(57)【要約】【課題】マーカ表面での鏡面反射を抑え、クリアランスの計測誤差を軽減することができるクリアランス計測装置およびクリアランス制御システムを提供すること。【解決手段】動翼の外周面６ａに回転方向に設けられ、外周面６ａと異なる反射率を有するマーカ６ｂと、外周面６ａに向けて光を出射して外周面６ａから反射する反射光を受光し、受光した反射光量の変化によりマーカ６ｂを検出する光センサ１１と、光センサ１１が出射する発光信号と受光した受光信号とを信号処理する計測制御部とを備え、光センサ１１は、光軸２２ａ，２２ａが所定角度αで交差するよう配置されて外周面６ａ上に計測領域Ａを有する受光用ファイバ２２，２２と、回転方向に沿って並設されて計測領域Ａに相互に重ねて照射する面光源４３，４３とを備える。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状に形成されたケーシングの内周面と、前記ケーシング内を回転する回転体の外周面とのクリアランスを計測するクリアランス計測装置であって、
前記回転体の外周面に設けられたマーカと、
前記ケーシングに固定され、前記回転体の外周面に向けて光を出射して該回転体から反射する反射光を受光し、受光した反射光量の変化により前記マーカを検出する光センサと、
前記光センサが出射する発光信号と受光した受光信号とを信号処理する計測制御部とを備え、
前記光センサは、光軸が所定角度で交差するよう配置されて前記外周面上に計測領域を有する受光用ファイバと、前記回転方向に沿って並設されて前記計測領域に相互に重ねて照射する面光源と、を備えたことを特徴とするクリアランス計測装置。
【請求項２】
前記光センサは、前記面光源の間に受光用開口を有し、前記受光用ファイバの各光軸は、前記受光用開口の内側で交差することを特徴とする請求項１に記載のクリアランス計測装置。
【請求項３】
前記面光源は、所定波長の励起光を出射する送光用ファイバと、前記送光用ファイバから出射された前記励起光により蛍光を発する蛍光板とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載のクリアランス計測装置。
【請求項４】
前記励起光を遮断し、前記蛍光を透過させるフィルタを備えることを特徴とする請求項３に記載のクリアランス計測装置。
【請求項５】
前記面光源は、光を出射する送光用ファイバと、前記送光用ファイバから出射された前記光を散乱させる散乱板とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載のクリアランス計測装置。
【請求項６】
前記面光源は、光を出射する送光用ファイバを束ねて形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載のクリアランス計測装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のクリアランス計測装置と、
前記クリアランス計測装置により計測された前記クリアランスに基づいて、前記クリアランスを調整するためのクリアランス調整制御を実行する制御部と、を備えることを特徴とするクリアランス制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状に形成されたケーシングと、ケーシング内を回転する回転体とのクリアランスを計測するクリアランス計測装置およびクリアランス制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、円筒状に形成されたケーシング内を回転する複数の動翼（回転体）を有する軸流圧縮機などの回転機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の回転機械では、ケーシングと動翼とのチップクリアランスを計測するチップクリアランスセンサを設け、計測したチップクリアランスの値が適正となるように保っている。このチップクリアランスセンサには、例えば、光センサなどの非接触型のセンサが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２５４０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、軸流圧縮機、蒸気タービンまたはガスタービンなどの回転機械において、ケーシングと動翼（回転体）とのクリアランス管理は、適正な効率を得るために非常に重要であり、上記したクリアランスを正確に測定することが要求される。このため、例えば、動翼の外周面（先端面）に、該外周面と反射率の異なる所定のマーカを設け、光センサの光ファイバから照射されたレーザ光を動翼の外周面に照射し、その反射光量の変化に基づきマーカが所定位置を通過したことを検出する。そして、この検出結果からマーカが異なる２つの所定位置間を通過する通過時間を求め、この通過時間、動翼の回転時間などに基づいて、ケーシングと動翼とのクリアランスが算出されている。
【０００５】
しかし、従来の構成では、光ファイバ（点光源）から照射されたレーザ光がマーカ表面の凹凸による鏡面反射の影響を受けて、マーカをうまく捉えられない場合があり、マーカの通過時間に誤差が生じ、ひいては、クリアランスを正確に計測することができないといった問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、マーカ表面での鏡面反射を抑え、クリアランスの計測誤差を軽減することができるクリアランス計測装置およびクリアランス制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、円筒状に形成されたケーシングの内周面と、ケーシング内を回転する回転体の外周面とのクリアランスを計測するクリアランス計測装置であって、回転体の外周面に設けられたマーカと、ケーシングに固定され、回転体の外周面に向けて光を出射して該回転体から反射する反射光を受光し、受光した反射光量の変化によりマーカを検出する光センサと、光センサが出射する発光信号と受光した受光信号とを信号処理する計測制御部とを備え、光センサは、光軸が所定角度で交差するよう配置されて外周面上に計測領域を有する受光用ファイバと、回転方向に沿って並設されて計測領域に相互に重ねて照射する面光源と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、面光源から計測領域に向けて光が照射されるため、配光特性のばらつきを低減することができ、計測領域を通過するマーカ表面の鏡面反射を抑え、クリアランスを正確に計測することができる。
【０００９】
この構成において、光センサは、面光源の間に受光用開口を有し、受光用ファイバの各光軸は、受光用開口の内側で交差することが好ましい。この構成によれば、受光用ファイバの間隔を縮小することができるため、熱伸びによる誤差を低減することができる。
【００１０】
また、面光源は、所定波長の励起光を出射する送光用ファイバと、送光用ファイバから出射された励起光により蛍光を発する蛍光板とを備えてもよい。この構成によれば、蛍光板の全面から蛍光が発せられるため、計測領域を含む領域に容易に照射することができる。
【００１１】
更に、励起光を遮断し、蛍光を透過させるフィルタを備えてもよい。この構成によれば、フィルタが励起光を遮断するため、励起光を受光することに伴う誤動作を防止できる。
【００１２】
また、面光源は、光を出射する送光用ファイバと、送光用ファイバから出射された光を散乱させる散乱板とを備えてもよい。この構成によれば、散乱板が光を拡散させるため、計測領域を含む領域に容易に照射することができる。
【００１３】
また、面光源は、光を出射する送光用ファイバを束ねて形成されてもよい。この構成によれば、各送光用ファイバから出射される光の照射面積を拡大することができ、計測領域を含む領域に容易に照射することができる。
【００１４】
また、本発明に係るクリアランス制御システムは、上記したクリアランス計測装置と、このクリアランス計測装置により計測されたクリアランスに基づいて、クリアランスを調整するためのクリアランス調整制御を実行する制御部とを備えてもよい。この構成によれば、クリアランスを正確に計測することができるため、制御部によるクリアランス調整制御を精度よく実行することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、各面光源から計測領域に向けて光が照射されるため、配光特性のばらつきを低減することができ、計測領域を通過するマーカ表面の鏡面反射を抑え、クリアランスを正確に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、第１実施形態に係るクリアランス制御システムに関する概略構成図である。
【図２】図２は、クリアランスの算出方法に関する説明図である。
【図３】図３は、光センサを用いて検出した受光信号の信号強度に関するグラフである。
【図４】図４は、マーカの表面形状が反射光に影響を及ぼす状態を説明するための図である。
【図５】図５は、マーカの表面形状が反射光に影響を及ぼす状態を説明するための図である。
【図６】図６は、光センサが外周面に光を照射した状態を示す部分断面図である。
【図７】図７は、光センサの検出面を示す平面図である。
【図８】図８は、光センサから照射された光が反射する状態を説明するための図である。
【図９】図９は、光センサにおける反射光のなす角度とクリアランスとの関係を示す図である。
【図１０】図１０は、第２実施形態に係る光センサが外周面に光を照射した状態を示す部分断面図である。
【図１１】図１１は、光センサの検出面を示す平面図である。
【図１２】図１２は、第３実施形態に係る光センサが外周面に光を照射した状態を示す部分断面図である。
【図１３】図１３は、光センサの検出面を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。
【００１８】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るクリアランス制御システムに関する概略構成図である。図１に示すように、第１実施形態に係るクリアランス制御システム１は、タービン３のケーシング５と動翼（回転体）６との間に形成されるクリアランスｄを計測し、計測結果に基づいて、クリアランスｄを調整するシステムである。まず、クリアランス制御システム１の説明に先立ち、タービン３について説明する。
【００１９】
タービン３は、蒸気タービンまたはガスタービンを含むターボ機械である。タービン３は、回転軸となる図示しないロータに設けられる複数の動翼６と、複数の動翼６の周囲に設けられるケーシング５とを有している。複数の動翼６は、ロータに取り付けられると共に、ロータの周方向に所定の間隔を空けて並べて設けられている。ケーシング５は、周方向に並べて設けられる動翼６に対向して設けられ、円筒形状に形成されている。ケーシング５は、このケーシング５の内周面５ａと動翼６の外周面（先端面）６ａとの間に所定のクリアランスｄを空けて複数の動翼６に対向して設けられる。ケーシング５は、例えば、内車室と、内車室の外側に設けられる外車室とを含む構成である。
【００２０】
次に、図１を参照して、クリアランス制御システム１について説明する。クリアランス制御システム１は、タービン制御部８と、クリアランス計測装置１０とを備えており、クリアランス計測装置１０は、ケーシング５の内周面５ａと動翼６の外周面６ａとの間のクリアランスｄを計測する。
【００２１】
タービン制御部８は、クリアランス計測装置１０により計測されたクリアランスｄに基づいて、クリアランスｄを調整するためのクリアランス調整制御を実行している。ここで、クリアランスｄとしては、ロータの径方向におけるクリアランス（いわゆる、チップクリアランス）と、ロータの軸方向におけるクリアランスとがあり、図１では、ロータの径方向におけるクリアランスｄを示している。
【００２２】
タービン制御部８は、ロータの径方向におけるクリアランス調整制御として、例えば、内車室及び外車室を含むケーシング５を上下移動させるアクチュエータを制御することにより、クリアランスｄを調整している。また、タービン制御部８は、例えば、ロータを上下移動させるアクチュエータを制御することにより、クリアランスｄを調整してもよい。また、タービン制御部８は、例えば、ケーシング５の温度を制御して、ケーシング５の熱伸びを調整することで、クリアランスｄを調整してもよい。
【００２３】
クリアランス計測装置１０は、ケーシング５と動翼６との間のクリアランスｄを計測しており、光センサ１１と、発光部１２と、受光部１３と、計測制御部１４と、を備えている。図１に示すように、光センサ１１は、ケーシング５に取り付けられ、その検出面Ｐ１が、ロータの径方向において動翼６と対向するように配置される。このため、光センサ１１は、ケーシング５と動翼６との間の高温・高圧の外部環境下に曝される。光センサ１１は、発光部１２に接続される複数の送光用ファイバ２１と、受光部１３に接続される複数の受光用ファイバ２２と、を備えて構成される。
【００２４】
発光部１２は、計測制御部１４の発光信号に基づき、送光用ファイバ２１を通じて動翼６の外周面６ａに向けて光を照射する。動翼６の外周面６ａには、この外周面６ａよりも反射率が高いマーカ６ｂが設けられている。このマーカ６ｂは、例えば、耐熱ペイントなどを用いて、動翼６の外周面６ａに、回転方向に間隔を空けて配置されている。このため、外周面６ａに照射された光は、マーカ６ｂで反射され、光センサ１１の検出面Ｐ１に入射する。受光部１３は、検出面Ｐ１から入射した反射光を受光し、計測制御部１４へ向けて受光信号を出力する。
【００２５】
計測制御部１４は、発光部１２及び受光部１３にそれぞれ接続され、発光部１２に向けて発光信号を出力すると共に、受光部１３から出力された受光信号が入力される。また、計測制御部１４は、タービン制御部８に接続され、発光信号と受光信号とを信号処理して、クリアランスｄを計測し、計測したクリアランスｄを、タービン制御部８へ向けて出力する。
【００２６】
次に、一般的なクリアランスｄの算出方法について説明する。図２は、クリアランスの算出方法に関する説明図であり。図３は、光センサを用いて検出した受光信号の信号強度に関するグラフである。計測制御部１４は、例えば、下記の（１）式に示す算出式に基づいて、クリアランスｄを算出することができる。
【００２７】
【数１】
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【００２８】
ここで、角度αは、２本の受光用ファイバ２２に入射される２本の光（光軸）の導光方向がなす角度である。この角度αは、既知の角度となっている。距離ｌは、Ａ−Ｂ間の長さ、つまり、２本の受光用ファイバ２２の間の距離であり、既知の距離となっている。また、周長２πＲは、複数の動翼６の外周における周長であり、既知の周長となっている。時間Ｔは、１周（一回転）にかかる時間であり、ロータの回転速度に基づいて得られる時間となっている。つまり、「２πＲ／Ｔ」が、複数の動翼６の外周における周速となっている。時間Δｔは、動翼６の外周面６ａに設けられたマーカ６ｂを検出してから次にマーカ６ｂを検出するまでの時間となっており、受光信号に基づいて得られる。この場合、マーカ６ｂは同一のものであっても別のものであってもよい。
【００２９】
ここで、計測制御部１４は、受光信号として、図３に示す受光信号を取得する。図３は、その横軸が時間となっており、その縦軸が信号強度となっている。図３に示すとおり、受光信号は、２つの信号ピークが検出されている。２つの信号ピークは、例えば、光がマーカ６ｂに照射された際の反射光量の変化によって得られる。そして、計測制御部１４は、一方の信号ピークから他方の信号ピークまでの時間を、時間Δｔとして取得する。計測制御部１４は、受光信号に基づいて時間Δｔを取得すると、上記の（１）式に示す算出式に基づいて、クリアランスｄを算出することができる。
【００３０】
このように、動翼６の外周面６ａにマーカ６ｂを設け、このマーカ６ｂを検出することにより、先のマーカ６ｂを検出してから次のマーカ６ｂを検出するまでの時間Δｔを取得することができ、この時間Δｔに基づきクリアランスｄを算出できる。このため、クリアランスｄを正確に算出するためには、時間Δｔを正確に検出することが要求される。発明者の鋭意研究によると、光ファイバ（点光源）から照射される光は、マーカ６ｂの表面の凹凸における鏡面反射の影響を受けて、マーカ６ｂの位置をうまく捉えられない場合があり、時間Δｔに誤差が生じるおそれがあることが分かった。図４および図５は、マーカの表面形状が反射光に影響を及ぼす状態を説明するための図である。
【００３１】
図４および図５に示した例では、一対の送光用ファイバおよび一対の受光用ファイバの光軸がそれぞれ角度αで交差するように配置されており、一方の送光用ファイバから出射された光（レーザ光線）がマーカ６ｂで反射され、受光用ファイバを通じて受光される。図４に示すように、マーカ６ｂの先端６ｂｓに光が照射されると、この光はマーカ６ｂで反射して受光用ファイバで受光される。このため、時刻ｔ０において、反射光強度（図３における信号強度）が大きくなる。マーカ６ｂの表面は、凹凸が形成されているため、マーカ６ｂに対して、レーザ光線のような指向性の高い光を一方向から照射する場合には、照射された光が表面の凹凸で鏡面反射する。このため、マーカ６ｂの範囲内においても反射光強度が急激に変化する場合があり、マーカ６ｂの終端６ｂｅが、本来の時刻ｔ１ではなくマーカ６ｂの途中の時刻ｔ１´として検出されることがある。
【００３２】
同様に、図５に示すように、もう一方の送光用ファイバから光が照射された場合には、マーカ６ｂの形状によっては、先端６ｂｓで鏡面反射せずに受光用ファイバで受光することができない。このため、マーカ６ｂの先端６ｂｓが、本来の時刻ｔ２ではなくマーカ６ｂの途中の時刻ｔ２´として検出されることがある。このように、レーザ光線のような指向性の高い光を一方向から照射する構成では、マーカ６ｂの表面の凹凸によって、時刻を誤って検出する事態が生じ、計測値である時間Δｔは、本来の時間よりも長い時間Δｔ´となり誤差が生じるおそれがあった。発明者は、このような問題に鑑み、マーカ６ｂの表面での鏡面反射を抑え、時間Δｔを正確に検出できる光センサ１１を考案した。
【００３３】
次に、光センサ１１について説明する。図６は、光センサが外周面に光を照射した状態を示す部分断面図であり、図７は、光センサの検出面を示す平面図である。光センサ１１は、図６に示すように、センサ本体３０と、検出面Ｐ１を有し、センサ本体３０に取り付けられるヘッドカバー４０とを備える。センサ本体３０は、底板部３０ａと円筒部３０ｂとを備えた有底円筒状を呈し、内側に内部空間３１が形成される。この内部空間３１には、一対の送光用ファイバ２１と一対の受光用ファイバ２２とが収容される。一対の受光用ファイバ２２は、内部空間３１を中心側に配置され、一対の送光用ファイバ２１は、受光用ファイバ２２を挟んで、内部空間３１の側壁側に配置される。これら送光用ファイバ２１および受光用ファイバ２２は、図７に示すように、動翼６（図１）の回転方向に沿って配置されている。
【００３４】
また、内部空間３１には、図６に示すように、底板部３０ａ上に耐圧ガラスなどの透明部材３２と、この透明部材３２に積層されるファイバ保持部材３３とが配置される。ファイバ保持部材３３には、送光用貫通孔３３ａと、受光用貫通孔３３ｂとが形成され、これら送光用貫通孔３３ａ、受光用貫通孔３３ｂにそれぞれ送光用ファイバ２１、受光用ファイバ２２が挿入される。センサ本体３０の底板部３０ａには、透明部材３２を介して送光用貫通孔３３ａに連通する送光用窓部３０ａ１と、透明部材３２を介して受光用貫通孔３３ｂに連通する受光用窓部３０ａ２とが設けられている。本構成では、透明部材３２およびファイバ保持部材３３は、高耐圧にシールされて保持される。このため、外部環境が高温・高圧環境となる場合であっても、送光用ファイバ２１、受光用ファイバ２２が配置さえる内部空間３１は大気圧環境とすることができ、外部環境を要因とする送光用ファイバ２１、受光用ファイバ２２の変化を抑制できることから、検出精度の低下を抑制することができる。なお、内部空間３１は、外部環境から遮断されるため、内部空間３１に、別途、冷却した空気を循環して導入することもできる。
【００３５】
受光用貫通孔３３ｂ，３３ｂは、挿入される一対の受光用ファイバ２２，２２の光軸２２ａ，２２ａが上記した角度αで交差するように形成されている。受光用窓部３０ａ２，３０ａ２の周囲には、受光用ファイバ２２，２２に光を導く導光路を形成する円錐状カバー３４が設けられ、この円錐状カバー３４の底部には、円錐状カバー３４内に光を取り込む受光用開口３４ａが設けられる。このため、円錐状カバー３４内には、受光用開口３４ａ以外から光が進入することが防止される。また、受光用ファイバ２２，２２の光軸２２ａ，２２ａは、受光用開口３４ａの内側で交差する。これにより、受光用開口３４ａの開口面積を小さくすることができる。受光用ファイバ２２，２２の光軸２２ａ，２２ａは、受光用開口３４ａで上記した回転に広がり、動翼６（図１）の外周面６ａに当接する。このため、本構成では、外周面６ａには、回転方向に沿って、光軸２２ａ，２２ａで区画された計測領域Ａが形成される。
【００３６】
一方、ヘッドカバー４０は、図６に示すように、底板部４０ａと円筒部４０ｂとを備えた有底円筒状に形成され、センサ本体３０の円筒部３０ｂに取り付けられている。底板部４０ａの底面が検出面Ｐ１となっており、底板部４０ａには、図７に示すように、各送光用ファイバ２１とほぼ同心状にそれぞれ開口４１が形成され、この開口４１には蛍光板４２が取り付けられている。蛍光板４２は、所定波長の励起光が照射されると、蛍光を発する蛍光材料を含んで形成された板材である。本構成では、発光部１２から出射された励起光は、送光用ファイバ２１を通じて蛍光板４２に照射される。蛍光板４２は、励起光を吸収することで蛍光板４２の全面から蛍光を発する。このため、図６に示すように、蛍光板４２から発せられた蛍光は、大きく広がった照射領域Ｂ，Ｂを形成し、これら照射領域Ｂ，Ｂは、計測領域Ａに相互に重ねて形成される。本実施形態では、送光用ファイバ２１と蛍光板４２とを備えて面光源４３を構成する。
【００３７】
この構成によれば、図８に示すように、蛍光板４２から照射された照射光Ｌａは、多方向に広がって、マーカ６ｂに照射される。このため、配光特性のばらつきを低減することができ、上記した計測領域Ａ（図６）内でマーカ６ｂに照射されたいずれかの方向の照射光Ｌａがマーカ６ｂの先端６ｂｓ、終端６ｂｅで確実に反射し、この反射光Ｌｂが受光用開口３４ａに入射される。このため、計測値としての時間Δｔを正確に計測することができる。特に、蛍光は、励起光と波長が異なるため、受光部１３は、励起光の波長を遮断して、蛍光の波長を透過するフィルタ（不図示）を備えることにより、励起光を受光することによる誤動作を防止できる。
【００３８】
また、本実施形態では、反射光Ｌｂ，Ｌｂの角度αとクリアランスｄとの関係は図９に示すようになる。このため、計測制御部１４は、受光信号に基づいて時間ΔＴを取得すると、下記の（２）式に示す算出式に基づいて、クリアランスｄを正確に計測することができる。計測制御部１４は、計測したクリアランスｄを、タービン制御部８へ向けて出力する。なお、（２）式における「２πＲ／Ｔ」は、上述の（１）式と同様に、複数の動翼６の外周における周速である。また、（２）式における時間「ΔＴ」は、（１）式の時間「Δｔ」に相当する。
【００３９】
【数２】
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【００４０】
以上のように、第１実施形態によれば、各面光源４３から計測領域Ａに向けて光が照射されるため、配光特性のばらつきを低減することができ、計測領域Ａを通過するマーカ６ｂの表面の鏡面反射を抑え、クリアランスｄを正確に計測することができる。また、光センサ１１は、複数の面光源４３，４３の間に受光用開口３４ａを有し、受光用ファイバ２２の各光軸２２ａ，２２ａは、受光用開口３４ａの内側で交差するため、受光用ファイバ２２，２２の間隔を縮小することができるため、該受光用ファイバ２２，２２が熱伸びすることに伴う誤差を低減することができる。
【００４１】
また、面光源４３は、所定波長の励起光を出射する送光用ファイバ２１と、送光用ファイバ２１から出射された励起光により蛍光を発する蛍光板４２とを備えるため、蛍光板４２の全面から蛍光が発することができ、計測領域Ａに容易に照射することができる。
【００４２】
更に、受光部１３は、励起光の波長を遮断して、蛍光の波長を透過するフィルタ（不図示）を備えることにより、励起光を受光することによる誤動作を防止できる。
【００４３】
［第２実施形態］
図１０は、第２実施形態に係る光センサが外周面に光を照射した状態を示す部分断面図であり、図１１は、光センサの検出面を示す平面図である。上記した実施形態では、送光用ファイバ２１と蛍光板４２とを有する面光源４３を備えた光センサ１１について説明したが、この第２実施形態では面光源の構成が異なる。第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４４】
光センサ５１は、図１０及び図１１に示すように、面光源４６を備え、この面光源４６は、送光用ファイバ２１と散乱板４５とを備えて構成される。散乱板４５は、例えば、耐圧ガラスなどの透光性を有する板材の表面に、特定の粒子径の砂などを用いて形成された拡散層を有する。この構成では、透過する際に光の向きをランダムに反射させることで光を拡散させるため、光の波長を変換する必要がなく、装置構成が簡素となる。
【００４５】
この実施形態によっても、各面光源４６から計測領域Ａに向けて光が照射されるため、配光特性のばらつきを低減することができ、計測領域Ａを通過するマーカ６ｂの表面の鏡面反射を抑え、クリアランスｄを正確に計測することができる。また、面光源４６は、光を出射する送光用ファイバ２１と、送光用ファイバから出射された光を散乱させる散乱板４５とを備えるため、簡素は構成で光を拡散することができ、計測領域Ａに容易に照射することができる。
【００４６】
［第３実施形態］
図１２は、第３実施形態に係る光センサが外周面に光を照射した状態を示す部分断面図であり、図１３は、光センサの検出面を示す平面図である。上記した実施形態では、送光用ファイバ２１と蛍光板４２とを有する面光源４３を備えた光センサ１１について説明したが、この第３実施形態では面光源の構成が異なる。第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
光センサ６１は、図１２及び図１３に示すように、面光源４８を備え、この面光源４８は、多数（２０〜４０本）の送光用ファイバ２１を束ねて形成された送光用ファイバ群６２を備えて構成される。本実施形態では、ファイバ保持部材３３には、送光用ファイバ群６２が挿入される貫通孔３３ｃが形成されている。送光用ファイバ２１から出射されるレーザ光線は、指向性が高いものの、送光用ファイバ２１を束ねて送光面積を拡大することにより、面光源として機能し、光を拡散することができる。
【００４８】
ヘッドカバー４０の底板部４０ａには、徐々に拡径する導光開口４７が設けられ、光が拡散するようになっている。この実施形態によっても、各面光源４８から計測領域Ａに向けて光が照射されるため、配光特性のばらつきを低減することができ、計測領域Ａを通過するマーカ６ｂの表面の鏡面反射を抑え、クリアランスｄを正確に計測することができる。また、面光源４８は、光を出射する複数の送光用ファイバ２１を束ねた送光用ファイバ群として形成されてもよい。この構成によれば、送光用ファイバ群６２から出射される光の照射面積を拡大することができ、計測領域Ａに容易に照射することができる。
【００４９】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、上記実施形態では、クリアランスｄを計測する対象として、タービン３のケーシング５と動翼６とのクリアランスを説明したが、ケーシング内を回転体が回転する構成であれば、タービンに限るものではない。
【符号の説明】
【００５０】
１  クリアランス制御システム
３  タービン
５  ケーシング
５ａ  内周面
６  動翼（回転体）
６ａ  外周面
６ｂ  マーカ
６ｂｅ  終端
６ｂｓ  先端
８  タービン制御部
１０  クリアランス計測装置
１１、５１、６１  光センサ
１２  発光部
１３  受光部
１４  計測制御部
２１  送光用ファイバ
２２  受光用ファイバ
２２ａ  光軸
３０  センサ本体
３４ａ  受光用開口
４０  ヘッドカバー
４２  蛍光板
４３、４６、４８  面光源
４５  散乱板
６２  送光用ファイバ群
Ａ  計測領域
Ｂ  照射領域
ｄ  クリアランス
Δｔ  時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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