(57)【要約】【課題】  エンジン内のダスト粒子及び／又は微粒子をより正確に検出する。【解決手段】  本開示は、エンジン、例えば航空機ガスタービンエンジン内のダスト及び／又は多の浮遊微粒子を検出するための統合型静電気センサに向けられる。静電気センサは、検知面を有する外側ハウジングと、外側ハウジング内に検知面に隣接して構成された電極と、電極と共に設けられた増幅器とを含む。電極は、荷電ダスト粒子が検知面を通過する場合に移動するようになった複数の電子を包含する。従って、増幅器は、ダストレベルを電子移動の関数として検出するようになっている。静電気センサはまた、外側ハウジング内に構成された、増幅器と電気的に結合された回路基板を含む。従って、回路基板は、ダストレベルを示す１又は２以上の信号をエンジンのコントローラに送るように構成される。【選択図】      図１
2017133504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（１０）内のダストを検出するための統合型静電気センサ（７５）であって、
検知面（７９）を備えた外側ハウジング（７６）と、
前記外側ハウジング内に前記検知面に隣接して設けられ、荷電ダスト粒子が前記検知面を通過する場合に移動するようになった複数の電子を包含する電極（８３）と、
前記電極と共に設けられ、ダストレベルを前記電子移動の関数として検出するようになった増幅器（８４）と、
前記外側ハウジング内に設けられ、前記増幅器に電気的に結合され、前記ダストレベルを示す１又は２以上の信号を前記エンジンのコントローラ（９０）に送るようになった回路基板（８６）と、
を備えるセンサ。
【請求項２】
前記外側ハウジングは、前記検知面を備えた検知部分と、前記センサを前記エンジンの取付け位置に固定するように構成された取付け部分とを備える、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記外側ハウジングの前記検知部分は、前記エンジンの既存の部位に取り付けられて前記検知面が前記エンジンの内部表面と面一になるように構成された所定形状を備える、請求項２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記既存の部位は、前記エンジンのボアスコープ入口、圧縮機入口、ブースタ入口、又はタービン入口のうちの少なくとも１つを含む、請求項３に記載のセンサ。
【請求項５】
前記外側ハウジングの前記検知部分は、略長円形状を備える、請求項２に記載のセンサ。
【請求項６】
前記取付け部分は、略矩形形状を備える、請求項２に記載のセンサ。
【請求項７】
前記増幅器は、約１フェムトアンペア乃至約５フェムトアンペアの漏れ電流を有し、前記電極は、約１Ｇオームを超えるインピーダンスを有する、請求項１に記載のセンサ。
【請求項８】
前記増幅器は、摂氏約１００度乃至摂氏約２５０度の範囲の動作温度を有する、請求項１に記載のセンサ。
【請求項９】
（１）前記電極と前記外側ハウジングとの間、又は（２）前記取付け部分と前記エンジンとの間の少なくとも一方に構成された１又は２以上の絶縁体をさらに備える、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１０】
前記回路は、前記検知面と対向して前記電極に隣接するように構成される、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１１】
前記取付け部分は、前記センサを前記エンジン内に取り付けるように構成された１又は２以上の貫通穴を備える、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１２】
前記静電気センサは、前記エンジンの流路内の氷晶、構造デブリ、砂、火山灰、又は荷電浮遊粒子のうちの少なくとも１つを検出し、前記コントローラに警告するようにさらに構成されている、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１３】
前記静電気センサは、内部で発生したダスト及びデブリを検出して前記コントローラに警告するようにさらに構成されている、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１４】
前記エンジンは、航空機エンジン、産業用エンジン、発電用エンジン、陸上用エンジン、又は船舶用エンジンの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１５】
エンジン（１０）用の静電気センサシステムであって、
エンジン内のダストを検出するための１又は２以上の統合型静電気センサ（７３）を備え、前記静電気センサの各々は、
検知面（７９）を備えた外側ハウジング（７６）と、
前記外側ハウジング内に前記検知面に隣接して設けられ、荷電ダスト粒子が前記検知面を通過する場合に移動するようになった複数の電子を包含する電極（８３）と、
前記電極と共に設けられ、ダストレベルを前記電子移動の関数として検出するようになった増幅器（８４）と、
前記外側ハウジング内に設けられ、前記増幅器に電気的に結合され、前記ダストレベルを示す１又は２以上の信号を発生するようになった回路基板（８６）と、
を備え、
前記回路基板に電気的に結合され、そこから１又は２以上の信号を受け取るようになっているコントローラ（９０）をさらに備える、
システム。
【請求項１６】
前記外側ハウジングは、前記検知面を備えた検知部分と、前記センサを前記エンジンの取付け位置に固定するように構成された取付け部分とを備え、前記外側ハウジングの前記検知部分は、前記エンジンの既存の部位に取り付けられて前記検知面が前記エンジンの内部表面と面一になるように構成された所定形状を備え、前記既存の部位は、前記エンジンの圧縮機入口、ブースタ入口、又はタービン入口のうちの少なくとも１つを含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記増幅器は、約１フェムトアンペア乃至約５フェムトアンペアの漏れ電流及び摂氏約１００度乃至摂氏約２５０度の範囲の動作温度を有し、前記電極は、約１Ｇオームを超えるインピーダンスを有する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
（１）前記電極と前記外側ハウジングとの間、又は（２）前記取付け部分と前記エンジンとの間の少なくとも一方に構成された１又は２以上の絶縁体をさらに備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
エンジン（１０）内のダストを検出するための方法であって、
前記エンジンの１又は２以上の部位に統合型静電気センサ（７３）を提供するステップであって、前記静電気センサの各々は、検知面（７９）を有する外側ハウジング（７６）と、前記外側ハウジング内の内部電極（８３）及び増幅器とを備え、前記電極は、前記検知面に隣接し、荷電ダスト粒子が前記検知面を通過する場合に移動するようになった複数の電子を有する、ステップと、
前記各センサの検知面を、前記１又は２以上の部位においてダスト流路内に配置するステップと、
前記各センサの増幅器（８４）によって、前記エンジンのダストレベルを前記電子移動の関数として決定するステップと、
荷電ダスト粒子を検出したことに応答して、前記外側ハウジング内に設けられた回路基板（８６）によって、前記ダストレベルを示す１又は２以上の信号を発生させるステップと、
を含む、方法。
【請求項２０】
前記静電気センサの各々の回路基板によって、前記１又は２以上の信号を前記エンジンのコントローラに送るステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は、一般にダストセンサに関し、より具体的には、ガスタービンエンジンなどのエンジンのための静電気ダストセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、一般に直列流れ順に、圧縮機セクション、燃焼器セクション、タービンセクション、及び排出セクションを含む。動作時、空気は、圧縮機セクションに入り、そこで１又は２以上の軸流又は遠心圧縮機が空気を燃焼セクションに達するまで徐々に圧縮する。燃焼セクション内で圧縮空気に燃料が混合されて燃焼し、燃焼ガスがもたらされる。燃焼ガスは、燃焼セクションからタービンセクション内に定められた熱ガス路を通って送られ、次いでタービンセクションから排出セクションを介して排出される。
【０００３】
具体的な構成において、タービンセクションは、直列流れ順に、高圧（ＨＰ）タービン及び低圧（ＬＰ）タービンを含む。ＨＰタービン及びＬＰタービンは各々、タービンロータブレード、ロータディスク、及びリテーナなどの種々の回転タービン構成要素並びにステータベーン又はノズル、タービンシュラウド、及びエンジンフレームなどの固定タービン構成要素を含む。回転及び固定タービン構成要素は、タービンセクションを通る熱ガス路を少なくとも部分的に定める。燃焼ガスが熱ガス路を流れる際に、熱エネルギーが燃焼ガスから回転及び固定タービン構成要素に移動する。
【０００４】
このようなガスタービンエンジンは、通常、航空機に使用される。航空機の運航中、エンジン環境の微粒子及びダストの吸い込みレベルは、解析プロセスへの主要な入力であり、その結果、特定のエンジン毎のアクションが得られる。最新のダスト／微粒子レベルデータは、地上の遠隔検出システムによって提供される。かかるデータは、一時的及び特別な変動並びに誤差を有するので、航空機の離陸時及び上昇時のエンジン状態の正確な評価は特に困難である。他方、センサがエンジンに取り付けられた場合、かかるセンサシステムの電子機器は、典型的には複数のケーブル及びコネクタを介して個別のセンサに接続されることになる。従って、ケーブル布線の何らかの移動又は振動によって、センサ面を通過するダスト粒子よりも大きい信号が生成される場合があり、それにより信号対雑音比が不良になりかねない。さらに、従来のエンジン搭載システムは、ケーブル及びコネクタの摩擦電気及び圧電に起因する問題を被る場合がある。
【０００５】
従って、本開示は、上記問題に対処する改善されたセンサシステムに向けられる。より詳細には、本開示は、上述のガスタービンエンジンのようなエンジン内のダスト粒子及び／又は微粒子をより正確に検出する統合型電子機器を有する１又は２以上の改善された静電気センサを含むセンサシステムに向けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第９０７４８６８号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明の態様及び利点は、その一部を以下の説明に記載しており、又はこの説明から明らかにすることができ、或いは本発明を実施することにより理解することができる。
【０００８】
１つの態様において、本開示は、エンジン、例えば航空機エンジン内のダストを検出するための統合型静電気センサに向けられる。センサは、検知面を有する外側ハウジングと、外側ハウジング内に検知面に隣接して設けられた電極と、電極と共に設けられた増幅器とを含む。電極は、荷電ダスト粒子が検知面を通過する場合に移動するようになっている複数の電子を包含する。従って、増幅器は、ダストレベルを電子移動の関数として検出するようになっている。静電気センサはまた、外側ハウジング内に設けられかつ増幅器と電気的に結合された回路基板を含む。従って、回路基板は、ダストレベルを示す１又は２以上の信号をエンジンのコントローラに送るようになっている。
【０００９】
別の態様において、本開示は、エンジン用の静電気センサシステムに向けられる。センサシステムは、エンジン内のダストを検出するための１又は２以上の統合型静電気センサを含む。静電気センサの各々は、検知面を有する外側ハウジングと、外側ハウジング内に検知面に隣接して設けられた電極と、電極と共に設けられた増幅器とを含む。電極は、荷電ダスト粒子が検知面を通過する場合に移動するようになった複数の電子を包含する。従って、増幅器は、ダストレベルを電子移動の関数として検出するようになっている。センサの各々はまた、外側ハウジング内に設けられかつ増幅器と電気的に結合された回路基板を含む。従ってセンサシステムはまた、回路基板に電気的に結合され、そこから１又は２以上の信号を受け取るようになっているコントローラを含む。センサシステムは、本明細書で説明されるような付加的な特徴のいずれをさらに設けることができることを理解されたい。
【００１０】
さらに別の態様において、本開示は、エンジン、例えば航空機エンジン内のダストを検出するための方法に向けられる。該方法は、エンジンの１又は２以上の位置に統合型静電気センサを提供することを含み、静電気センサの各々は、検知面を有する外側ハウジングと、外側ハウジング内の内部電極及び増幅器とを有する。さらに、電極は、検知面に隣接し、荷電ダスト粒子が検知面を通過する場合に移動するようになった複数の電子を含む。該方法はまた、各センサの検知面を、１又は２以上の部位においてダスト流路内に配置することを含む。従って、該方法はまた、各センサの増幅器によって、エンジンのダストレベルを電子移動の関数として決定することを含む。該方法の別のステップは、荷電ダスト粒子を検出したことに応答して、外側ハウジング内に設けられた回路基板によって、ダストレベルを示す１又は２以上の信号を発生させることを含む。該方法は、本明細書で説明されるようないずれかの付加的なステップ及び／又は特徴をさらに含むことができることを理解されたい。
【００１１】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、以下の説明及び添付の請求項を参照するとより理解できるであろう。本明細書に組み込まれ且つその一部を構成する添付図面は、本開示の実施形態を例証しており、説明と共に本開示の原理を説明する役割を果たす。
【００１２】
添付図を参照した本明細書において、当業者に対してなしたその最良の形態を含む本発明の完全かつ有効な開示を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示によるガスタービンエンジンの１つの実施形態の概略断面図。
【図２】本開示によるエンジン内のダストを検出するためのセンサシステムの１つの実施形態の概略図。
【図３】本開示によるエンジン内のダストを検出するための静電気センサの１つの実施形態の斜視図。
【図４】本開示によるエンジン内のダストを検出するための静電気センサの１つの実施形態の断面図。
【図５】本開示によるエンジン内のダストを検出するための静電気センサの１つの実施形態の平面図。
【図６】本開示によるエンジンのコントローラに含めることができる適切な構成要素の１つの実施形態のブロック図。
【図７】本開示によるエンジン内のダストを検出するための方法の１つの実施形態のフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、その１又は２以上の実施例が図面に例示されている提示された実施形態について詳細に説明する。各実施例は、本発明の限定ではなく、例証として提供される。実際に、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、種々の修正形態及び変形形態を本発明において実施できることは、当業者であれば理解されるであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用して更に別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、このような修正形態及び変形形態を添付の請求項及びその均等物の範囲内にあるものとして保護することが意図される。
【００１５】
本明細書で使用される用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために同義的に用いることができ、個々の構成要素の位置又は重要性を意味することを意図したものではない。
【００１６】
用語「上流」及び「下流」は、流体通路における流体流れに対する相対的方向を指す。例えば、「上流」は、流体がそこから流れる方向を指し、「下流」は流体がそこに向けて流れ込む方向を指す。
【００１７】
一般に、本開示は、エンジン、例えば航空機ガスタービンエンジン内のダスト及び／又はその他の浮遊微粒子を検出するための静電気センサシステム及び方法に向けられる。さらに、静電気センサシステ及び関連した方法は、産業用エンジン、発電用エンジン、陸上用エンジン、船舶用エンジン、又はそれに類するものを含むがそれらに限定されない他のあらゆる型式のエンジンにも適している。より詳細には、静電気センサシステムは、１又は２以上の静電気センサに電気的に接続されたコントローラを含む。さらに、静電気センサの各々は、検知面を有する外側ハウジングと、外側ハウジング内に検知面に隣接して構成された電極と、電極と共に構成された増幅器とを含む。電極は、荷電ダスト粒子が検知面を通過して流れたときに移動するように構成された複数の電子を包含する。従って、増幅器は、ダストレベルを電子移動の関数として検出するように構成される。静電気センサはまた、外側ハウジング内に構成された、増幅器と電気的に結合された回路基板を含む。従って、回路基板は、エンジンのコントローラにダストレベルを示す１又は２以上の信号を送るように構成される。
【００１８】
従って、外側ハウジングと電子機器との構成は、センサ入力と電極との間の距離を最小限にし、それによりセンサの感度を高める。このように、本開示は、従来技術ではなかった種々の利点を提供する。例えば、本開示の静電気センサは、堅牢かつ信頼性が高いより正確なエンジン内のダスト検出を可能にする。さらに、電子機器はセンサ内に統合されるので、本デザインは、従来技術の設計に比べて保守の必要性が少なく、かつ動作上の問題がより少ない。さらに、増幅器の漏れ電流が低いことで増幅器の直流結合が容易になり、このことによりダストレベルの低周波数変化を捕捉することが可能になる。加えて、電極の高入力インピーダンスは、検知面における電荷の小さい変化に対するセンサ感度を改善する。さらに、電極の高入力インピーダンスはまた、検知した粒子が漏れ出して出力信号が生成されなくなることに起因する電極内の電荷のリディストリビューションを防止することで、センサの低周波数応答も改善する。従って、本開示の静電気センサは、ダスト粒子質量基準で約７百万分の１を検出することが可能である。さらに、本開示の静電気センサは、ダストに加えて、氷の検出、並びに火山灰及び／又はその他の損傷を与える吸い込み粒子の検出を可能にすることができる。加えて、静電気センサは、エンジン排出ノズル内に位置する場合、デブリの放出をもたらすことになる、内部エンジン部品の摩擦及び／又はエンジン部品の劣化に由来して内部で発生する粒子を検出することができる。
【００１９】
ここで図面を参照すると、図１は、本開示によるガスタービンエンジン１０（高バイパスタイプ）の１つの実施形態の概略断面図を示す。より詳細には、ガスタービンエンジン１０は、航空機エンジンを含むことができる。図示するように、ガスタービンエンジン１０は、貫通する長手方向中心軸線１２を基準目的で有する。さらに図示するように、ガスタービンエンジン１０は、好ましくは、全般的に符号１４で示されるコアガスタービンエンジンと、その上流に位置決めされたファンセクション１６とを含む。コアエンジン１４は、典型的には、環状入口２０を定める概ね管状の外部ケーシング１８を含む。外部ケーシング１８は、さらに、コアエンジン１４に入る空気の圧力を第１の圧力レベルまで高めるためのブースタ２２を囲んで支持する。高圧多段軸流圧縮機２４は、ブースタ２２から加圧空気を受け取り、空気圧力をさらに高める。圧縮機２４は、タービンエンジン１０内で空気を方向付けて圧縮する機能を有する回転ブレード及び固定ベーンを含む。加圧空気は、燃焼器２６へ流れ、ここで加圧空気ストリームに燃料を注入して点火し、加圧空気の温度及びエネルギーレベルを上昇させる。高エネルギーの燃焼生成物は、燃焼器２６から、第１の（高圧）駆動シャフト３０を通して高圧圧縮機２４を駆動するための第１の（高圧）タービン２８へ流れ、次いで、第１の駆動シャフト３０と同軸の第２の（低圧）駆動シャフト３４を通してブースタ２２及びファンセクション１６を駆動するための第２の（低圧）タービン３２へ流れる。各タービン２８及び３２を駆動した後、燃焼生成物は、排出ノズル３６を通ってコアエンジン１４から出て、エンジン１０のジェット推進推力の少なくとも一部をもたらす。
【００２０】
ファンセクション１６は、環状ファンケーシング４０によって取り囲まれた回転可能な軸流ファンロータ３８を含む。ファンケーシング４０は、複数の実質的に半径方向に延びた円周方向に離間した出口ガイドベーン４２によってコアエンジン１４から支持されることが認識されるであろう。このようにして、ファンケーシング４０は、ファンロータ３８及びファンロータブレード４４を囲む。ファンケーシング４０の下流セクション４６は、コアエンジン１４の外側部分の上に延びて、付加的なジェット推進推力をもたらす二次的な、すなわちバイパスの空気流通路４８を定める。
【００２１】
流れの観点から見れば、矢印５０で表される初期空気流は、ファンケーシング４０への入口５２を通ってガスタービンエンジン１０に入ることが認識されるであろう。空気流はファンブレード４４を通過して、通路４８を通って移動する第１の空気流（矢印５４で表される）と、ブースタ２２に入る第２の空気流（矢印５６で表される）とに分かれる。
【００２２】
第２の圧縮空気流５６の圧力が高められて、矢印５８で表されるように高圧圧縮機２４に入る。燃焼器２６内で燃料と混合されて燃焼した後、燃焼生生成物６０は、燃焼器２６から出て第１のタービン２８を通って流れる。燃焼生生成物６０は次に、第２のタービン３２を通って流れ、排出ノズル３６から出て、ガスタービンエンジン１０の推力の少なくとも一部をもたらす。
【００２３】
引き続き図１を参照すると、燃焼器２６は、長手方向中心軸線１２と同軸の環状燃焼室６２、並びに入口６４及び出口６６を含む。上記のように、燃焼器２６は、高圧圧縮機排出出口６９から加圧空気の環状ストリームを受け取る。この圧縮機排出空気流の一部は、混合器（図示せず）に入る。燃料は、燃料ノズル８０から注入され、空気と混ざり合って燃料−空気混合物を形成し、これが燃焼のために燃焼室６２に供給される。適切な点火器によって燃料−空気混合物の点火が達成され、得られた燃料ガス６０は、環状の第１段タービンノズル７２に向かって軸線方向に流入する。ノズル７２は、環状流れチャネルによって定められ、これは、ガスの向きを変えてガスが第１のタービン２８の第１段タービンブレードに角度を成して衝突するようにする複数の半径方向に延びた円周方向に離間したノズルベーン７４を含む。図１に示すように、第１のタービン２８は、好ましくは第１の駆動シャフト３０を介して高圧圧縮機２４を回転させ、他方、低圧タービン３２は、好ましくはブースタ２２及びファンロータ３８を第２の駆動シャフト３４を介して駆動する。
【００２４】
燃焼室６２は、エンジン外部ケーシング１８内に収容され、燃料は、１又は２以上の燃料ノズル８０によって燃焼室６２内に供給される。より詳細には、液体燃料は、燃料ノズル８０のステム内の１又は２以上の通路又は導管を通って移送される。
【００２５】
動作中、ダスト及び他のタイプのエアロゾル微粒子は、例えば入口５２に入る空気から、ガスタービンエンジン１０によって吸い込まれる。ダスト及びエアロゾル微粒子の蓄積は、それらのレベルがエンジンのサービス時間、摩損、及び／又は他の保守管理スケジュールの評価において重要であるので、エンジン解析に対する重要な入力である。従って、本開示は、ガスタービンエンジン１０、例えば航空機エンジン内のダストを検出するための改善された静電気センサシステム７０（図２）及び方法１００（図７）に向けられる。より詳細には、図２に示すように、センサシステム７０は、コントローラ９０に通信可能に結合した１又は２以上の静電気センサ７３、７５を含む。加えて、図３〜図５に示すように、静電気センサ（例えばセンサ７３及び７５）の種々の図を示す。例えば、図３は、関連のセンサ電力／出力配線７１を備えた静電気センサ７３、７５の１つの斜視図を示す。図４は、静電気センサ７３、７５の１つの断面図を示す。図５は、静電気センサ７３、７５の１つの平面図を示す。
【００２６】
図示するように、静電気センサ７３、７５の各々は、検知面７９を含む外側ハウジング７６又はケーシングを定める。より詳細には、外側ハウジング７６は、基部又は取付け部分７７と、検知部分７８とを含む。従って、取付け部分７７は、ガスタービンエンジン１０に取り付けられ又は固定されるように構成され、他方、検知部分７８は、検知面７９を介してエンジン１０内のダスト粒子を検出するように構成される。より詳細には、図４に具体的に示すように、検知部分７８は、所定形状を有する輪郭を定め、検知面７９は、ダストが空気流に同伴し易い、エンジン１０の領域内に配置されるように構成される。外側ハウジング７６の検知部分７８は、あらゆる適切な形状を有することができることを理解されたい。例えば、特定の実施形態において、ハウジング７６の検知部分７８は、ガスタービンエンジン１０の既存の部位、穴、又は入口に嵌合して検知面７９がガスタービンエンジン１０の内部表面と面一になるように構成された所定形状を有することができる。より詳細には、図示するように、検知部分７８は、概ね長円又は楕円形状を有することができる。かかる形状は一般に、エンジン１０の既存の入口位置、例えば限定されないが圧縮機入口６７（図２）、ブースタ入口６５（図２）、タービン入口、ボアスコープ入口、又はダストに曝露されるエンジン１０の他のいずれかの適切な入口又は位置などに対応する。
【００２７】
特に図４を参照すると、静電気センサ７３、７５はまた、外側ハウジング７６の検知部分７８内に、すなわち検知面７９に隣接して構成された内部電極８３及び増幅器８４を含む。例えば、図示した実施形態に示すように、電極８３は、検知面７９に隣接して設けられた複数の電子８５を含む。従って、矢印８７で示すように、電子８５は、荷電ダスト粒子が検知面７９を通過して流れたときに移動する又は流れるようになっている。より詳細には、電子８５は、通過するダスト粒子の電荷に基づいて電極８３内を検知面７９に向かう方向又は検知面７９から遠ざかる方向のいずれかで移動する。従って、増幅器８４は、電極内の電子８５の位置を検出又は測定して、検知面７９を通過して流れる荷電ダスト粒子のダストレベルを示すようになっている。
【００２８】
上記のように、本開示の集積増幅器８４は、極めて高感度であり、エンジン１０のダストレベルをより正確に検出することが可能である。より詳細には、特定の実施形態において、増幅器８４は、約１フェムトアンペア乃至約５フェムトアンペア、より好ましくは約３フェムトアンペアの漏れ電流を含むことができる。従って、漏れ電流が低いことで、増幅器８４の直流結合が容易になり、このことによりダストレベルの低周波数変化を捕捉することが可能になる。さらに、電極８３は、約１Ｇオームを超える、例えば約１０Ｇオームのインピーダンスを有することができる。このように、電極８３の高入力インピーダンスは、検知面７９における電荷の小さい変化に対するセンサ感度を改善するように構成される。さらに、高入力インピーダンスはまた、検知された電荷が漏れ出して出力電圧を生成することができなくなることを防止することによって、センサ７３、７５の低周波数応答を改善するようになっている。さらに、増幅器８４は、摂氏約１００度（℃）乃至約２５０℃、より好ましくは約１５０℃乃至約２３０℃の範囲の動作温度を有することができる。従って、本開示の静電気センサ７３、７５は、ダスト粒子質量基準で約７百万の１を検出することが可能である。
【００２９】
付加的な実施形態において、静電気センサ７３、７５は、エンジン流路内の氷晶、構成デブリ、砂、及び／又は火山灰を含むがこれらに限定されないいずれかの／全てのエアロゾル微粒子を検出し、これを検した場合にコントローラ９０に警告するようにもなっている。さらに、静電気センサ７３、７５は、内部で発生したダスト及びデブリを検出してコントローラに警告するようにもなっている。
【００３０】
特に図４を参照すると、静電気センサ７３、７５はまた、外側ハウジング７６内に構成されかつ増幅器８４に電気的に結合された集積回路基板８６を含む。より詳細には、図示するように、回路基板８６は、電極８３に隣接しかつ検知面７９に対向することができる。付加的な実施形態において、回路基板８６は、静電気センサ７３、７５の外側ハウジング７６内のいずれかの適切な位置に配置することができる。さらに本明細書で説明する場合の回路基板８６は、センサ７３、７５の外側ハウジング７６内で電子構成要素を支持して電気的に接続するあらゆる適切な回路基板を含むことができる。より詳細には、本開示の特定の回路基板は、非導電性基板上に積層された銅などの金属のシートからエッチングされた、導電性トラック、パッド、及び／又は他の特徴部を含むことができる。さらに、本開示の回路基板８６は、片面、両面、又は多層とすることができる。従って、本明細書で説明する場合の回路基板８６は、ダストレベルを示す１又は２以上の信号をエンジン１０のコントローラ９０に送るように構成される。
【００３１】
図４に示すように、静電気センサ７３、７５はまた、１又は２以上の絶縁体又は絶縁層８８、８９を含むことができる。例えば、図４に示すように、静電気センサ７３、７５は、電極８３と外側ハウジング７６との間に１又は２以上の絶縁層８８を含むことができる。加えて、静電気センサ７３、７５は、外側ハウジング７６の取付け部分７７とエンジン１０との間に１又は２以上絶縁層８９を含むことができる。任意の数の絶縁層をセンサ７３、７５内のいずれかの適切な位置で使用することができることをさらに理解されたい。
【００３２】
加えて、図３及び図５に示すように、センサ７３、７５の取付け部分７７は、静電気センサ７３、７５をエンジン１０のいずれかの適切な位置に取り付けるように構成された１又は２以上の貫通穴９３を含むことができる。より詳細には、特定の実施形態において、貫通穴９３の各々は、締結具（例えばねじ付きボルト）を受け入れて静電気センサ７３、７５を所望の位置に固定するように構成することができる。代替的に、静電気センサ７３、７５は、金属クリップ、溶接ニクロム箔又はそれに類する方法を含むが限定されないいずれかの他の適切な方法によってエンジン１０内に固定する又は取り付けることができる。
【００３３】
ここで図２及び図６を参照すると、コントローラ９０は、センサ７３、７５からダスト信号を受け取るように構成される。より詳細には、図６に示すように、本開示によるコントローラ９０に包含することができる適切な構成要素の１つの実施形態のブロック図が示される。図示するように、コントローラ９０は、種々のコンピュータ実装機能を実行する（例えば、本明細書で開示するように、方法、ステップ、計算等を実行する、及び関連データを格納する）ように構成された、１又は２以上のプロセッサ９２及び関連の記憶デバイス９４を含むことができる。さらに、コントローラ９０はまた、コントローラ９０と静電気センサ７３、７５との間の通信を支援する通信モジュール９５を含むことができる。さらに、通信モジュール９５は、センサ７３、７５から伝送された信号をプロセッサ９２が理解しかつ処理することができる信号に変換するセンサインタフェース９６（例えば、１又は２以上のアナログデジタルコンバータ）を含むことができる。センサ７３、７５は、いずれかの適切な手段を用いて通信モジュール９５に通信可能に結合することができることを認識されたい。例えば、図６に示すように、センサ７３、７５は、有線接続でセンサインタフェース９６に結合される。しかしながら、他の実施形態において、センサ７３、７５は、例えば当該分野で公知にいずれかの適切な無線通信プロトコルを利用して無線接続でセンサインタフェース９６に結合することができる。このように、プロセッサ９２は、センサ７３、７５から１又は２以上の信号を受け取るように構成することができる。
【００３４】
本明細書で用いる場合、「プロセッサ」という用語は、当該分野でコンピュータに含まれるものとして言及される集積回路のみならず、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラム可能論理コントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路、及び他のプログラム可能回路をも指す。加えて、記憶デバイス９２は、一般に、コンピュータ可読媒体（例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））、コンピュータ可読不揮発性媒体（例えばフラッシュメモリ）、クラウドストレージ、フロッピーディスク、コンパクトディスク読出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気ディスク（ＭＯＤ）、デジタル多目的ディスク（ＤＶＤ）及び／又は他の適切な記憶素子を含むがこれらに限定されない記憶素子を含むことができる。かかる記憶デバイス９４は、一般に、プロセッサ９２によって実装されたときにコントローラ９０にガスタービンエンジン１０の種々の機能を実行させる適切なコンピュータ可読命令を格納するように構成することができる。
【００３５】
ここで図７を参照すると、ガスタービンエンジン１０、例えば航空機エンジン内のダストを検出するための方法１００の１つの実施形態のフロー図が示されている。１０２に示すように、方法１００は、ガスタービンエンジン１０内の１又は２以上の位置に統合型静電気センサ（例えばセンサ７３、７５）を設けることを含み、静電気センサ７３、７５の各々は、検知面７９を有する外側ハウジング７６と、外側ハウジング７６内の内部電極８３及び増幅器８４とを有する。さらに、上述のように、電極８３は、検知面７９に隣接し、荷電ダスト粒子が検知面７９を通過して流れたときに移動するようになった複数の電子を有する。１０４に示すように、方法１００は、各センサ７３、７５の検知面７９を、１又は２以上の位置においてダスト流路内に配置することを含む。従って、１０６に示すように、方法１００はまた、各センサ７３、７５の増幅器８４によって、ガスタービンエンジン１０のダストレベルを電子移動の関数として決定することを含む。１０８に示すように、方法１００は、荷電ダスト粒子を検出したことに応答して、外側ハウジング７６内に構成された回路基板８６によって、ダストレベルを示す１又は２以上の信号を発生することを含む。
【００３６】
１つの実施形態において、方法１００は、静電気センサ７３、７５の各々の回路基板８６によって、ガスタービンエンジン１０のコントローラ９０に信号を送ることをさらに含むことができる。このように、本明細書で説明されるセンサ７３、７５は、リアルタイムで正確な微粒子レベルデータをユーザに提供する。
【００３７】
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、更に、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及びあらゆる包含の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含む場合、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】
【００３８】
１０：ガスタービンエンジン
１２：中心軸線
１４：コアエンジン
１６：ファンセクション
１８：外部ケーシング
２０：環状入口
２２：ブースタ
２４：圧縮機
２６：燃焼器
２８：第１のタービン
３０：第１の駆動シャフト
３２：第２のタービン
３４：第２の駆動シャフト
３６：排出ノズル
３８：ファンロータ
４０：ファンケーシング
４２：ガイドベーン
４４：ロータブレード
４６：下流セクション
４８：空気流通路
５０：矢印
５２：入口
５４：矢印
５６：矢印
５８：矢印
６０：燃焼生成物
６２：燃焼室
６４：入口
６５：ブースタ入口
６６：出口
６７：圧縮機入口
６９：排出出口
７０：センサシステム
７１：センサ電力／出力配線
７２：第１段タービンノズル
７３：静電気センサ
７４：ノズルベーン
７５：静電気センサ
７６：外側ハウジング
７７：取付け部分
７８：検知部分
７９：検知面
８０：燃料ノズル
８３：電極
８４：増幅器
８５：電子
８６：回路基板
８７：矢印
８８：絶縁体
８９：絶縁体
９０：コントローラ
９２：プロセッサ
９３：貫通穴
９４：記憶デバイス
９５：通信モジュール
９６：センサインタフェース
１００：方法
１０２：方法ステップ
１０４：方法ステップ
１０６：方法ステップ
１０８：方法ステップ
【図１】
2017133504.tif 000003
【図２】
2017133504.tif 000004
【図３】
2017133504.tif 000005
【図４】
2017133504.tif 000006
【図５】
2017133504.tif 000007
【図６】
2017133504.tif 000008
【図７】
2017133504.tif 000009
【外国語明細書】
2017133504000001.pdf