(57)【要約】      （修正有）【課題】機器をモニターし、１以上のサテライトノードからのデータ及び／又は信号を、その機器のためのモニター又は制御器への伝送のためにベースノードに伝送するシステムを提供する。【解決手段】このシステム１は、高い周波数の音響信号を、機器に埋め込まれた１以上のサテライトノード１１から、その機器の構造要素を通してベースノード２０に伝送し得、苛酷な環境で配線する必要性を除き得る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの発電用機器の構成要素を含む構造体に取り付けられたセンサーにより、前記構造体を介して伝送されるセンサー信号を感知し、
前記センサーに接続された変換器により、センサー信号を超音波信号に変換し、
前記超音波信号を、前記構造体を介して、前記構造体に取り付けられたベースノードに伝送し、
前記超音波信号を前記ベースノードにおいて電気信号に変換し、
前記ベースノードの接続を介して電気信号を、前記発電用機器をモニター又は制御するように構成されたモニター又は制御機器に中継する
ことを含む、方法。
【請求項２】
複数の前記変換器及び複数の前記センサーがあり、各々のセンサーが前記複数の前記変換器の１つに接続されてサテライトノードを形成し、前記複数の前記センサーが前記構造体に取り付けられている、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記複数の前記センサーが前記構造体内に埋め込まれている、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記構造体が、ガスタービン、蒸気タービン、風力タービン、発電機、及びボイラーを含む群から選択される１つの発電用機器の構成要素である、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記超音波信号が、通常の作動中前記発電用機器により発生するバックグラウンドノイズの周波数の通常のスペクトル領域外の伝送周波数で伝送される、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記伝送周波数が、バックグラウンドノイズの周波数の前記通常のスペクトル領域より高い、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記センサーがリラクタンスプローブであり、前記構造体がガスタービン、蒸気タービン、及び風力タービンを含む群から選択される１つの発電用機器の構成要素であり、前記センサー信号が前記リラクタンスプローブにより感知されるタービンブレード流路からの電圧パルスであり、前記変換器が圧電変換器である、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記サテライトノードの各々の前記変換器が、変換された超音波周波数を各々の前記変換器に独特の周波数に暗号化することにより、前記ベースノードが各々のサテライトノードを識別することができるように構成されている、請求項２記載の方法。
【請求項９】
各々が変換器に接続されたセンサーを含む複数のサテライトノードであって、各々の変換器は、各々の変換器が接続されているそれぞれのセンサーから受け取った信号を超音波信号に変換するように構成されている、１つの発電用機器の構成要素を含む構造体に結合されている前記複数のサテライトノード、
前記複数のサテライトノードから間隔をあけて前記構造体に結合されたベースノードであって、前記複数のサテライトノードから前記構造体を通して伝送された超音波信号を受け取り、前記超音波信号を電気信号に変換するように構成されている前記ベースノード、及び
前記ベースノードに接続されており、前記電気信号を前記発電用機器のモニター又は制御器に中継するように構成されている接続
を含むシステム。
【請求項１０】
各々の前記センサーが前記構造体に埋め込まれている、請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記発電用機器がガスタービン、蒸気タービン、風力タービン、発電機、及びボイラーを含む群から選択される、請求項９記載のシステム。
【請求項１２】
前記超音波信号が、前記発電用機器によりその通常の作動中に発生するバックグラウンドノイズの周波数の通常のスペクトル領域を外れる周波数で前記複数のサテライトノードから伝送される、請求項９記載のシステム。
【請求項１３】
前記センサーが電源内蔵式である、請求項９記載のシステム。
【請求項１４】
各々の前記サテライトノードの各々の前記変換器が、各々の前記変換器が接続されているそれぞれのセンサーにより電力を供給される、請求項９記載のシステム。
【請求項１５】
前記ベースノードが、各々の前記複数のサテライトノードから受け取った信号を集めて集められた信号とし、前記集められた信号を前記接続を介して前記制御器に伝送するように構成されている、請求項９記載のシステム。
【請求項１６】
各々の前記センサーが、それぞれのセンサーから受け取った信号を前処理し圧縮して圧縮された信号とし、その圧縮された信号を各々の前記センサーが接続されている変換器に伝送するように構成されている、請求項９記載のシステム。
【請求項１７】
１つの発電用機器の構成要素を含む構造体であって、前記構造体を通して音を伝送することができる材料で製作されている前記構造体、
前記構造体に取り付けられた１以上のサテライトノードであって、その各々が、前記構造体を通して伝送される信号を受け取り、前記信号を超音波信号に変換するように構成されている前記１以上のサテライトノード、
前記構造体に取り付けられており、各々の前記１以上のサテライトノードにより前記構造体を通して伝送される超音波信号を受け取り、前記超音波信号を電気信号に変換し、前記電気信号を接続を介して前記発電用機器のモニター又は制御器を伝送するように構成されている、ベースノード
を含む装置。
【請求項１８】
前記発電用機器がガスタービン、蒸気タービン、風力タービン、発電機、及びボイラーを含む群から選択される、請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
各々の前記１以上のサテライトノードがリラクタンスプローブを含み、前記構造体がガスタービン及び蒸気タービンを含む群から選択される１つの発電用機器の構成要素であり、前記１以上のサテライトノードが受け取る前記信号がタービンブレード流路からの電圧パルスであり、各々の前記１以上のサテライトノードが圧電変換器を含む、請求項１７記載の装置。
【請求項２０】
１以上の前記サテライトノードが電源内蔵式である、請求項１７記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、様々なタイプの機器をモニター及び／又は制御するのに有用な方法、システム、及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサーは、通例、ガス、蒸気、及び風力タービン、発電機、並びにボイラーのような機器の大きい部品のモニター、診断、ライフィング(lifing)、及び制御操作を実行することに関連して使用される。かかる機器は通例アクセスが限定される苛酷な環境にある。かかる環境における新しいセンサーのより広い配備に対する主要な障壁は、各々のセンサーに対して個別に別々の電力及び信号線導管を設置することが必要なことである。発電用途において信号及び電線は、苛酷な環境で長時間存続しなければならず、また潜在的に危険な環境での使用が保証されなければならないので設置するのが高価である。このため、コストが上昇し、従ってかかる環境に最新の感知技術を配置する可能性が増大する。高周波に基づく無線伝送策は高価であり、しかも苛酷な環境に十分適してはいない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６７１７４１８号明細書
【発明の概要】
【０００４】
本開示に従って、１つの機器の構成要素を含む構造体に取り付けられたセンサーにより、その構造体を通って伝送される信号を感知し、センサーに接続された変換器により、センサー信号を超音波信号に変換し、その超音波信号を、構造体を介して、構造体に取り付けられたベースノードに伝送し、ベースノードで超音波信号を電気信号に変換し、ベースノードの有線接続を介して、その機器をモニター又は制御するように構成されたモニター又は制御機器に電気信号を中継することを含み得る方法が提供される。
【０００５】
本開示の別の局面によると、各々が変換器に接続されたセンサーを含む複数のサテライトノードであって、各々の変換器が、各々の変換器に接続されているそれぞれのセンサーから受け取った信号を超音波信号に変換するように構成されており、当該サテライトノードは１つの機器の構成要素を含む構造体と結合されている、前記サテライトノードと、サテライトノードから間隔をあけて前記構造体に結合されたベースノードであって、サテライトノードから構造体を通して伝送される超音波信号を受け取り、その超音波信号を電気信号に変換するように構成されている前記ベースノードと、ベースノードに接続されており、前記電気信号を前記機器の制御器に中継するように構成されている有線接続とを含み得るシステムが提供される。
【０００６】
本開示のさらに別の局面によると、１つの機器の構成要素を含む構造体であって、その中を通して音を伝送することができる構造体と、構造体に据え付けられており、各々が、構造体を通って伝送される信号を受け取り、その信号を超音波信号に変換するように構成されている１以上のサテライトノードと、構造体に据え付けられており、各々のサテライトノードにより構造体を通って伝送される超音波信号を受け取り、超音波信号を電気信号に変換し、かつその電気信号を有線接続を介して前記機器の制御器に伝送するように構成されているベースノードとを含み得る装置が提供される。
【０００７】
本開示の上記及びその他の特徴は、図面及び後続の特許請求の範囲と併せて以下の詳細な説明を検討することで当業者には明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】１つの機器をモニターするための従来技術のシステムの一例である。
【図２】本開示の信号を伝送しモニターするシステムの部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、従来技術の配線接続されたモニターシステムを示す。図示されているように、このシステム（全体を１で示す）は幾つかの有線センサー２を含んでおり、これらのセンサーは各々が、例えばタービンブレードの調子をモニターするためにガスタービンの外殻のような構造体３に取り付けられている。図示されているように、各々のセンサー２は、その結合されたセンサー２に電力を供給し、センサー２から得られた情報をモニター及び／又は制御システム（図には示してない）に伝送し得る電力及び信号有線導管４を有する。
【００１０】
ここで、図２を参照すると、本開示のモニター／信号伝送システム（全体を１０で示す）が示されている。このシステム１０は、構造体１４に結合されたサテライトセンサー１２及び送信機又は変換器１３を含むサテライトノード（全体を１１で示す）を含み得る。サテライトセンサー１２は電源内蔵式（環境発電式）センサーであり得る。図示されているように、サテライトセンサー１２は構造体１４に据え付けられ得、構造体１４内に埋め込まれ得るサテライトセンサープローブ１６を含み得る。送信機１３もまた構造体１４に据え付けられ得、有線接続１５を介してサテライトセンサー１２に作動可能に接続され得る。サテライトセンサーは用途に応じて受動リラクタンス又は圧電センサーであり得る。サテライトセンサー１２は、その結合したサテライト変換器１３に電力を供給し、センサーデータを前処理し圧縮し、データをサテライト変換器１３に伝送するように構成され得る。
【００１１】
構造体１４は、性能をモニターする必要がある１つの機器（例えば、発電機器）の構成要素、例えばガスタービン、蒸気タービン、風力タービン、発電機、及びボイラーの構成要素を含み得る。例えば、構造体１４はガスタービン圧縮機の外部ケーシング、又は風力タービンのブレードであることができよう。構造体１４は、点線の矢印１８で示されているように、音、例えば超音波信号のような音響信号を、構造体１４の１つの点から構造体１４を通して構造体１４の別の点まで伝送することができる金属又はセラミックのような材料製であり得る。
【００１２】
さらに図解されているように、音響信号１８は、サテライトノード変換器１３を介して構造体１４を通って伝達され得る。サテライトノード変換器１３は、圧縮／処理された信号及び／又はデータをサテライトセンサー１２から接続１５を介して受け取り、センサー信号及び／又はデータを処理及び／又は圧縮し、サテライトセンサー信号又はデータを超音波信号１８に変換するように構成され得る。サテライトノード変換器１３は、それが接続されているサテライトセンサー１２により電力を供給され得、又は環境発電による電源内蔵式であり得る。サテライトノード変換器１３は用途に応じて能動素子又は受動素子であり得る。サテライトノード変換器１３はさらに、圧縮されたデータ及び／又は超音波信号のようなデータを、構造体１４を通してベースノード（全体を２０で示し、以下に説明する）に伝送するように構成され得る。
【００１３】
図２に示されているように、システム１０はさらに、サテライトノード１１からある距離だけ間隔をあけて配置されたベースノード（全体を２０で示す）を含み得る。ベースノード２０はまた、例えば構造体１４に取り付けるか又はベースセンサープローブ２４により構造体１４内に埋め込むことによって、サテライトノードセンサー１２と同様にして構造体１４と結合し得るベースノードセンサー２２を含み得る。ベースノード２０はさらに、構造体２０に取り付けられ、ベースノード接続２８を介してベースノードセンサー２２に作動可能に接続され得るベースノードレシーバ２６を含み得る。ベースノードセンサー２２もまた電源内蔵式、例えば環境発電式であり得、ベースノードレシーバ２６に電力を供給し得る。
【００１４】
ベースノードレシーバ２６は、ベースノードセンサー２２からの信号を受け取るように構成され得るが、音響信号、例えばサテライトノード変換器１３からの超音波信号１８のようなデータ及び／又は信号を受け取るようにも構成され得る。ベースノードレシーバ２６はベースノードセンサー２２により電力を供給され得るか、又は電源内蔵式、例えば環境発電式であり得る。ベースノードレシーバ２６は用途に応じて能動又は受動であり得る。ベースノードレシーバ２６はまた、それが受け取る全ての信号及び／又はデータを集めて伝送し、それらの信号及び／又はデータを、単一の有線接続３０を介して、前記構造体１４が構成要素であるその機器の性能及び作動をモニター及び／又は制御するように構成し得るモニター又はコントローラ（図には示してない）に伝送するようにも構成され得る。有線接続３０に加えて、又はその代わりに、無線接続を使用し得ることと了解されたい。
【００１５】
本開示の１つの実施形態において、構造体１４が構成要素となっている機器の異なる領域をモニターするために複数のサテライトノード１１をその構造体１４に取り付け又は埋め込み得る。各々のサテライトノードは、そのそれぞれのサテライトノード変換器１３を介して、信号及び／又はデータを構造体を通してベースノードレシーバ２６に伝送し得、そこでベースノードセンサー２２によるモニター又はコントローラ（図には示してない）への伝送のために信号及び／又はデータが集められ得、このモニター又はコントローラは受け取った信号又はデータに作用して、サテライトノード１１及びベースノード２０が取り付けられ、又は埋め込まれている当該機器をモニター又は制御し得る。
【００１６】
既に述べたように、サテライトノード１１及びベースノード２０が取り付けられ、又は埋め込まれている構造体１４は、ガスタービン、蒸気タービン、風力タービン、発電機、又はボイラーのような機器の大きめの部品の構成要素であり得る。かかる機器は作動中、通例、対処しなければシステムの音響伝送１８を妨害する可能性があるノイズを発生する。かかるバックグラウンドノイズに対処する１つの手法は、その機器の通常の作動中に発生するバックグラウンドノイズの周波数の正常なスペクトル領域を外れる周波数で音響伝送１８を実施することである。例えば、伝送１８は、バックグラウンドノイズの領域より高い周波数で行い得る。或いは、機器のバックグラウンドノイズは、当技術分野で公知のノイズ消去技術を用いて消去し得るであろう。
【００１７】
本開示の１つの代表的なシステムにおいて、サテライトセンサー１２はリラクタンスプローブであり得、構造体１４はガスタービン及び蒸気タービンを含む群から選択される１つの機器の構成要素であり得、リラクタンスプローブによりピックアップされる信号はタービンブレード流路の電圧パルスであり得、サテライトノード変換器１３は圧電変換器であり得る。１つのかかるシステムにおいては、リラクタンスプローブを用いて、ガスタービン内を通過するブレードにより発生する電圧パルスを検出し、調子をモニターするためにブレードの振動成分を引き出すのに使用されるブレード先端タイミング信号を提供し得る。リラクタンスプローブはまた、ブレードの熱成長及びその結果としてのブレード先端とタービンケーシング間のクリアランスの減少（この結果、ブレード先端がケーシングと接触し、ブレード寿命を短縮し、タービン性能に負の衝撃を与える可能性がある）もモニターすることができる可能性がある。
【００１８】
本開示の別の局面において、サテライトノード変換器１３は各々、それぞれの変換された超音波の周波数をそのサテライトノード変換器１３に独特な周波数に符号化することにより、ベースノード２０が各々のサテライトノードを識別し、各々のサテライトセンサー１２から得られた別個の情報をそのサテライトセンサー１２に、従って構造体１４の、そのサテライトセンサー１２が取り付けられ、又は埋め込まれている領域にマッピングすることができるように構成され得る。
【００１９】
本明細書では例を用いて、最良の態様を含めて本発明を開示すると共に、当業者があらゆるデバイス又はシステムを作成し使用し、またあらゆる援用された方法を実施することを含めて本発明を実施することができるようにしている。特許請求の範囲において方法に関する請求項に記載されている工程ステップは、目的とする結果を達成するためにその工程ステップを実施する他の順序が当業者に明白である場合、記載されている順序で行う必要はない。本発明の特許可能な範囲は特許請求の範囲に規定されており、当業者には自明の他の例を包含し得る。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲と実質的に異ならない等価な構造要素を含む場合、特許請求の範囲内に入ると考えられる。
【符号の説明】
【００２０】
１    従来技術のモニターシステム
２    有線センサー
３    構造体
４    有線接続
１０  信号伝送システム
１１  サテライトノード
１２  サテライトノードセンサー
１３  サテライトノード送信機又は変換器
１４  構造体
１５  センサーと送信機／変換器との接続
１６  サテライトノードセンサープローブ
１８  音響信号
２０  ベースノード
２２  ベースノードセンサー
２４  ベースセンサープローブ
２６  ベースノードレシーバ
２８  ベースノード接続
３０  有線接続
【図１】
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【図２】
2014122616.tif 000004
【外国語明細書】
2014122616000001.pdf