(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受動センサ（４０）であって、当該受動センサ（４０）が、
電気的受動センサが結合されたガスタービンの１又はそれ以上の動作パラメータを検出し、
動作で利用するため前記１又はそれ以上の動作パラメータからエネルギーの一部を抽出し、
前記１又はそれ以上の動作パラメータの値の表示を保存し、
前記１又はそれ以上の動作パラメータの値に従って、第１の機械的状態から第２の機械的状態に遷移させ、
前記１又はそれ以上の動作パラメータの値の表示を含む問合せ信号の受信に応答して信号を提供する、
ように構成され、
当該受動センサ（４０）が、コグホイール及びカップリングシステム（６８）を含むラッチ装置を備えており、前記コグホイール（７０）が、前記１又はそれ以上の動作パラメータから前記ラッチ装置により受け取られた前記エネルギーの一部に応答して前記１又はそれ以上の動作パラメータの値の表示を保存するよう構成されている、受動センサ（４０）。
【請求項２】
前記受動センサが、所定の時間期間にわたって前記１又はそれ以上の動作パラメータを検出するよう構成された受動センサを含む、請求項１に記載の受動センサ。
【請求項３】
前記受動センサが、前記問合せ信号に応答して前記信号を無線で提供するよう構成されている、請求項１又は請求項２に記載の受動センサ。
【請求項４】
前記ラッチ装置が、複数の機械的状態間を遷移することにより、前記１又はそれ以上の動作パラメータの値の表示を保存するよう構成されたマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）又はナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）を含む、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の受動センサ。
【請求項５】
前記１又はそれ以上の検出された動作パラメータの値の表示としてインピーダンスを変化させるよう構成された電磁エネルギー検出回路（５１）を更に備える、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の受動センサ。
【請求項６】
前記ガスタービンの１又はそれ以上の動作パラメータが、圧縮機、燃焼器、移行部品、タービンの一部、回転構成要素、固定構成要素、又はこれらの何れかの組み合わせのうちの１又はそれ以上の動作パラメータを含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の受動センサ。
【請求項７】
前記１又はそれ以上の動作パラメータが、温度、圧力、流量、変位、加速度、速度、トルク、クリアランス、歪み、応力、振動、電圧、電流、湿度、電磁放射、質量、磁束、クリープ、亀裂、ホットスポット、金属温度、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の受動センサ。
【請求項８】
システム（１０）であって、
ガスタービンシステム（１２）と、
前記ガスタービンシステムの振動、歪み、温度、又は圧力を検知するよう構成された、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の１又はそれ以上の受動センサ（４０）と、
１又はそれ以上の問合せ信号の受信時に前記検知された振動、歪み、温度又は圧力の値の表示を無線で提供するよう構成された通信回路と
を備える、システム（１０）。
【請求項９】
前記通信回路が、電気的受動通信回路を含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ラッチ装置が、前記問合せ信号に応答して前記機械的状態をリセットするよう構成されている、請求項８又は請求項９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、検知装置に関し、より具体的には状態保持及び自律検知装置を提供するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機、タービン、電気モータ、及び同様のものなどの特定の回転又は固定機械は一般に、動作中の機械の様々なパラメータを測定する複数のセンサを含むことができる。このような機械の動作状態を測定するセンサは、過酷な条件（例えば、高温、高圧、その他）に曝される可能性があり、このような機械の最適動作のための手段になることができる。従って、センサは、連続出力が必要であり、定期的な保守及び改造を必要とする場合がある。その上、これらの機械の一部の繰り返しの又は通常の動作条件に対応する一部の動作パラメータは、連続的な監視を受ける場合があるが、特定の他のパラメータは、低頻度の又は散発的な監視を必要とする場合がある。従って、長期にわたって使用する機能を備えたセンサを提供することが有用とすることができる。
【発明の概要】
【０００３】
最初に請求項に記載された本発明の範囲内にある特定の実施形態について以下で要約する。これらの実施形態は、特許請求した本発明の技術的範囲を限定することを意図するものではなく、むしろそれらの実施形態は、本発明の実施可能な形態の簡潔な概要を示すことのみを意図している。当然のことながら、本発明は、下記に説明した実施形態と同様のもの又は該実施形態と異なるものとすることができる様々な形態を含むことができる。
【０００４】
第１の実施形態において、受動センサは、ガスタービンの１又はそれ以上の動作パラメータを検出するよう構成されている。受動センサは、ガスタービンに結合される。受動センサはまた、動作で利用するため１又はそれ以上の動作パラメータからエネルギーの一部を抽出し、１又はそれ以上の動作パラメータの値の表示を保存し、１又はそれ以上の動作パラメータの値に従って、第１の機械的状態から第２の機械的状態に遷移させ、問合せ信号の受信に応答して信号を提供する、ように構成されている。信号は、１又はそれ以上の動作パラメータの値の表示を含む。
【０００５】
第２の実施形態において、システムは、タービンシステムと、タービンシステムに結合され、該タービンシステムの振動、歪み、温度、又は圧力を検知するよう構成された１又はそれ以上の状態保持センサと、を含む。１又はそれ以上の状態保持センサは、検知された振動、歪み、温度又は圧力から生じたエネルギーに応答して、機械的状態を保持又は変化させるよう構成されたラッチ装置を有する保存機構を含む。保存機構の機械的状態は、検知された振動、歪み、温度又は圧力の値の表示を含む。１又はそれ以上の状態保持センサはまた、１又はそれ以上の問合せ信号の受信時に検知された振動、歪み、温度又は圧力の値の表示を無線で提供するよう構成された通信回路を含む。
【０００６】
第３の実施形態において、装置は、状態保持検知装置を含み、該状態保持検知装置が、外部システムの１又はそれ以上の物理パラメータを検出し、状態保持検知装置の動作に利用されることになる１又はそれ以上の物理パラメータからエネルギーの一部を抽出し、１又はそれ以上の物理パラメータの値の不揮発性表示を保存し、１又はそれ以上の物理パラメータの値に従って第１の機械的状態から第２の機械的状態に変化させる、ように構成されている。問合せ信号の検出時で、状態保持装置のスイッチが第１の状態にある場合、状態保持検知装置は、問合せ信号を受け取って、問合せ信号の第１のエネルギー量を示すよう構成されている。状態保持装置のスイッチが第２の状態にある場合、状態保持検知装置は、問合せ信号を受け取って、問合せ信号の第２のエネルギー量を示すよう構成されている。問合せ信号の第２のエネルギー量を示すことは、１又はそれ以上の物理パラメータの値の表示を外部装置に提供することを含む。状態保持検知装置はまた、問合せ信号に少なくとも部分的に基づいて状態保持検知装置を第１の機械的状態にリセットするように構成されている。
【０００７】
本発明のこれらの及びその他の特徴、態様並びに利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様の部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、より良好に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態による、１又はそれ以上の状態保持検知装置を含む産業システムの１つの実施形態のブロック図。
【図２】本発明の実施形態による、図１のシステムに含まれた１又はそれ以上の状態保持検知装置の１つの実施形態のブロック図。
【図３】本発明の実施形態による、１又はそれ以上の状態保持検知装置内に含まれる測定検出及び通信システムの１つの実施形態の図。
【図４】本発明の実施形態による、１又はそれ以上の状態保持検知装置を用いて動作及び／又は環境パラメータを受動的に検出及び保存するのに有用なプロセスの１つの実施形態を例示したフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の１つ又はそれ以上の特定の実施形態について、以下に説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を行うために、本明細書では、実際の実施態様の全ての特徴については説明しないことにする。何れかの技術又は設計プロジェクトと同様に、このような何らかの実際の実施構成の開発において、システム及びビジネスに関連した制約への準拠など、実施構成毎に異なる可能性のある開発者の特定の目標を達成するために、多数の実施時固有の決定を行う必要がある点は理解されたい。更に、このような開発の取り組みは、複雑で時間を要する可能性があるが、本開示の利点を有する当業者にとっては、設計、製作、及び製造の日常的な業務である点を理解されたい。
【００１０】
本発明の種々の実施形態の要素を導入する際に、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、及び「ｓａｉｄ」は、要素の１つ又はそれ以上が存在することを意味するものとする。用語「備える」、「含む」、及び「有する」は、包括的なものであり、記載した要素以外の付加的な要素が存在し得ることを意味する。
【００１１】
本発明の実施形態は、例えば、長期にわたる及び／又は低頻度の監視を必要とする産業機械、工業プロセス、又は他の種々の用途に関連する動作及び／又は環境パラメータを受動的に検出し保存するのに用いることができる状態保持及び自律検知装置に関する。特定の実施形態において、検知装置は、検出及び通信システムと、出力抽出供給源とを含むことができる。出力抽出供給源は、検知した測定量からエネルギーを抽出し、抽出したエネルギーを電気信号に変換して検知装置に電力供給することができる。検出及び通信システムは、電磁回路（例えば、アンテナ及びインピーダンス整合回路網）と、検知した動作及び／又は環境パラメータの不揮発性値を受動的に検出及び保存するのに用いることができる１又はそれ以上のマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）又はナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）デバイスとを含むことができる。１つの実施形態において、検知装置によって得られるパラメータの値は、無線周波（ＲＦ）信号を発生させて、検知装置から示された（例えば、受動的に示された）エネルギーの量を検出することにより読み取ることができる。更に、検知装置は、受動式及び自律式（例えば、自己作動式）の両方とすることができるので、検知装置は、外部電源又は頻回の保守整備、補修、又は改造を必要とすることなく、過酷な環境において特定の動作及び／又は環境パラメータの長期（例えば、数日、数ヶ月、数年などの期間にわたって）の監視を可能にすることができる。
【００１２】
実際に、本発明の実施形態は、主として、タービンシステム及び／又は他の産業機械用の状態保持及び自律検知センサに関して検討するが、本明細書で記載される技術はまた、例えば、医学的応用のセンサ（例えば、非侵襲的検知、心臓モニタリング）、セキュリティ関連センサ（例えば、監視、動き検出）、製造及び物流応用のセンサ（例えば、製品の製造及び製品追跡システム）、オイル及びガス探査関連の検知装置（例えば、油田及び海中環境）、エネルギー抽出応用（炭鉱、トンネル、その他）のセンサ、航空宇宙応用のセンサ、及び同様のものなどの様々な用途の何れかにおいて有効なセンサにまで拡張することができる点は理解されたい。本明細書で使用される場合、「受動的」とは、装置が自己出力型及び／又は自己作動型であるように、装置が自律的に又は１又はそれ以上の環境条件により動作可能になることができる状態を指すことができる。同様に、「受動的」とは、エネルギー供給源を内蔵しない電子回路又は電子デバイス、又はエネルギー（例えば、電力）の消費は行うが、トランジスタのような能動デバイスの場合に当てはまるような電子回路においてエネルギーの生成は行わない１又はそれ以上の構成部品（例えば、抵抗、キャパシタ、インダクタ、及び同様のもの）を含む電子回路又は電子デバイスを指すことができる。同様に、「受動的」とは、外部電源なしで動作することができる構成部品又はシステムを指すことができる。同様に、「受動的」とは、外部電源を必要とする何らかの電子機器を使用せずに動作することができる構成部品又はシステムを指すことができる。本明細書で使用される場合、「機械的状態」とは、状態の変化が装置又は機械の１又はそれ以上の機構の１又はそれ以上の部品のある定常状態から別の定常状態への物理的移動を伴う物理的状態を指すことができる。更に、用語「機械的状態」は、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）、ナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）、又は他のシステムの静止状態又は遷移状態を含むことができ、これらのシステムは、機械的、電気的、化学的、磁気的、又は他の物理的変動に応答して移動又は変位する１又はそれ以上の可動部品を含むことができる。
【００１３】
上記のことを考慮して、図１に示す例示的な産業システム１０のような産業システムの１つの実施形態を説明することが有用とすることができる。実際に、本発明の実施形態は、ガスタービンシステム（例えば、図１に示すような）の例証に関して検討することができるが、理解されるように、このような機械が固定構造体に対して回転する構成部品を含む範囲では、このような回転の状況は一般に、回転構成部品と固定構成部品との間の配線接続に好適ではない。加えて、本明細書で検討される好適な機械又はシステムは、過酷で電子機器を配置するには好適ではない環境に配置することができ、或いはそのような環境を含むことができる。例えば、本明細書で検討される機械又はシステムは、過酷な環境（例えば、３００°Ｃ、５００°Ｃ、１２００°Ｃ又はそれ以上の温度、約１０００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）〜１８，０００ｐｓｉの圧力、約５ミル〜２０ミルの振動、約５，０００回転／分（ｒｐｍ）〜１７，５００ｒｐｍの速度、及び同様のもの）を構成するスペース又は経路を含むことができる。加えて、上述のように、本明細書で検討される技法は、産業用途以外の様々な用途の何れかにおいて用いることができる。
【００１４】
図１に示すように、産業システム１０は、ガスタービンシステム１２、監視システム１４、及び燃料供給システム１６を含むことができる。ガスタービンシステム１２は、圧縮機２０、燃焼システム２２、燃料ノズル２４、タービン２６、及び排気セクション２８を含むことができる。作動中、ガスタービンシステム１２は、空気３０を圧縮機２０に取り込み、該圧縮機２０は、空気３０を圧縮して燃焼システム２２（例えば、複数の燃焼器を含むことができる）に移動させることができる。燃焼システム２２において、燃料ノズル２４（又は複数の燃料ノズル２４）は、燃料を噴射することができ、該燃料が圧縮空気３０と混合されて例えば空気−燃料混合器を生成する。空気−燃料混合器は、燃焼システム２２において燃焼して、高温の燃焼ガスを生成することができ、該燃焼ガスは、下流側のタービン２６内に流れ、タービン２６の１又はそれ以上の段を駆動する。例えば、燃焼ガスは、タービン２６を通って移動して、タービン２６のブレードの１又はそれ以上の段を駆動し、その結果、シャフト３２を回転駆動することができる。シャフト３２は、発電機などの負荷３４に接続することができ、該発電機は、シャフト３２のトルクを用いて電力を生成する。タービン２６を通過した後、高温の燃焼ガスは、排気ガス３６として排気セクション２８を経由して周囲環境に放出することができる。排気ガス３６は、二酸化炭素（ＣＯ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、及び同様のものなどのガスを含むことができる。
【００１５】
特定の実施形態において、システム１０はまた、複数の状態保持検知装置４０（例えば、センサ）と、問合せ装置又は読取装置４２とを含むことができる。問合せ装置又は読取装置４２は、アンテナ４３又は他の送受信装置を介して状態保持検知装置４０からデータを受け取ることができる。特定の実施形態において、状態保持検知装置４０は、例えば、圧縮機２０の圧力及び温度、タービン２６の速度及び温度、圧縮機２０及びタービン２６の振動、排気ガス３６中のＣＯ２レベル、燃料３１中の炭素含有量、燃料３１の温度、圧縮機２０及びタービン２６の温度、圧力、クリアランス（例えば、圧縮機２０及びタービン２６間の距離及び／又は産業システム１０内に含めることができる他の固定及び／又は回転構成部品間の距離）、火炎温度又は強度、振動、燃焼ダイナミクス（例えば、圧力、火炎強度、及び同様のものにおける変動）、負荷３４からの負荷データ、及び同様のものを含む、種々の動作データを問合せ装置又は読取装置４２に提供するのに有用な種々のセンサの何れかとすることができる。上述のパラメータは、単に例証の目的で含められていることを理解されたい。他の実施形態において、状態保持検知装置４０は、限定ではないが、温度、圧力、流量、流体レベル、変位、加速度、速度、トルク、クリアランス、歪み、応力、振動、電圧、電流、湿度、電磁放射、質量、磁束、クリープ、亀裂、熱スポット（ヒートスポット）、設備状態、金属温度、システム正常性、及び同様のものを含む種々の測定量の何れかを測定するのに有用とすることができる。更に、状態保持検知装置４０は、能動電子デバイスが一般には機能不全又は動作不能になる可能性がある１又はそれ以上の過酷な環境（例えば、３００°Ｃ、５００°Ｃ、１２００°Ｃ又はそれ以上の温度、約１０００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）と１８，０００ｐｓｉの間の圧力、約５ミルと２０ミルの間の振動、約５，０００回転／分（ｒｐｍ）と１７，５００ｒｐｍの間の速度、及び同様のものを含む内部環境、外部環境、又は機械間環境）内で耐えて動作するのに有効とすることができる。
【００１６】
特定の実施形態において、読取装置４２は、産業システム１０及び／又は他の環境特性の１又はそれ以上の構成要素（例えば、圧縮機２０、タービン２６、燃焼器２２、負荷３４、及び同様のもの）の動作条件の表示として状態保持検知装置４０からデータを定期的（例えば、毎日、毎月、毎年、半年毎、及び同様のもの）に又は連続的（例えば、１分間隔、１時間間隔にわたって）に得るのに用いることができる。読取装置４２はまた、状態保持検知装置４０をリセットするのに用いることができる。読取装置４２と同様に、状態保持検知装置４０はまた、読取装置４２と通信するためのアンテナ４６又は他の送受信装置を含むことができる。以下で理解されるように、状態保持検知装置４０は、産業システム１０又は他の同様のシステム及び環境の構成要素に関連する動作及び／又は環境パラメータを受動的に検出及び保存するのに有用とすることができる受動的（例えば、自己出力型で、非能動的電子デバイスを含む）装置を含むことができる。
【００１７】
特定の実施形態において、図２に示すように、測定検出及び通信システム４８並びに出力抽出供給源５０を含むことができる。上記で検討したように、状態保持検知装置４０は、１又はそれ以上の受動的（自律的に作動可能な、又は準自動的に作動可能な）装置を含むことができ、その結果、状態保持検知装置４０は、外部電源を使用することなく動作パラメータを検出及び保存することができる。加えて、状態保持検知装置４０が特定の動作及び／又は環境パラメータを受動的に監視することができるので、状態保持検知装置４０は、外部電源又は保守、補修又は改造を通じた過剰な人間の介在を必要とすることなく長い時間期間（例えば、数日、数ヶ月、数年、及び同様のもの）にわたってこれらのパラメータを監視及び／保存するのに有用とすることができる。１又はそれ以上の実施形態において、このような監視は、従来の電力取得又はエネルギー取得装置に依存することなく実施することができる。
【００１８】
以下で示されるように、検出及び通信システム４８は、出力抽出供給源５０に通信可能に結合することができる。例えば、作動中、検出及び通信システム４８を介してある測定量（例えば、動作及び／又は環境パラメータ）が検出されると、出力抽出供給源５０は、測定した動作及び／又は環境パラメータからエネルギーを抽出することができ、例えば、検出及び通信システム４８によって使用するため抽出したエネルギーを一時的に保存することができる。１つの実施形態において、検出及び通信システム４８並びに出力抽出供給源５０は、測定量（例えば、温度、圧力、流量、流体レベル、変位、加速度、速度、トルク、クリアランス、歪み、応力、振動、電圧、電流、湿度、電磁放射、質量、磁束、クリープ、ホットスポット、設備状態、金属温度、システム正常性、及び同様のもの）を出力用の電気信号に変換することができる。１つの実施形態において、出力抽出供給源５０は、測定量及び／又は１又はそれ以上の環境源からエネルギーを抽出するのに有用とすることができる受動的エネルギー取得装置（例えば、光起電デバイス、圧電デバイス、熱電発電装置［ＴＥＧ］、又は他の同様のエネルギー取得装置）を含むことができる。以下で理解されるように、検出及び通信システム４８は、電磁回路（例えば、アンテナ及びインピーダンス整合回路網）と、産業システム１０又は他の同様のシステム及び環境に関連する測定量（例えば、動作及び／又は環境パラメータ）を受動的に検出及び保存するのに用いることができる１又はそれ以上のマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）又はナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）デバイスと、を含むことができる。具体的には、検出及び通信システム４８の１又はそれ以上の構成要素は、検知した測定量に対して化学的、電気的、又は機械物理的状態を含むことができる物理的状態を変化させることができる。
【００１９】
例えば、図３に示すように、検出及び通信システム４８は、電磁回路５１（例えば、ＲＦ回路）を含むことができる。図示のように、電磁回路５１は、アンテナ４６と、インピーダンス整合回路網とを含むことができ、該インピーダンス整合回路網は、電源インピーダンス５２（例えば、ＺＡ）、特性インピーダンス５４（例えば、Ｚ０）、負荷インピーダンス５６（例えば、ＺＬ）、及びラッチ装置５８を含むことができる。特定の実施形態において、ラッチ装置５８が開放位置にあるか又は閉止位置にあるかに基づいて、電磁回路５１の全インピーダンスが変化を生じる場合がある。インピーダンスの変化は、検知及び／又は検出された測定量の値を示すことができる。同様に、電源インピーダンス５２（例えば、ＺＡ）もまた、所定値（例えば、約５０Ω又は約１０〜１００Ω）に設定することができる。
【００２０】
従って、電磁信号（例えば、ＲＦ問合せ信号）がアンテナ４６で検出されると、及びラッチ装置が開放位置にあるときに、電磁信号のエネルギーの完全な透過を起こすことができる。しかしながら、負荷インピーダンス５６（例えば、ＺＬ）は、一般に、電源インピーダンス５２（例えば、ＺＡ）及び特性インピーダンス５４（例えば、Ｚ０）と整合しない場合がある。従って、特定の実施形態において、ラッチ装置５８が閉止位置にあるときには、負荷インピーダンス５６（例えば、ＺＬ）は、電磁回路５１に取り込むことができる。すなわち、これは、電磁回路５１におけるインピーダンスの変化をもたらすことができる。更に、例えば、電源インピーダンス５２（例えば、ＺＡ）及び特性インピーダンス５４（例えば、Ｚ０）と、負荷インピーダンス５６（例えば、ＺＬ）との間のインピーダンスの不整合（例えば、ＺＡ｜｜Ｚ０≠ＺＬ＊である条件に相当する）に起因して、アンテナ４６にて検出される電磁エネルギーの強い反射率が生じる場合がある。状態保持検知装置４０から例えば読取装置４２に戻る電磁信号（例えば、ＲＦ問合せ信号）のこのような強い反射率は、検知した測定量の値を示すことができる。更に、読取装置４２により生成される電磁信号（例えば、ＲＦ問合せ信号）を用いて、状態保持検知装置４０をリセットし（例えば、物理的状態をリセット又は復帰させる）、検知した測定量の値が得られると監視を再度開始又は継続することができる。
【００２１】
特定の実施形態において、図３に更に図示されるように、ラッチ装置は、１又はそれ以上のＭＥＭＳ又はＮＥＭＳデバイスを含むことができる。例えば、１つの実施形態において、ラッチ装置は、バネ−質量系６０（例えば、６０Ａ及び６０Ｂ）を含むことができる。具体的には、バネ−質量系６０Ａは、静止時の、すなわち、検知した測定量が保存されていない時間の間のバネ−質量系６０を表すことができる。他方、バネ−質量系６０Ｂは、検知した測定量が検出及び／又は保存されている場合のバネ−質量系６０を表すことができる。例示のように、バネ−質量系６０は、プルーフマス６２（例えば、プルーフマス６２Ａ及び６２Ｂ）と、バネ定数ｋを有するバネ６４（例えば、６４Ａ及び６４Ｂ）と、複数の多重安定構造体６６（例えば、６６Ａ及び６６Ｂ）と、を含むことができる。１つの実施形態において、プルーフマス６２は、バネ６４に力を作用させるのに有用とすることができるあらゆる材料（例えば、硬質又は軟質材料）を含むことができる。他の実施形態において、プルーフマス６２は、バネ−質量系６０が動作するときに例えば磁場センサ又は電流センサとして使用するための軟質又は硬質の磁気材料を含むことができる。
【００２２】
バネ−質量系６０Ｂを参照すると、検知した測定量（例えば、温度、圧力、流量、流体レベル、変位、加速度、速度、トルク、クリアランス、歪み、応力、振動、電圧、電流、湿度、電磁放射、質量、磁束、クリープ、ホットスポット、設備状態、金属温度、システム正常性、及び同様のもの）に基づいて、測定量のエネルギーに応答してプルーフマス６２Ｂ及びバネ６４Ｂの受動的変位が生じることができる。これにより、プルーフマス６２Ｂが多重安定構造体６６Ｂ（例えば、双安定構造体）へのラッチを生じることができる。別の実施形態において、バネ−質量系６０は、質量体（例えば、プルーフマス６２）、バネ（例えば、バネ６４）、及び追加の減衰要素を含むことができ、例えば、集中定数回路としてモデル化することができる。
【００２３】
特定の実施形態において、プルーフマス６２Ｂの変位、及びこの延長線上で多重安定構造体６６Ｂ（双方向安定構造体）によるプルーフマス６２Ｂのラッチは、検知した測定量の値の保存に対応することができる。例えば、以下で例示されるように、多重安定構造体６６Ｂの第１の組によってラッチ状態になったプルーフマス６２Ｂは、測定量の第１の値の保存を表すことができ、多重安定構造体６６Ｂの例示した第２の組によるプルーフマス６２Ｂのラッチは、検知した測定量の第２の値の保存を表すことができる。他の実施形態において、バネ−質量系６０（例えば、６０Ａ及び６０Ｂ）は、１又はそれ以上の検知した測定量のあらゆる個数の値を保存するために、多重安定構造体６６（例えば、双安定構造体６６Ａ及び６６Ｂ）の組又はセットのあらゆる数（例えば、３，４，５，６，７，８、又はそれ以上）を含むことができる。多重安定構造体６６Ｂのセットの何れかへのプルーフマス６２Ｂのラッチはまた、ラッチ装置５８の開放位置から閉止位置への切り替わりに相当することができる。上記で検討したように、その結果、電磁回路５１は、閉回路を形成することができ、従って、電磁回路５１の全インピーダンスの変化が生じることができる。インピーダンスの変化は、検知した測定量の値を示すことができる。次に、検知した測定量の値は、例えば、状態保持検知装置４０によって示される電磁信号（例えば、ＲＦ問合せ信号）の反射率により読取装置４２によって得ることができる。このようにして、状態保持検知装置４０は、外部電源の使用又は保守、補修又は改造を通じた過剰な人間の介在をすることなく測定量を受動的に検出及び保存することができる。
【００２４】
他の実施形態において、図３において更に図示されるように、ラッチ装置５８は、コグホイール及びカップリングシステム６８を含むことができる。一部の実施形態において、コグホイール及びカップリングシステム６８は、機械的カップリングシステム、電気的カップリングシステム、又は機械的カップリングシステムを含むことができる。図示のように、コグホイール及びカップリングシステム６８は、ダイアフラム６９、コグホイール７０（例えば、歯車又は機械的ギア）と、及び懸架装置６９に結合されたレバー装置７２と、を含むことができる。１つの実施形態において、コグホイール及びカップリングシステム６８は、一般に、圧力測定値を検知するのに用いることができる。しかしながら、コグホイール及びカップリングシステム６８はまた、例えば、温度、流量、流体レベル、及び同様のものなどの他の様々な動作パラメータの何れかを検知し保存するのに用いることができる点は理解されたい。
【００２５】
作動中、コグホイール７０は、検知した測定量の検出及び保存（例えば、不揮発性の保存）に応答して回転することができる。具体的には、ダイアフラム６９に力（圧力）が加わると、レバー７２が、例えばコグホイール７０の歯７４Ａから例えば歯７４Ｂまでコグホイール７０を回転させることができる。このコグホイール及びカップリングシステム６８（例えば、ダイアフラムシステム）の変化又は状態変化（例えば、コグホイール７０の回転）は、検知した測定量の保存（例えば、不揮発性の保存）に相当することができる。１つの実施形態において、コグホイール７０はまた、延長歯７６を含むことができ、これは、一部の実施形態において、ラッチ装置５８を閉鎖する電圧信号を送信するための電極を含むことができる。上述のように、電磁回路５１は、閉回路を形成することができ、従って、電磁回路５１の全インピーダンスの変化が生じることができる。このインピーダンスの変化は、検知した測定量の値を示すことができる。次いで、検知した測定量の値は、例えば、状態保持検知装置４０によって示される電磁信号（例えば、ＲＦ問合せ信号）の反射率により読取装置４２によって得ることができる。別の実施形態において、電磁回路５１、及びこの延長線上でラッチ装置５８システムはまた、状態保持検知装置４０の温度を検出又は表示するのに有用とすることができる。例えば、外部磁気干渉（例えば、読取装置４２によって提供される許可された読取信号以外の干渉）により、ラッチ装置５８のＭＥＭＳ又はＮＥＭＳシステムが、物理状態を少なくとも部分的に変化させることができる。この外部磁気干渉は、状態保持検知装置４０の後続の読取が実施されたときに判定することができる。
【００２６】
更にまた別の実施形態において、図３に更に示されるように、ラッチ装置５８は、短絡バー及び測定量応答要素システムを含むことができる。特定の実施形態において、短絡バー及び応答要素システムは、化学的応答システム、電気的応答システム、又は機械的応答システムを含むことができる。例示するように、短絡バー及び応答要素システムは、短絡バー７５と、該短絡バー７５に結合された応答要素７６（例えば、温度応答要素）と、応答要素７６に結合されたアンカー７７とを含むことができる。作動中、１又はそれ以上のバイメタルを含むことができる応答要素７６は、検知した測定量の検出及び保存（例えば、不揮発性の保存）に応答して、延伸又は後退（例えば、長さの変化）及び／又は膨張又は収縮（例えば、形状の変化）をすることができる。１つの実施形態において、短絡バー及び応答要素システムは、一般に、温度の測定量を検知するのに用いることができる。しかしながら、短絡バー及び応答要素システムはまた、例えば、圧力、歪み、応力、振動、及び同様のものなどの他の様々な動作パラメータの何れかを検知及び保存するのに用いることができる点を理解されたい。
【００２７】
ここで図４に移ると、例えば、図２に示した状態保持検知装置４０を用いることにより動作及び／又は環境パラメータを受動的に検出及び保存するのに有用なプロセスの１つの実施形態を示したフロー図が提示される。プロセス８０は、状態保持検知装置４０が１又はそれ以上の動作パラメータを検出し受け取るステップ（ブロック８２）から始めることができる。上記で検討したように、状態保持検知装置４０は、例えば、産業システム１０又は他の同様のシステムに関連する、温度、圧力、流量、流体レベル、変位、加速度、速度、トルク、クリアランス、歪み、応力、振動、電圧、電流、湿度、電磁放射、質量、磁束、クリープ、ホットスポット、設備状態、金属温度、システム正常性、又は他の種々の動作及び／又は環境パラメータを検出及び／又は受け取ることができる。
【００２８】
次いで、プロセス８０は、状態保持検知装置４０が１又はそれ以上の動作パラメータからエネルギーの一部を発生させて抽出するステップ（ブロック８４）に進むことができる。例えば、状態保持検知装置４０は、測定した動作及び／又は環境パラメータからエネルギーを抽出するのに有用とすることができる出力抽出供給源５０を含むことができ、状態保持検知装置４０により使用するため抽出されたエネルギーを一時的に保存することができる。次いで、状態保持検知装置４０は、動作パラメータのそれぞれの値の表示を保存することができる（ブロック８６）。例えば、図２及び３に関して上述されたように、状態保持検知装置４０は、電磁回路５１（例えば、アンテナ及びインピーダンス整合回路網）と、動作及び／又は環境パラメータを受動的に検出及び保存するのに有用とすることができる１又はそれ以上のＭＥＭＳ又はＮＥＭＳデバイスとを含むことができる。
【００２９】
次に、プロセス８０は、状態保持検知装置４０が動作パラメータのそれぞれの値に従って状態を変化させるステップ（ブロック８８）で終了することができる。例えば、状態保持検知装置４０は、該状態保持検知装置４０に送信された電磁的読取信号（例えば、ＲＦ問合せ信号）に応答した電磁エネルギー反射率により、検知した動作及び／又は環境パラメータの１又はそれ以上の値の表示を提供するよう、物理的状態を（例えば、化学的、電気的、又は機械的に）変化させることができる。このようにして、状態保持検知装置４０は、外部電源の使用又は保守、補修又は改造を通じた過剰な人間の介在をすることなく、測定量を受動的に検出及び保存することができる。
【００３０】
本発明の技術的効果は、例えば、長期にわたる及び／又は低頻度の監視を必要とする産業機械、工業プロセス、又は他の様々な用途に関連する動作及び／又は環境パラメータを受動的に検出し保存するのに用いることができる状態保持及び自律検知装置に関する。特定の実施形態において、検知装置は、検出及び通信システムと、出力抽出供給源とを含むことができる。出力抽出供給源は、検知した測定量からエネルギーを抽出し、抽出したエネルギーを電気信号に変換して検知装置に電力供給することができる。検出及び通信システムは、電磁回路（例えば、アンテナ及びインピーダンス整合回路網）と、検知した動作及び／又は環境パラメータの不揮発性値を受動的に検出及び保存するのに用いることができる１又はそれ以上のマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）又はナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）デバイスとを含むことができる。１つの実施形態において、検知装置によって得られるパラメータの値は、無線周波（ＲＦ）信号を発生させて、検知装置から示された（例えば、受動的に示された）エネルギーの量を検出することにより読み取ることができる。更に、検知装置は、受動式及び自律式（例えば、自己作動式）の両方とすることができるので、検知装置は、外部電源又は頻回の保守整備、補修、又は改造を必要とすることなく、過酷な環境において特定の動作及び／又は環境パラメータの長期（例えば、数日、数ヶ月、数年などの期間にわたって）の監視を可能にすることができる。
【００３１】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる組み込み方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３２】
１０  産業システム
１２  ガスタービンシステム
１４  監視システム
１６  燃料供給システム
２０  圧縮機
２２  燃焼システム
２４  燃料ノズル
２６  タービン
２８  排気セクション
３０  空気
３２  シャフト
３４  負荷
３６  排気ガス
４０  状態保持検知装置
４２  問合せ装置又は読取装置
４３  アンテナ（読取装置の）
４６  アンテナ
４８  測定検出及び通信システム
５０  出力抽出供給源
５１  電磁回路
５２  電源インピーダンス
５４  特性インピーダンス
５６  負荷インピーダンス
５８  ラッチ装置
６０、６０Ａ、６０Ｂ  バネ−質量系
６２、６２Ａ、６２Ｂ  プルーフマス
６４、６４Ａ、６４Ｂ  バネ
６６、６６Ａ、６６Ｂ  多重安定構造体
６８  コグホイール及びカップリングシステム
６９  ダイアフラム、懸架装置
７０  コグホイール
７２  レバー装置
７４Ａ、７４Ｂ  歯
７６  延長歯
７５  短絡バー
７６  応答要素
７７  アンカー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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