具有高温远程感测元件的紫外线火焰检测器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种具有高温远程感测元件的紫外线火焰检测器。提供一种火焰传感器设备，其包括用于感测燃烧室内的火焰的特征的传感器组件。火焰传感器设备还包括电气地远离传感器组件的电气组件。另外，线缆组件在传感器组件与电气组件之间延伸。线缆组件可将火焰的特征从光电二极管传送至电气组件。线缆组件包括为填充有惰性气体的密封阵列的一部分。另外，还提供一种感测火焰的特征的方法。
【专利说明】具有高温远程感测元件的紫外线火焰检测器
【技术领域】
[0001]本发明涉及火焰传感器，并且更具体地，涉及用于感测燃烧室中的火焰的特征的火焰传感器。
【背景技术】
[0002]在以油或气体为燃料的涡轮(燃烧室)内，燃料供给到燃烧室中，点火火焰存在于该燃烧室内。如果火焰熄灭(通常被称为火焰中断状态)，则合乎需要的是，燃料继续供给到不具有适当的点火的热燃烧室中。因此，如果点火火焰在燃烧室内熄灭，则到燃烧室中的燃料供给应当被快速终止，并且因此限制未燃烧燃料的累积。
[0003]火焰传感器大体用于检测燃气涡轮的燃烧室内存在或不存在点火火焰。此外，火焰感测电子装置通常与涡轮布置内的火焰传感器相关联。火焰感测电子装置可为温度敏感的。由于燃烧室中和附近的相对热的温度，故水冷却通常用于冷却温度敏感的火焰感测电子装置。然而，水可偶而泄漏，并且如果喷射在涡轮的相对热的壳体上，则可引起涡轮壳体收缩，从而引起对涡轮的损坏。因此，将有用的是，提供火焰传感器，其消除对水冷却的需要，并且其电路电气地远离燃烧过程/燃烧室附近的相对高的温度。
【发明内容】
[0004]下列概述提出了简化概述，以便提供本文中讨论的系统和/或方法的一些方面的基本理解。该概述不是本文中讨论的系统和/或方法的宽泛综述。不意图识别重要/关键元件或叙述这种系统和/或方法的范围。其唯一目的在于以简化形式提出一些构想作为随后提出的更详细描述的序言。
[0005]根据一个方面，本发明提供了一种火焰传感器设备。火焰传感器设备包括传感器组件，其包括用于感测燃烧室内的火焰的特征的光电二极管。火焰传感器设备还包括电气地远离传感器组件的电气组件。火焰传感器设备还包括在传感器组件与电气组件之间延伸的线缆组件。线缆组件可将火焰的特征从光电二极管传送至电气组件。
[0006]根据另一个方面，本发明提供了一种火焰传感器设备。火焰传感器设备包括传感器组件，其包括用于感测燃烧室内的火焰的特征的光电二极管。火焰传感器设备还包括电气地远离传感器组件和燃烧室的电气组件。火焰传感器设备还包括在传感器组件与电气组件之间延伸的线缆组件。线缆组件可将火焰的特征从光电二极管传送至电气组件。线缆组件包括为填充有惰性气体的密封阵列的一部分。
[0007]根据另一个方面，本发明提供了一种感测燃烧室内的火焰的特征的方法。该方法包括利用光电二极管接收来自火焰的电磁辐射的步骤。该方法还包括利用光电二极管产生对应于电磁辐射的光电流的步骤。该方法还包括利用线缆组件将光电流传送至电气地远离光电二极管和燃烧室的电气组件的步骤。该方法还包括基于光电流利用电气组件来感测火焰的特征的步骤。
[0008]一种火焰传感器设备，其包括:传感器组件，其包括用于感测燃烧室内的火焰的特征的光电二极管；电气组件，其电气地远离传感器组件；以及线缆组件，其在传感器组件与电气组件之间延伸，线缆组件构造成将火焰的特征从光电二极管传送至电气组件。
[0009]优选地，火焰的特征包括燃烧室内存在和不存在火焰。
[0010]优选地，光电二极管构造成输送信号，信号被调节并且供应至控制系统以触发至燃烧室的燃料的切断。
[0011]优选地，传感器组件包括定位在传感器组件的内部室内的透镜，透镜构造成将来自燃烧室的电磁辐射能量集中到光电二极管上。
[0012]优选地，光电二极管包括碳化硅光电二极管。
[0013]优选地，碳化硅光电二极管构造成将电磁辐射能量转变成呈光电流形式的电信号。
[0014]优选地，线缆组件构造成将光电流从碳化硅光电二极管传送至电气组件。
[0015]优选地，电气组件构造成将光电流转变成在大约4毫安至大约20毫安的范围内的电流输出，电流输出指示火焰的特征。
[0016]优选地，线缆组件在一个端部处附接于传感器组件，并且在相对的第二端部处附接于电气组件。
[0017]优选地，线缆组件被密封并且填充有惰性气体。
[0018]一种火焰传感器设备，其包括:传感器组件，其包括用于感测燃烧室内的火焰的特征的光电二极管；电气组件，其电气地远离传感器组件和燃烧室；以及线缆组件，其在传感器组件与电气组件之间延伸，线缆组件构造成将火焰的特征从光电二极管传送至电气组件，其中，线缆组件包括为填充有惰性气体的密封阵列的一部分。
[0019]优选地，火焰传感器设备还包括观察管，其从燃烧室凸出，并且限定从火焰并穿过观察管的光程。
[0020]优选地，传感器组件的第一端部附接于观察管。
[0021]优选地，传感器组件包括定位在传感器组件的内部室内的透镜，透镜定位在一侧的传感器组件的第一端部与相对的第二侧的光电二极管之间。
[0022]优选地，透镜构造成将来自燃烧室的电磁辐射能量集中到光电二极管上。
[0023]优选地，线缆组件的长度在大约9.1米至10.7米的范围内。
[0024]一种感测燃烧室内的火焰的特征的方法，其包括如下步骤:利用光电二极管接收来自火焰的电磁福射；利用光电二极管产生对应于电磁福射的光电流；利用线缆组件将光电流传送至电气组件，电气组件电气地远离光电二极管和燃烧室；以及基于光电流利用电气组件来感测火焰的特征。
[0025]优选地，该方法还包括密封线缆组件的相对端部并且以惰性气体填充线缆组件的步骤。
[0026]优选地，该方法还包括将光电流转变成在大约4毫安至大约20毫安的范围内的、呈电流输出的形式的电信号的步骤，电流输出指示火焰的特征。
[0027]优选地,火焰的特征包括燃烧室内存在和不存在火焰。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]在参考附图阅读下列描述之后，本发明的前述及其它的方面对本发明涉及的领域的技术人员而言将变得显而易见，在该附图中:
图1为根据本发明的至少一个方面的示例性火焰传感器设备的局部分解示意性截面
图；
图2为根据本发明的一个方面的包括示例性观察管的示例性传感器组件的透视图；
图3为沿图2的线3-3的示例性传感器组件的局部分解截面图；
图4为沿图1的线4-4的示例性线缆组件的截面图；以及 图5为沿图1的线5-5的示例性电气组件的截面图。
【具体实施方式】
[0029]在附图中描述和示出并入本发明的一个或更多个方面的示例性实施例。这些示出的实例不意图限制本发明。例如，本发明的一个或更多个方面可在其它实施例和甚至其它类型的装置中利用。此外，某些术语仅为了方便而在本文中使用，并且不被视为限制本发明。更进一步，在附图中，相同的附图标记用于表示相同的元件。
[0030]图1示意性地示出用于监测火焰8的具体特征的示例性火焰传感器设备6。火焰8位于涡轮12的燃烧室10内，并且发出电磁辐射能量。具有中空内孔的观察管15可附接于燃烧室10。传感器组件30与燃烧室10可操作地连接，并且可通过观察管15接收来自火焰8的电磁辐射能量。传感器组件30包括光电二极管，其基于电磁辐射能量生成电流，诸如光电流。接着，该电流可从传感器组件30穿过线缆组件100并且至电气组件170，因此电气组件170可确定火焰的特征，诸如存在或不存在火焰。根据本发明的方面，电气组件170可电气地远离光电二极管60 (在图3中示出)。就此而言，电气组件170在位于远离燃烧室10和涡轮12及与火焰的燃烧相关联的热的、相对较冷的环境中时监测火焰的特征。
[0031]转向图1中示出的具体实例，涡轮12可包括由燃烧室10内的燃料燃烧供能的旋转涡轮叶片(未示出)。涡轮12在图1中大体/示意性地示出成传达如下构想，该构想为涡轮12可包括许多不同结构，并且/或者可在变化的不同应用中使用。例如，涡轮12可构建/构造用于油气燃气轮机，并且在诸如用于飞行器推进、船舶推进、陆基发电、离岸发电等的应用中使用。在一个特定实例中，涡轮12和火焰传感器设备6可在喷气航空发动机中使用。就此而言，将认识到，图1中的涡轮12不意图限制另外的实例。
[0032]燃烧室10可定位在涡轮12内。燃烧室10可限定大致中空的内部区域。将理解，燃烧室10在图1中被大体/示意性地表示，并且不意图限制另外的实例。例如，燃烧室10的大体表示意图传达如下构想，该构想为燃烧室10可表示许多不同的构造，其中的一些可为大体已知的。相似地，本文中描述并与以上讨论的涡轮12相关联的燃烧室10可并入到许多不同的应用中。
[0033]燃料喷嘴13可设置成将燃料(例如，空气、燃料、空气/燃料混合物、可燃材料等)输送到燃烧室10中。燃料喷嘴13可与燃烧室10中的开口、孔口等协作，使得燃料喷嘴13可将燃料从外部位置输送到燃烧室10中。就此而言，燃料喷嘴13可将燃料输送到燃烧室中，因此燃料可利用火焰8点火。燃烧室10内点火的燃料产生相对高压力的气体。此外，燃料喷嘴13在示出的实例中被大体/示意性地表示，并且可包括可已知的任何数量的燃料喷嘴构造。此外，燃料喷嘴13可定位在燃烧室10内的许多位置处，并且不受限于图1中示出的位置。[0034]开口 14可设置在燃烧室10的外壁中。开口 14(在图1中大体示出，并且在图2中以虚线示出，这是因为开口 14在这种视图中通常是不可见的)可完全延伸穿过外壁。就此而言，燃烧室10的内部可光学地暴露于燃烧室10外部的位置。开口 14可定位成邻近火焰8，使得开口 14限定穿过开口 14并朝向火焰8的光程。在一个实例中，与开口 14相邻的温度可为大约454°C，但是设想宽的温度范围。将理解，开口 14不受限于图1中示出的位置，并且可定位在燃烧室10上的许多不同的位置处。
[0035]观察管15位于从火焰8并穿过开口 14的光程中。图1和图2出于说明性的目的描绘了观察管15的分解视图，以示出观察管15与开口 14之间的结构关系。然而，将理解，在操作中，观察管15和燃烧室10处于完全组装状态，其中，观察管附接于燃烧室10。观察管15可以以任何数量的方式(诸如通过机械紧固件、焊接、粘合剂等)附接于燃烧室10。
[0036]现在参考图2，可更详细地说明观察管15。观察管15包括细长的大致中空的柱形结构，其在第一端部部分16与相对的第二端部部分17之间延伸。观察管15包括多种尺寸和形状，但是在一个实例中，观察管15可在总长度上为近似152.4毫米出英寸)。观察管15限定内孔18，其为大致中空的，并且在第一端部部分16与第二端部部分17之间纵向地延伸。观察管15的内孔18在图2中以虚线示出，这是因为内孔18在这种视图中通常是不可见的。内孔18不受限于图2中示出的尺寸和形状，并且在其它实例中，可包括较大或较小的截面直径。观察管15附接于开口 14，使得燃烧室10的内部光学地暴露于观察管15的内孔18。在操作中，观察管15的内孔18可与开口 14对齐，使得观察管15限定穿过内孔18、穿过开口 14并且进入燃烧室10的内部区域的光程。就此而言，来自火焰8的电磁辐射能量通过观察管15的内孔18传播。
[0037]现在参考图3，示出沿图2的线3-3的截面图，描绘观察管15的第二端部部分17。观察管15可包括定位在第二端部部分17处的附接结构，诸如螺纹部分或螺纹19。将理解，观察管15可包括任何数量的附接结构，并且不受限于图3中示出的螺纹19。在一个实例中，螺纹19可形成在观察管15的第二端部部分17的外表面处，以便形成外部阳螺纹。
[0038]观察管15以第二端部部分17附接于联管螺母20。将理解，图3出于说明性的目的描绘了观察管15的分解视图。然而，在操作中，观察管15处于完全组装状态，并且以与图2中示出相似的方式附接于联管螺母20。具体地，观察管15可附接于联管螺母20的第一螺母端部部分21。第一螺母端部部分21限定具有中空内孔的圆形的柱形结构，该中空内孔在第一端部与第二端部之间延伸。第一螺母端部部分21包括附接结构，诸如螺纹部分22。螺纹部分22形成在第一螺母端部部分21的内孔的内表面处。就此而言，观察管15的螺纹19定尺寸和定形状成与第一螺母端部部分21的螺纹部分22匹配。当然，将认识到，其它附接手段预想用于附接第一螺母端部部分21和观察管15，诸如焊接、机械紧固件、粘合剂等。
[0039]现在可更详细地描述联管螺母20。第一螺母端部部分21包括定位在与螺纹部分22相对的端部处的第二附接结构。在一个实例中，第一螺母端部部分21包括外部螺纹部分24，其形成在第一螺母端部部分21的外表面上。
[0040]联管螺母20还包括中心螺母部分23。中心螺母部分23包括在相对的端部部分之间延伸的中空内孔。中心螺母部分23的内孔包括略微大于第一螺母端部部分21的螺纹部分22处的外径的直径。中心螺母部分23具有定位成与中心螺母部分23的端部相邻的内部螺纹部分25。
[0041]中心螺母部分23附接于第一螺母端部部分21。例如，中心螺母部分23的内部螺纹部分25定尺寸和定形状成与第一螺母端部部分21的外部螺纹部分24匹配。就此而言，第一螺母端部部分21的外部螺纹部分24可与内部螺纹部分25接合和匹配。因此，第一螺母端部部分21可以可除去地附接于中心螺母部分23。将理解，本文中描述的第一螺母端部部分21和中心螺母部分23的附接仅为附接手段的一个可能实例，这是因为预想任何数量的附接手段。
[0042]中心螺母部分23还包括向内突起26，其从中心螺母部分23的外表面向内凸出。向内突起26定位在与具有内部螺纹部分25的端部相对的中心螺母部分23的端部处。向内突起26可包括小于中心螺母部分23的剩余部分的直径的内径。
[0043]联管螺母20还包括第二螺母端部部分27。第二螺母端部部分27限定具有在相对的端部部分之间延伸的中空内孔的大致柱形结构。第二螺母端部部分27包括从第二螺母端部部分27的外表面径向向外凸出的螺母凸出部28。螺母凸出部28定尺寸和定形状成由向内的突起26保持。就此而言，螺母凸出部被第一螺母端部部分21限制径向且轴向地移动。
[0044]第二螺母端部部分27还包括螺母凹槽29。螺母凹槽29围绕第二螺母端部部分27的内壁周向地延伸以形成内部螺纹部分。螺母凹槽29可将联管螺母20附接于传感器组件30。具体地，传感器组件30包括形成在传感器组件30的外表面处的凸出部31。凸出部31包括围绕凸出部31的外表面周向地延伸的螺纹部分。在操作中，凸出部31可以以螺纹连接的方式接收在螺母凹槽29内，以将传感器组件30附接于联管螺母20。螺母凹槽29可定尺寸成与凸出部31相配，使得螺母凹槽29可具有比凸出部31略微较大的直径。就此而言，螺母凹槽29的内部螺纹部分可以以螺纹连接的方式接收凸出部31的螺纹部分，使得凸出部31被限制轴向移动和径向移动中的任一个或两者。
[0045]仍参考图3，现在可更详细地描述传感器组件30。由于传感器组件30经由联管螺母20附接于观察管15，故传感器组件30与燃烧室10间隔开一距离。例如，传感器组件30可与燃烧室10间隔开大约152.4毫米(6英寸)，但是设想较大或较小的距离。通过与燃烧室10间隔开，传感器组件30经受比观察管15相对较低的温度。例如，第一端部部分32处的温度可在大约_55°C至大约371°C的范围内。然而，温度可在传感器组件30的下游位置处较低，诸如在大约_55°C至大约200°C的范围内。
[0046]传感器组件30包括沿大致纵向的轴线延伸的传感器本体34。传感器本体34可由许多材料构成，该许多材料包括可承受与燃烧过程相关联的前述温度的相对高温度的材料。在另外的实例中，传感器本体34由可承受比本文中描述的甚至更高的温度的材料构成。传感器本体34由可抗腐蚀的任何数量的金属类材料形成，并且可包括304不锈钢、316不锈钢等。
[0047]传感器本体34限定内部传感器室35，其为大致中空的，并且沿传感器本体34的长度在第一端部部分32与第二端部部分33之间轴向地延伸。传感器本体34沿纵向轴线延伸，该纵向轴线与观察管15和联管螺母20的纵向轴线大致同轴。就此而言，传感器本体34的内部传感器室35与观察管15的内孔18和开口 14大致同轴。因此，光程可延伸穿过传感器本体34，穿过观察管15，并且朝向火焰8。就此而言，电磁辐射能量可从火焰8传播穿过开口 14和观察管15，并且进入传感器组件30的传感器本体34。
[0048]现在可在第一端部部分32附近开始描述传感器组件30的内部结构。传感器组件30包括定位在传感器本体34的内部传感器室35内的窗36。窗36定位成与传感器本体34的第一端部部分32相邻。窗36可定向成相对于传感器本体34的纵向轴线大致垂直,使得窗36跨越内部传感器室35径向地延伸。窗36可包括多种不同的材料，但是在一个实例中，包括蓝宝石材料。
[0049]窗36可定位在形成在内部传感器室35的内表面中的窗凹槽38内。窗凹槽38围绕内部传感器室35的内表面周向地延伸。窗凹槽38可具有大于内部传感器室35的邻近部分的直径。窗36具有略微小于窗凹槽38的直径，使得窗36紧密地邻接窗凹槽38。将理解，窗凹槽38和窗36不受限于实例中的尺寸和形状。相反地，窗凹槽38可包括非圆形形状，诸如球形形状、矩形形状等。相似地，窗36还可包括与窗凹槽38的形状相配的形状，使得窗36也可为非圆形的。
[0050]窗36可定位在一个或更多个密封件之间。在示出的实例中，密封件可包括一对密封垫圈40,但是预想多种密封件。窗36可定位在密封垫圈40之间。密封垫圈40包括圆形结构，其具有轴向地延伸穿过密封垫圈40的中心的内孔。密封垫圈40可由许多不同的材料形成，该许多不同的材料包括金属类材料、弹性体类材料等。在另外的实例中，密封垫圈40可包括可承受传感器组件30经受的相对高的温度的材料。
[0051]密封垫圈40包括略微小于窗凹槽38的直径的直径，使得密封垫圈40接收在窗凹槽38内，并且被限制沿传感器本体34的长度轴向地移动。在一个实例中，为了进一步限制移动，密封垫圈40可硬钎焊于窗36和窗凹槽38中的任一个或两者。因此，窗36被密封垫圈40限制沿传感器组件的长度轴向地移动。在另外的实例中，密封垫圈40被内部地激励，并且形成与窗36和传感器本体34的密封。在该实例中，窗36和密封垫圈40形成密封件，其形成压力隔层。例如，窗36和密封垫圈40可承受相对高的温度的气体温度(诸如在大约850 °F的范围内)和达到至少3001bs/in2的压力。就此而言，窗36和密封垫圈40可一起起到保护性密封隔层的作用，该保护性密封隔层使上游体积(即，从燃烧室10，穿过观察管15和联管螺母20，并且至窗36)与下游体积(即，从窗36朝向第二端部部分33)分离。因此，在该实例中，窗36和被内部地激励的密封垫圈40可起作用以防护和/或保护下游体积免受燃烧室10中的相对高的温度和压力。
[0052]此外，在窗36的下游，传感器组件30可包括透镜42。透镜42可定位在窗36的下游。透镜42可定位在窗36与传感器本体34的第二端部部分33之间。透镜42可位于传感器本体34的内部传感器室35内。透镜42可定向成相对于传感器本体34的纵向轴线大致垂直，使得透镜42跨越内部传感器室35径向地延伸。透镜42可包括许多不同类型的透镜，诸如双凸透镜、平凸透镜等。此外，透镜42可包括熔融二氧化硅透镜。然而，透镜42可由许多不同的材料形成，该许多不同的材料可承受传感器组件30可遇到的相对高的温度、压力和振动环境。如将在下面更详细地讨论的，透镜42可将来自火焰的电磁辐射能量朝向第二端部部分33集中。
[0053]透镜垫圈48支承透镜42。图3的示出的实例包括两个金属垫圈，然而，将理解，预想较多或较少的垫圈。透镜垫圈48定位在透镜42的相对侧，使得透镜42大致夹在透镜垫圈48中间。透镜垫圈48可具有大致圆形形状，其具有延伸穿过中心的内孔。透镜垫圈48可由包括金属类材料的许多不同的材料形成。在一个实例中，透镜垫圈48中的一个在一侧的透镜42与相对侧的内部凸脊44之间定位在透镜42的上游。在一个实例中，透镜垫圈48可硬钎焊和/或焊接于传感器本体34，使得透镜42被限制沿传感器本体34的长度轴向地移动。
[0054]传感器组件30还包括波形弹簧50。波形弹簧50支承透镜42。波形弹簧50定位成与透镜42的下游侧的透镜垫圈48中的一个相邻。波形弹簧50允许透镜42轴向地移动有限距离以适应在燃烧室10附近受到的相对高的振动。波形弹簧50不受限于图3中示出的实例的尺寸、形状和位置。相反地，波形弹簧50可代之以定位在透镜42的上游和前面，使得波形弹簧50定位在透镜42与窗36之间。
[0055]传感器组件30还包括挡圈51。挡圈接收在形成在传感器本体34的内表面内的缺口 46内。当然，挡圈51可以以其它方式(诸如利用机械紧固件、粘合剂等)固定在传感器组件30内。挡圈51可定位在波形弹簧50下游和附近。就此而言，挡圈51可限制波形弹簧50沿远离透镜42的方向的轴向移动。
[0056]传感器组件30还包括线壳体69。线壳体69限定附接于传感器本体34的第二端部部分33的大致中空的管。线壳体69可以以任何数量的方式(诸如通过焊接、机械紧固件等)附接于传感器本体34。线壳体69包括延伸穿过其的大致中空的孔，以允许线等穿过线壳体69。线壳体69还可包括轴向地延伸穿过线壳体69的开口 72。开口 72朝向线壳体69的中心定位，并且如将在下面更详细地描述的，允许电子装置(诸如线缆、线等)穿过线壳体69。
[0057]传感器组件30还包括线壳体69内的定位在透镜42的下游的光电二极管60。光电二极管60包括通过透镜42接收集中的电磁辐射能量的固态紫外线传感器。光电二极管60可为正方形的，并且对角线为大约1.4毫米长。在一个实例中，透镜42将包括电磁辐射能量的光集中到光电二极管60上的点上，该点的直径为大约1.7毫米+/-0.08毫米。当然，理解，多种光电二极管可在传感器组件30中使用，使得光电二极管60不受限于前述大小。在一个实例中，光电二极管60可包括碳化娃光电二极管。
[0058]光电二极管60接收电磁福射能量,并且基于电磁福射能量生成电流输出信号,诸如光电流。如大体已知的，电磁辐射能量包括具有在从大约IOnm至大约400nm的范围内的波长的紫外线(UV)辐射。光电二极管60可生成光电流，其与具体光谱带宽内的接收的UV辐射的强度水平成正比。光电流可为相对较低的，诸如在大约10_1CI安培的范围内。在一个实例中，包括碳化硅光电二极管的光电二极管60可具有在从大约190纳米(nm)至大约400nm的范围内的光谱响应。就此而言，光电二极管60具有覆盖火焰8的310nm的峰值的相对宽的光谱响应，因此允许火焰8的310nm的发射的相对可靠的检测。通过具有高端部光谱响应中止(在该实例中为400nm)，光电二极管60因此可〃看不见〃来自燃烧室10的壁的潜在干扰黑体福射。在一个实例中，可包括信号的电流输出信号可从光电二极管输送，被调节并且供应至控制系统。作为响应，信号可用于触发至燃烧室的燃料的切断。
[0059]光电二极管60安装至电路板62。如大体已知的，电路板62电气地连接于光电二极管60。在示出的实例中，电路板62横跨线壳体69径向地延伸。电路板62可在外周边缘处由线壳体69支承。电路板62可以以任何数量的方式(诸如通过粘合剂、机械紧固件、卡扣配合器件等)支承。就此而言，电路板62大体被限制相对于线壳体69轴向地和/或径向地移动。
[0060]光电二极管60和电路板62由波形弹簧64进一步支承。波形弹簧64可与支承透镜42的波形弹簧50相似和/或相同。在此处，波形弹簧64定位成与电路板62相邻。波形弹簧64允许电路板62轴向地移动有限距离以适应在燃烧室10附近受到的相对高的振动。当然，波形弹簧64不受限于图3中示出的实例，并且可代之以定位在光电二极管60的上游或下游。在该实例中，波形弹簧64支承在形成在线壳体69中的缺口 66内。具体地，缺口 66限定波形弹簧64接收到其中的凹槽、狭槽等。然而，在另外的实例中，波形弹簧64可以以任何数量的方式(诸如通过粘合剂、机械紧固件等)支承。
[0061]线壳体69可包括防护壳体67。防护壳体67限定具有延伸穿过其的轴向孔的大致中空的结构。防护壳体67可在光电二极管60的相对侧附接于电路板62。在一个实例中，防护壳体67可具体大体柱形形状，但是预想任何数量的形状。
[0062]传感器组件30还可包括中心线70。中心线70可附接(例如，电气地连接)于电路板62。中心线70可接收来自光电二极管60的光电流。中心线70可从电路板62经过，并且穿过防护壳体67。
[0063]传感器组件30还可包括绝缘管71。绝缘管71可在线壳体69内纵向地延伸。绝缘管71可容纳中心线70，使得中心线70与绝缘管71大致同轴地延伸。绝缘管71可用作使中心线70电气绝缘的绝缘体。在又一个实例中，绝缘管71还可包括大致包绕绝缘管71的防护件。在一个实例中，包括防护件的绝缘管71可附接于防护壳体67。就此而言，通过附接绝缘管71和防护壳体67，沿中心线70延伸的防护件可为大致连续的。
[0064]传感器组件30还可包括绝缘结构73。绝缘结构73可大致包绕绝缘管71和中心线70。绝缘结构73可与绝缘管71和中心线70两者大致同轴地延伸。绝缘结构73可延伸穿过线壳体69中的开口 72。具体地，绝缘结构73可借助于密封结构68附接于开口 72。密封结构68可围绕绝缘结构73周向地延伸，并且可接触开口 72。密封结构68可形成与绝缘结构73和开口 72的密封，以确保密封的体积包含在绝缘结构73内。
[0065]进一步向下游移动，传感器组件30还包括密封防护件74。密封防护件73可附接在绝缘结构73的下游端部处。密封防护件74可围绕绝缘结构73的端部周向地延伸，并且还可提供与绝缘结构73的密封。密封防护件74可与绝缘结构73相对地附接于防护件适配器75。防护件适配器75可接收中心线70，并且起作用以将中心线70附接于线缆组件100。
[0066]进一步向下游移动，传感器组件30还包括密封件适配器78。密封件适配器78可与传感器本体34相对地附接于线壳体69。密封件适配器78包括大体圆形形状,其与线壳体69和传感器本体34的形状相配(例如，具有相似的直径)。就此而言，密封件适配器78可通过横跨线壳体69的端部处的开口延伸而附接于线壳体69。在一个实例中，密封件适配器78可密封地附接于线壳体69，使得密封形成在密封件适配器78与线壳体69之间。因此，通过密封件适配器78限制气体、空气、水分、湿气等进入到内部传感器室35中。密封件适配器78可以以任何数量的方式(包括机械紧固件、焊接、粘合剂等)附接于线壳体69。
[0067]传感器组件30还包括附接于密封件适配器78的线缆配件80。具体地，线缆配件80在与线壳体69相对的端部处附接于密封件适配器78。线缆配件80具有与密封件适配器78的形状相配的大体圆形形状(例如，具有相似的直径)。线缆配件80可以以任何数量的方式(包括通过机械紧固件、焊接、粘合剂等)附接于密封件适配器78。此外，线缆配件80包括从一侧至相对的第二侧延伸穿过线缆配件80的线缆配件开口 82。因此，如将在下面更详细地描述的，线缆、线等将穿过线缆配件开口 82。
[0068]现在可简要地描述传感器组件30的操作。电磁辐射能量在进入传感器组件30之前从火焰8传递到观察管15中。接着，电磁辐射能量穿过窗36并且穿过透镜42。透镜42将电磁福射能量集中到光电二极管60上。作为响应,光电二极管60基于火焰8的电磁福射能量生成电流输出信号，诸如光电流。该光电流指示火焰的特征，诸如存在或不存在火焰。
[0069]在传感器组件30的下游，火焰传感器设备6还包括线缆组件100。第一线缆端部102附接于传感器组件30。线缆组件100通过中心线70与光电二极管60电气连通。就此而言，线缆组件100可将指示火焰的特征的光电流从光电二极管60传送至电气地远离光电二极管60的位置。例如，该位置可位于比燃烧室10附近的环境相对较冷的环境中。在一个实例中，线缆组件100可为相对长的，诸如在9.1米至10.7米(例如，30英尺至35英尺)的范围内。就此而言，该位置可比可为大约200°C的传感器组件30附近的区域较冷。
[0070]线缆组件100还包括在线缆组件100的相对端部之间延伸的同轴线缆110。同轴线缆110穿过线缆配件开口 82，并且附接(例如，电气连接)于中心线70。就此而言，同轴线缆110可通过中心线70接收来自光电二极管60的光电流。将认识到，出于说明性的目的，稍微大体/示意性地描绘同轴线缆110和与中心线70的相应附接两者。实际上，同轴线缆110可以以任何数量的方式(包括软钎焊等)电气地连接于中心线70。
[0071]同轴线缆110起作用以将指示火焰8的特征的光电流从光电二极管60传送。光电流可在沿线缆组件100传送时易于退化。这至少部分地归因于光电流相对较小，诸如在大约10,安培的范围内。此外，线缆组件100可为相对长的，诸如在9.1米至10.7米(例如，30英尺至35英尺)的范围内。为了适应这些因素，同轴线缆110可包括低噪音线缆。
[0072]低噪音线缆可包括许多不同构造。在一个实例中，如大体已知的，低噪音线缆包括中心线，诸如铜线。中心线沿其相对端部之间的长度传输光电流。塑料层(诸如聚四氟乙烯("PTFE"))包绕中心线。在一个实例中，出于抑制电荷的目的，已施加传导层或半导体层。传导层(诸如基于碳的传导层)围绕塑料层设置。该传导层有助于在线缆组件100移动时增加防护、减小静电荷以及减小电气噪音。最后，外编织物(诸如铜)设置成包绕传导层。将认识到，本文中描述的同轴线缆110的构造仅包括一个可能的示例性构造，这是因为预想任何数量的构型。实际上，前述层中的一些或全部可被除去并且/或者由与低噪音线缆相似地起作用的其它材料替换。
[0073]现在参考图4，将进一步描述线缆组件100的结构。将认识到，出于说明性的目的，稍微大体/示意性地示出线缆组件100。实际上，在操作中，线缆组件100大体在长度上比如示出的较长。然而，为了更清楚地描述线缆组件100的特征，仅示出端部部分。此外，将理解，未示出的线缆组件100的剩余部分可在结构上与图4中描绘的线缆组件100相似或相同。
[0074]线缆组件100包括填充有气体的内部体积120。在一个实例中，气体包括惰性气体，诸如氮、氩等。通过以气体填充内部体积120，同轴线缆110由气体大致包绕。此外，第一线缆端部102和第二线缆端部103被密封，使得气体被限制从内部体积120逸出。因此，在同轴线缆110周围保持干气氛，同时限制湿气、水分等进入内部体积120。该干气氛可帮助限制穿过同轴线缆110的光电流的退化。[0075]线缆组件100还包括衬底层122。衬底层122可包绕内部体积120，使得衬底层122与同轴线缆110间隔开一距离。虽然仅示出一个衬底层，但是将认识到，衬底层122可包括多个衬底层。衬底层122周向地包绕内部体积120，并且向同轴线缆110提供保护。衬底层122包括许多不同材料，诸如玻璃纤维材料等。
[0076]线缆组件100还包括周向地包绕衬底层122的导管层124。导管层124与衬底层122和同轴线缆110大致同轴地在第一线缆端部102与第二线缆端部103之间延伸。导管层124可具有足够的柔性，使得线缆组件100可移动、弯曲、扭曲等。具体地，导管层124可由柔性金属类材料(诸如不锈钢)形成。除了为柔性的之外，导管层124可向线缆组件100提供保护层，因此保护衬底层122和同轴线缆110免受损坏。
[0077]线缆组件100还包括包绕导管层124的铠装编织层126。铠装编织层126具有略微大于导管层124的直径的直径，使得铠装编织层126围绕导管层124周向地延伸。铠装编织层126由允许柔性的许多金属材料形成。此外，铠装编织层126通过限制和/或防止流体(包括气体等)泄漏到线缆组件100中和从其泄漏出而用作用于线缆组件100的保护层。
[0078]铠装编织层126可包括任何数量的不同材料，包括不锈钢。将理解，铠装编织层126设计成承受多种环境(包括相对高的温度和压力的环境)，使得铠装编织层126可保护同轴线缆110。例如，铠装编织层126可设计成承受在从大约-55°C (-67 T )至大约2000C (392 0F )的范围内的空气温度，诸如非常接近燃烧室10的空气温度。然而，还设想较热或较冷的温度。相似地，铠装编织层126可为防水的，并且可限制或防止液体、水分、冷凝物等穿过铠装编织层126。就此而言，铠装编织层126可承受在涡轮12上执行的周期性液体清洗，而很少或没有流体运输穿过铠装编织层126。
[0079]线缆组件100还包括一个或更多个螺旋弹簧130。螺旋弹簧定位在线缆组件100的相对端部处。例如，第一线缆端部102包括第一螺旋弹簧，而第二线缆端部103包括第二螺旋弹簧。螺旋弹簧130远离第一线缆端部102和第二线缆端部103沿铠装编织层126的外表面轴向地延伸一距离。螺旋弹簧130可向线缆组件100提供弯曲/应变消除。具体地，螺旋弹簧130限制第一线缆端部102和第二线缆端部103中的每一个处的最大弯曲力。就此而言，螺旋弹簧130起作用以减小通常可出现在线缆组件100的端部处的任何过大的弯曲、扭转、扭曲等。将认识到，线缆组件100不受限于图4中示出的螺旋弹簧130，并且在另外的实例中，可包括提供相似功能的其它结构。例如，任何数量的抗弯物品可代替螺旋弹簧130被设置。
[0080]在线缆组件100的内部体积120已填充有惰性气体之后，线缆组件100可在第一线缆端部102和第二线缆端部103处被密封。就此而言，线缆组件100包括为密封阵列的一部分。例如，第一线缆端部102接收在线缆配件80的密封孔84内。密封孔84围绕第一线缆端部102周向地延伸，并且沿线缆组件100轴向地延伸一距离。密封孔84和第一线缆端部102接触，使得密封形成在其间。在另外的实例中，密封结构(诸如粘合剂、机械紧固件、焊缝等)可设置成进一步附接密封孔84和第一线缆端部102。就此而言，空气、气体、水分、冷凝物等被限制在第一线缆端部102处进入线缆组件100的内部体积120。
[0081]在线缆组件100的下游，火焰传感器设备6还包括连接器组件150。连接器组件150附接于线缆组件100的第二线缆端部103。具体地，连接器组件150包括线缆配件152。线缆配件152具有在尺寸和形状上与线缆配件80的密封孔84相似的密封孔154。密封孔154围绕第二线缆端部103周向地延伸，并且沿线缆组件100轴向地延伸一距离。密封孔154和第二线缆端部103接触，使得密封形成在其间。在另外的实例中，密封结构(诸如粘合剂、机械紧固件、焊缝等)可设置成进一步附接密封孔154和第二线缆端部103。就此而言，空气、气体、水分、冷凝物等被限制在第二线缆端部103处进入线缆组件100的内部体积120。
[0082]线缆配件152还包括从一侧至相对的第二侧延伸穿过线缆配件152的线缆配件开口 156。因此，同轴线缆110穿过线缆配件开口 156并进入线缆配件152。同轴线缆110可与线缆配件开口 156充分地紧密接触，使得气体、水分、冷凝物等被限制和/或防止穿过线缆配件开口 156并进入线缆组件100。
[0083]连接器组件150还包括电气连接器160。电气连接器附接(例如，电气地连接)于同轴线缆110。电气连接器160从线缆配件152沿远离线缆组件100的方向延伸。如大体已知的，电气连接器160可包括线、导体或其它相似的电气结构，用于电气地连接于同轴线缆110。就此而言，电气连接器160可接收来自同轴线缆110的光电流。将认识到，电气连接器160可包括起作用以接收来自同轴线缆110的光电流的许多不同构造。就此而言，电气连接器160未明确地受限于图4中示出的实例。
[0084]现在参考图5，示出沿图1的线5-5的截面图，描绘电气组件170的实例。电气组件170定位在涡轮12外部，并且与燃烧室10间隔开一距离。因此，电气组件170可定位在具有低于涡轮12内的温度的位置，使得电子装置可在电气组件170中使用，而不经受相对高的温度。
[0085]电气组件170包括限定大致中空的内部室174的壳体172。壳体172在第一端部部分176和与第一端部部分176相对的第二端部部分178之间延伸。将认识到，图5中示出的电气组件170仅包括一个可能的构造，这是因为预想许多尺寸、形状和构型。
[0086]电气组件170还包括连接器插座180。连接器插座180延伸穿过壳体172中的开口 181。连接器插座180可在尺寸上为大体圆形的，但是预想其它尺寸和形状。连接器插座180可固定地附接于壳体172的开口 181，使得限制除去连接器插座180。在另外的实例中，连接器插座180可以以许多方式(诸如通过焊接、粘合剂、机械紧固件等)附接于壳体172。连接器插座180还可包括一个或更多个密封结构(诸如O形环等)，使得连接器插座180形成与壳体172的密封，以限制和/或防止空气、水分、冷凝物等穿过开口 181。
[0087]连接器插座180可附接(例如，电气地连接)于连接器组件150。就此而言，连接器插座180接收来自线缆组件100的光电流。具体地，连接器插座180定尺寸和定形状成与电气连接器160的尺寸和形状大致相配。连接器插座180包括轴向地延伸到连接器插座180中的孔182。孔182定尺寸和定形状成接收电气连接器160。例如，孔182具有与电气连接器160的对应形状大致相配的形状，使得电气连接器160可容易地插入到孔182中。将认识到，示出的实例仅包括将电气组件170电气地连接于线缆组件100的一个可能实例。实际上，电气组件170可以以任何数量的方式附接于线缆组件100，并且未明确地受限于包括如示出的连接器插座180。
[0088]连接器插座180还包括一个或更多个连接线184。在图5中稍微大体描绘连接线184，这是因为将理解连接线184可包括电气地连接于连接器插座180的任何数量的结构(例如，线、线缆等)。实际上，连接线184能够通过连接器插座180接收来自线缆组件100的光电流。
[0089]电气组件170还包括电路板186，其包括电气硬件。电路板186横跨壳体172的内部室174延伸。电路板186可以以任何数量的方式(包括利用机械紧固件、粘合剂、卡扣配合器件等)附接在壳体172内。电路板186附接(例如，电气地连接)于连接线184。就此而言，电路板186可接收来自连接线184的光电流。
[0090]电路板186包括电气硬件，诸如放大器电路。放大器电路在图5中被稍微大体示出，并且可包括不受限于图5的任何数量的构型。光电流由放大器电路接收，并且接着由信号电路处理和放大以产生电信号。在一个实例中，光电流可被放大并且转变为在大约4毫安(mA)至大约20毫安的范围内的电流。
[0091]呈电流形式的该电信号指示火焰8的具体特征。这些特征包括但不受限于燃烧室10内存在或不存在火焰8。在火焰中断状态的情况下，其中，火焰8已熄灭，检测到在光电二极管60处不存在电磁辐射能量。不存在电磁辐射能量将使光电二极管60提供较低或为零的呈光电流的形式的电信号。该光电流输送穿过线缆组件100，并且至电路板186上的放大器电路。该光电流被放大并且转变为指示火焰的特征(例如，火焰中断状态)的电流。接着，该电信号可发送至燃料控制设备等，其可减少和/或停止燃料供应穿过燃料喷嘴13并且进入燃烧室10。就此而言，来自光电二极管60的电信号可用于控制燃料供应到燃料喷嘴13中。
[0092]为了保护电气组件170内的电路，在一个实例中，内部室174可被密封并且回填有气体(包括干惰性气体，诸如氩)。通过以气体填充内部室174，内部室174限制和减少水分、冷凝物、气体等的进入。为了填充内部室174，电气组件170可设置有吹扫开口 190。吹扫开口 190可帮助以干惰性气体回填电气组件170。吹扫开口 190定位在壳体172的第一端部部分176处，但是吹扫开口 190不受限于这种位置。相反地，吹扫开口 190可侧向地定位在壳体172—侧，靠近第二端部部分178等。在操作中，吹扫开口 190可与可供应干惰性气体的气体源流体连通。一旦干惰性气体已供应穿过吹扫开口 190并且进入内部室174，则吹扫开口 190可被封闭和密封。在图5的示出的实例中，吹扫开口 190可借助于螺纹插入结构密封，但是预想许多密封结构。就此而言，电气组件170不受限于示出的实例中的吹扫开口 190。
[0093]现在参考图1，现在将更详细地描述火焰传感器设备6的操作。燃料通过燃料喷嘴13提供至燃烧室10，从而产生火焰8。观察管15从燃烧室10向外凸出一距离，并且限定从观察管15朝向火焰8的光程。传感器组件30附接于观察管，使得传感器组件30与燃烧室10间隔开一距离。
[0094]指示火焰8的具体特征的电磁辐射能量从燃烧室10中的火焰8传送穿过观察管15并且进入传感器组件30。透镜42(在图3中示出)将传感器组件30中的电磁辐射能量集中到光电二极管60上。作为响应,光电二极管60基于电磁福射能量的强度来产生电信号。该电信号可呈光电流的形式，该光电流指示火焰8的具体特征，其包括但不受限于存在或不存在火焰。
[0095]线缆组件100将光电流从传感器组件30传送至电气组件170。具体地，光电流穿过包括为密封阵列的一部分的同轴线缆110。该光电流可沿线缆组件100的长度从第一线缆端部102行进至第二线缆端部103。以许多方式保护相对小的光电流免受摩擦电噪音、电磁干扰和信号退化。例如，因为同轴线缆110为低噪音线缆，所以减少信号退化。此外，线缆组件100以干惰性气体密封，从而进一步限制水分、冷凝物、气体等对同轴线缆110的影响。另外，线缆组件100包括衬底层122、导管层124和铠装编织层126。这些层可进一步帮助减小摩擦电噪音和电磁干扰的影响。就此而言，当沿线缆组件100传送光电流时，可保持光电流的完整性。
[0096]如图5所示，第二线缆端部103处的光电流穿过电气地连接于电气组件170的连接器组件150。光电流从连接器组件150穿过连接器插座180并且至电路板186。附接于电路板186的放大器电路接收并且放大光电流。作为响应，产生电信号，诸如在大约4毫安至大约20毫安的范围内的电流。呈电流形式的该电信号指示火焰8的具体特征，诸如存在或不存在火焰。就此而言，在火焰8已熄灭时的火焰中断状态的情况下，电流输出较低或为零。该电流输出可触发燃料控制设备减少和/或停止燃料供应到燃烧室10中。
[0097]电气组件170在涡轮12外部定位成远离燃烧室10 —距离。就此而言，电气组件170不位于涡轮12的相对高温度/振动的环境内。因此，电气组件170电气地远离传感器组件30中的光电二极管60。电气组件170经受比传感器组件30中的光电二极管60相对较低的温度/振动。
[0098]已经参考以上描述的示例性实施例描述本发明。在阅读和理解本说明书之后，其它人将想到修改和变更。并入本发明的一个或更多个方面的示例性实施例意图包括在所附权利要求的范围内的所有这种修改和变更。
【权利要求】
1.一种火焰传感器设备，其包括: 传感器组件，其包括用于感测燃烧室内的火焰的特征的光电二极管； 电气组件，其电气地远离所述传感器组件；以及 线缆组件，其在所述传感器组件与所述电气组件之间延伸，所述线缆组件构造成将所述火焰的特征从所述光电二极管传送至所述电气组件。
2.根据权利要求1所述的火焰传感器设备，其特征在于，所述火焰的特征包括所述燃烧室内存在和不存在所述火焰。
3.根据权利要求1所述的火焰传感器设备，其特征在于，所述光电二极管构造成输送信号，所述信号被调节并且供应至控制系统以触发至所述燃烧室的燃料的切断。
4.根据权利要求1所述的火焰传感器设备，其特征在于，所述传感器组件包括定位在所述传感器组件的内部室内的透镜，所述透镜构造成将来自所述燃烧室的电磁辐射能量集中到所述光电二极管上。
5.根据权利要求4所述的火焰传感器设备，其特征在于，所述光电二极管包括碳化硅光电二极管。
6.根据权利要求5所述的火焰传感器设备，其特征在于，所述碳化硅光电二极管构造成将所述电磁辐射能量转变成呈光电流形式的电信号。
7.根据权利要求6所述的火焰传感器设备，其特征在于，所述线缆组件构造成将所述光电流从所述碳化硅光电二极管传送至所述电气组件。
8.根据权利要求7所述的火焰传感器设备，其特征在于，所述电气组件构造成将所述光电流转变成在大约4毫安至大约20毫安的范围内的电流输出，所述电流输出指示所述火焰的特征。
9.根据权利要求1所述的火焰传感器设备，其特征在于，所述线缆组件在一个端部处附接于所述传感器组件，并且在相对的第二端部处附接于所述电气组件。
10.根据权利要求9所述的火焰传感器设备，其特征在于，所述线缆组件被密封并且填充有惰性气体。
【文档编号】G01J1/42GK103471712SQ201310220267
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年6月5日 优先权日:2012年6月5日
【发明者】A.R霍夫曼, F.Y-F.仇, F.L.格勒休斯 申请人:通用电气公司