(57)【要約】【課題】  チャンバ内の圧力振動を示す信号を発生する方法（７００）を提供する。【解決手段】  圧力振動を示す信号を発生する方法は、チャンバ内部の圧力を感知すること（７０２）と、感知された圧力に関連する信号を発生すること（７０４）と、信号をデジタル化すること（７０６）と、デジタル化信号を時間領域から周波数領域に変換して、エネルギースペクトルを生成すること（７０８）と、エネルギースペクトルを解析して、デジタル化信号の実質的に非ランダムである成分を示すエネルギースパイクを判定すること（７１０）とを含む。【選択図】  図７
2005164592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内の圧力振動を示す信号を発生する方法（７００）において、
チャンバ内部の圧力を感知すること（７０２）と、
感知された圧力に関連する信号を発生すること（７０４）と、
前記信号をデジタル化すること（７０６）と、
デジタル化信号を時間領域から周波数領域に変換して、エネルギースペクトルを生成すること（７０８）と、
前記エネルギースペクトルを解析して、デジタル化信号の実質的に非ランダムである成分を示すエネルギースパイクを判定すること（７１０）とから成る方法。
【請求項２】
チャンバ内部の圧力を感知することは、前記チャンバと流体連通する状態で結合されたダイアフラム（２１６）の撓みを感知することから成る請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記チャンバと流体連通する状態で結合されたダイアフラムの撓みを感知することは、渦電流センサ（２１６）を使用して前記ダイアフラムの撓みを感知することから成る請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記チャンバは燃焼器（２０２）であり、前記チャンバ内部の圧力を感知することは、前記燃焼器内部のハミングを示す動圧を感知することから成る請求項１記載の方法。
【請求項５】
チャンバ内の圧力振動を示す信号を発生するシステムにおいて、
チャンバ（２０２）と流体連通する状態で配置され、前記チャンバ内部の圧力に関連する出力信号を発生するように構成されたセンサ（２１６）と、
前記出力信号を周期的に受信するように構成され、受信された信号をデジタル化するように構成されたサンプリング回路（９０）と、
デジタル化信号のエネルギースペクトルを生成するように構成されたフーリエ変換回路と、
前記エネルギースペクトルを処理して、デジタル化信号の実質的に非ランダムである成分を示すエネルギースパイクを判定するように構成されたアナライザとを具備するシステム。
【請求項６】
前記センサは、前記チャンバ内部の圧力変化に対して撓むように構成されたダイアフラムを具備する請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記センサは、撓みに関連する出力信号を発生するように構成された変換器（１２）を更に具備する請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記センサは渦電流変換器（１２）を具備する請求項５記載のシステム。
【請求項９】
前記チャンバは燃焼器（２０２）であり、前記センサ（２１６）は、前記燃焼器内部のハミングを示す動圧を感知するように構成されている請求項５記載のシステム。
【請求項１０】
前記燃焼器は静圧成分と、動圧成分とを含み、前記センサは動圧成分に対して信号を発生するように構成されている請求項９記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にデジタルインピーダンス測定システムに関し、特に、圧力測定の感度を向上させることを容易にするために使用されるデジタル渦電流システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、通常、圧縮機部分と、燃焼器部分と、少なくとも１つのタービン部分とを含む。圧縮機は空気を圧縮し、圧縮空気は燃料と混合されて、燃焼器へ送り出される。次に、その混合物は点火されて、高温燃焼ガスを発生する。燃焼ガスはタービンへ送られ、タービンは圧縮機に動力を与えるためのエネルギーを燃焼ガスから取り出すと共に、発電機などの負荷に動力を与えるため又は飛行中の航空機を推進させるための有用な仕事を生成する。
【０００３】
ガスタービンエンジンは数多くの異なる動作条件で動作し、燃焼器の性能は広範囲にわたるエンジン動作条件に対してエンジンの動作を助ける。一般に、安定した燃焼は、エンジンの定格推力又は動力レベルを犠牲にすることなくエンジンブローアウトを減少させるのを容易にする。更に、環境規制に適合し且つＮＯｘ放出の減少を容易にするために、少なくともいくつかの周知のガスタービンは、燃焼の安定性が酸化窒素（ＮＯｘ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の放出の制御をも容易にする乾燥低酸化窒素（ＤＬＮ）技法によって稼動されている。
【０００４】
少なくともいくつかの周知のＤＬＮ燃焼システムは予混合された燃料と空気を利用し、ＮＯｘ放出の減少を容易にするために希薄燃料／空気混合比（ＦＡＲ）により動作する。希薄燃料／空気混合比は、燃料と空気の比が現在の動作条件の間に供給されている燃料について要求される化学量論比より小さいときに起こる。しかし、希薄予混合動作によって動作することの結果の１つは、燃焼システムが事前に定義された希薄ブローアウト（ＬＢＯ）境界の付近で動作するということである。希薄ブローアウト又は弱消火は、燃料と空気の混合物が可燃性ではなくなっている動作条件として定義されている。更に、予混合マルチノズルシステムの中では、特に拡散により、又は化学量論的炎の付近でパイロットされるシステムの場合には、弱消火は、燃焼効率の著しい低下及び／又は炎の完全な消滅があるポイントとして定義されることが可能である。
【０００５】
希薄ＦＡＲ混合物によって動作しているとき、ガスタービンは圧力振動として測定可能である誘発燃焼不安定状態になる場合がある。そのような振動はハミングと呼ばれ、ＬＢＯの予兆となりうるもので、時間の経過につれて機械に損傷を引き起こす可能性があるハウリングとして知られるレベルまで増大する。加えて、そのような圧力振動は圧力変換器によって検出可能ではあるが、ハミングにより誘発される圧力変換器ダイアフラムのわずかな動き（ピークピーク振幅）は、燃焼器の付近に現れている環境雑音と組み合わされて、ハミングの検出を困難にする。
【特許文献１】特開２００３−５１２６０９号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの面においては、チャンバ内の圧力振動を示す信号を発生する方法が提供される。方法は、チャンバ内部の圧力を感知することと、感知された圧力に関連する信号を発生することと、信号をデジタル化することと、デジタル化信号を時間領域から周波数領域に変換して、エネルギースペクトルを生成することと、エネルギースペクトルを解析して、デジタル化信号の実質的に非ランダムである成分を示すエネルギースパイクを判定することとを含む。
【０００７】
別の面においては、チャンバ内の圧力振動を示す信号を発生するシステムが提供される。システムは、チャンバと流体連通する状態で配置され、チャンバ内部の圧力に関連する出力信号を発生するように構成されたセンサと、出力信号を周期的に受信するように構成され、受信された信号をデジタル化するように構成されたサンプリング回路と、デジタル化信号のエネルギースペクトルを生成するように構成されたフーリエ変換回路と、エネルギースペクトルを処理して、デジタル化信号の実質的に非ランダムである成分を示すエネルギースパイクを判定するように構成されたアナライザとを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、デジタル渦電流システム１０の一例の概略ブロック線図であり、変換器１２がシステム１０に動作可能に結合されている。システム１０は、変換器１２の未知の電気的インピーダンスをデジタル測定するために使用される電圧比方法（ＶＲ方法）を含む。変換器１２は一体感知要素又はコイル１４と、多心変換器ケーブル１５とを含む。感知要素１４は第１の電気リード１６と、第２の電気リード１８とを含む。変換器ケーブル１５は、変換器ケーブル１５の第１の端部２６から第２の端部２８へ延出する第１の心線２２及び第２の心線２４を含む。
【０００９】
ケーブルの第１の端部２６では、第１の心線２２と第２の心線２４は、それぞれ、感知要素１４の第１の電気リード１６と、第２の電気リード１８とに動作可能に結合されている。ケーブルの第２の端部２８では、第１の心線２２は接続点４６において抵抗器４０の第２の端子４２に結合され、第２の心線２４は接地接続点４８に結合され、それにより、未知の変換器ダイナミックインピーダンスＺｕｎｋｎｏｗｎの一方のリードを接地している。
【００１０】
一実施例では、変換器１２は、変換器１２と、機械の回転軸又は監視されるべき転がり要素軸受の外レースなどの導電性目標物３０又は金属製目標物３０との間に規定される間隙距離２９に相関される生ダイナミックデータを感知するために、機械に結合されている。ただし、目標物３０は回転軸又は転がり要素軸受の外レースには限定されない。
【００１１】
デジタル渦電流システム１０は、抵抗値Ｒと、第１の接続点４４と第２の接続点４６との間にそれぞれ結合されている第１の端子４１及び第２の端子４２とを有する抵抗器４０を含む。
【００１２】
変換器１２は、値Ｚｕｎｋｎｏｗｎを有する未知の変換器ダイナミックインピーダンスを有し、接続点４６の抵抗器４０の第２の端子４２と接地接続点４８との間に結合されている。従って、抵抗器４０と変換器１２は直列電気接続を形成している。
【００１３】
デジタル渦電流システム１０はフィルタ５０と、信号発生器７０と、タイミング制御回路８０と、サンプリング回路９０と、畳み込み回路１００と、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）１１０とを更に含む。信号発生器７０は、抵抗器４０及び変換器１２を介して信号を駆動し、それにより、直列に接続された抵抗器４０と変換器１２に第１の電圧Ｖ１を印加し、変換器１２のみに第２の電圧Ｖ２を印加するために、フィルタ５０を介して接続点４４で抵抗器の第１の端子４１に動作可能に結合されている。ここで使用される用語「プロセッサ」はマイクロプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、特定アプリケーション向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路、及びここで説明するような検査システムを実行することが可能である他のどのような回路又はプロセッサをも含む。
【００１４】
一実施例では、信号発生器７０は、フィルタ５０と、抵抗器４０／変換器１２の組み合わせの直列接続とを介して１つ以上の周波数を有するプログラム可能ダイナミック信号を駆動するために、フィルタ５０を介して接続点４４で抵抗器４０に動作可能に結合されると共に、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）１１０に動作可能に結合されている。特に、信号発生器７０は、抵抗器４０及び変換器１２を介してダイナミック信号又は波形を駆動するために、フィルタ５０及びバッファ、利得及びオフセット回路６０を介して抵抗器の第１の端子４１に動作可能に結合された直接デジタル合成（ＤＤＳ）デバイス７２を含む。
【００１５】
このダイナミック信号は第１の電圧Ｖ１を抵抗器４０と変換器１２の直列接続に印加させると共に、第２の電圧Ｖ２を変換器１２のみに印加させる。この実施例では、このダイナミック信号が変換器感知要素１４に金属製目標物３０において渦電流を誘起する交番磁界を発生させるように、感知要素１４が目標物３０に近接して結合されている。目標物３０で発生した渦電流は感知要素１４で電圧を誘起し、それにより、例えば、変換器１２と目標物３０との間の間隙距離２９の変化の関数として変化する変換器１２のインピーダンスの変化が起こる。
【００１６】
この実施例では、信号発生器７０は、抵抗器４０及び変換器１２を介して様々に異なる周波数で複数のダイナミック信号を駆動し、その後、変換器１２と目標物３０との間隙距離２９に相関され得る、異なる周波数における変換器１２の同時インピーダンス測定値を得るための畳み込みを含めた処理を実行するために、フィルタ５０と、バッファ、利得及びオフセット回路６０とを介して抵抗器の第１の端子４１に結合された複数のＤＤＳデバイス７２を含む。
【００１７】
各ＤＤＳデバイス７２はインタフェース１１４を介してＤＳＰ１１０に結合されていても良く、正弦波などの純粋な周波数／位相プログラム可能なダイナミック信号を発生する。ＤＳＰ１１０は、フルデジタル制御の下で精密に操作できる出力周波数／位相を有する周波数／位相プログラム可能なダイナミックアナログ信号によって変換器１２を駆動するために使用されることが可能である出力信号の周波数と位相の双方をプログラムするためのアルゴリズムを含んでいても良い。従って、各ＤＤＳデバイス７２は、駆動信号又は基準信号として使用するための精密さをもって複数の周波数／位相で正弦波を出力するようにデジタルプログラミングされても良い。一実施例では、ＤＤＳデバイス７２は、マサチューセッツ州ノーウッドのAnalog Deviceより市販されている部品番号ＡＤ９８５０などのデバイスである。
【００１８】
フィルタ５０はＤＤＳデバイス７２と抵抗器４０との間に電気的に結合され、ＤＤＳデバイス７２から出力されるアナログダイナミック信号をフィルタリングする。この実施例では、フィルタ５０は、例えば、ＤＤＳデバイス７２で発生される調波を排除するために各ＤＤＳデバイス７２の出力ダイナミック信号又は波形を清浄化するように、各ＤＤＳデバイス７２と抵抗器４０の第１の端子４１との間に電気的に結合された少なくとも１つの低域フィルタ５２を含む。例えば、ＤＤＳデバイス７２の出力が１０プラスビットデジタル／アナログ変換器である結果として、量子化雑音は低域フィルタを使用して除去される。従って、フィルタ５２は段差を除去し、ＤＤＳデバイス７２からのアナログダイナミック信号出力を平滑化することを容易にする。更に、フィルタ５２はシステム１０の雑音帯域幅を縮小することを容易にし、信号対雑音比を改善する。一実施例では、低域フィルタ５２は５極楕円フィルタデバイスである。
【００１９】
この実施例においては、バッファ、利得及びオフセット回路６０はフィルタ５０と抵抗器４０との間に電気的に結合されて、アナログダイナミック信号を緩衝、増幅し、アナログダイナミック信号のどのような所望のオフセットをも実現する。サンプリング回路９０は第１の接続点４４に結合されて、直列に接続された抵抗器４０／変換器１２の組み合わせに印加される電圧Ｖ１をサンプリングし、デジタル化する。更に、サンプリング回路９０は第２の接続点４６に結合されて、変換器１２にのみ印加される電圧Ｖ２をサンプリングし、デジタル化する。この実施例では、サンプリング回路９０は、第１のダイナミック電圧Ｖ１と第２のダイナミック電圧Ｖ２をサンプリングし、デジタル化するために第１の接続点４４と、第２の接続点４６とにそれぞれ結合された１対のアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）９２及び９４を含む。一実施例では、ＡＤＣ９２及び９４は、マサチューセッツ州ノーウッドのAnalog Devicesより市販されている部品番号ＡＤ６６４４のような１４ビットで、帯域幅の広い変換器である。
【００２０】
タイミング制御回路８０は、信号発生器７０の出力信号とサンプリング回路９０のサンプルとの位相関係が維持されるように、信号発生器７０の出力信号とサンプリング回路９０のサンプリング速度を同期させる。タイミング制御回路８０は各ＤＤＳデバイス７２、ＡＤＣ９２及び９４、並びにＤＳＰ１１０に動作可能に結合されている。従って、ＤＤＳデバイス７２は、ＤＤＳデバイス７２の出力の周波数が正確に設定されるようにタイミング制御回路８０によりクロックされる。更に、タイミング制御回路８０は、ダイナミック駆動信号とサンプリングされた信号との位相関係が維持されるように、ＤＤＳデバイス７２の出力とＡＤＣ９２及び９４のサンプリング速度を同期させる。従って、サンプリングはダイナミック駆動信号と同期して実行されるであろう。
【００２１】
タイミング制御回路８０は、各ＤＤＳデバイス７２に動作可能に結合されて、各ＤＤＳデバイス７２にクロック信号を供給する水晶クロック発振器８４を含む。
【００２２】
信号発生器７０とサンプリング回路９０との間の位相の整合を確保するために、ＤＤＳデバイス７２と、ＡＤＣ９２及び９４も発振器８４によりクロックされる。
【００２３】
畳み込み回路１００は、例えば、デジタルダウンカウンタ（ＤＤＣ）の形態をとるスタンドアロンデバイスであっても良い。この実施例では、畳み込み回路１００はサンプリング回路９０とＤＳＰ１１０との間に結合されて、畳み込み演算を実行する。畳み込み回路１００によりアナログ／デジタル変換電圧Ｖ１Ｄ及びＶ２Ｄが受信され、畳み込まれ、その後、複素電圧数Ｖ１Ｃ及びＶ２ＣとしてＤＳＰ１１０へ送信される。畳み込み回路１００は所定の周波数を処理するようにプログラムされても良い。一実施例では、畳み込み回路１００は、カリフォルニア州ミルパイタスのIntersil Corporationより市販されている部品番号ＨＳＰ５０２１６のようなデジタルダウンカウンタ（ＤＤＣ）である。
【００２４】
別の実施例においては、デジタル畳み込み回路１００はデジタルシグナルプロセッサ１１０と一体に形成されており、その場合、ＤＳＰ１１０はＡＤＣ９２及び９４に動作可能に結合されて、ＡＤＣ９２及び９４から第１及び第２のデジタル化電圧信号Ｖ１Ｄ及びＶ２Ｄを受信し、デジタル化電圧を一体の畳み込み回路１００を介してそれぞれ対応する複素電圧数Ｖ１Ｃ及びＶ２Ｃに畳み込む。２１０ＸＸシリーズのデバイスなどの一体型畳み込み回路１００を有するＤＳＰ１１０は、マサチューセッツ州ノーウッドのAnalog Devicesより市販されている。畳み込み回路１００を介してデジタル化電圧をそれぞれ対応する複素電圧数Ｖ１Ｃ及びＶ２Ｃに畳み込むプロセスは、同相検出及び直角位相検出又は直角位相合成として定義されている。計算されたインピーダンスはプロセッサ１１０により、例えば、プロセッサ１１０に結合されたメモリ１２０に格納されている式、アルゴリズム、数値方法又はルックアップテーブルを使用して、変換器１２と監視されるべき目標物３０との間の間隙距離２９に相関する電圧値又は間隙値に変換されても良い。インピーダンス値又は間隙値はデジタル／アナログ変換器１４０を介してアナログ出力部１４２へ出力されても良い。アナログ出力部１４２は、例えば、アナログ出力が所定の公称動作範囲外にあるときにトリップするように設定された警報、継電器及び遮断器であっても良い。
【００２５】
インピーダンス値又は間隙値は通信リンク１４４を介してホストコンピュータ１４６へ出力され、回転機械又は往復動機械の監視に使用するために更に処理されても良い。ディスプレイ１５０で見ることができるメニュー駆動インタフェースを介してデータを入力する又はシステム１０の設定を変更するために使用可能なキーボード、指示装置、音声指令回路及び／又はタッチスクリーンなどの入力装置１４８が使用されても良いが、入力装置はこれらには限定されない。入力データは直ちに計算に使用されても良いが、後の使用に備えてメモリ１２０に格納されても良い。ディスプレイ１５０は、例えば、ＣＲＴモニタ又はＬＣＤモニタ及び／又はハードコピー装置を含むであろう。
【００２６】
動作中、変換器の先端部の周囲に無線周波数（ＲＦ）磁界が発生されるように、変換器コイル１４からＲＦ信号が送信される。この実施例では、ＲＦ磁界は約０．１インチ（１００ｍｉｌ）より広い間隙距離２９まで延出している。目標物３０がＲＦ磁界の中に存在しているとき、目標物３０の表面に渦電流が流れる。渦電流の浸透深さは目標物３０の導電率及び透磁率によって決まる。例えば、Ｅ４１４０鋼の浸透深さは約０．００３インチ（３ｍｉｌ）である。変換器１２が目標物３０に渦電流を流すほど十分に目標物３０に近接している場合、変換器１２と目標物３０との間の間隙距離２９が最小であるときにＲＦ信号振幅が最小になり、その結果、最大限の渦電流が目標物３０に流れるという意味で、ＲＦ信号は影響を受ける。同様に、変換器１２と目標物３０との間の間隙距離２９が最大であり、その結果、目標物３０における渦電流が最小であるときには、ＲＦ信号振幅は最大である。更に、目標物３０がＲＦ磁界の中で低速で動いているとき、ＲＦ信号振幅はゆっくりと増減する。目標物がＲＦ磁界の中で急速に動いている場合には、ＲＦ信号振幅は急速に増減する。目標物３０の振動運動は、目標物３０が変換器１２に対して振動しているときのように、ＲＦ信号を変調させる。
【００２７】
図２は、複数の環状燃焼器２０２を含むガスタービンエンジン２００の簡略化された概略図である。各燃焼器２０２は圧縮機部分２０４及びタービン部分２０６に直列流れ連通配置で結合されている。主燃料供給部２０８は主導管２１０と、複数の分岐導管２１２とを介して各燃焼器２０２と流れ連通関係で結合されている。高圧空気排出圧縮機２０４は、燃料と空気の混合物が各燃焼器２０２に供給されるように各燃焼器に向けられている。
【００２８】
１つ以上の燃焼器２０２における圧力変動を監視するために、それらの燃焼器の内部に燃焼センサ２１６が配置されていても良い。この実施例では、センサ２１６は燃焼器２０２内部の燃焼状態を示す信号をデジタル渦電流システム１０へ送信する。センサ２１６は、目標物３０が燃焼器２０２と圧力連通関係にあるように目標物３０（図１に示される）に近接しており、燃焼器２０２内部の静圧と、動圧変化を感知する変換器１２（図１に示される）を具備する。変換器１２は、間隙距離２９（図１に示される）及び間隙距離２９の変化が変換器１２のインピーダンスの変化として変換器１２により感知されるように、目標物３０とＲＦ通信している。センサ２１６は変換器１２及び目標物３０から一体に形成されていても良いが、変換器１２と目標物３０は互いに別個の構成要素であっても良い。燃焼器２０２は４つしか示されていないが、エンジンフレームの大きさに応じて、ガスタービンエンジン２００が５つ以上又は３つ以下の燃焼器２０２を含んでいても良いことを理解すべきである。例えば、一実施例においては、ガスタービンエンジン２００は２４の燃焼器２０２を含む。
【００２９】
デジタル渦電流システム１０は、電気信号ケーブル、光ファイバケーブル又は無線接続などの適切な導管２２０を介して高速フーリエ変換アナライザ（ＦＦＴ）２１８に通信可能に結合されていても良いが、導管２２０はこれらに限定されない。この実施例では、ＦＦＴ２１８はスタンドアロン構成要素である。別の実施例においては、ＦＦＴ２１８の機能は、例えば、選択的に利用可能な回路として、デジタル渦電流システム１０に組み込まれている。別の実施例では、ＦＦＴ２１８は専用スタンドアロンＦＦＴ２１８又はデジタル渦電流システム１０のいずれかで実行されるソフトウェアプログラムに埋め込まれていても良い。更に別の実施例においては、ＦＦＴ２１８は、デジタル周波数スペクトルを、オシロスコープトレースとして周波数スペクトルを表示するためにオシロスコープ２２８へ出力されるアナログ信号に変換するデジタル／アナログ変換器２２６に通信可能に結合されていても良い。ＦＦＴ２１８は、更に、グラフを作成するためにデジタルデータを受信するコンピュータ２３０に通信可能に結合されていても良い。
【００３０】
一実施例では、ＦＦＴ２１８は、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ‐ＲＯＭ、ＤＶＤなどのコンピュータ読み取り可能な媒体（図示せず）、あるいはネットワーク又はインターネットなどの別のデジタルソース、並びにこれから開発されるべきデジタル手段から命令及び／データを読み取るフロッピー（登録商標）ディスクドライブ、ＣＤ‐ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、光磁気ディスク（ＭＯＤ）ドライブ、あるいはイーサネット（登録商標）デバイスなどのネットワーク接続装置を含む他の何らかのデジタルデバイスのような装置２２４を含むプロセッサ２２２を含む。別の実施例においては、ＦＦＴ２１８はファームウェア（図示せず）に格納されている命令を実行する。ＦＦＴ２１８は、ここで説明される機能を実行するようにプログラムされており、ここで使用される用語「プロセッサ」は一般にコンピュータとして知られている集積回路のみに限定されず、広い意味でコンピュータ、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ、特定アプリケーション向け集積回路及び他のプログラム可能な回路を表し、それらの用語は互換性をもって使用される。更に、ここで説明される方法及びシステムは工業用セッティングとして説明されるが、本発明の利点は、例えば、航空機などの輸送用セッティングで通常採用されるシステムなどの非工業用システムによっても得られると考えられる。尚、システムは航空機用に限定されない。
【００３１】
図３は、圧力感知に適用される場合のセンサ２１６の一例の出力のオシロスコープトレース３００である。この実施例では、センサ２１６におけるターゲット材料は、１ｐｓｉ当たり約３．６マイクロインチのダイアフラム変位又は撓みを発生するようにあらかじめ選択されたダイアフラムであり、いくつかの周知のハミング事象が相当に高い静圧（２５０〜５００ｐｓｉ）を変調する約２〜５ｐｓｉの動圧を発生させるようになっている。そのように小さいダイアフラムの撓みはセンサ２１６の出力で検出するのが困難であろう。例えば、センサ２１６のスケーリングを２００ｍＶ／ｍｉｌに設定した場合、０．２７ｐｓｉの圧力信号に相当する１マイクロインチの変位は、センサ２１６の出力ではわずか０．２ｍＶにしかならないであろう。そのように小さな信号はシステム１０のノイズフロアの下へ落ちてしまうため、識別することは困難であろう。トレース３００は、１００Ｈｚの周波数で約１０マイクロインチの変位距離によって振動しているセンサ２１６の時間軸波形出力を示す。オシロスコープは水平分割ごとに１０ミリ秒、垂直分割ごとに１ミリボルトを表示するように設定されている。この実施例では、この変位の値は燃焼器２０２内部における圧力の約３ｐｓｉの振動に相当する。トレース３００は約３ｐｓｉのハミング事象に対応している。トレース３００に複数のノイズトレース３０２が乗ることにより、トレース３００の振幅の正確な判定が妨げられ、従って、燃焼器２０２内部の圧力変動の正確な判定が妨げられる。ノイズトレース３０２はトレース３００の振幅の正確な判定を妨げるが、１００Ｈｚの信号が存在していると識別することは可能である。
【００３２】
図４は、１マイクロインチ、１００Ｈｚ信号によって誘発されたセンサ２１６のオシロスコープトレース４００である。１マイクロインチ信号は約０．２７ｐｓｉの圧力変化及びセンサ２１６からの０．２ミリボルト出力に相当する。オシロスコープは、水平分割ごとに１０ミリ秒、垂直分割ごとに１ミリボルトを表示するように設定されている。この信号振幅では、システム１０に約１ミリボルトの雑音が存在するとき、トレース４００において判定できる識別可能な信号は存在しない。１ミリボルトの雑音は約５マイクロインチの変位及び燃焼器２０２内部における１ｐｓｉを超える圧力に対応する。センサ２１６からの信号を雑音から識別するために、追加処理が実行される。
【００３３】
図５は、データを周波数領域振幅スペクトルに変換し、エンジン２００の動作を制御するための論理回路（図示せず）を制御し且つ警報を発生するためにこの周波数領域振幅スペクトルを提供するためにリアルタイムＦＦＴ２１８を介して処理された後のセンサ２１６の出力のオシロスコープトレース５００である。ここで使用される用語「リアルタイム」は、結果に影響を及ぼす入力の変化の後に実質的に短い期間を経て起こる結果を表す。この期間は、規則的に反復されるタスクの繰り返しから次の繰り返しまでの時間の量であっても良い。そのような反復タスクは周期的タスクと呼ばれる。時間周期は、結果の重要度及び／又は入力の処理を実現するシステムが結果を生成する能力に基づいて選択されるか、又はシステムを構成している要素に固有の遅延であるリアルタイムシステムの設計パラメータである。ＦＦＴ２１８は、センサ２１６からの小さな変位振幅信号を雑音信号から識別することを可能にする。センサ２１６の出力は選択自在の時間周期にわたりサンプリングされる。出力波形はＦＦＴ２１８に印加される。この実施例では、ＦＦＴ２１８は４０９６ポイント、基数４のＦＦＴである。サンプル時間は帯域幅／分解能の最適のトレードオフを実現するように選択自在である。ＦＦＴ２１８を使用すると、非ランダム周波数のエネルギーはランダム周波数におけるより多くサンプリングされるため、非ランダム成分である出力信号の成分をランダム成分より大きい振幅で表示できるであろう。サンプル時間が長いほど、信号のランダム成分と非ランダム成分との振幅の差は大きくなる。ピーク５０２は、センサ２１６のダイアフラムの１００Ｈｚ、５０マイクロインチの振動撓みに対するリアルタイム信号を表す。ピーク５０２は、スペクトルの他の周波数で存在するより多くの信号のエネルギーが１００Ｈｚで存在していることを示す。トレース５００の部分５０４は、この例におけるセンサ２１６の出力信号を構成している周波数の低振幅帯域を表す。トレース５００の部分５０６は、低域フィルタ（図示せず）によりほぼフィルタリングされた周波数の帯域からの雑音を示す。
【００３４】
図６は、センサ２１６から収集されたデータの例を示す、コンピュータ２３０にプロットされたオシログラフトレース６００である。ポイント６０２は、信号の５０マイクロインチ、１００Ｈｚ成分に相当する出力信号のエネルギーを表す。ポイント６０４、６０６及び６０８は、１００Ｈｚ、５００Ｈｚ及び１，０００Ｈｚにおける１マイクロインチのダイアフラム変位に相当する出力信号成分のエネルギーをそれぞれ表す。図４に示されるように、１００Ｈｚ、５００Ｈｚ及び１，０００Ｈｚの非ランダム周波数でデータを収集するためにＦＦＴ２１８を使用すると、標準の処理を使用したのでは識別不可能であった相対的に小さな変位が明確に識別できる振幅を示している。トレース６００の各ポイントは、それが表す周波数における出力信号中のエネルギーの量を表している。特定の周波数成分で存在するエネルギーの量が多いほど、トレース６００上のより高い位置にポイントは現れる。基線６１０はシステム１０の約１ｍＶピークピークのノイズフロアを表している。基線６１０は図５に示される部分５０４に相当する。ポイント６０４は、１００Ｈｚにおけるダイアフラムの１マイクロインチ（０．２７ｐｓｉ）の動きに相当する。出力信号を処理するためにＦＦＴ２１８を使用すると、ポイント６０４は信号雑音の４倍の振幅の信号成分を表す。
【００３５】
図７は、チャンバ内の圧力振動を示す信号を発生する方法７００の一例の流れ図である。方法は、チャンバ内部の圧力を感知すること７０２を含む。この実施例では、センサは、例えば、ガスタービンエンジン燃焼器（これに限定されるわけではない）などのチャンバの内部の圧力を感知するダイアフラムと、デジタル渦電流システムに結合された渦電流変換器とを含む。渦電流変換器はダイアフラムに近接する面からＲＦ波を放出し、ＲＦ波はダイアフラムと相互に作用して、ダイアフラム内部に渦電流を発生させる。その渦電流は、変換器の放出面とダイアフラムとの間の間隙距離に関連して変換器の複素インピーダンスに影響を与える。通常の燃焼及び／又は燃焼の不安定さによって燃焼器内部で圧力が変動すると、変換器からの出力信号がそれに比例して変化し、感知圧力に関連する信号を発生する（７０４）。出力信号はサンプリング回路によりサンプリングされて、デジタル化され（７０６）、デジタル化信号は、エネルギースペクトルを生成するために、ＦＦＴアナライザを使用して時間領域から周波数領域に変換される（７０８）。エネルギースペクトルは、デジタル化信号のほぼ非ランダムである成分を示すエネルギースパイクを判定するために解析される。信号の大部分は、信号の情報含有部分に対して回路及び／又は部品発生雑音によるものであろう。信号の雑音成分は複数の周波数にわたってほぼ均一に拡散しているであろう。燃焼器内のハミングにより発生される信号のような反復信号は、一般に、１つ以上の特性周波数にほぼその中心を置いている。信号の高速フーリエ変換により、複数の周波数について信号の各周波数レベルの中に含まれるエネルギーを表示できるであろう。ＦＦＴは、信号の雑音又はランダム成分に対して信号の非ランダム成分を際立たせるという効果を有し、従って、この実施例では、雑音を含む大きな静圧信号の上に乗っている、ハミングによる小さな信号強度を処理して、燃焼器の動作に関する重大な情報を得ることができるであろう。
【００３６】
ガスタービンエンジンにおけるハミングは、エンジン燃焼器内部の動圧の相対的に小さな非ランダム振動を測定することにより検出できるであろう。判定可能な周波数で起こる非ランダム振動は、エンジン燃焼器のスペクトル出力を判定するためのデジタル渦電流システム及びＦＦＴアナライザを使用して監視できる。監視されるスペクトルからの変化はハミングであるか、又はハミングの始まりであると判定される。変化は、エンジン負荷、エンジン気流、燃料品質又は入口空気温度などの動作パラメータ（ただし、パラメータはそれらに限定されない）に伴って変化するスペクトル振幅におけるピークとして現れるであろう。
【００３７】
上述の方法及びシステムは、ハミングとして知られている燃焼器の動圧変化を測定するための費用効率が良く、信頼に足る手段を提供する。特に、方法及びシステムは、圧力センサダイアフラムの近接度及び／又は振動を測定し且つＦＦＴアナライザを使用してセンサ出力信号を処理して、エンジンハミングを示すと思われる信号の非ランダム周波数成分を判定するために、渦電流変換器を利用することを容易にする。その結果、ここで説明する方法及びシステムは、費用効率が良く且つ信頼性の高い方法で機器を監視することを容易にする。
【００３８】
本発明をガスタービンエンジンにおけるハミングを測定することに関連して説明したが、他の数多くの用途も考えられる。例えば、プロセスシステム測定又は計装システムのように（ただし、それらには限定されない）、相対的に小さな非ランダム周波数信号が信号を少なくとも部分的に不明瞭にするノイズフロアにより影響を受けるような、どのようなシステムにも本発明を適用できるであろう。
【００３９】
先に、圧力測定システムの実施例を詳細に説明した。システムはここで説明した特定の実施例に限定されず、各システムの構成要素はここで説明した他の要素とは別個に、独立して利用されても良い。また、各システム要素を他のシステム要素と組み合わせて使用することも可能である。
【００４０】
本発明を様々な特定の実施例に関して説明したが、本発明を変形を伴って実施できることは当業者には認識されるであろう。特許請求の範囲に示される図中符号は本発明の範囲を狭めようとするのではなく、本発明の理解を容易にすることを意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】デジタル渦電流システムの一例の概略ブロック線図。
【図２】複数の環状燃焼器を含むガスタービンエンジンの簡略化された概略図。
【図３】図２に示されるエンジンと共に使用できる圧力感知に適用されるセンサの一例の出力のオシロスコープトレース。
【図４】一例である１マイクロインチ、１００Ｈｚ信号によって誘発された、図２に示されるセンサのオシロスコープトレース。
【図５】リアルタイムＦＦＴによって処理された後のセンサの出力のオシロスコープトレース。
【図６】センサから収集されるデータの例を示す、図２に示されるコンピュータでプロットされたオシロスコープトレース。
【図７】チャンバ内の圧力振動を示す信号を発生する方法７００の一例の流れ図。
【符号の説明】
【００４２】
１０…デジタル渦電流システム、１２…変換器、１４…感知要素、３０…目標物、４０…抵抗器、５０…フィルタ、６０…バッファ、利得及びオフセット回路、７０…信号発生器、７２…直接デジタル合成（ＤＤＳ）デバイス、８０…タイミング制御回路、８４…水晶発振器，９０…サンプリング回路、９２、９４…アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）、１００…畳み込み回路、１１０…デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、１１４…ＤＳＰインタフェース、１２０…メモリ、２００…ガスタービンエンジン、２０２…燃焼器、２１６…燃焼センサ、２１８…高速フーリエ変換アナライザ（ＦＦＴ）、２２２…プロセッサ、２２６…デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）、２２８…オシロスコープ、２３０…コンピュータ
【図１】
2005164592.tif 000003
【図２】
2005164592.tif 000004
【図３】
2005164592.tif 000005
【図４】
2005164592.tif 000006
【図５】
2005164592.tif 000007
【図６】
2005164592.tif 000008
【図７】
2005164592.tif 000009
【外国語明細書】
2005164592000001.pdf