滑动环组件和用于阻抗匹配跨过滑动环组件的高频信号的方法
【技术领域】
[0001]本发明大体涉及联接到涡轮机的滑动环。更具体地，本发明涉及用于跨过滑动环阻抗匹配高频信号的系统和方法。
【背景技术】
[0002]诸如风力涡轮机、燃气涡轮机、蒸汽涡轮机之类的涡轮机、栗、风扇、发电机、马达、以及其它形式的商业设备经常包括轴、叶片、和其它的旋转部件。将一个或多个传感器安装在旋转部件上以测量那些部件的多种特性以便控制、监测、和/或增强旋转部件的操作是本领域内众所周知的。例如，测量旋转部件的温度、速度、应力、应变、振动、和/或其它特性的传感器可以允许早期检测异常、调节修复或维修计划、以及/或者采取其它动作以增强操作。
[0003]各种接触式滑动环系统用于将模拟传感器数据从旋转部件传输到定子部件以用于进一步分析并且/或者用于向或从滑动环组件的可旋转部分传输电力是本领域内众所周知的。按照惯例，来自传感器的模拟信号通过传输线(即电线)被发送到滑动环组件的单个导电环。导电环沿滑动环组件的可旋转中心孔或轴部分同心地定位。静止的接触臂或刷提供信号路径以用于将信号从导电环发送到诸如控制器、数据处理器等的静止装置。相应的同心导电环通常形成有可包括适于滑动接触的凹槽、槽以及/或者大体平坦或弓形表面的剖面形状。
[0004]为了适应不断增长的测试和操作涡轮机的数据需求，通常需要通过导电环将诸如数字化模拟信号之类的高频信号从传感器传输到静止装置。然而，跨过导电环的最大传输速率可能受到多种因素的限制。
[0005]—种潜在的限制因素是由于来自电阻抗不连续性的反射而造成的波形变形。阻抗不连续性能够发生在整个滑动环组件的不同形式的传输线和部件互连以及具有不同的浪涌阻抗的任何位置处。例如，导电环处的高频信号损失和/或衰减可能由于来自阻抗失配的多个反射而随着信号频率增大。阻抗失配的最高发生率中的一些通常发生在诸如来自传感器的绞线对之类的传输线在导电环和/或在滑动环组件的刷-导电环接口和/或在连接器接口处连接的位置处。
[0006]典型地，可以通过增大或减小承载高频信号的导电环的接触表面积(S卩，宽度)来缓解阻抗失配。然而，由于沿滑动环组件的轴部分的中心孔提供的轴向空间有限，因此该方法可能限制沿中心轴的给定轴向长度所允许的导电环的数量。因此，可以利用的传感器的数量(特别是在滑动环组件的总体轴向长度尚未确定的情况下)可能受到限制。因此，优化沿滑动环组件的中心孔或轴的轴向间距的用于阻抗匹配跨过滑动环组件的高频信号的系统和方法将是有用的。
【发明内容】
[0007]本发明的方面和优点将在下文的描述中有所阐述，或者可以是通过描述显而易见的，或者可以通过实施本发明而习得。
[0008]本发明的一个实施例是一种滑动环组件。该滑动环组件包括一对导电环，该对导电环沿滑动环组件的中心轴连续地定位。该对的第一导电环通过第一绞线对的第一电线电子联接到高频信号源。该对的第二导电环通过第一绞线对的第二电线电子联接到高频信号源。该第一绞线对具有恒定目标阻抗。该滑动环组件还包括第二绞线对。该第二绞线对包括将与第一导电环相接触的接触构件电子联接到数据处理器的第一电线。第二绞线对的第二电线将与第二导电环相接触的另一个接触构件电子联接到数据处理器。该第二绞线对具有与第一绞线对基本相同的恒定目标阻抗。第一导电环和第二导电环轴向地间隔开轴向距离，该轴向距离的尺寸能够在从高频信号源向数据处理器传输高频信号时保持跨过第一导电环和第二导电环的恒定目标阻抗。
[0009]其中，所述第一导电环和所述第二导电环通过电绝缘材料轴向地分开。
[0010]其中，所述一对导电环的第一导电环是第一组导电环的一部分，所述第一组包括被布置成邻近所述第一导电环的至少一个导电环，其中所述导电环电子联接到低频信号源、地或电源中的一个。
[0011]其中，所述一对导电环的第二导电环是第二组导电环的一部分，所述第二组包括被布置成邻近所述第二导电环的至少一个导电环，其中所述导电环电子联接到低频信号源、地或电源中的一个。
[0012]其中，所述高频信号源电子联接到传感器，其中所述传感器连接到涡轮机的可旋转部件。
[0013]其中，所述涡轮机是燃气涡轮机。
[0014]本发明的另一个实施例是一种滑动环组件。该滑动环组件包括第一组导电环，该第一组导电环沿滑动环组件的中心轴同心地对准。第一组导电环包括第一导电环，该第一导电环通过具有恒定目标阻抗的第一绞线对的第一电线电子联接到高频信号源。该第一组还包括第二导电环，该第二导电环电子联接到低频信号源或电源。该第一导电环和第二导电环轴向地分开第一轴向距离。该滑动环组件还包括第二组导电环，该第二组导电环沿中心轴同心地对准。该第二组导电环包括第一导电环，该第一导电环通过第一绞线对的第二电线电子联接到高频信号源。该第二组还包括第二导电环，该第二导电环电子联接到低频信号源或电源。该第一导电环和第二导电环轴向地分开第二轴向距离。第二绞线对的第一电线将与第一组导电环的第一导电环相接触的接触构件电子联接到数据处理器。第二绞线对的第二电线将与第二组导电环的第一导电环相接触的另一个接触构件电子联接到数据处理器。该第二绞线对具有与第一绞线对基本相同的恒定目标阻抗。第一组导电环的第一导电环和第二组导电环的第一导电环轴向地分开第三轴向距离，该第三轴向距离大于第一轴向距离或第二轴向距离。该第三轴向距离的尺寸能够在从高频信号源向数据处理器传输高频信号期间保持跨过第一导电环和第二导电环的恒定目标阻抗。
[0015]其中，第一导电环组的所述第一导电环和第二导电环组的所述第一导电环通过电绝缘材料轴向地分开。
[0016]其中，第一导电环组的所述第一导电环和所述第二导电环以及第二导电环组的所述第一导电环和所述第二导电环通过电绝缘材料轴向地分开。
[0017]其中，所述第一组导电环还包括被布置成邻近所述第二导电环的第三导电环，其中所述第三导电环电子联接到低频信号源或电源中的一个。
[0018]其中，所述第一组导电环还包括被布置成邻近所述第三导电环的第四导电环，其中所述第四导电环电子联接到高频信号源。
[0019]其中，所述第二组导电环还包括被布置成邻近所述第二导电环的第三导电环，其中所述第三导电环电子联接到低频信号源或电源中的一个。
[0020]其中，所述第二组导电环还包括被布置成邻近所述第三导电环的第四导电环，其中所述第四导电环电子联接到高频信号源。
[0021]其中，所述高频信号源电子联接到传感器，其中所述传感器连接到涡轮机的可旋转部件。
[0022]其中，所述涡轮机是燃气涡轮机。
[0023]本发明的一个实施例是一种用于跨过滑动环组件的导电环阻抗匹配高频信号的方法。该方法包括选择均具有基本相似的目标恒定阻抗的第一绞线对和第二绞线对。该第一绞线对将高频信号源电子联接到第一组导电环的第一导电环并且联接到第二组导电环的第一导电环。第二绞线对将第一组导电环的第一导电环和第二组导电环的第一导电环电子联接到数据处理器。该方法还包括通过电绝缘材料将第一组导电环的第一导电环和第二组导电环的第一导电环轴向地间隔开轴向距离。该轴向距离的尺寸能够通过第一绞线对、跨过第一导电环并且通过第二绞线对基本匹配来自高频信号源的高频信号的阻抗。该方法还包括通过第一绞线对、跨过第一导电环并且向第二绞线对传输来自高频信号源的高频信号。
[0024]其中，所述目标阻抗处于50到150欧姆之间。
[0025]其中，第一导电环组还包括邻近所述第一导