработанных (время жизни и/или отношение) способов люминесцентной термографии. Измерение в реальном времени напряжений возможно благодаря последним достижениям в алгоритмах обработки изображений и высокоскоростном получении изображений. Системы контроля и диагностики в реальном времени, в которых базы данных по температуре и напряжению в турбинных лопатках вводятся в системы управления, и основанные на физике модели оценки срока службы делают возможным прогнозирование в реальном времени и предварительную оценку срока службы критических деталей.
[0027] Фиг.6 показывает другой вариант структуры встроенного датчика, который является трехмерной (3D) структурой, для определения температур газа и поверхности. В этой структуре каждая точка 610, расположенная на поверхности 620 детали, может фактически быть независимым датчиком. Верхняя и нижняя части 3D-структур с элементами уменьшенных размеров могут быть изготовлены из разных высокотемпературных светоизлучающих материалов с помощью аддитивной технологии непосредственного формирования рисунка. Карта температур поверхности может быть получена из оптических сигналов, испускаемых у нижней части 3D-структур. Одновременно температура поверхности у верхней части 3D-структуры может быть определена из испускаемых сигналов. Это может быть одновременно распространено и на получение карты напряжений. В одном примере структура, для которой возможно измерение напряжений, имеет топологический размер элемента ~70 микрон в диаметре и 40 микрон в высоту. Промежуток между структурами с элементами уменьшенных размеров составляет ~70 микрон.
[0028] Карта температур газа может быть рассчитана с использованием данных, полученных от трехмерного (3D) встроенного датчика. Например, перепад температур между свободным потоком газа/жидкости и поверхностью создает тепловой пограничный слой. Этот перепад температур ведет к обмену энергией между свободным потоком и поверхностью. Интенсивность теплопередачи на единицу площади между свободным потоком газа/жидкости и поверхностью может быть выражена в виде уравнения 1. У поверхности интенсивность теплопередачи на единицу площади за счет теплопроводности может быть записана в виде уравнения 2. Интенсивности теплопередачи за счет конвекции и теплопроводности одни и те же у поверхности, что может быть использовано для выведения температуры свободного потока жидкости в виде уравнения 3. С использованием безразмерного параметра, числа Нуссельта, температура свободного потока газа может также быть выражена в виде уравнения 4. Теплопроводность, интенсивность теплопередачи и число Нуссельта могут быть получены из калибровочного теста, численного моделирования и баз экспериментальных данных.
Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
Figure 00000004
где
Т∞ - температура свободного потока газа/жидкости;
T1 -температура поверхности верхней части 3D-структуры;
Tw - температура поверхности нижней части 3D-структуры, которая является той же, что и температура поверхности;
h - коэффициент теплопередачи;
k -теплопроводность материала 3D-структуры;
L - толщина 3D-структуры;
Nu=hL/k - число Нуссельта.
[0029] Материалы для использования во встроенных датчиках излучают свет в инфракрасном (IR), видимом или ультрафиолетовом (UV) диапазоне при температурах 20-1700°С. В контексте настоящего изобретения термин «светоизлучающий» означает люминесцентный, в том числе флуоресцентный и фосфоресцентный, или термически эмиссионный. Люминесцентные материалы излучают свет при возбуждении светом другой длины волны. Термоэмиссионные материалы излучают свет при температуре, которая является характеристикой этого материала, а материал с высокой излучательной способностью излучает свет при повышенной температуре в широком диапазоне длин волн от видимого света до инфракрасного света. В некоторых вариантах осуществления изобретения затухание излучения может быть использовано для определения температуры.
[0030] Материалы, которые пригодны для использования во встроенных датчиках, включают в себя, но не ограничены этим, эмиссионную керамику на основе оксидов переходных металлов, таких как хром (Cr2O3), и люминесцентные материалы, такие как оксиды редкоземельных элементов, прежде всего оксид европия. Эти материалы могут использоваться либо в качестве чистых оксидных материалов, либо могут быть введены в материал матрицы, который является стабильным в жестких внешних условиях, например цирконий или оксид алюминия. Количество светоизлучающего материала, присутствующего в качестве легирующей примеси, может варьироваться от примерно 0,1% до примерно 30%, в частности от примерно 0,1% до примерно 10%.
[0031] В одном примере оксид алюминия легируется оксидом хрома. Оксид хрома при спекании с оксидом алюминия изменяет цвет с зеленого на розовый. Оксид хрома включается в матрицу оксида алюминия и становится центром окраски, сдвигая спектр поглощения оксида хрома и вызывая цветовой сдвиг. Материал имеет очень высокую излучательную способность в видимом спектре. В другом примере могут использоваться оксиды редкоземельных элементов (REO) Eu, Sm и Tb, введенных в матрицу диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия (YSZ), в частности YSZ, легированного Eu2O3. Уровни легирующих примесей являются, как правило, специфическими для материалов и в общем варьируются от примерно 1% до примерно 30% по весу. Для легированного хромом оксида алюминия количество хрома может изменяться от примерно 1% до примерно 25% по весу. Для YSZ, легированного Eu2O3, в одном варианте осуществления изобретения легирующая примесь присутствует в количестве 8% по весу. Тесты на отслаивание, проведенные с нанесенными рисунками, выявили хорошую адгезию с поверхностью подложки. Тесты на эрозию и срок службы с компонентами энергосистемы, работающими в соответствующих условиях, прогнозируют долгий срок службы встроенного датчика. При возбуждении на 254 нм встроенный датчик вырабатывает оптические сигналы около 590 нм. Другие REO - материалы, которые обеспечивают высокочувствительные измерения температуры без ущерба для тепловых и механических свойств материала подложки (термобарьерное покрытие, экологическое барьерное покрытие или металлы без покрытия), также находятся в пределах объема системы и способа.
[0032] Встроенные датчики могут быть изготовлены с помощью технологии непосредственного формирования рисунка. Непосредственное формирование рисунка представляет собой набор способов, в которых чернила, состоящие из функционального материала (металла или керамики), суспендированные в нестойком связующем веществе, непосредственно осаждаются на подложку и затем спекаются до высокой плотности. Различные технологии непосредственного формирования рисунка (DW) на основе чернил и термического распылителя являются коммерчески доступными для приобретения на рынке. Кроме того, составы чернил для осаждения керамики или металла хорошо известны. Специально подобранные составы чернил, включающие в себя нестойкое связующее вещество (или материал носителя) и керамическую или металлическую добавки, используются для выборочного осаждения проводников из материалов на трехмерных поверхностях. Такие системы способны осаждать чернила с вязкостью 10-10000 cps, допускающей высокую концентрацию частиц, что обеспечивает хорошее спекание. Проводники из упомянутых материалов толщиной 10 микрон могут быть непосредственно сформированы на неплоских поверхностях. Обеспечивается хорошая точность воспроизведения элементов и световое излучение под воздействием освещения ультрафиолетовым светом или видимым светом. Многослойное осаждение требует отбора совместимых материалов и разработки стратегий совместного спекания для получения высокой плотности и хорошего сцепления с материалом подложки.
[0033] Различные варианты осуществления изобретения и/или компоненты, например модули или элементы и контроллеры, также могут быть осуществлены здесь в виде части из одного или более компьютеров или процессоров. Компьютер или процессор может содержать вычислительное устройство, входное устройство, дисплейное устройство и интерфейс, например, для доступа в Интернет. Компьютер или процессор может содержать микропроцессор. Микропроцессор может быть подключен к коммуникационной шине. Компьютер или процессор может также содержать память. Память может представлять собой оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) (Random Access Memory) (RAM) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) (Read Only Memory) (ROM). Компьютер или процессор может также содержать накопитель, в качестве которого может быть накопитель на жестком диске или съемный диск, такой как накопитель на оптических дисках, твердотельный диск (например, флэш-память) и т.п. Накопитель может также представлять собой другое подобное средство для загрузки компьютерных программ или других инструкций в компьютер или процессор.
[0034] В том виде, в каком это используется в настоящем документе, термин «компьютер» или «модуль» может представлять собой систему на базе процессора или на базе микропроцессора, включая системы, содержащие микроконтроллеры, вычислительные машины с сокращенным набором команд (RISC), специализированные интегральные схемы (ASIC), программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA), графические процессоры (GPU), логические схемы и любую другую схему или процессор, способные выполнять функции, описанные в настоящем документе. Приведенные выше примеры являются только примерными и, таким образом, не предназначены для ограничения каким-либо образом определения и/или значения термина «компьютер».
[0035] Компьютер или процессор исполняет набор инструкций, которые хранятся в одном или более запоминающих элементах, для обработки входных данных. Запоминающие элементы могут также хранить данные или другую информацию по желанию или необходимости. Запоминающий элемент может быть в форме источника информации или элемента физической памяти внутри машины для обработки данных.
[0036] Набор инструкций может содержать различные команды, которые дают указания компьютеру или процессору в качестве машины для обработки данных выполнять определенные операции, такие как способы и процессы в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения. Набор инструкций может быть в форме программы программного обеспечения, которая может составлять часть материального неизменяемого машиночитаемого носителя или носителей. Программное обеспечение может быть в разных формах, таких как системное программное обеспечение или прикладное программное обеспечение. Кроме того, программное обеспечение может быть в форме набора отдельных программ или модулей, программным модулем внутри более крупной программы или частью программного модуля. Программное обеспечение может также включать в себя модульное программирование в форме объектно-ориентированного программирования. Обработка входных данных машиной для обработки данных может происходить в ответ на команды оператора, или в ответ на результаты предыдущей обработки, или в ответ на запрос, полученный от другой машины для обработки данных.
[0037] В том виде, в каком это используется в настоящем документе, термины «программное обеспечение» и «встроенные программы» являются взаимозаменяемыми и представляют собой любую компьютерную программу, хранящуюся в памяти для исполнения компьютером, включая ОЗУ, ПЗУ, стираемое программируемое ПЗУ (СППЗУ) (EPROM), электрически-перепрограммируемое ПЗУ (ЭППЗУ) (EEPROM) и энергонезависимое ОЗУ (non-volatile RAM) (NVRAM). Вышеупомянутые типы памяти являются только примерами и, таким образом, не ограничивают типы памяти для хранения компьютерной программы.
ПРИМЕРЫ
Технология непосредственного формирования рисунка с использованием чернил из эмиссионного оксида хрома Общая процедура
[0038] Составы, которые подвергались испытаниям, состояли из оксида алюминия (CR6 компании Baikowski), оксида хрома, термически отвержденного полимера (торговое наименование V006 компании Heraeus) и растворителя для изменения вязкости, чтобы материал мог быть распределен при 60% объемной доли оксида алюминия с помощью 3%, 6% и 9% концентрации хрома по весу. Порошки оксида алюминия и оксида хрома смешивали и затем объединяли с полимером. Растворитель терпинеол затем добавляли в смесь и перемешивали в планетарной мешалке компании Thinky с шариками из двуокиси циркония для облегчения перемешивания и измельчения до частиц меньшего размера в течение 30 минут при 1000 об/мин без вакуума. Затем рассчитывали вязкость, добавляли дополнительное количество терпинеола для дальнейшего уменьшения вязкости и производили перемешивание в течение дополнительного времени в мешалке Thinky. Затем материалы наносили на подложки из оксида алюминия, загружали в печь и получали изображения с помощью камеры Canon Eos 3Ti SLR. Образцы нагревали до 1200°С, затем открывали дверцу печи и делали снимки. Дверцу печи закрывали и процесс повторяли, поскольку части охлаждались, в то время как производилась регистрация температуры печи.
[0039] Как только получали изображения из печи, их обрабатывали с целью измерения яркости пикселей на изображении в каждой цветовой плоскости, красной, зеленой и синей. Плоскость красного цвета извлекали из цветного изображения, полученного с помощью камеры Canon, затем измеряли среднюю интенсивность пикселя линий хрома и строили график зависимости от температуры на дисплее.
[0040] Было установлено, что, когда вязкость материала была слишком низкой, материал растекался после осаждения, создавая широкие линии, которые имели небольшую толщину. Если вязкость материала была слишком высокой, тогда требовались широкие иглы для шприцев из-за трудностей, связанных с тем, что требовалось вынуждать материал течь. Широкие иглы также означают широкие линии, однако при достаточном давлении воздуха, выталкивающего материал из иглы, и достаточных скоростях осаждения оказалось возможным получить более тонкие линии, подлежащие нанесению. Технология использования способов непосредственного формирования рисунка требует сбалансированности вязкости, диаметра иглы шприца, скорости подачи и давления воздуха в раздаточном устройстве для оптимизации элементов, которые наносятся. Было обнаружено, что когда линии, нанесенные на подложку из оксида алюминия, оказывались слишком тонкими, т.е. слишком мелкими, тогда линии хрома светились не очень ярко в печи при нагревании свыше 1000°С.
Пример 1
[0041] Чернила, содержащие оксид хрома в четырех разных концентрациях, 3%, 6%, 9% и 25%, наносили на подложки из оксида алюминия разной толщины, варьирующейся от 50 мкм до 300 мкм. Эти образцы были затем отправлены в Surface Optics, Сан-Диего, Калифорния, для измерений излучательной способности. Данные подтвердили, что чем больше толщина материала, тем выше излучательная способность. Кроме того, данные также показали, что чем выше концентрация хрома, тем выше излучательная способность.
Пример 2
[0042] На основе полученных ранее результатов были сформированы дополнительные линии с использованием технологии непосредственного формирования рисунка для того, чтобы получить более тонкие и расположенные ближе друг к другу линии. Вязкость материала из хрома уменьшили путем добавления терпинеола, а давление, при котором материал продавливается через раздаточное устройство, и скорость, с которой раздаточное устройство двигается вдоль подложки, модифицировали. Давление находилось в диапазоне от 40 фунтов на квадратный дюйм до 60 фунтов на квадратный дюйм. Скорости нанесения находились в диапазоне от 300 для толстых линий толщиной 1,5 мм - 1 мм до 1000 для линий толщиной от 100 мкм до 200 мкм. Эти образцы с линиями из хрома были также помещены в печь и нагреты до температуры от 800°С до 1200°С. Было обнаружено, что яркость линий хрома изменяется с температурой.
[0043] Следует понимать, что приведенное выше описание предназначено для иллюстративных целей, но не для ограничения. Например, вышеописанные варианты осуществления (и/или их аспекты) могут использоваться в комбинации друг с другом. Кроме того, многие модификации могут быть произведены для адаптации конкретной ситуации или материала к основным идеям различных вариантов осуществления изобретения в пределах его объема. Хотя размеры и типы материалов, описанные в настоящем документе, предназначены для определения параметров различных вариантов осуществления изобретения, эти варианты ни в коем случае не являются ограничивающими и представляют собой примеры. Многие другие варианты будут очевидны для специалистов в данной области при рассмотрении вышеуказанного описания. Объем разных вариантов осуществления изобретения следует, следовательно, устанавливать со ссылкой на приложенную формулу наряду с полным объемом эквивалентных вариантов, на которые распространяется данная формула. В формуле термины «включающий» и «в котором» используются в качестве эквивалентов терминов «содержащий» и «где». Кроме того, в формуле термины «первый», «второй» и «третий» и т.д. используются просто как метки и не предназначены для наложения количественных требований на их объекты. Кроме того, ограничения в последующей формуле не записаны в формате «средство-плюс-функция» и не предназначены для интерпретации на основе раздела 35 Кодекса законов США, §112, шестой пункт, если такие ограничения к формуле явно не используют выражение «средство для», за которым следует изложение функции без описания дальнейшей структуры.
[0044] Представленное описание представляет примеры различных вариантов осуществления изобретения, в том числе лучший вариант, для того, чтобы дать возможность специалисту использовать на практике различные варианты осуществления изобретения, включая изготовление и применение любых устройств или систем и выполнение любых включенных способов. Объем различных вариантов осуществления изобретения определяется формулой и может включать в себя другие примеры, которые могут быть предложены специалистами. Такие другие примеры находятся в объеме формулы изобретения, если эти примеры имеют структурные элементы, которые не отличаются от буквальной формулировки формулы изобретения, или если эти примеры содержат структурные элементы с несущественными отличиями от буквальных формулировок формулы изобретения.

Claims (24)

1. Оптический способ оперативного контроля изделия в жестких внешних условиях, включающий:
подвергание изделия жестким внешним условиям;
получение изображения светоизлучающего датчика, находящегося в прямом контакте с изделием, с использованием высокоскоростной системы получения изображений; и
анализ изображения с использованием высокоскоростной системы обработки данных для одновременного предоставления карты температур и карты механических напряжений в изделии.
2. Оптический способ по п. 1, в котором светоизлучающий датчик формируют на изделии с помощью технологии непосредственного формирования рисунка.
3. Оптический способ по п. 1 или 2, в котором светоизлучающий датчик содержит температурно-чувствительный светоизлучающий керамический материал.
4. Оптический способ по п. 1 или 2, в котором светоизлучающий датчик содержит оксид алюминия, легированный хромом.
5. Оптический способ по п. 1 или 2, в котором светоизлучающий датчик содержит оксид редкоземельного элемента.
6. Оптический способ по п. 1 или 2, в котором датчик является трехмерным.
7. Система контроля, содержащая:
светоизлучающий датчик, находящийся в прямом контакте с изделием,
высокоскоростную систему получения изображений для обнаружения оптического изображения светоизлучающего датчика; и
высокоскоростную систему обработки данных для анализа изображения для одновременного предоставления карты температур и карты механических напряжений в изделии.
8. Система контроля по п. 7, в которой светоизлучающий датчик сформирован с помощью технологии непосредственного формирования рисунка.
9. Система контроля по п. 7 или 8, в которой светоизлучающий датчик содержит температурно-чувствительный светоизлучающий керамический материал, предпочтительно оксид редкоземельного элемента или оксид хрома.
10. Система контроля по п. 7 или 8, в которой светоизлучающий датчик содержит оксид алюминия, легированный хромом.
11. Система контроля по п. 7 или 8, в которой светоизлучающий датчик содержит оксид редкоземельного элемента.
12. Система контроля по п. 7 или 8, в которой датчик является трехмерным.
13. Способ изготовления изделия для использования в жестких внешних условиях, включающий
формирование светоизлучающего датчика на поверхности изделия путем непосредственного формирования рисунка;
сопряжение изделия с высокоскоростной системой получения изображений и высокоскоростной системой обработки данных; и
конфигурирование высокоскоростной системы получения изображения и высокоскоростной системы обработки данных для получения изображения светоизлучающего датчика в жестких внешних условиях и для одновременного предоставления карты температур и карты механических напряжений в изделии.
14. Способ по п. 13, в котором изделие является лопаткой турбины.
15. Способ по п. 13 или 14, в котором датчик является трехмерным.
RU2013148906A 2011-05-16 2012-05-15 Способ и система для многофункциональных встроенных датчиков RU2610693C2 (ru)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161486761P 2011-05-16 2011-05-16
US61/486,761 2011-05-16
US13/467,111 US9551620B2 (en) 2011-05-16 2012-05-09 Method and system for multi-functional embedded sensors
US13/467,139 US9482585B2 (en) 2011-05-16 2012-05-09 Method and system for multi-functional embedded sensors
US13/467,139 2012-05-09
US13/467,111 2012-05-09
PCT/US2012/037922 WO2012158681A2 (en) 2011-05-16 2012-05-15 Method and system for multi-functional embedded sensors

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013148906A RU2013148906A (ru) 2015-06-27
RU2610693C2 true RU2610693C2 (ru) 2017-02-14

Family

ID=47174660

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013148906A RU2610693C2 (ru) 2011-05-16 2012-05-15 Способ и система для многофункциональных встроенных датчиков

Country Status (6)

Country Link
US (2) US9551620B2 (ru)
EP (1) EP2710797B1 (ru)
JP (1) JP5977820B2 (ru)
CN (1) CN103703351B (ru)
RU (1) RU2610693C2 (ru)
WO (1) WO2012158681A2 (ru)

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8818078B2 (en) * 2012-02-03 2014-08-26 Solar Turbines Inc. Apparatus and method for optically measuring creep
CA2799869C (en) * 2012-12-20 2019-08-20 General Electric Company System and method for determining location data for pipes in a steam generator
WO2014178080A1 (en) * 2013-05-03 2014-11-06 Indian Council Of Medical Research A non-contact method for measurement of strain profile at a location interposed within a soft deformable object with dynamic evolution of the strain under dynamic loading or fracture of the object
EP3071939B1 (en) * 2013-11-18 2019-07-31 President and Fellows of Harvard College Printed stretchable strain sensor
US20160135279A1 (en) * 2014-11-12 2016-05-12 United Technologies Corporation Instrumented article having compliant layer between conformal electronic device and substrate
US20160376849A1 (en) * 2015-06-26 2016-12-29 Schlumberger Technology Corporation Electrical connectivity across a tool joint
US10670554B2 (en) 2015-07-13 2020-06-02 International Business Machines Corporation Reconfigurable gas sensor architecture with a high sensitivity at low temperatures
US10012552B2 (en) * 2015-11-23 2018-07-03 General Electric Company Systems and methods for monitoring component strain
US20170167930A1 (en) * 2015-12-10 2017-06-15 General Electric Company Components with embedded strain sensors and methods for monitoring the same
EP3179208A1 (en) * 2015-12-10 2017-06-14 General Electric Company Components with protected strain sensors and methods for manufacturing the same
US10295436B2 (en) * 2016-03-17 2019-05-21 Honeywell International Inc. Structured light measuring apparatus and methods
US10190947B2 (en) * 2016-12-01 2019-01-29 General Electric Company Visual creep inspection of rotating components
US10126119B2 (en) * 2017-01-17 2018-11-13 General Electric Company Methods of forming a passive strain indicator on a preexisting component
US20180238755A1 (en) * 2017-02-21 2018-08-23 General Electric Company Methods of Making and Monitoring Components with Integral Strain Indicators
US10746608B2 (en) * 2017-03-22 2020-08-18 Lumasense Technologies Holdings, Inc. Photoluminescent thermometric target
US10488349B2 (en) 2017-11-14 2019-11-26 General Electric Company Automated borescope insertion system
US10489896B2 (en) 2017-11-14 2019-11-26 General Electric Company High dynamic range video capture using variable lighting
US10775315B2 (en) 2018-03-07 2020-09-15 General Electric Company Probe insertion system
US10914191B2 (en) 2018-05-04 2021-02-09 Raytheon Technologies Corporation System and method for in situ airfoil inspection
US10943320B2 (en) 2018-05-04 2021-03-09 Raytheon Technologies Corporation System and method for robotic inspection
US10488371B1 (en) 2018-05-04 2019-11-26 United Technologies Corporation Nondestructive inspection using thermoacoustic imagery and method therefor
US10928362B2 (en) 2018-05-04 2021-02-23 Raytheon Technologies Corporation Nondestructive inspection using dual pulse-echo ultrasonics and method therefor
US11268881B2 (en) 2018-05-04 2022-03-08 Raytheon Technologies Corporation System and method for fan blade rotor disk and gear inspection
US10902664B2 (en) * 2018-05-04 2021-01-26 Raytheon Technologies Corporation System and method for detecting damage using two-dimensional imagery and three-dimensional model
US10958843B2 (en) 2018-05-04 2021-03-23 Raytheon Technologies Corporation Multi-camera system for simultaneous registration and zoomed imagery
US11079285B2 (en) * 2018-05-04 2021-08-03 Raytheon Technologies Corporation Automated analysis of thermally-sensitive coating and method therefor
US10473593B1 (en) 2018-05-04 2019-11-12 United Technologies Corporation System and method for damage detection by cast shadows
US10685433B2 (en) 2018-05-04 2020-06-16 Raytheon Technologies Corporation Nondestructive coating imperfection detection system and method therefor
US20190376411A1 (en) * 2018-06-11 2019-12-12 General Electric Company System and method for turbomachinery blade diagnostics via continuous markings
US11448085B2 (en) 2019-11-11 2022-09-20 Raytheon Technologies Corporation Remote temperature measurement system for gas turbine engine
CN111366265B (zh) * 2020-04-28 2021-04-30 北京航空航天大学 一种多层热障涂层及其基于磷光的表层及底层测温方法
CN111366264B (zh) * 2020-04-28 2021-04-30 北京航空航天大学 一种多层热障涂层及其基于磷光的表层及底层测温方法
US11386547B2 (en) * 2020-05-13 2022-07-12 Puma SE Methods and apparatuses to facilitate strain measurement in textiles
JP2022133933A (ja) * 2021-03-02 2022-09-14 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 温度センサ、温度検出装置、温度検出方法、温度検出プログラム、および温度センサの製造方法
US11733022B2 (en) 2021-06-22 2023-08-22 Baker Hughes Oilfield Operations Llc Determining part stress with in situ sensors
US20240052757A1 (en) * 2022-08-11 2024-02-15 Raytheon Technologies Corporation Detection of gas turbine engine blade abnormalities based on light reflections
CN116315879B (zh) * 2023-03-13 2024-01-19 华洋通信科技股份有限公司 一种矿用煤量识别监测装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6746149B1 (en) * 1999-06-01 2004-06-08 The United States of America as represented by the Admistrator of NASA Rare earth optical temperature sensor
US20070009252A1 (en) * 2005-07-08 2007-01-11 Rolls-Royce Plc Monitoring arrangement
US20070258807A1 (en) * 2006-05-04 2007-11-08 Siemens Power Generation, Inc. Infrared-based method and apparatus for online detection of cracks in steam turbine components
US7784344B2 (en) * 2007-11-29 2010-08-31 Honeywell International Inc. Integrated MEMS 3D multi-sensor

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4708494A (en) 1982-08-06 1987-11-24 Marcos Kleinerman Methods and devices for the optical measurement of temperature with luminescent materials
US4390565A (en) 1982-08-26 1983-06-28 Lord Corporation Photocurable compositions for use as ceramic ink vehicles
GB8621077D0 (en) 1986-09-01 1986-10-08 Gen Electric Co Plc Temperature sensing system
US5182449A (en) 1990-02-06 1993-01-26 The Boeing Corporation System and method for structural monitoring using optical imaging of fiber sensors
JPWO2003078889A1 (ja) 2002-03-18 2005-07-14 独立行政法人科学技術振興機構 発光素子、表示装置、および応力センサ
JP3704563B2 (ja) * 2002-12-27 2005-10-12 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 感温塗料を用いた物体表面の熱流束分布計測方法及びその装置
US6923048B2 (en) 2003-09-24 2005-08-02 Siemens Aktiengesellschaft Method and apparatus of monitoring temperature and strain by using fiber Bragg grating (FBG) sensors
US20060020415A1 (en) 2004-07-23 2006-01-26 Hardwicke Canan U Sensor and method for making same
BRPI0403240B1 (pt) 2004-08-10 2016-02-16 Petroleo Brasileiro Sa transdutor óptico para medida simultânea de pressão e temperatura em poços de petróleo e método para dita medida
US7620209B2 (en) * 2004-10-14 2009-11-17 Stevick Glen R Method and apparatus for dynamic space-time imaging system
US7421162B2 (en) 2005-03-22 2008-09-02 General Electric Company Fiber optic sensing device and method of making and operating the same
US7912334B2 (en) 2007-09-19 2011-03-22 General Electric Company Harsh environment temperature sensing system and method
US8116990B2 (en) 2007-10-19 2012-02-14 Ashok Koul Method and system for real-time prognosis analysis and usage based residual life assessment of turbine engine components and display
JP4944006B2 (ja) 2007-12-17 2012-05-30 株式会社山武 温度センサ、及び温度測定方法
JP2009184892A (ja) * 2008-02-08 2009-08-20 Dainippon Screen Mfg Co Ltd カーボンナノチューブ形成装置およびカーボンナノチューブ形成方法
US8096704B2 (en) 2008-05-27 2012-01-17 Nusensors, Inc. Extreme temperature robust optical sensor designs and fault-tolerant signal processing
JP5509470B2 (ja) 2008-07-23 2014-06-04 国立大学法人東京農工大学 感圧塗料、ならびに物体および物体の表面圧力の測定方法
DE102008051796B4 (de) 2008-10-17 2010-10-07 Benteler Automobiltechnik Gmbh Verfahren zur Detektion von Verformungen an einem Fahrzeugbauteil und Kraftfahrzeug
US8135245B2 (en) 2008-12-05 2012-03-13 General Electric Company Fiber optic sensing system
JP5430191B2 (ja) 2009-03-18 2014-02-26 アズビル株式会社 蛍光温度センサ及びその故障判定方法
US9217681B2 (en) 2009-07-16 2015-12-22 Hamidreza Alemohammad Optical fiber sensor and methods of manufacture
US20110217657A1 (en) * 2010-02-10 2011-09-08 Life Bioscience, Inc. Methods to fabricate a photoactive substrate suitable for microfabrication
CN101858803B (zh) 2010-05-17 2011-10-26 哈尔滨工业大学 地下结构力致发光色敏传感器制作和安装及其监测系统
US20120166102A1 (en) 2010-12-23 2012-06-28 Edward James Nieters Method and system for online creep monitoring

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6746149B1 (en) * 1999-06-01 2004-06-08 The United States of America as represented by the Admistrator of NASA Rare earth optical temperature sensor
US20070009252A1 (en) * 2005-07-08 2007-01-11 Rolls-Royce Plc Monitoring arrangement
US20070258807A1 (en) * 2006-05-04 2007-11-08 Siemens Power Generation, Inc. Infrared-based method and apparatus for online detection of cracks in steam turbine components
US7784344B2 (en) * 2007-11-29 2010-08-31 Honeywell International Inc. Integrated MEMS 3D multi-sensor

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012158681A2 (en) 2012-11-22
JP5977820B2 (ja) 2016-08-24
JP2014519601A (ja) 2014-08-14
US20120293646A1 (en) 2012-11-22
US9551620B2 (en) 2017-01-24
US9482585B2 (en) 2016-11-01
RU2013148906A (ru) 2015-06-27
WO2012158681A3 (en) 2013-04-11
EP2710797B1 (en) 2018-04-11
US20120293647A1 (en) 2012-11-22
CN103703351B (zh) 2016-01-13
CN103703351A (zh) 2014-04-02
EP2710797A2 (en) 2014-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2610693C2 (ru) Способ и система для многофункциональных встроенных датчиков
Feist et al. Application of an industrial sensor coating system on a Rolls-Royce jet engine for temperature detection
US9964455B2 (en) Methods for monitoring strain and temperature in a hot gas path component
Fuhrmann et al. Two-dimensional cycle-resolved exhaust valve temperature measurements in an optically accessible internal combustion engine using thermographic phosphors
Yu et al. Survivability of thermographic phosphors (YAG: Dy) in a combustion environment
Li et al. Effect of oxygen partial pressure on the phosphorescence of different lanthanide ion (Ln3+)-doped yttria-stabilised zirconia
Cai et al. A novel lifetime-based phosphor thermography using three-gate scheme and a low frame-rate camera
Sutton et al. Imaging phosphor thermometry from T= 20 C to 450 C using the time-domain intensity ratio technique
Gentleman et al. Non-contact sensing of TBC/BC interface temperature in a thermal gradient
Steenbakker et al. Sensor thermal barrier coatings: remote in situ condition monitoring of EB-PVD coatings at elevated temperatures
Rupesh et al. Study on temperature indicating paint for surface temperature measurement—A review
JP2004212193A (ja) 感温塗料を用いた物体表面の熱流束分布計測方法及びその装置
Lorenz et al. A novel measuring technique utilizing temperature sensitive paint—measurement procedure, validation, application, and comparison with infrared thermography
CN111366264B (zh) 一种多层热障涂层及其基于磷光的表层及底层测温方法
Chi et al. Application of LED-based thermographic phosphorescent technique to diesel combustion chamber walls in a pre-burn-type optical constant-volume vessel
JP2023504040A (ja) 温度モニタリングおよび温度勾配の測定を含む、熱成長酸化物ルミネセンス感知のための希土類ドープ遮熱コーティングボンドコート
Yañez Gonzalez et al. On-line temperature measurement inside a thermal barrier sensor coating during engine operation
Särner et al. Cycle resolved wall temperature measurements using laser-induced phosphorescence in an HCCI engine
Markham et al. Aircraft engine-mounted camera system for long wavelength infrared imaging of in-service thermal barrier coated turbine blades
Watkins et al. Using pressure-and temperature-sensitive paint on the aftbody of a capsule entry vehicle
Eldridge et al. Implementation of an ultra-bright thermographic phosphor for gas turbine engine temperature measurements
Fouliard et al. Thermal barrier coating delamination monitoring through thermally grown oxide spectral characterization
Yang et al. Europium and erbium co-doped yttria-stabilized zirconia as a potential dual-sensor for simultaneous oxygen partial pressure and temperature measurements
Cheng et al. A phase transformation–phosphorescence model of europium-doped yttria-stabilized zirconia and its application in two-dimensional thermal history measurement
BILLOT Experimental study on film cooling effectiveness and heat transfer coefficient distributions using thermochromic liquid crystals (TLC)

Legal Events

Date Code Title Description
HC9A Changing information about inventors