專利名稱：在壓力測量中使用渦流轉換器的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及一種數(shù)字阻抗測量系統(tǒng)，特別涉及一種用來幫助提高壓力測量的靈敏度的數(shù)字渦流系統(tǒng)。
背景技術：
氣體渦輪發(fā)動機典型地包括壓縮機部分、燃燒室部分和至少一個渦輪部分。壓縮機壓縮與燃料混合并且被導入至燃燒室的空氣。然后點燃該混合物以產生熱燃燒氣體。燃燒氣體被導入渦輪，渦輪從燃燒氣體吸取能量以為壓縮機提供動力，而且產生有用功以驅動負載，例如發(fā)電機，或者推進飛行中的飛機。
氣體渦輪發(fā)動機在許多不同工作條件下工作，而燃燒室的性能有利于發(fā)動機工作在較寬范圍的發(fā)動機工作條件下。通常，穩(wěn)定的燃燒有利于減少發(fā)動機的熄火，而不會犧牲發(fā)動機的額定推力或功率水平。還有，為滿足環(huán)境規(guī)定的要求和為了有利于減少NOx的排放，至少一些已知的氣體渦輪使用干低氮氧化物(DLN)技術工作，其中，燃燒穩(wěn)定性同樣有利于控制氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)的排放。
至少一些已知的DLN燃燒系統(tǒng)使用預混合的燃料和空氣，并且在低燃料/空氣比(FAR)條件下工作，以有利于減少NOx的排放。當燃料與空氣比低于在現(xiàn)場工作條件期間提供的燃料所需的化學計量值時，出現(xiàn)低燃料/空氣比。然而，工作在這種低燃料/空氣比、預混合操作條件下的一個結果是燃燒系統(tǒng)可以在臨近預定的低熄火(LBO)邊界工作。將低熄火或弱熄滅定義為燃料與空氣的混合物是不再可燃時的工作條件。而且，在預混合的多噴嘴系統(tǒng)里，特別是對那些由擴散引燃或臨近化學計量燃燒的系統(tǒng)，可以將弱熄滅定義為燃燒效率有明顯下降和/或燃燒完全熄滅的點。
當工作在低FAR混合物條件下時，氣體渦輪可能受誘發(fā)的燃燒穩(wěn)定性的影響，該誘發(fā)的燃燒穩(wěn)定性是像壓力振動一樣可測量的。這種振動可以是蜂鳴聲，可以是LBO和超時的前兆，還可以增加到被稱為嘯叫的水平，該嘯叫可能損壞機器。另外，這種壓力振動是可以用壓力轉換器檢測到的，然而，由蜂鳴聲引起的壓力轉換器膜的微小移動(峰到峰的幅度)，與在燃燒室附近存在的任何環(huán)境噪聲相結合，將使得蜂鳴聲難于檢測。

發(fā)明內容
一方面，提供一種產生表示腔室內壓力振動的信號的方法。該方法包括感測腔室內的壓力；產生與感測的壓力有關的信號；數(shù)字化所述信號；將數(shù)字化信號從時域變換到頻域以產生能量譜；和分析能量譜以確定表示數(shù)字化信號的基本上非隨機分量的能量尖峰。
另一方面，提供一種用于產生表示腔室內壓力振動的信號的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括與腔室流體連通的傳感器，所述傳感器設計成能產生與腔室內壓力有關的輸出信號；采樣電路，其設計成周期地接收所述輸出信號，所述采樣電路設計成將接收的信號進行數(shù)字化；傅里葉變換電路，其設計成產生所述數(shù)字化信號的能量譜；分析儀，其設計成處理該能量譜，以確定表示數(shù)字化信號的基本上非隨機分量的能量尖峰。


圖1是一個典型的數(shù)字渦流系統(tǒng)的示意框圖；圖2是包括有多個環(huán)形燃燒室的氣體渦輪發(fā)動機的簡化示意圖；圖3是可以與圖2所示發(fā)動機一起使用的、在壓力感測應用中的典型傳感器的輸出的示波器波形；圖4是用典型的1微英寸、100Hz信號激勵的圖2所示傳感器的示波器波形；圖5是經(jīng)過實時FFT變換的傳感器輸出的示波器波形；圖6是圖2所示的從傳感器采集的典型數(shù)據(jù)繪制在計算機上的示波器波形。
圖7是用于產生表示腔室內壓力振動的信號的示例性方法的流程圖。
具體實施例方式
圖1是一個典型的數(shù)字渦流系統(tǒng)10的示意框圖，系統(tǒng)10包括與系統(tǒng)10可操作連接的轉換器12。系統(tǒng)10包括用于數(shù)字測量轉換器12的未知電阻器抗的電壓比方法(VR方法)。轉換器12包括完整感測部件或線圈14和多導體轉換器電纜15。感測部件14包括第一電線16和第二電線18。轉換器電纜15包括從轉換器電纜15的第一末端26延伸至第二末端28的第一導體22和第二導體24。
在電纜第一末端26，每個第一導體22和第二導體24分別可操作地連接到感測部件14的第一電線16和第二電線18。在電纜第二末端28，第一導體22在節(jié)點46處與電阻器40的第二接線端42連接，第二導體24與地節(jié)點48連接，由此，將未知動態(tài)轉換器阻抗Zunknown的一端導線接地。
在典型的實施方式中，轉換器12與感測原始動態(tài)數(shù)據(jù)的機器連接，該原始動態(tài)數(shù)據(jù)與限定在轉換器12和導電的或金屬的目標30之間的間隙距離29有關，該目標30例如但不限于機器的轉動軸或被監(jiān)測的滾動部件軸承的外座圈。
數(shù)字渦流系統(tǒng)10包括電阻值為R并且具有第一接線端41和第二接線端42的電阻器40，第一接線端41和第二接線端42分別連接在第一節(jié)點44和第二節(jié)點46之間。
轉換器12具有值為Zunknown并且連接在節(jié)點46處的電阻器40的第二接線端42與地接點48之間的未知動態(tài)轉換器阻抗。所以，電阻器40和轉換器12形成一串聯(lián)電連接。
數(shù)字渦流系統(tǒng)10還包括濾波器50、信號發(fā)生器70、計時控制電路80、采樣電路90、卷積電路100和數(shù)字信號處理器(DSP)110。為了驅動通過電阻器40和轉換器12的信號，信號發(fā)生器70通過濾波器50在節(jié)點44處可操作地與電阻器第一接線端41連接，因此，施加了串聯(lián)連接的電阻器40和轉換器12上的第一電壓V1，以及僅僅轉換器12上的第二電壓V2。正如這里所應用的，術語“處理器”也可以是微處理器、中央處理單元(CPU)、專用集成電路(ASIC)、邏輯電路，以及任何其他如這里所述的能夠執(zhí)行檢查系統(tǒng)的電路或處理器。
在典型的實施方式中，為了驅動一個或多個頻率的可編程動態(tài)信號，通過濾波器50和電阻器40/轉換器12組合的串聯(lián)連接，信號發(fā)生器70通過濾波器50在節(jié)點44處可操作地與電阻器40連接，并且還連接到數(shù)字信號處理器(DSP)110。特別地，為驅動動態(tài)信號或波形通過電阻器40和轉換器12，信號發(fā)生器70包括經(jīng)由濾波器50及緩沖、增益和補償電路60后可操作地連接到電阻器第一接線端41的直接數(shù)字合成(DDS)裝置72。
所述動態(tài)信號產生施加到串聯(lián)連接的電阻器40和轉換器12上的第一電壓V1，以及僅施加到轉換器12上的第二電壓V2。在典型實施方式中，轉換器感測部件14與最接近的目標30連接，這樣所述動態(tài)信號引起感測部件14產生一個交變磁場，交變磁場在金屬目標30內引起渦流。反過來，目標30里的渦流引起感測部件14中的電壓，以及轉換器12的阻抗的變化，該變化作為例如轉換器12與目標30之間間隙距離29變化的函數(shù)而變化。
在典型的實施方式中，為驅動多個動態(tài)信號以不同頻率通過電阻器40和轉換器12，信號發(fā)生器70包括經(jīng)由濾波器50及緩沖、增益和補償電路60后連接到電阻器第一接線端41的多個直流數(shù)字合成(DDS)裝置72，并且進行隨后的包括卷積的處理以實現(xiàn)在不同頻率時轉換器12的同步阻抗測量，所述不同頻率與轉換器12與目標30之間的間隙距離29有關。
每個DDS裝置72可以經(jīng)由接口114連接到DSP110，并且產生純頻率/相位可編程動態(tài)信號，例如正弦波。DSP110可以包括對輸出信號的頻率和相位進行編程的算法，所述輸出信號依次可以用于驅動具有頻率/相位可編程動態(tài)模擬信號的轉換器12，所述頻率/相位可編程動態(tài)模擬信號具有在全數(shù)字控制下可以精確操作的輸出頻率/相位。所以，每個DDS裝置72可以在多個頻率/相位進行數(shù)字編程以精確地輸出用作驅動信號或參考信號的正弦波。在一個實施方式中，DDS裝置72是例如從Analog Devives，Norwood，MA購買的、部件號為AD9850的裝置。
濾波器50電連接在DDS裝置72和電阻器40之間，以濾波從DDS裝置72輸出的模擬動態(tài)信號。在典型的實施方式中，濾波器50包括至少一個電連接在每個DDS裝置72和電阻器40的第一接線端41之間的低通濾波器52，以去除例如DDS裝置72產生的諧波而使每個DDS裝置72的輸出動態(tài)信號或波形凈化。例如，當DDS裝置72的輸出結果是10加比特(ten plus bit)數(shù)字到模擬轉換器時，利用低通濾波器可以濾掉定量的噪聲。所以，濾波器52移除該步驟并且有利于平滑DDS裝置72輸出的模擬動態(tài)信號。另外，濾波器52有利于減少系統(tǒng)10的噪聲帶寬以改善信噪比。在一個實施方式中，低通濾波器52是五極橢圓濾波器(five pole elliptical filter)裝置。
在典型的實施方式中，為緩沖和放大模擬動態(tài)信號以及提供任何所希望的模擬動態(tài)信號的補償，緩沖、增益和補償電路60電連接在濾波器50和電阻器40之間。采樣電路90連接到第一節(jié)點44，以采樣和數(shù)字化施加到串聯(lián)連接的電阻器40/轉換器12組合上的電壓V1。另外，采樣電路90連接到第二節(jié)點46，以采樣和數(shù)字化僅施加到轉換器12的電壓V2。在典型實施方式中，采樣電路90包括一對模數(shù)轉換器(ADC)92和94，這對模數(shù)轉換器(ADC)92和94分別連接到第一節(jié)點44和第二節(jié)點46，以采樣和數(shù)字化第一動態(tài)電壓V1和第二動態(tài)電壓V2。在一個實施方式中，ADC92和94是14比特、寬帶寬的轉換器，例如從AnalogDevives，Norwood，MA購買的、部件號為AD6644的轉換器。
計時控制電路80能使信號發(fā)生器70的輸出信號與采樣電路90的采樣速度同步，這樣，保持了輸出信號和采樣之間的相位關系。計時控制電路80可操作地連接到每個DDS裝置72、ADC92和94，并連接到DSP110。所以，DDS裝置72被計時控制電路80鎖定，這樣，正確設置了DDS裝置72輸出的頻率。另外，計時控制電路80能使DDS裝置72的輸出與ADC92和94的采樣速度同步，這樣，保持了動態(tài)驅動信號和采樣信號之間的相位關系。所以，采樣可以與動態(tài)驅動信號同步執(zhí)行。
計時控制電路80包括可操作地連接到每個DDS裝置72的石英時鐘振蕩器84，以向每個DDS裝置72提供時鐘信號。
DDS裝置72和ADC92和94還被振蕩器84鎖定，以確保信號發(fā)生器70與采樣電路90之間的相位一致。
卷積電路100可以是獨立裝置，例如，以數(shù)字降值計數(shù)器(digital downcounter)的形式。在典型的實施方式中，卷積電路100連接在采樣電路90與DSP110之間，以進行卷積操作。模數(shù)轉換后的電壓V1D和V2D被卷積電路100接收并卷積，然后作為復電壓數(shù)字V1C和V2C輸送到DSP110。可以編程卷積電路100編程以處理預定的頻率。在一個實施方式中，卷積電路100是數(shù)字降值計數(shù)器(DDC)，例如從IntersilCorporation，Milpitas，CA購買的、部件號為HSP50216的計數(shù)器。
在可替換實施方式中，數(shù)字卷積電路100與數(shù)字信號處理器110一體形成，其中，DSP110可操作地連接到ADC92和94，以接收來自ADC92和94的第一和第二數(shù)字化的電壓信號V1D和V2D，并且由積分卷積電路100將數(shù)字化的電壓卷積成相應的復電壓(complex voltage)數(shù)字V1C和V2C。具有積分卷積電路100如210XX系列裝置的DSP110可以從AnalogDevives，Norwood，MA購買到。經(jīng)由卷積電路100將數(shù)字化的電壓卷積成相應的復電壓數(shù)字V1C和V2C的處理被定義為同相和求積分(quadrature)檢測或求積分合成。計算出的阻抗可以由處理器110轉換成電壓或與轉換器12與目標30之間的間隙距離29有關的間隙值，該電壓或間隙值使用存儲在例如與處理器110連接的存儲器120內的公式、算法、數(shù)字方法或查表進行監(jiān)測?？梢詫⒆杩够蜷g隙值經(jīng)由數(shù)模轉換器140輸出到模擬輸出142。模擬輸出142可以包括例如警報器、繼電器和電路斷路器，當模擬輸出超過預定的正常操作范圍時，該電路斷路器可以跳閘。
可以將阻抗或間隙值通過通信線路144輸出到用于進一步處理的主機146，以用于監(jiān)測旋轉或往復式機器?？梢酝ㄟ^菜單驅動界面將輸入裝置148，例如但不局限于鍵盤、指點器、聲音命令電路和/或觸摸屏，用于輸入數(shù)據(jù)或修改系統(tǒng)10的設置，該菜單驅動界面可以在顯示器150上看到。該輸入數(shù)據(jù)能立即用于計算或存儲在存儲器120中以備后用。顯示器150可以包括例如CRT或LCD監(jiān)視器、和/或硬拷貝裝置。
在操作中，從轉換器線圈14發(fā)射射頻(RF)信號，這樣在轉換器項端周圍產生RF場。在典型實施方式中，RF場擴展到大于近似0.1英寸(100密耳)的間隙距離29。當目標30在RF場內的時候，渦流流入目標30的表面。渦流的滲透深度由目標30的導電率和磁導率(permeability)決定。例如，E4140鋼的滲透深度大約為0.003英寸(3密耳)。當轉換器12離目標30足夠近以致于引起流入目標30的渦流時，RF信號受到影響，由于在轉換器12與目標30之間的間隙距離29最小時RF信號幅值也最小，因而導致流入目標30內的渦流最大。相似地，在轉換器12與目標30之間的間隙距離29最大時RF信號幅值最大，因而導致了目標30內的渦流最小。另外，當目標30在RF場內慢慢地移動時，RF信號幅值就會慢慢地增加或減小。如果目標在RF場內快速地移動時，RF信號幅值就會快速地增加或減小。例如當目標30相對于轉換器12振動時，則目標30的振動會引起RF信號調制。
圖2是包括有多個環(huán)形燃燒室202的氣體渦輪發(fā)動機200的簡化示意圖。每個燃燒室202與壓縮機部分204和渦輪部分206以串聯(lián)連通方式排列。主燃料供給208通過主管道210和多個分支管道212與每個燃燒室202以流動連通方式連接。將壓縮機204里的高壓空氣導入每個燃燒室，這樣，將燃料和空氣混合物供給到每個燃燒室202。
燃燒傳感器216可位于一個或多個燃燒室202內以監(jiān)測那里的壓力波動。在典型的實施方式中，傳感器216把表示燃燒室202內的燃燒情況的信號傳送到數(shù)字渦流系統(tǒng)10。傳感器216包括一個轉換器12(圖1所示)，轉換器12與目標30最接近(圖1所示)，這樣，目標30與燃燒室202是壓力連通，并且感測燃燒室202內的靜態(tài)壓力和動態(tài)壓力變化。轉換器12與目標30是RF連通，這樣，間隙距離29(圖1所示)和間隙距離29的變化作為轉換器12的阻抗的變化被轉換器12感測。傳感器216可以與轉換器12和目標30一體形成，或轉換器12和目標30是彼此分離的元件。盡管只示出了四個燃燒室202，應當理解，氣體渦輪發(fā)動機200可以包括多于或少于四個燃燒室，這取決于發(fā)動機的結構尺寸。例如，在一個典型實施方式中，氣體渦輪發(fā)動機200包括24個燃燒室202。
數(shù)字渦流系統(tǒng)10可通過適當?shù)墓艿?20例如但不限于電信號電纜、纖維光纜或無線連接，可以以通信的方式連接到快速傅里葉變換分析儀(FFT)218。在典型實施方式中，F(xiàn)FT218是獨立部件。在可替換實施方式中，F(xiàn)FT218的功能可以合并到數(shù)字渦流系統(tǒng)10，例如作為可選擇的可用電路。在另一實施方式中，F(xiàn)FT218可以嵌入到軟件程序中，該程序要么在專用的獨立FFT218中執(zhí)行，要么在數(shù)字渦流系統(tǒng)10中執(zhí)行。在另一實施方式中，F(xiàn)FT218可連通地連接到數(shù)模轉換器226，該數(shù)模轉換器226將數(shù)字頻譜轉換成模擬信號，該模擬信號可以輸出到示波器228以作為示波器波形顯示所述頻譜。FFT218也可以以通信的方式連接到計算機230，該計算機230可以接收數(shù)字數(shù)據(jù)以產生圖譜。
在一個實施方式中，F(xiàn)FT218包括處理器222，該處理器222包括裝置224，例如軟盤驅動器、CD-ROM驅動器、DVD驅動器、磁光盤(MOD)裝置或任何其他包括網(wǎng)絡連接裝置的數(shù)字裝置，該網(wǎng)絡連接裝置例如是從計算機可讀媒質(未示出)讀取指令和/或數(shù)據(jù)的以太網(wǎng)裝置，該計算機可讀介質例如是軟盤、CD-ROM、DVD或其他例如網(wǎng)絡或互聯(lián)網(wǎng)以及將被開發(fā)的數(shù)字裝置的數(shù)字源。在另一個實施方式中，F(xiàn)FT218執(zhí)行存儲在固件(未示出)中的指令。將FFT218編程為執(zhí)行這里所描述的功能，并且，在此使用的術語處理器不僅限于那些通常稱作計算機的集成電路，而泛指計算機、處理器、微控制器、微型計算機、可編程邏輯控制器、專用集成電路和其他可編程電路，這些術語在此可互換地使用。另外，盡管這里所描述的方法和系統(tǒng)是在工業(yè)裝置中描述的，但是應當理解，本發(fā)明的優(yōu)點適用于非工業(yè)系統(tǒng)，例如那些典型的應用于交通裝置例如但不限于飛機中的系統(tǒng)，。
圖3是在壓力感測應用中典型傳感器216的輸出的示波器波形300。在典型實施方式中，傳感器216中的目標材料是具有一些已知的產生大約2至5磅/平方英寸(psi)動態(tài)壓力的蜂鳴聲的膜，該動態(tài)壓力調制基本上較高的靜態(tài)壓力(250-500psi)，預先選擇所述膜以提供每磅/平方英寸大約3.6微英寸膜位移或變形。這種膜的微小變形很難在傳感器216的輸出上檢測。例如，1微英寸的位移，其相當于0.27磅/平方英寸(psi)的壓力信號，在傳感器216的定標設置為200Mv/mil時，在傳感器216的輸出上僅產生0.2mV。這么小的信號可能降到低于系統(tǒng)10的固有噪聲電平，因而難以識別。波形300示出了傳感器216的時基波形輸出，該波形輸出以100Hz頻率大約10微英寸的位移距離振動。將示波器設置為每一橫向分度顯示10毫秒，以及每一縱向分度顯示1毫伏。在典型實施方式中，這個位移值相應于燃燒室202內壓力的大約3psi的振動。波形300相應于大約3psi的蜂鳴聲。位于波形300上的多個噪聲波形302阻止了波形300幅值的精確確定，所以阻止了燃燒室202內壓力波動的精確確定。盡管噪聲波形302阻止了波形300幅值的精確確定，但它可以在存在100Hz信號時進行識別。
圖4是由1微英寸、100Hz信號激勵的傳感器216的示波器波形400。1微英寸信號相應于大約0.27psi壓力變化和0.2毫伏的傳感器216的輸出。將示波器設置為每一橫向分度顯示10毫秒，每一縱向分度顯示1毫伏。當在系統(tǒng)10內存在這種信號幅度和大約1毫伏的噪聲時，則不存在可識別信號(該可識別信號在波形400中可以確定)。1毫伏的噪聲相應于大約5微英寸的位移，并且大于燃燒室202內的1psi。為了從噪聲中識別來自傳感器216的信號，就要進行額外的處理。
圖5是經(jīng)過實時FFT218處理的傳感器216輸出的示波器波形500，它是將數(shù)據(jù)變換成頻域振幅譜并且提供這個頻域振幅譜來控制和使邏輯電路(未示出)報警，進而控制發(fā)動機200的操作。正如這里所使用的，實時是指在影響結果的輸入改變后，在相當短的期間內發(fā)生的結果。該期間可以是有規(guī)律重復任務的每個重疊之間的時間值。這樣的重復任務被稱為周期任務。時間周期是實時系統(tǒng)的設計參數(shù)，它可以基于結果的重要性和/或系統(tǒng)對輸入執(zhí)行處理以產生結果的能力、或者是組成系統(tǒng)的部件中的固有延遲來進行選擇。FFT218能使來自傳感器216的小位移幅度信號從噪聲信號中識別?？梢栽诳蛇x擇的時間周期內采樣傳感器216的輸出。將輸出波形應用于FFT218。在典型實施方式中，F(xiàn)FT218是4096點4-基的(4096-poin tradix-4)FFT?？蛇x擇采樣時間以提供最佳的帶寬/分辨率的折衷。利用FFT218，由于在非隨機頻率采樣的能量大于隨機頻率時的能量，因而輸出信號分量是非隨機分量可以比隨機分量以更大的幅度顯示。更長的采樣時間對應于信號的隨機分量與非隨機分量之間的幅度更大的差異。峰502表示傳感器216的膜在100Hz、50微英寸的振動變形的實時信號。峰502指示出在100Hz處的信號能量大于在頻譜中的其他頻率處的能量。波形500的部分504表示頻率的較低幅度帶，本實施例中，它們構成傳感器216的輸出信號。波形500的部分506表示來自頻帶的噪聲，它們基本上已經(jīng)被低通濾波器(未示出)濾掉。
圖6是表示從傳感器216采集的典型數(shù)據(jù)繪制在計算機230上的示波器波形600。點602代表對應于50微英寸、信號的100Hz分量的輸出信號中的能量。點604、606和608每個代表對應于1微英寸膜位移分別在100Hz、500Hz和1000Hz處的輸出信號分量中的能量。如圖4所示，那些用標準處理不能識別的相對小的位移，利用FFT218在100Hz、500Hz和1000Hz的非隨機頻率時收集的數(shù)據(jù)清楚地顯示出可識別的幅值。波形600上的每一點代表其所在頻率處的輸出信號中的能量值。在特定頻率分量處的能量越大，這個點在波形600上的位置就越高?；€610代表系統(tǒng)10的大約為1mV峰-峰的固有噪聲電平?；€610對應于圖5所示的點504。點604對應于在100Hz的膜的1微英寸(0.27psi)的移動。利用FFT218來處理輸出信號，點604代表4倍于信號噪聲幅度的信號分量。
圖7是用于產生信號的典型方法700的流程圖，所述信號表示腔室內的壓力振動。該方法包括感測腔室內的壓力702。在典型實施方式中，傳感器包括對腔室內的壓力敏感的膜和與數(shù)字渦流系統(tǒng)連接的渦流轉換器，所述腔室例如但不限于氣體渦輪發(fā)動機燃燒室。渦流轉換器從與膜最接近的表面發(fā)射RF波，這樣，RF波與膜相互作用以在膜內產生渦流。進而，渦流影響轉換器的復阻抗(complex impedance)，所述復阻抗與轉換器發(fā)射表面與膜之間的間隙距離有關。由于正常燃燒和/或燃燒不穩(wěn)定，壓力在燃燒室內產生波動，轉換器的輸出信號成比例地發(fā)生變化，產生與感測的壓力有關的信號704。輸出信號被采樣電路采樣并數(shù)字化706，利用FFT分析儀將數(shù)字化信號從時域變換到頻域以產生能量譜708。分析能量譜以確定能量尖鋒，該尖鋒指示出數(shù)字化信號的基本上非隨機的分量。相當一部分信號可以歸因于電路和/或部件，這些電路和/或部件生成相對于包含信號部分的信息的噪聲。信號的噪聲分量通過多個頻率基本上均勻地散布。重復信號，例如燃燒室蜂鳴聲中產生的信號通?；旧霞杏谝粋€或多個特性頻率上。信號的快速傅里葉變換可以顯示包含在多個頻率的信號的每個頻率電平內的能量。相對于噪聲或信號的隨機分量，F(xiàn)FT有強調信號的非隨機變量的效果，這樣，在典型實施方式中，可以處理由蜂鳴聲引起的和位于較大噪聲靜態(tài)壓力信號上的小信號強度，以產生與燃燒室的操作有關的重要信息。
通過測量發(fā)動機燃燒室里動態(tài)壓力的相對小的、非隨機振動，可以檢測氣體渦輪發(fā)動機的蜂鳴聲。利用數(shù)字渦流系統(tǒng)和FFT分析儀可以監(jiān)測發(fā)生在可確定頻率處的非隨機振動，進而確定發(fā)動機燃燒室的頻譜輸出。從所監(jiān)測的頻譜的變化可以確定是蜂鳴聲或者蜂鳴聲的開始。變化可以作為頻譜幅度中的峰出現(xiàn)，該峰隨著工作參數(shù)變化，該工作參數(shù)例如但不限于發(fā)動機負載、發(fā)動機氣流、燃料質量或進氣口空氣溫度。
上面所述的方法和系統(tǒng)提供了一種用于測量燃燒室動態(tài)壓力變化的有成本效益的而且可靠的裝置，該壓力變化被作為蜂鳴聲。更特別的，這種方法和系統(tǒng)有利于利用渦流轉換器來測量壓力傳感器膜的接近性和/或變化，并且利用FFT分析儀對傳感器輸出信號進行處理以確定該信號的非隨機頻率分量，所述信號可以代表發(fā)動機的蜂鳴聲。所以，這里所描述的方法和系統(tǒng)有利于以節(jié)省成本且可靠的方式監(jiān)測設備。
盡管本發(fā)明是參照對氣體渦輪發(fā)動機的蜂鳴測量來描述的，但許多其他的應用也是可行的。例如，可以預期的是，本發(fā)明可以應用到任何系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中，相對小的非隨機頻率信號會受固有噪聲電平影響，該噪聲固有電平至少部分地使信號模糊，這些系統(tǒng)例如但不限于是處理系統(tǒng)測量和儀表系統(tǒng)。
上面詳細描述了壓力測量系統(tǒng)的典型實施方式。這種測量系統(tǒng)不局限于這里所描述的特定實施方式，而且，每個系統(tǒng)的元件可以與這里所述的其他元件獨立和分別使用。每一系統(tǒng)元件還可以與其他系統(tǒng)元件結合使用。
盡管本發(fā)明已經(jīng)依照不同的特定實施方式進行了描述，本領域的技術人員可以理解，可以在不脫離權利要求的精神和范圍的情況下對本發(fā)明進行修改。
權利要求
1.一種用于產生代表腔室內壓力振動的信號的方法(700)，所述方法包括感測腔室內的壓力(702)；產生與感測的壓力有關的信號(704)；數(shù)字化所述信號(706)；將數(shù)字化信號從時域變換到頻域以產生能量譜(708)；和分析能量譜以確定表示數(shù)字化信號的基本上非隨機分量的能量尖峰(710)。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，感測腔室內的壓力包括感測膜(216)的變形，所述膜與腔室以流體連通的方式相連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，感測膜的變形包括利用渦流傳感器(216)感測膜的變形，所述膜與腔室以流體連通的方式相連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，腔室是燃燒室(202)，感測腔室內的壓力包括感測表示燃燒室內的蜂鳴的動態(tài)壓力。
5.一種用于產生表示腔室內壓力振動的信號的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括與腔室(202)流體連通的傳感器(216)，所述傳感器設計成能產生與腔室內壓力有關的輸出信號；采樣電路(90)，其設計成周期地接收所述輸出信號，所述采樣電路設計成將接收的信號進行數(shù)字化；傅里葉變換電路，其設計成產生所述數(shù)字化信號的能量譜；和分析儀，其設計成處理該能量譜，以確定表示數(shù)字化信號的基本上非隨機分量的能量尖峰。
6.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器包括膜，所述膜設計成相對于腔室內的壓力變化而變形。
7.根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器還包括轉換器(12)，所述轉換器設計成產生與所述變形有關的輸出信號。
8.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器包括渦流轉換器(12)。
9.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述腔室是燃燒室(202)，所述傳感器(202)設計成感測表示燃燒室內蜂鳴的動態(tài)壓力。
10.根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，其中，燃燒室包括靜態(tài)壓力成分和動態(tài)壓力成分，所述傳感器設計成產生與所述動態(tài)壓力成分有關的信號。
全文摘要
提供一種產生表示腔室內壓力振動的信號的方法(700)。該方法包括感測腔室內的壓力(702)，產生與感測的壓力有關的信號(704)，數(shù)字化所述信號(706)，將數(shù)字化信號從時域變換到頻域以產生能量譜(708)，和分析該能量譜以確定表示數(shù)字化信號的基本上非隨機分量的能量尖峰(710)。
文檔編號G01L9/00GK1667390SQ20041001043
公開日2005年9月14日 申請日期2004年11月26日 優(yōu)先權日2003年11月26日
發(fā)明者S·M·霍伊特, R·D·斯拉特斯, S·A·克拉克 申請人:通用電氣公司