RU79666U1

RU79666U1 - MULTI-CHANNEL INFORMATION-MEASURING SYSTEM FOR TEMPERATURE CONTROL OF BLADES OF A ROTOR OF A GAS TURBINE ENGINE

Info

Publication number: RU79666U1
Application number: RU2008134636/22U
Authority: RU
Inventors: Марат Абдуллович Ураксеев; Максим Геннадиевич Киреев
Priority date: 2008-08-25
Filing date: 2008-08-25
Publication date: 2009-01-10

Abstract

Использование: полезная модель относится к информационно-измерительной технике и может быть использована для бесконтактного измерения температуры лопаток ротора газотурбинного двигателя и управления температурным режимом авиационной силовой установки. Технический результат: увеличение точности измерения за счет подбора диапазонов измерений с помощью усилителя сигналов и нормирующего усилителя, управляемых микроконтроллером, и расширении функциональных возможностей. Сущность изобретения: в многоканальной информационно-измерительной системе контроля температуры лопаток ротора газотурбинного двигателя, содержащей оптическую головку, сопряженную с входным торцом волоконного световода, выходной торец которого сопряжен с приемником излучения, входящим в состав электронного блока преобразования, усиления и обработки сигнала, микроконтроллер, цифровой индикаторный дисплей, объектив оптической головки выполнен с регулируемым фокусным расстоянием, а в каждой ступени двигателя оптическая головка и часть волоконного световода размещены внутри защитного оптического зонда, свободный торец зонда, направленный на лопатки, закрыт инфракрасно прозрачным стеклом и размещен в корпусе турбины двигателя, а другая часть волоконного световода снаружи двигателя помещена внутри защитного гибкого металлорукава, при этом число каналов измерения равно количеству ступеней турбины двигателя, выходы всех измерительных каналов соединены с микроконтроллером, имеющим встроенные порты ввода-вывода, память, а выход Usage: the utility model relates to information-measuring equipment and can be used for non-contact measurement of the temperature of the rotor blades of a gas turbine engine and control the temperature regime of an aircraft power plant. EFFECT: increase of measurement accuracy due to selection of measurement ranges with the help of a signal amplifier and a normalizing amplifier controlled by a microcontroller, and expansion of functionality. The inventive multichannel information-measuring system for monitoring the temperature of the rotor blades of a gas turbine engine, containing an optical head, coupled to the input end of the fiber, the output end of which is coupled to a radiation receiver, which is part of the electronic unit for conversion, amplification and signal processing, microcontroller, digital the indicator display, the lens of the optical head is made with adjustable focal length, and in each stage of the engine an optical head and The fiber optic fiber is placed inside the protective optical probe, the free end of the probe directed to the blades is covered with infrared transparent glass and placed in the turbine housing of the engine, and the other part of the optical fiber outside the engine is placed inside the protective flexible metal hose, while the number of measurement channels is equal to the number of stages of the turbine motor, the outputs of all measuring channels are connected to a microcontroller having built-in I / O ports, memory, and the output

микроконтроллера соединен с цифровым индикаторным дисплеем, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены нормирующий усилитель (в каждый измерительный канал), блок управления и обработки информации, состоящий из пульта оператора, индикатора и ЭВМ, и два устройства сопряжения с ЭВМ и микроконтроллером, при этом пульт оператора и индикатор соединены с микроконтроллером, а управляющие выходы микроконтроллера соединены с соответствующим измерительному каналу нормирующим усилителем и усилителем сигналов.the microcontroller is connected to a digital indicator display, characterized in that it additionally includes a normalizing amplifier (in each measuring channel), a control and information processing unit consisting of an operator panel, an indicator and a computer, and two devices for interfacing with a computer and a microcontroller, the operator panel and the indicator are connected to the microcontroller, and the control outputs of the microcontroller are connected to the corresponding measuring channel by a normalizing amplifier and a signal amplifier.

Description

Полезная модель относится к информационно-измерительной технике и может быть использована для бесконтактного измерения температуры лопаток ротора газотурбинного двигателя и управления температурным режимом авиационной силовой установки.The utility model relates to information-measuring technology and can be used for non-contact measurement of the temperature of the rotor blades of a gas turbine engine and control the temperature regime of an aircraft power plant.

Известно информационно-измерительное устройство контроля температуры лопаток турбины газотурбинного двигателя (RU, патент, 2032887, Кл. G01J 5/30, 1995), содержащее оптическую головку, сопряженную с входным торцом волоконного световода, выходной торец которого сопряжен с приемником излучения, входящим в состав электронного блока преобразования, усиления и обработки сигнала.Known information-measuring device for monitoring the temperature of the turbine blades of a gas turbine engine (RU, patent, 2032887, CL. G01J 5/30, 1995), containing an optical head, coupled to the input end of the fiber, the output end of which is coupled to the radiation receiver, which is part electronic block conversion, amplification and signal processing.

Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности, малая эффективность и надежность.The disadvantages of this device are limited functionality, low efficiency and reliability.

За прототип принято информационно-измерительное управляющее устройство температурой лопаток турбины газотурбинного двигателя (RU, патент, 55468, Кл. G01J 5/30, 2006), содержащее оптическую головку, сопряженную с входным торцом волоконного световода, выходной торец которого сопряжен с приемником излучения, входящим в состав электронного блока преобразования, усиления и обработки сигнала, микроконтроллер, цифровой индикаторный дисплей, объектив оптической головки выполнен с регулируемым фокусным расстоянием, а в каждой ступени двигателя оптическая головка и часть волоконного световода размещены внутри защитного оптического зонда, свободный торец зонда, направленный на лопатки, закрыт инфракрасно прозрачным стеклом и размещен в корпусе турбины двигателя, а другая часть волоконного световода снаружи двигателя помещена внутри защитного гибкого металлорукава, при этом число каналов измерения равно количеству The prototype is taken as an information-measuring control device for the temperature of the turbine blades of a gas turbine engine (RU, patent, 55468, Cl. G01J 5/30, 2006), containing an optical head coupled to the input end of the fiber, the output end of which is coupled to the radiation receiver, incoming the electronic block of conversion, amplification and signal processing, a microcontroller, a digital indicator display, the lens of the optical head is made with adjustable focal length, and in each stage of the engine there is an optical the head and part of the optical fiber are placed inside the protective optical probe, the free end of the probe directed to the blades is covered with infrared transparent glass and placed in the turbine housing of the engine, and the other part of the optical fiber outside the engine is placed inside the protective flexible metal sleeve, while the number of measurement channels is quantity

ступеней турбины двигателя, выходы всех измерительных каналов соединены с микроконтроллером, имеющим встроенные порты ввода-вывода, память, а выход микроконтроллера соединен с цифровым индикаторным дисплеем.stages of the engine turbine, the outputs of all measuring channels are connected to a microcontroller having built-in I / O ports, memory, and the output of the microcontroller is connected to a digital indicator display.

Недостатком данного устройства является недостаточно высокая точность вследствие того, что при настройке устройства на определенный диапазон температур возникают погрешности в случае расширения этого диапазона измеряемых температур.The disadvantage of this device is the lack of accuracy due to the fact that when you configure the device for a certain temperature range, errors occur if this range of measured temperatures is expanded.

Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышении точности измерения за счет подбора диапазонов измерений с помощью усилителя сигналов и нормирующего усилителя, управляемых микроконтроллером, и расширении функциональных возможностей.The problem the utility model aims to solve is to increase the measurement accuracy by selecting measurement ranges using a signal amplifier and a normalizing amplifier controlled by a microcontroller, and expanding the functionality.

Поставленная задача решается за счет того, что в многоканальную информационно-измерительную систему контроля температуры лопаток ротора газотурбинного двигателя, содержащую оптическую головку, сопряженную с входным торцом волоконного световода, выходной торец которого сопряжен с приемником излучения, входящим в состав электронного блока преобразования, усиления и обработки сигнала, микроконтроллер, цифровой индикаторный дисплей, объектив оптической головки выполнен с регулируемым фокусным расстоянием, а в каждой ступени двигателя оптическая головка и часть волоконного световода размещены внутри защитного оптического зонда, свободный торец зонда, направленный на лопатки, закрыт инфракрасно прозрачным стеклом и размещен в корпусе турбины двигателя, а другая часть волоконного световода снаружи двигателя помещена внутри защитного гибкого металлорукава, при этом число каналов измерения равно количеству ступеней турбины двигателя, выходы всех измерительных каналов соединены с микроконтроллером, имеющим встроенные порты ввода-вывода, память, а выход микроконтроллера соединен с цифровым The problem is solved due to the fact that in a multichannel information-measuring system for controlling the temperature of the rotor blades of a gas turbine engine, containing an optical head coupled to the input end of the fiber, the output end of which is coupled to a radiation receiver, which is part of the electronic conversion, amplification and processing unit signal, microcontroller, digital indicator display, optical head lens is made with adjustable focal length, and in each engine stage the optical head and part of the optical fiber are located inside the protective optical probe, the free end of the probe directed to the blades is covered with infrared transparent glass and placed in the turbine housing of the engine, and the other part of the optical fiber outside the engine is placed inside the protective flexible metal sleeve, the number of measurement channels being equal to the number of stages of the engine turbine, the outputs of all measuring channels are connected to a microcontroller having built-in I / O ports, a memory, and an output microcontroller ery connected to digital

индикаторным дисплеем, в отличие от прототипа, дополнительно введены блок управления и обработки информации, состоящий из пульта оператора, индикатора и ЭВМ, два устройства сопряжения с ЭВМ и микроконтроллером, а в каждый измерительный канал системы введен нормирующий усилитель, при этом пульт оператора и индикатор соединены с микроконтроллером, а управляющие выходы микроконтроллера соединены с соответствующим измерительному каналу нормирующим усилителем и усилителем сигналов.the indicator display, in contrast to the prototype, additionally introduced a control and information processing unit consisting of an operator panel, an indicator and a computer, two devices for interfacing with a computer and a microcontroller, and a normalizing amplifier was introduced into each measuring channel of the system, while the operator panel and indicator are connected with the microcontroller, and the control outputs of the microcontroller are connected to the corresponding measuring channel by a normalizing amplifier and a signal amplifier.

На фиг. изображена блок-схема заявляемой многоканальной информационно-измерительной системы контроля температуры лопаток ротора турбины газотурбинного двигателя.In FIG. shows a block diagram of the inventive multi-channel information-measuring system for monitoring the temperature of the blades of the rotor of the turbine of a gas turbine engine.

Заявляемая система содержит оптические головки 1-1, 1-2,..., 1-N, состоящие из инфракрасно прозрачных стекол 2-1, 2-2,..., 2-N и объективов 3-1, 3-2,..., 3-N, одновременно выполняющих функции полосовых фильтров частот. Внутри каждой оптической головки введены соответствующие входные торцы 4-1, 4-2,..., 4-N волоконных световодов, выполненных в виде волоконно-оптических кабелей 5-1, 5-2,..., 5-N.The inventive system contains optical heads 1-1, 1-2, ..., 1-N, consisting of infrared transparent glasses 2-1, 2-2, ..., 2-N and lenses 3-1, 3-2 , ..., 3-N, simultaneously performing the functions of bandpass frequency filters. Inside each optical head, corresponding input ends 4-1, 4-2, ..., 4-N of optical fibers made in the form of fiber optic cables 5-1, 5-2, ..., 5-N are introduced.

С помощью волоконно-оптических кабелей 5-1, 5-2,..., 5-N из зоны, близкой к лопаткам ротора, удалены электронные блоки 6-1, 6-2,..., 6-N, внутрь которых введены выходные торцы 7-1, 7-2,..., 7-N волоконно-оптических кабелей 5-1, 5-2,..., 5-N. С торцами 7-1, 7-2,..., 7-N соответствующих волоконно-оптических кабелей 5-1, 5-2,..., 5-N оптически связан фотодиоды 8-1, 8-2,..., 8-N. За ними следуют последовательно соединенные усилители сигналов 9-1, 9-2,..., 9-N, нормирующие усилители 10-1, 10-2,..., 10-N, микроконтроллер 11. Выходы микроконтроллера 11 соединены с соответствующими измерительному каналу усилителями сигналов 9-1, 9-2,..., 9-N и нормирующими усилителями 10-1, 10-2,..., 10-N.Using fiber-optic cables 5-1, 5-2, ..., 5-N, the electronic units 6-1, 6-2, ..., 6-N were removed from the area close to the rotor blades, inside of which output ends 7-1, 7-2, ..., 7-N of fiber optic cables 5-1, 5-2, ..., 5-N are introduced. The ends 7-1, 7-2, ..., 7-N of the corresponding fiber optic cables 5-1, 5-2, ..., 5-N are connected optically by photodiodes 8-1, 8-2, .. ., 8-N. They are followed by series-connected signal amplifiers 9-1, 9-2, ..., 9-N, normalizing amplifiers 10-1, 10-2, ..., 10-N, microcontroller 11. The outputs of microcontroller 11 are connected to the corresponding measuring channel signal amplifiers 9-1, 9-2, ..., 9-N and normalizing amplifiers 10-1, 10-2, ..., 10-N.

Микроконтроллер 11 также соединен с составляющими частями блока управления и обработки информации 12, а именно с пультом The microcontroller 11 is also connected to the component parts of the control unit and information processing 12, namely with the remote control

оператора 13, жидкокристаллическим индикатором 14 и через устройство сопряжения 15 с ЭВМ 16.operator 13, a liquid crystal display 14 and through a device for interfacing 15 with a computer 16.

Для сопряжения с внешними устройствами ЭВМ 16 через устройство сопряжения 17 имеются канал внешней связи 18 и управляющий выход 19, который, в свою очередь, соединен с газотурбинным двигателем 20, который, в свою очередь содержит точки контроля температуры 21-1, 21-2,..., 21-N.To interface with external computer devices 16 through the interface device 17 there is an external communication channel 18 and a control output 19, which, in turn, is connected to a gas turbine engine 20, which, in turn, contains temperature control points 21-1, 21-2, ..., 21-N.

Заявляемая многоканальная информационно-измерительная система контроля температуры лопаток ротора газотурбинного двигателя работает следующим образом.The inventive multi-channel information-measuring system for monitoring the temperature of the rotor blades of a rotor of a gas turbine engine operates as follows.

Излучение от лопатки проецируется оптической головкой 1-1 через инфракрасно прозрачное стекло 2-1 и объектив 3-1, одновременно выполняющий функции полосового фильтра частот, на входной торец 4-1 волоконно-оптического кабеля 5-1. Излучение с выходного торца 7-1 волоконно-оптического кабеля 5-1 преобразуется в электрический сигнал фотодиодом 8-1. Далее он усиливается усилителем сигналов 9-1.The radiation from the scapula is projected by the optical head 1-1 through infrared transparent glass 2-1 and the lens 3-1, which simultaneously functions as a bandpass filter of frequencies, on the input end 4-1 of the fiber optic cable 5-1. The radiation from the output end 7-1 of the fiber optic cable 5-1 is converted into an electrical signal by a photodiode 8-1. Further, it is amplified by a signal amplifier 9-1.

Нормирующий усилитель 10-1 предназначен для приведения сигнала к значению, обеспечивающему оптимальное использование динамического диапазона аналогово-цифрового преобразователя, встроенного в микроконтроллер 11.The normalizing amplifier 10-1 is designed to bring the signal to a value that ensures optimal use of the dynamic range of the analog-to-digital converter built into the microcontroller 11.

Микроконтроллер 11 обрабатывает полученный сигнал согласно программе «Обработка информации с выхода датчиков для коррекции погрешностей», на которую получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2008611288.The microcontroller 11 processes the received signal according to the program "Processing information from the sensors output to correct errors", which received a certificate of state registration of computer programs No. 2008611288.

С выхода микроконтроллера 11 электрический сигнал, пропорциональный истинной температуре лопатки ротора газотурбинного двигателя, поступает на жидкокристаллический индикатор 14, который отображает его в цифровом виде. Также с выходов микроконтроллера 11 поступают управляющие сигналы на усилитель сигналов 9-1 и From the output of the microcontroller 11, an electric signal proportional to the true temperature of the rotor blades of the gas turbine engine is supplied to the liquid crystal indicator 14, which displays it in digital form. Also, the outputs of the microcontroller 11 receive control signals to the signal amplifier 9-1 and

нормирующий усилитель 10-1 для установки необходимых диапазонов измерений.10-1 rated amplifier for setting the required measuring ranges.

Остальные измерительные каналы работают идентично, поэтому нет необходимости расписывать их принцип работы.The remaining measuring channels work identically, so there is no need to paint their operating principle.

С помощью пульта оператора 13 можно включить/выключить информационно-измерительную систему и управлять настройкой диапазонов температур и характеристик материалов объектов измерения.Using the operator panel 13, you can turn on / off the information-measuring system and control the setting of temperature ranges and characteristics of the materials of the measurement objects.

Через устройство сопряжения 15 микроконтроллер 11 и ЭВМ 16 производят обмен получаемой информацией. Далее с ЭВМ 16 необходимая информация может быть передана далее через канал внешней связи 18, а управляющий сигнал 19 - на соответствующий регулятор объекта измерения (газотурбинный двигатель) 20.Through the interface device 15, the microcontroller 11 and the computer 16 exchange the received information. Further, with the computer 16, the necessary information can be transmitted further through the external communication channel 18, and the control signal 19 to the corresponding controller of the measurement object (gas turbine engine) 20.

Таким образом, использование подобной структуры информационно-измерительной системы приводит к увеличению точности измерений за счет подбора диапазонов измерений с помощью усилителя сигналов и нормирующего усилителя, управляемых микроконтроллером, и расширению функциональных возможностей.Thus, the use of such a structure of the information-measuring system leads to an increase in the accuracy of measurements due to the selection of measurement ranges using a signal amplifier and a normalizing amplifier controlled by a microcontroller, and to expand the functionality.

Claims

Multichannel information-measuring system for monitoring the temperature of the rotor blades of a gas turbine engine, containing an optical head coupled to the input end of the fiber, the output end of which is coupled to a radiation receiver, which is part of the electronic signal conversion, amplification and processing unit, microcontroller, digital indicator display, lens the optical head is made with adjustable focal length, and in each stage of the engine the optical head and part of the fiber light and placed inside the protective optical probe, the free end of the probe directed to the blades is covered with infrared transparent glass and placed in the turbine housing of the engine, and the other part of the optical fiber outside the engine is placed inside the protective flexible metal sleeve, while the number of measurement channels is equal to the number of stages of the engine turbine, the outputs of all measuring channels are connected to a microcontroller having built-in I / O ports, a memory, and the output of the microcontroller is connected to a digital indicator display, about characterized by the fact that it additionally contains a control and information processing unit consisting of an operator panel, an indicator and a computer, two interface devices with a computer and a microcontroller, and a normalization amplifier is introduced into each measuring channel of the system, while the operator panel and indicator are connected to the microcontroller and the control outputs of the microcontroller are connected to the corresponding measuring channel by a normalizing amplifier and a signal amplifier.