[发明专利]间隙测量系统及其操作方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及探头(probe)和传感器系统，更具体地涉及用于测量两物体之间的间隙的探头。

背景技术

各种类型的探头和传感器系统已被用于测量两物体之间的距离。另外，探头系统已被用于各种应用中。例如，涡轮机具有多个布置在护罩(shroud)附近的涡轮叶片。涡轮叶片和护罩之间的间隙随涡轮叶片的温度而变化。例如，护罩和涡轮叶片之间的间隙在涡轮机很冷时最大，并随着涡轮机的加热而逐渐减小。所希望的是，为了涡轮机安全有效的运转应维持涡轮叶片和护罩之间的空隙或间隙。可在涡轮机内放置传感器以测量涡轮叶片和护罩之间的距离。该距离可用于引导护罩移动以维持护罩和涡轮叶片之间所希望的位移。

诸如涡轮机和压缩机之类的旋转部件的效率还受到旋转叶片和部件外壳之间的空隙或间隙的强烈影响。通常，最小化空隙会使这些部件的效率最大化。然而，为了防止旋转叶片碰到部件外壳，小量的间隙是理想的。在某些应用中，电容探头被用于测量两物体之间的距离。该探头被安置在其中一个物体上并测量相对于另一物体的电容，从而估计两物体之间的间隙。然而，对于高温应用，例如燃气涡轮，由于使设备在恶劣工作环境中工作所必需的要求很严格，所以现有的设备价格昂贵并且制造困难。

因此，存在对解决上述问题的改进的传感器系统的需求。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供了一种间隙感测系统。该系统包括与测试物体以可变距离d间隔开的探头。该系统还包括用于提供电流通过探头的交流(AC)电源，其中AC电源和探头被配置成在探头的尖端和测试物体之间产生受控的等离子体通道。该系统进一步包括处理单元，被配置成根据所述探头的尖端和测试物体之间的电压差来确定所述可变距离d。

根据本发明的另一个实施例，公开了一种测量到导电旋转物体的距离的方法。该方法包括将探头放置在距离导电旋转物体具有可变距离d之处。该方法进一步包括启动并稳定探头的尖端和导电旋转物体之间的等离子体放电。该方法进一步包括测量电压降、流过在探头的尖端和导电旋转物体之间形成的等离子体的电流以及该探头的阻抗中的至少一项。另外，该方法包括根据电压降、电流和阻抗中的至少一项来确定到导电旋转物体的距离。

附图说明

当参照附图阅读以下详细说明，本发明的这些及其它特征、方面和优势将被更好地理解，在附图中，相似的符号表示相似的部分，其中：

图1是根据本发明实施例的用于以射频启动并稳定等离子体的探头系统的图解说明；

图2是表示图1中的探头系统的等效电路；

图3是根据本发明实施例的用于以射频启动并稳定等离子体的屏蔽式探头系统的示意性图示；

图4是表示图3中的屏蔽式探头系统的等效电路；

图5是根据本发明实施例的间隙感测系统的框图表示；

图6是图5中的间隙感测系统的特定示例的框图表示；

图7是说明测量旋转物体的间隙的方法的示范性步骤的流程图；

图8是试验台的一部分的示意性图示；以及

图9是在图1和图3的探头系统的尖端和图8中的突起之间所测量的电压降的图形图示。

部件列表

10.等离子体探头

12.内部导体

14.AC电压源

16.外部导体

18.线圈

20.第一电极

22.第二电极

24.空隙

26.等离子体放电

28.地

30.等效电路

32.电感器

34.电容器

36.电阻器

38.传输线

40.寄生电容

42泄露电阻

44.传输线的一端

46.负载

60.屏蔽式探头系统

62.中央导体

64.AC电压源

66.第一电极

68.外部导体

70.线圈

72.第二电极

74.空隙

76.热等离子体放电

78.屏蔽

90.等效电路

92.电感器

94.电容器

96.电阻器

98.泄露电阻器

100.电容器

102.传输线的一端

104.负载

110.间隙感测系统

112.探头

114.测试物体

11 6.可变距离d

118.AC电源

120.受控的等离子体通道