专利名称：涡轮机引擎热成像系统的制作方法
技术领域：
本文公开的主旨涉及涡轮机引擎热成像系统。
背景技术：
某些燃气涡轮机引擎包括具有观察口的涡轮机，这些观察口配置成便于监测涡轮机内的各种部件。例如，测温系统可通过这些观察口接收辐射信号来测量该涡轮机的热气路径内的某些部件的温度。该测温系统可包括配置成测量红外光谱内的辐射的传感器，以及配置成将该辐射测量转换成这些部件的温度图的控制器。遗憾地，这些部件的发射率中的变化可能干扰温度计算。例如，发射率可能由于温度中的改变、这些部件上残留物的累积、涡轮机部件的氧化和/或在观察口窗口上的灰尘积累而随时间变化。因此，在某些情况下，采用红外测量来计算温度可产生这些部件的不准确温度图。另外，由于某些涡轮机部件(例如，涡轮机叶片)的高速旋转，可采用具有短积分时间的拍摄装置来捕捉这些部件的图像。例如，可采用具有大约I微秒的积分时间的拍摄装置来捕捉以大约50HZ旋转的涡轮机叶片的图像。该短积分时间使该拍摄装置能够捕捉高空间分辨率图像。遗憾地，这样的拍摄装置可是非常昂贵的。
发明内容
在一个实施例中，系统包括配置成与涡轮机的内部光学通信的成像系统。该成像系统包括至少一个拍摄装置，其配置成接收该涡轮机的该内部内的旋转部件的多个可视光谱图像，并且输出指示每个可视光谱图像的二维强度轮廓的信号。该成像系统还包括控制器，其通信耦合于该至少一个拍摄装置并且配置成基于这些信号确定该旋转部件的二维温度图。该成像系统配置成使用第一积分时间捕捉该旋转部件的第一可视光谱图像，使用第二积分时间(不同于该第一积分时间)捕捉该旋转部件的第二可视光谱图像，并且从该第二可视光谱图像扣除该第一可视光谱图像来获得差分图像。在另一个实施例中，系统包括成像系统，其配置成使用第一积分时间捕捉涡轮机的内部内的旋转部件的第一图像，使用第二积分时间(不同于该第一积分时间)捕捉该涡轮机的该内部内的该旋转部件的第二图像，并且从该第二图像扣除该第一图像来获得差分图像。在另外的实施例中，系统包括配置成与涡轮机的内部光学通信的成像系统。该成像系统包括拍摄装置，其配置成接收该涡轮机的该内部内的部件的可视光谱图像，并且输出指示该可视光谱图像的二维强度轮廓的信号。该成像系统还包括控制器，其通信耦合于该拍摄装置并且配置成基于这些信号确定该部件的二维温度图。
当下列详细说明参照附图(其中所有图中相似的符号代表相似的部件)阅读时，本发明的这些和其他特征、方面和优势将变得更好理解，其中
图1是包括成像系统的涡轮机系统的实施例的框图，该成像系统配置成基于可视光谱图像确定涡轮机部件的ニ维温度图，和/或计算该部件的高空间分辨率差分图像；图2是示范性涡轮机段的剖视图，其图示可由成像系统的实施例监测的各种涡轮机部件；图3是具有控制器的成像系统的实施例的示意图，该控制器配置成接收指示涡轮机部件的可视光谱图像的信号，并且基于这些信号确定ニ维温度图；以及图4是具有控制器的成像系统的实施例的示意图，该控制器配置成基于第一和第ニ图像(每个具有不同的积分时间)计算涡轮机部件的差分图像。
具体实施例将在下文描述ー个或多个特定实施例。为了提供这些实施例的简洁描述，可不在该说明书中描述实际实现的所有特征。应该意识到在任何这样的实际实现的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多实现特定的决定以达到开发者的特定目标，例如遵守系统相关和业务相关的约束等，这些约束可在实现之间变化。此外，应该意识到这样的开发努力可能是复杂并且耗时的，但对于具有该公开的利益的那些普通技术人员仍将是设计、生产和制造的例行任务。当介绍本文公开的各种实施例的要素时，冠词“一”、“该”和“所述”意在表示存在要素中的ー个或多个。术语“包括”、“包含”和“具有”意在为包括性的并且表示可存在除列出的要素外的附加要素。本文公开的实施例可提供涡轮机部件的增强温度測量和/或更高的空间分辨率图像。在一个实施例，成像系统配置成与涡轮机的内部光学通信。该成像系统包括至少ー个拍摄装置，其配置成接收该涡轮机的该内部内的旋转部件的多个可视光谱图像，并且输出指示每个可视光谱图像的ニ维强度轮廓的信号。该成像系统还包括控制器，其通信耦合于该至少ー个拍摄装置并且配置成基于这些信号确定该旋转部件的ニ维温度图。因为该ニ维温度图基于可视光谱图像，该温度图内计算的温度可比从红外光谱图像计算的温度更准确。具体地，基于可视波长发射的温度计算比基于红外辐射的计算较不依赖于发射率中的变化。因此，尽管有旋转部件上残留物的累积、旋转部件的氧化和/或在观察ロ窗口上的灰尘积累，该控制器将提供准确温度图。另外，在一个实施例中，该成像系统配置成使用第一积分时间捕捉该旋转部件的第一可视光谱图像，使用第二积分时间(不同于该第一积分时间)捕捉该旋转部件的第二可视光谱图像，并且从该第二可视光谱图像扣除该第一可视光谱图像来获得差分图像。该差分图像可具有空间分辨率，其与具有等于该第一积分时间和该第二积分时间之间的差别的积分时间的图像大致上相似。因为能够以较长积分时间操作的拍摄装置比能够以较短积分时间操作的拍摄装置便宜得多，该成像系统可提供用于生成具有高空间分辨率的图像的经济上可行系统。现在转向图，图I是包括成像系统的涡轮机系统的实施例的框图，该成像系统配置成基于可视光谱图像确定涡轮机部件的ニ维温度图，和/或计算该部件的高空间分辨率差分图像。该涡轮机系统10包括燃料注射器12、燃料供应14和燃烧室16。如图示的，该燃料供应14将液体燃料和/或气体燃料(例如天然气等)路由到该燃气涡轮机系统10，通过该燃料注射器12进入该燃烧室16。如下文论述的，该燃料注射器12配置成注射燃料并且将该燃料与压缩空气混合。该燃烧室16点燃并且燃烧该燃料-空气混合物，并且然后将热加压排气传递进入涡 轮机18。如将意识到的，该涡轮机18包括具有固定导叶或叶片的ー个或多个定子，以及具有相对于这些定子旋转的叶片的ー个或多个转子。该排气传递通过这些涡轮机转子叶片，由此驱动该涡轮机转子旋转。该涡轮机转子和转轴19之间的耦合将使该转轴19旋转，该转轴19也耦合于该燃气涡轮机系统10中的若干部件(如图示的)。最后，燃烧エ艺的排气可经由排气出ロ 20离开该燃气润轮机系统10。压缩机22包括刚性安装到转子(其由转轴19驱动而旋转)的叶片。当空气传递通过旋转叶片时，空气压カ増加，由此为燃烧室16提供足够空气供适当的燃烧。该压缩机22可经由空气进入口 24将空气吸入燃气涡轮机系统10。此外，转轴19可耦合到负载26，其可经由转轴19的旋转而被提供动力。如将意识到的，该负载26可以是可使用燃气涡轮机系统10的旋转输出的动カ的任何适合的装置，例如发电站或外部机械负载等。例如，该负载26可包括发电机、飞机的推进器等。该空气进入口 24经由合适的机构(例如冷空气进入口等)将空气30抽吸进入燃气涡轮机系统10。该空气30然后流过该压缩机22的叶片，其向燃烧室16提供压缩空气32。特别地，燃料注射器12可将该压缩空气32和燃料14作为燃料-空气混合物34注射进入燃烧室16。备选地，该压缩空气32和燃料14可直接注射进入燃烧室供混合和燃烧。如图示的，涡轮机系统10包括光学耦合于涡轮机18的成像系统36。在图示的实施例中，该成像系统36包括在进入涡轮机18的观察ロ 40和拍摄装置42之间延伸的光学连接38 (例如，光纤光缆、光波导等)。如下文详细论述的，该拍摄装置42配置成通过该观察ロ 40获得涡轮机18内的部件的ニ维可视光谱图像。该拍摄装置42通信耦合于控制器44，其配置成基于该可视光谱图像确定该部件的ニ维温度图。因为该ニ维温度图基于可视光谱图像，该温度图内计算的温度可比从红外光谱图像计算的温度更准确。另外，在ー个实施例中，该成像系统配置成使用第一积分时间捕捉该部件的第一可视光谱图像，使用第二积分时间(不同于该第一积分时间)捕捉该部件的第二可视光谱图像，并且从该第二可视光谱图像扣除该第一可视光谱图像来获得差分图像。该差分图像可具有空间分辨率，其与具有等于该第一积分时间和该第二积分时间之间的差别的积分时间的图像大致上相似。因为能够以较长积分时间操作的拍摄装置比能够以较短积分时间操作的拍摄装置便宜得多，该成像系统可提供用于生成具有高空间分辨率的图像的经济上可行系统。图2是涡轮机段的剖视图，其图示可由成像系统36监测的各种涡轮机部件。如图示的，来自燃烧室16的排气48在轴向50和/或周向52上流入涡轮机18。图示的涡轮机18包括至少两级，具有在图2中示出的前两级。其他的涡轮机配置可包括更多或更少涡轮机级。例如，涡轮机可包括1、2、3、4、5、6或更多涡轮机级。该第一涡轮机级包括导叶54和叶片56，其在围绕涡轮机18的周向52上大致上相等地间隔。这些第一级导叶54刚性安装到涡轮机18上并且配置成将燃烧气体引导朝向这些叶片56。这些第一级叶片56安装到转子58上，该转子58由流过这些叶片56的该排气48驱动而旋转。该转子58进而耦合到转轴19，其驱动压缩机22和负载26。该排气48然后流过第二级导叶60和第二级叶片62。这些第二级叶片62也耦合到该转子58。当该排气48流过每级时，来自该气体的能量转换成该转子58的旋转能量。在传递通过每个涡轮机级后，该排气48在轴向50离开涡轮机18。
在图示的实施例中，每个第一级导叶54在径向66上从端壁64向外延伸。该端壁64配置成阻挡热排气48进入转子58。相似的端壁可邻近第二级导叶60以及随后的下游导叶(如果存在的话)存在。相似地，每个第一级叶片56在该径向66上从平台68向外延伸。如将意识到的，该平台68是将叶片56耦合到转子58的柄部70的一部分。该柄部70还包括密封或天使翼(angel wing) 72,其配置成阻挡热排气48进入转子58。相似的平台和天使翼可邻近第二级叶片62以及随后的下游叶片(如果存在的话)存在。此外，套罩74从第一级叶片56径向向外安置。该套罩74配置成最小化绕过叶片56的排气48的量。因为来自绕过气体的能量不被叶片56捕捉并且转化成旋转能量， 气体绕过是不可取的。尽管成像系统36的实施例在下文参考监测燃气涡轮机引擎10的涡轮机18内的部件描述，应该意识到可采用成像系统36来监测其他旋转和/或往复机器内的部件，该机器例如其中蒸汽或另一个工作流体传递通过涡轮机叶片的涡轮机等。如将意识到的，涡轮机18内的各种部件(例如，导叶54和60、叶片56和62、端壁64、平台68、天使翼72、套罩74等)将暴露于来自燃烧室16的热排气48。因此，在涡轮机18运转期间测量某些部件的温度来确保该温度保持在期望范围内和/或监测这些部件内的热应力，这可以是可取的。例如，成像系统36可配置成捕捉第一级涡轮机叶片56的二维可视光谱图像。然后可使用该二维可视光谱图像来计算叶片56的表面的二维温度图。因为该二维温度图基于可视光谱图像，该温度图内计算的温度可比从红外光谱图像计算的温度更准确。如图示的，成像系统36包括三个观察口 40，其引导朝向叶片56的不同区域。三个光学连接38将这些观察口 40光学耦合于拍摄装置42。第一光学连接76配置成将叶片56的上游部分的图像输送到拍摄装置42，第二光学连接78配置成将叶片56的周边侧面的图像输送到拍摄装置42，并且第三光学连接80配置成将叶片56的下游部分的图像输送到拍摄装置42。这些观察口 40可在轴向50、周向52和/或径向上倾斜，来将这些观察口 40引导朝向叶片56的期望区域。在备选实施例中，可采用更多或更少观察口 40和光学连接38来获得第一级叶片56的图像。例如，某些实施例可采用1、2、3、4、5、6、7、8或更多观察口40和对应数目的光学连接38来将叶片56的图像输送到拍摄装置42。如将意识到的，采用的观察口 40和光学连接38越多，可监测的叶片56的区域越多。如之前论述的，这些光学连接38可包括例如光纤电缆或光波导管。还应该意识到某些实施例可省略这些光学连接38，并且拍摄装置42可直接光学耦合于观察口 40。尽管在图示的实施例中观察口 40引导朝向第一级叶片56，应该意识到在备选实施例中观察口 40可引导朝向其他涡轮机部件。例如，一个或多个观察口 40可引导朝向第一级导叶54、第二级导叶60、第二级叶片62、端壁64、平台68、天使翼72、套罩74或涡轮机18内的其他部件。另外的实施例可包括观察口 40，其引导朝向涡轮机18内的多个部件。与第一级叶片56相似，成像系统36可捕捉观察口 40的视野范围内的每个部件的二维可视光谱图像，并且基于该可视光谱图像确定二维温度图。以此方式，操作者可容易识别跨部件的过度温度变化和/或涡轮机部件内的缺陷(例如，裂纹、阻塞的冷却孔等)。如之前论述的，光学连接38 (例如，光纤光缆、光波导等)将来自涡轮机18的图像输送到拍摄装置42。拍摄装置42可配置成在一段时间期间捕捉多个图像。如将意识到的，例如上文描述的第一级叶片56等某些涡轮机部件可沿涡轮机18的周向52高速旋转。因此，为了捕捉这样的部件的图像，拍摄装置42可配置成以足够为控制器44提供每个部件的大致上静止图像的积分时间操作。例如，在某些实施例中，拍摄装置42可配置成输出指示涡轮机部件的可视图像的信号，其具有短于大约10、5、3、2、I或O. 5毫秒或更少的积分时间。备选地，控制器可配置成使用第一积分时间捕捉该旋转部件的第一可视光谱图像，使用第二积分时间(不同于该第一积分时间)捕捉该旋转部件的第二可视光谱图像，并且从该第二可视光谱图像扣除该第一可视光谱图像来获得差分图像。该差分图像可具有空间分辨率，其与具有等于该第一积分时间和该第二积分时间之间的差别的积分时间的图像大致上相似。因为能够以较长积分时间操作的拍摄装置比能够以较短积分时间操作的拍摄装置便宜得多，该成像系统可提供用于生成具有高空间分辨率的图像的经济上可行的系统。
在某些实施例中，光学连接38可耦合于拍摄装置42内的多路复用器，以便于从每个观测点监测图像。如将意识到的，来自每个光学连接38的图像可在空间或时间上多路复用。例如，如果该多路复用器配置成在空间上多路复用图像，每个图像可投影到拍摄装置42内图像感测装置(例如，电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)等)的不同部分上。在该配置中，来自第一光学连接76的图像可引导朝向该图像感测装置的上部，来自第二光学连接78的图像可引导朝向该图像感测装置的中部，并且来自第三光学连接80的图像可引导朝向该图像感测装置的下部。结果，该图像感测装置可以三分之一分辨率扫描每个图像。也就是说，扫描分辨率与空间上多路复用的信号的数目成反比。如将意识到的，较低分辨率扫描比较高分辨率扫描为控制器44提供关于涡轮机部件更少的信息。因此，空间上多路复用的信号的数目可由对于控制器44为建立涡轮机部件的期望ニ维图像所足够的最小分辨率来限制。备选地，由光学连接38提供的图像可在时间上多路复用。例如，拍摄装置42可使用图像感测装置的全部分辨率从每个光学连接38交替扫描图像。使用该技术，可利用图像感测装置的全分辨率，但扫描频率可与扫描的观测点的数目成比例地减小。例如，如果扫描两个观测点并且图像感测装置频率是100Hz，拍摄装置42仅能够以50Hz从每个观测点扫描图像。因此，时间上多路复用的信号的数目可由期望的扫描频率所限制。图3是具有控制器的成像系统的实施例的示意图，该控制器配置成接收指示涡轮机部件的可视光谱图像的信号，并且基于这些信号确定ニ维温度图。如图示的，拍摄装置42弓I导朝向第一级涡轮机叶片56。然而，应该意识到在备选实施例中拍摄装置42可引导朝向其他涡轮机部件(例如，导叶54和60、叶片62、端壁64、平台68、天使翼72、套罩74等)。另外，在备选实施例中可利用多个拍摄装置42。例如，在某些实施例中，1、2、3、4、5、6、7、8或更多拍摄装置42可引导朝向叶片56。如之前论述的，另外的实施例可包括在涡轮机18和每个拍摄装置42内的多路复用器之间延伸的多个光学连接38。在图示的实施例中，拍摄装置42配置成接收涡轮机叶片56的可视光谱图像，并且输出指示可视光谱图像的ニ维强度轮廓82的信号给控制器44。例如，拍摄装置42可包括图像感测装置，其对可见光谱内的辐射是敏感的。这样的图像感测装置可配置成将由涡轮机部件发射和反射的可见辐射转换成电信号供控制器44处理。如将意识到的，该图像感测装置可是电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)、焦平面阵列(FPA)或用于将可视光谱电磁辐射转换成电信号的任何其他适合的装置。在某些实施例中，该图像感测装置可配置成检测例如大约350nm至大约750nm、大约375nm至大约725nm或大约400nm至大约700nm的波长范围内的可视光谱辐射。因此，二维强度轮廓82的光谱内容将包括电磁光谱的可视范围内的辐射。此外，应该意识到可采用多种拍摄装置配置来捕捉涡轮机部件的可视光谱图像。例如，在某些实施例中，可利用消费级数字单镜头反射(SLR)拍摄装置来接收可视光谱图像，并且输出指示可视光谱图像的二维强度轮廓82的信号给控制器44。SLR拍摄装置包括反射镜，其在将入射光引导朝向目镜的第一位置和将该入射光引导朝向图像感测装置的第二位置之间选择性转变。在该配置中，操作者可利用该目镜来将该SLR拍摄装置引导朝向期望目标(例如，涡轮机叶片56)。一旦对准，可启动该SLR拍摄装置，由此将该反射镜转变 到该第二位置并且使成像感测装置能够捕捉可视光谱图像。如将意识到的，备选实施例可采用其他拍摄装置配置，其不包括反射镜或目镜。如图示的，指示二维强度轮廓82的信号传送到控制器44。如之前论述的，控制器44配置成基于信号确定部件(例如，涡轮机叶片56)的二维温度图。在图示的实施例中，控制器配置成将二维强度轮廓82在计算上分成多个窄波段强度轮廓。例如，控制器44可配置成将强度轮廓82分成红色强度轮廓84、绿色强度轮廓86和蓝色强度轮廓88。在这样的配置中，该红色强度轮廓84可包括在大约600nm至大约750nm的范围内的波长，该绿色强度轮廓86可包括在大约475nm至大约600nm的范围内的波长，该蓝色强度轮廓可包括在大约400nm至大约475nm的范围内的波长。控制器44可配置成通过应用一系列计算滤波器(其逐渐提取具有期望波长范围的轮廓)将二维强度轮廓分成窄波段强度轮廓。备选地，指示二维强度轮廓82的信号可包括红、绿和蓝色分量，其对应于图像感测装置内的相应检测器。在这样的配置中，控制器44可将信号分成构成分量来建立窄带宽强度轮廓。尽管上文描述红、绿和蓝色强度轮廓，应该意识到备选实施例可利用具有不同波长范围的其他窄带宽强度轮廓。在图示的实施例中，控制器44配置成基于窄带宽强度轮廓计算二维温度图。如图示的，控制器44包括第一温度转换曲线90，其配置成将红色强度轮廓84内的每个像素的强度映射到对应温度。相似地，控制器44包括绿色强度轮廓86的第二温度转换曲线92，以及蓝色强度轮廓88的第三温度转换曲线94。尽管每个温度转换曲线示为连续曲线，应该意识到控制器44可采用经验公式、查找表、插值系统(例如，线性插值、最小二乘、三次样条等)或其他技术来将每个像素的强度映射到对应温度。因此，控制器44将生成基于红色强度轮廓84的第一二维温度分布96、基于绿色强度轮廓86的第二二维温度分布98以及基于蓝色强度轮廓88的第三二维温度分布100。控制器44然后可将每个温度分布进行平均来建立输出温度图102。因为该温度图102基于三个颜色的平均，该温度图102可包括比基于个体颜色的温度图更准确的温度。尽管在图示的实施例中对三个温度分布进行平均，应该意识到在备选实施例中可利用更多或更少温度分布。例如，在某些实施例中，温度图102可从单个窄波段强度轮廓(例如，红色强度轮廓84)计算。备选地，可将三个图示的温度分布中的两个(例如，第一和第二温度分布96和98)平均来生成输出温度图102。在另外的实施例中，控制器44可配置成将二维强度轮廓82分成4、5、6、7、8、9、10或更多窄波段强度轮廓，并且基于每个强度轮廓生成温度分布。在这样的实施例中，可将温度分布中的所有或选择的部分进行平均来提供输出温度图102。
在其他实施例中，控制器44可配置成采用多波长技术来生成输出温度图102。如将意识到的，发射率可能由于温度中的改变、部件上残留物的累积、涡轮机部件的氧化和/或在观察ロ窗口上的灰尘积累而随时间变化。因此，控制器44可配置成与红、绿和蓝色强度轮廓结合利用多波长技术来计算涡轮机部件的视在有效发射率。通过在温度图计算中包括发射率，可生成更准确的温度图。因为图示的实施例利用对可见辐射敏感的拍摄装置42，成像系统36可比采用红外拍摄装置的成像系统制造起来便宜。例如，如上文论述的，拍摄装置42可是消费级数字SLR拍摄装置。这样的拍摄装置可比对 红外辐射敏感的拍摄装置便宜得多。另外，数字SLR拍摄装置可具有比红外拍摄装置高得多的分辨率，由此使成像系统36能够检测涡轮机部件内较小的缺陷和/或温度变化。此外，基于可视波长发射的温度计算比基于红外辐射的计算更不依赖发射率中的变化。因此，温度图102内计算的温度可比基于来自红外拍摄装置的图像的温度更准确。图4是具有控制器44的成像系统36的实施例的示意图，该控制器44配置成基于第一和第二图像(每个具有不同的积分时间)计算涡轮机部件的差分图像。如图示的，第ー拍摄装置104和第二拍摄装置106引导朝向第一级涡轮机叶片56。该第一拍摄装置104配置成使用第一积分时间h捕捉第一图像108，并且该第二拍摄装置106配置成使用第二积分时间t2捕捉第二图像110。如将意识到的，积分时间可限定为涡轮机部件暴露于图像感测装置的持续时间。由于某些涡轮机部件(例如，涡轮机叶片56)的高旋转速度，短积分时间对于产生具有高空间分辨率的图像(例如，便于识别极小特征的清晰图像)是可取的。通过示例，可利用I微秒的积分时间来获得以50Hz旋转的涡轮机叶片的图像内的500微米空间分辨率。遗憾地，由干与具有I微秒积分时间的拍摄装置关联的成本，采用这样的拍摄装置的成像系统对于涡轮机部件监测在经济上可能是不可行的。因此，图示的成像系统36可利用具有较长积分时间的拍摄装置104和106，以及配置成从多个长积分时间图像生成高空间分辨率图像的控制器44。在图示的实施例中，控制器44配置成接收具有第一积分时间h的第一图像108，以及具有第二积分时_t2 (比第一积分时间、长)的第二图像110。控制器44还配置成从第二图像110扣除第一图像108，由此生成差分图像112，其具有与具有ち-h的积分时间的图像大致上相似的空间分辨率。通过示例，第一图像108可具有49微秒的积分时间，并且第二图像110可具有50微秒的积分时间。这样的积分时间可产生具有不足以识别涡轮机叶片56内的缺陷的空间分辨率的图像。然而，通过从第二图像110扣除第一图像108，控制器44将生成差分图像112，其具有与具有I微秒(即，50微秒减去49微秒)的积分时间的图像大致上相似的空间分辨率。因此，图像112可具有500微米空间分辨率，由此使操作者或自动系统能够识别涡轮机部件内的缺陷(例如，裂纹、阻塞的冷却孔等)。因为能够以大约50微秒积分时间操作的拍摄装置比能够以I微秒积分时间操作的拍摄装置便宜得多，图示的成像系统36可提供用于生成具有高空间分辨率的图像的经济上可行的系统。尽管在图示的实施例中控制器44配置成直接扣除第一和第二图像，应该意识到控制器可配置成在扣除之前应用加权因子(线性或非线性的)于这些图像中之一或二者。另外，尽管在图示的实施例中采用两个拍摄装置104和106，应该意识到备选实施例可利用单个拍摄装置来生成第一和第二图像。例如，拍摄装置可配置成当涡轮机叶片56安置在特定周边位置时捕捉第一图像。当涡轮机叶片在随后的旋转期间经过该特定周边位置时，拍摄装置然后可捕捉相同的涡轮机叶片56的第二图像。与该双拍摄装置配置相似，第一图像的第一积分时间不同于第二图像的第二积分时间，由此使控制器44能够生成具有高空间分辨率的差分成像。例如，差分图像的空间分辨率可大致上与具有等于第一积分时间和第二积分时间之间的差别的积分时间的图像的空间分辨率相似。此外，应该意识到控制器44可基于差分图像112确定涡轮机部件的二维温度图102。例如，控制器44可配置成将差分图像112分成多个窄波段强度轮廓，并且基于温度转换曲线计算相应的二维温度分布。控制器44然后可将相应的温度分布进行平均来产生涡轮机部件的二维温度图。准确的温度图和高的空间分辨率的结合将使操作者或自动系统能够识别部件内的缺陷和/或识别可指示过度磨损的温度分布。该书面描述使用示例以公开本发明，其包括最佳模式，并且还使本领域内任何技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统并且执行任何包含的方法。本发 明的专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域内技术人员想起的其他示例。这样的其他示例如果它们具有不与权利要求的书面语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的书面语言无实质区别的等同结构元件则规定在权利要求的范围内。部件列表
权利要求
1.一种系统(10),其包括 配置成与涡轮机(18)的内部光学通信的成像系统(36)，其包括 至少一个拍摄装置(42)，其配置成接收所述涡轮机(18)的所述内部内的旋转部件(56)的多个可视光谱图像(82，108，110)，并且输出指示每个可视光谱图像(82，108，110)的二维强度轮廓的信号；以及 控制器(44)，其通信耦合于所述至少一个拍摄装置(42)并且配置成基于所述信号确定所述旋转部件(56)的二维温度图(102)； 其中所述成像系统(36)配置成使用第一积分时间捕捉所述旋转部件(56)的第一可视光谱图像(108)，使用不同于所述第一积分时间的第二积分时间捕捉所述旋转部件(56)的第二可视光谱图像(110)，并且从所述第二可视光谱图像(110)扣除所述第一可视光谱图像(108)来获得差分图像(112)。
2.如权利要求I所述的系统(10)，其中所述控制器(44)配置成滤波所述信号来获得每个可视光谱图像(82)的二维窄波段强度轮廓(84)，并且基于所述二维窄波段强度轮廓(84)来确定所述旋转部件(56)的所述二维温度图(102)。
3.如权利要求2所述的系统(10)，其中所述二维窄波段强度轮廓(84)包括大约600nm至大约750nm的波长范围。
4.如权利要求I所述的系统(10)，其中所述控制器(44)配置成滤波所述信号来获得每个可视光谱图像(82)的多个二维窄波段强度轮廓(84，86，88)，并且基于所述多个二维窄波段强度轮廓(84，86，88)来确定所述旋转部件(56)的所述二维温度图(102)。
5.如权利要求4所述的系统(10)，其中所述控制器(44)配置成确定对于每个二维窄波段强度轮廓(84，86，88)的相应的二维温度分布(96，98，100)，并且通过将每个相应的二维温度分布(96，98，100)进行平均来确定所述二维温度图(102)。
6.如权利要求I所述的系统(10)，其中所述差分图像(112)的空间分辨率与具有等于所述第一积分时间和所述第二积分时间之间的差别的积分时间的图像的空间分辨率大致上相似。
7.如权利要求I所述的系统(10)，其中所述成像系统(36)包括配置成捕捉所述第一可视光谱图像(108)的第一拍摄装置(104)，和配置成捕捉所述第二可视光谱图像(110)的第二拍摄装置(106)，其中所述第一拍摄装置(104)和所述第二拍摄装置(106)配置成同时捕捉所述第一和第二可视光谱图像(108，110)。
8.如权利要求I所述的系统(10)，其中所述成像系统(36)包括单个拍摄装置(42)，其配置成当所述旋转部件(56)与所述单个拍摄装置(42)对准时捕捉所述第一和第二可视光谱图像(108，110)。
9.如权利要求I所述的系统(10)，其中所述至少一个拍摄装置(42)配置成经由光纤光缆或成像光学系统光学耦合于进入所述涡轮机(18)的观察口(40)。
10.如权利要求I所述的系统(10)，其中所述至少一个拍摄装置(42)包括数字单透镜反射拍摄装置。
全文摘要
本发明涉及涡轮机引擎热成像系统。在一个实施例中，系统(10)包括成像系统(36)，其配置成使用第一积分时间捕捉涡轮机(18)的内部内的旋转部件(56)的第一图像(108)，使用不同于该第一积分时间的第二积分时间捕捉该涡轮机(18)的该内部内的该旋转部件(56)的第二图像(110)，并且从该第二图像(110)扣除该第一图像(108)来获得差分图像(112)。
文档编号G01M15/14GK102620839SQ20121002849
公开日2012年8月1日 申请日期2012年1月31日 优先权日2011年1月31日
发明者A·巴纳吉, A·拉莫罕, R·钱德拉塞哈兰, S·乔治, S·麦蒂 申请人:通用电气公司