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技術 静電容量センサの動作状態をリアルタイムに監視する方法

出願人 フォーガルナノテック
発明者 ニールクリスチャンビリャルニコラ
出願日 2015年6月10日 (5年6ヶ月経過) 出願番号 2017-517398
公開日 2017年6月29日 (3年6ヶ月経過) 公開番号 2017-517754
状態 特許登録済
技術分野 電気磁気的手段を用いた長さ、角度等の測定
主要キーワード 故障要素 上位点 誘電体誘電率 直交電圧 漏れコンダクタンス 補償用信号 発電機タービン 温度限界値
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重要な関連分野

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図面 (5)

課題・解決手段

静電容量センサ動作状態リアルタイム監視する方法。 本発明は、回転機械上に取り付けることができそして高周波伝送線路を介して電子測定モジュールに接続することができる静電容量センサの動作状態をリアルタイムに監視する方法に関し、この方法は、電子モジュール内で、伝送線路およびセンサからの容量寄生効果における補償用信号を生成するステップと、 電子モジュール内で、伝送線路およびセンサからのコンダクタンス寄生効果における補償用信号を生成するステップと、 容量補償を表す信号および前記コンダクタンス補償を表す信号を抽出して、センサの動作点を決定するステップと、 動作点を分析して、動作点が所定の領域内に位置するかどうかを確認するステップと を含む。

概要

背景

概要

静電容量センサ動作状態リアルタイム監視する方法。 本発明は、回転機械上に取り付けることができそして高周波伝送線路を介して電子測定モジュールに接続することができる静電容量センサの動作状態をリアルタイムに監視する方法に関し、この方法は、電子モジュール内で、伝送線路およびセンサからの容量寄生効果における補償用信号を生成するステップと、 電子モジュール内で、伝送線路およびセンサからのコンダクタンス寄生効果における補償用信号を生成するステップと、 容量補償を表す信号および前記コンダクタンス補償を表す信号を抽出して、センサの動作点を決定するステップと、 動作点を分析して、動作点が所定の領域内に位置するかどうかを確認するステップと を含む。

目的

本発明の別の目的は、信頼できない測定を行うリスク診断することである

効果

実績

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牽制数
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請求項1

回転機械上に取り付けることができそして高周波伝送線路を介して電子測定モジュールに接続することができる静電容量センサ動作状態リアルタイム監視する方法であって、前記電子モジュール内で、前記伝送線路および前記センサからの容量寄生効果における補償用信号を生成するステップと、前記電子モジュール内で、前記伝送線路および前記センサからのコンダクタンス寄生効果における補償用信号を生成するステップと、前記容量補償を表す信号および前記コンダクタンス補償を表す信号を抽出して、前記センサの動作点を決定するステップと、前記動作点を分析して、前記動作点が所定の領域内に位置するかどうかを確認するステップとを含む、方法。

請求項2

前記動作点が前記所定の領域の外側にあるときに警報信号トリガするステップをさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記動作点の展開を分析して、前記分析結果から診断法を導き出すステップを含む、請求項1または2に記載の方法。

請求項4

前記所定の領域が、前記センサおよび/または前記伝送線路の温度限界値に基づいて、次のパラメータ:前記センサの電極短絡、前記電子モジュールと前記センサとの間の接続部の破断または短絡、前記センサに含まれるセラミックの亀裂、のうちの少なくとも1つを表す静電容量限界値およびコンダクタンス限界値から画定されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。

請求項5

前記所定の領域が、前記伝送線路の次のパラメータ:接地への接続手段の破断およびガードへの接続手段の破断、の少なくとも一方を表す静電容量限界値およびコンダクタンス限界値に基づいてさらに画定されることを特徴とする、請求項4に記載の方法。

請求項6

前記動作点が飽和コンダクタンス値および飽和容量値に向かっているときに前記センサの前記電極の短絡に関係するリスクファクタが決定されることを特徴とする、請求項4または5の一項に記載の方法。

請求項7

前記動作点がますます高いコンダクタンス値に向かって展開するときに前記センサのセラミックの亀裂に関係するリスクファクタが決定されることを特徴とする、請求項4〜6のいずれか一項に記載の方法。

請求項8

前記動作点がますます高いコンダクタンス値および容量値に向かって展開するときに前記センサの高温に関係するリスクファクタが決定されることを特徴とする、請求項4〜7のいずれか一項に記載の方法。

請求項9

前記動作点が絶対値でますます高いコンダクタンス値に向かってかつますます高い正の容量値に向かって展開するときに前記伝送線路の高温に関係するリスクファクタが決定されることを特徴とする、請求項5〜8のいずれか一項に記載の方法。

請求項10

前記動作点がますます低いコンダクタンス値および容量値に向かって展開するときに前記伝送線路の接地への接続手段内の破断に関係するリスクファクタが決定されることを特徴とする、請求項5〜9のいずれか一項に記載の方法。

請求項11

前記動作点がますます高い容量値に向かって展開するときに前記伝送線路のガードへの接続手段内の破断に関係するリスクファクタが決定されることを特徴とする、請求項5〜10のいずれか一項に記載の方法。

請求項12

前記静電容量センサによって行われる各測定が前記動作点の決定によって実現され、前記測定は、前記動作点が前記所定の領域の内側にあるときにのみ有効になることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。

請求項13

前記動作点が前記所定の領域の外側にあるときに音声信号および/または視覚信号を送るステップを含むことを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。

請求項14

ブレードの先端が回転機械内を通るのにかかる時間を測定するための、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法の使用。

請求項15

回転機械上に取り付けることができる静電容量センサと、電子測定モジュールと、前記センサを前記電子モジュールに接続する高周波伝送線路とを備える静電容量測定ステムにおいて、前記電子モジュールが、前記伝送線路および前記センサからの容量寄生効果における補償用信号を生成するステップ、前記伝送線路および前記センサからのコンダクタンス寄生効果における補償用信号を生成するステップ、前記容量補償を表す信号および前記コンダクタンス補償を表す信号を抽出して、前記センサの動作点を決定するステップ、前記動作点が所定の領域の外側にあるかどうかを確認するために前記動作点を分析するステップによって前記センサの動作状態のリアルタイム監視を行うために構成されることを特徴とする、静電容量測定システム。

請求項16

前記伝送線路が3軸ケーブルまたは同軸ケーブルを備えることを特徴とする、請求項15に記載の静電容量測定システム。

請求項17

3軸型または同軸型の静電容量センサを備えることを特徴とする、請求項15または16のいずれか一項に記載の静電容量測定システム。

技術分野

0001

本発明は、静電容量センサ(capteur capacitif)の動作状態監視する方法に関する。本発明は、以下に限定するものではないが、回転機械、またはターボリアクトル若しくは飛行機ターボプロップエンジンなどのターボ機械、あるいは例えば発電機タービンにおけるブレードの通過を測定する際に特に有用に適用することができる。本発明は、本発明が非常に困難な環境条件下で静電容量センサを用いてどんなシステムにも適用することができるので、対象範囲幅広い。

0002

ターボ機械を運転する間、ハウジングに静電容量センサを取り付けることが知られている。米国特許出願公開第2010268509号明細書は、ロータで構成される電極とハウジングで構成される対向電極、特に、とりわけ多数のシートで構成されるハウジングの内層とを開示している。

0003

一般に、回転機械またはターボ機械におけるブレードの通過を、その通過からハウジングとブレードの先端との間のクリアランスならびにブレードの振動を取り出すために、非侵入的な方法でリアルタイムに測定することが可能である。これらの2つの情報、すなわちクリアランスおよび振動は、ブレードの健全状態、すなわちブレードの機械的一体性に関する重要な情報である。これらの情報は、特にブレード健全性監視(BHM(Blade Health Monitoring))により、機械の全運転期間にわたってリアルタイムに監視することができる。

0004

これらの条件下での静電容量の測定は、伝送線路電気インピーダンスのために実質的に電気線路損失の影響を受けることが知られている。

0005

特開2006−170797号公報は、伝送線路の寄生要素補償する原理を説明するものとして知られている。

0006

仏国特許出願公開第2784179号明細書は、容量補償およびコンダクタンス補償を表す信号から帰還ループを生成することによって伝送線路からの漏れ電流を補償するためのシステムを記述している。

0007

しかし、システムの環境、モータハウジング、ブレード(aube)、pathil evoule(cheminement)のように、クリアランスおよび振動を測定するために使用される非侵入的センサは、運転中にそのセンサに加えられる熱負荷および機械的負荷関数として経時的に展開する。

0008

本発明の目的は、センサの状態をリアルタイムに監視することである。

0009

本発明の別の目的は、信頼できない測定を行うリスク診断することである。

0010

上記目的のうちの少なくとも1つは、回転機械上に取り付けることができそして高周波伝送線路を介して電子測定モジュールに接続することができる静電容量センサの動作状態をリアルタイムに監視する方法で達成される。

0011

本発明によれば、この方法は、
電子モジュール内で、伝送線路およびセンサからの容量寄生効果における補償用信号を生成するステップと、
電子モジュール内で、伝送線路およびセンサからのコンダクタンス寄生効果における補償用信号を生成するステップと、
センサの動作点を決定するために、容量補償を表す信号およびコンダクタンス補償を表す信号を抽出するステップと、
動作点を分析して、動作点が所定の領域内に位置するかどうかを確認するステップと
を含む。

0012

実施方法によれば、所定の領域は、温度に関係する通常の動作領域より広い、または狭い、または同等のものとすることができる。

0013

回転機械は、特に、ターボリアクトルや飛行機ターボプロップなどのターボ機械、あるいは発電機タービンを備えることができる。

0014

本発明による方法で静電容量センサの健全状態のリアルタイム監視が確保され、このことは、測定システムの全体的な最適化管理に完全に組み込むことができる。

0015

好適には、電子モジュールが物理的信号からアナログ信号への変換ならびに測定システムの寄生効果の容量補償およびコンダクタンス補償を実施する限りにおいて、いわゆる能動技術が用いられる。

0016

本発明は、特に大部分が独創的であるが、補償信号がセンサの温度の単純な確認以外にセンサの健全状態を監視するためのパラメータとして使用されるためだけではない。実際には、センサは、高温およびこれらの温度の変化に関係するが、湿気およびその他の汚染物質にも関係する非常に厳しい環境に取り囲まれる。

0017

補償信号は一般に補償にのみ使用されるが、本発明は、監視および診断の方針を決めるために補償信号の存在をうまく利用する。これを行うには、容量補償値およびコンダクタンス補償値によって占められる空間、すなわち、x軸およびy軸上に容量値およびコンダクタンス値を有する2次元空間、またはその逆も同様である2次元空間が考えられる。次いで、センサが動作できる、所定の領域と称される許容領域が決定される。この所定の領域の外側では、センサは様々な理由で欠陥と見なされる。動作点は補償値の空間内の点である。動作点は温度の関数として展開することが知られている。所定の領域は、温度の関数としての展開曲線よりも厳密に広いことが好ましい。これは、温度に加えて他の故障要素が考慮に入れられることを意味する。

0018

本発明の有利な特徴によれば、上記方法は、動作点が所定の領域の外側にあるときに警報信号トリガするステップをさらに含むことができる。このステップは、現在の動作点が非動作センサで実現されていることをオペレータに警告することを可能にする全か無かの確認とすることができる。

0019

好適には、本発明による方法は、動作点の展開を分析して、その分析結果から診断法を導き出すステップを含むことができる。この展開は、軌道および/または速度および/または加速度によって具体化することができる。

0020

本発明では動作点が分析される。しかし、動作点の経時的な展開も分析して、以下で分かるように、分析結果から動作点からいくつかの教示、例えば故障やリスクなどのタイプを導き出す。補償の経時的な展開を監視することにより、センサの使用中にセンサの健全状態を診断することが可能である。静電容量測定の場合、この測定は、コンダクタンス補償および容量補償の展開を監視することによって行うことができる。

0021

本発明の有利な実施形態によれば、所定の領域は、センサおよび/または伝送線路の温度の限界値から、また、次の値:センサの電極の短絡、電子モジュールとセンサとの間の接続部の破断または短絡、センサに含まれるセラミックの亀裂、のうちの少なくとも1つを表す容量およびコンダクタンスの限界値から画定される。

0022

したがって、所定の領域は、実験によって、または測定システムの寄生抵抗および寄生容量からの計算によって得られる多くのパラメータに基づいて実施される。これらのパラメータはセンサに直接関係する。

0023

特に、上記に加えて、所定の領域は、伝送線路の次のパラメータ:接地への接続手段の破断およびガードへの接続手段の破断、の少なくとも一方を表す静電容量限界値およびコンダクタンス限界値に基づいて画定することもできる。これらのパラメータは伝送線路に直接関係する。したがって、伝送線路またはセンサに起因する故障、およびどのタイプの故障かを診断することができる。

0024

非制限的な例として、所定の領域を決定する際のいくつかのパラメータおよびそのパラメータの影響が言及され得る。

0025

例えば、動作点が飽和コンダクタンス値および飽和容量値に向かっているときにセンサの電極の短絡に関係するリスクファクタが決定される。したがって、動作点が最大容量値および最大コンダクタンス値に向かって展開していることを分析することによって短絡故障に向かって展開するリスクを軽減するのは比較的簡単である。

0026

動作点がますます高いコンダクタンス値および容量値に向かって展開するときにセンサのセラミックの亀裂に関係するリスクファクタを決定することも可能である。したがって、容量値の変化とは無関係のコンダクタンス値の大きな変化が、センサを構成するセラミックの脆化前兆となり得る。

0027

動作点がますます高いコンダクタンス値および容量値に向かって展開するときにセンサの高温に関係するリスクファクタを決定することも可能である。

0028

動作点が絶対値でますます高い負のコンダクタンス値および容量値とますます高い正の容量値とに向かって展開するときに伝送線路の高温に関係するリスクファクタを決定することも可能である。

0029

最終的に、例えば、動作点がますます低いコンダクタンス値および容量値に向かって展開するときに伝送線路の接地への接続手段内の破断に関係するリスクファクタを決定することも可能である。

0030

接地への接続手段は、ごく簡単に言えば、接地に接続されるコネクタとすることができる。

0031

動作点がますます高い容量値に向かって展開するときに伝送線路のガードへの接続手段内の破断に関係するリスクファクタを決定することも可能である。

0032

本発明の有利な利点によれば、静電容量センサによって行われる各測定は前記動作点の決定によって実現することができ、測定は、動作点が所定の領域の内側にあるときにのみ有効になる。これは、良好な条件下で行われた測定だけが考慮に入れられるように自動にすることができる監視プロセスである。

0033

好ましくは、動作点が所定の領域の外側にあるときに音声信号および/または視覚信号を発するステップが提供される。

0034

本発明は、ブレードの先端が回転機械内を通る時間を測定するための、以下に説明する方法の使用も提供する。

0035

回転機械上に取り付けることができる静電容量センサと、
電子測定モジュールと、
センサを電子モジュールにつなぐ高周波伝送線路と
を備える静電容量測定システムも提供される。

0036

本発明によれば、電子モジュールは、
伝送線路およびセンサからの容量寄生効果における補償用信号を生成するステップ、
伝送線路およびセンサからのコンダクタンス寄生効果における補償用信号を生成するステップ、
容量補償を表す信号およびコンダクタンス補償を表す信号を抽出して、センサの動作点を決定するステップ、
動作点が所定の領域の外側にあるかどうかを確認するために動作点を分析するステップ
によってセンサの動作状態のリアルタイム監視を行うために構成される。

0037

本発明の有利な特徴によれば、伝送線路は3軸ケーブルまたは同軸ケーブルを備えることができる。

0038

本発明の有利な特徴によれば、静電容量測定システムは3軸型または同軸型の静電容量センサを備えることができる。

図面の簡単な説明

0039

他の利点および特徴は、決して限定されるものではない実施形態、および添付図面の詳細な説明の調査で明らかになるであろう。
本発明の実施に適合する能動測定システムの一例の概略図である。
能動測定システムに本発明による診断法を組み入れたものの簡略図である。
同軸センサ用の所定の領域を示す曲線である。
軸センサ用の所定の領域を示す曲線である。

実施例

0040

本発明は以下に限定されるものではないが、次に、ブレード先端の通過時間を測定するためにターボ機械のハウジングに取り付けられる静電容量センサを備える測定システムについて説明する。運転時にターボ機械にかかる空力負荷、熱負荷および機械的負荷はセンサの信頼性を変化させ、したがって測定結果ゆがめる可能性がある。ブレードの状態を全体的に監視する状況で、センサの状態の展開を考慮に入れる必要もある。

0041

本発明の実施について、仏国特許出願公開第2784179号明細書に記載されている漏れ容量および漏れコンダクタンスの自動的補償を実施する静電容量検出システムの実施形態に関して説明する。

0042

もちろん、本発明は、漏れ容量および漏れコンダクタンスの補償を実施する静電容量検出システムの他の実施形態で実施することができる。

0043

明瞭化および簡潔さのために、図1および図1に関連する以下の説明は、本質的に仏国特許出願公開第2784179号明細書から得られる。

0044

図1を参照すると、静電容量測定システムは、入力回路CEおよび静電容量測定回路CMCを備える。

0045

入力回路CEは、本質的に、静電容量センサ1と、接続高周波伝送線路2と、高周波電圧源4に接続される変圧器3とを備える。

0046

提示される実施形態では、静電容量センサ1は3軸型であり、第1の同心電極11、第2の同心電極12、および第3の同心電極13を備える。

0047

第1の電極11は、例えば、直径が数ミリメートル程度の中心測定電極11である。電極11は自由端を有し、自由端は、部品Aを含む装置の接地Mなどの基準電位に直接、または装置に固有の寄生容量によって接続される部品Aと向かい合って配置される。測定電極11の自由端と部品Aとの間の距離Jは測定されるべきである。例えば、部品Aは、図1の面に垂直なシャフトを中心に矢印Fに従って回転するタービンのブレードで連続的に構成される。距離Jは、中心電極11の前を連続的に通り過ぎるブレードAの端部間の1ミリメートル程度の可変クリアランスである。

0048

クリアランスJの変化は低周波信号を発生させ、この信号の振幅変動は1サイクルごとにほんの少し変化し、各サイクルは当該ブレードの通過に対応する。低周波信号は、周波数F0の搬送波振幅変調してクリアランスJの関数として変化する振幅を有する変調済み信号にする。第2の電極12は第1の電極11を取り囲みガード電極を構成する。

0049

第3の電極13は、接地Mに接続されかつ電極12を取り囲む遮蔽電極であり、センサ1の円筒金属本体を構成する。センサの本体の前面は、タービンの例えば円筒形または円錐形回転ハウジングCTの穴の中に固定される。

0050

センサ1における寄生インピーダンス値と接続線路2における寄生インピーダンス値はどちらも温度とともに変わりやすく、測定システム1は、静電容量および抵抗のこれらの変化に対して非常に許容性がなければならない。

0051

接続線路2は、図1に示されている実施形態によれば、センサ1の電極11、12および13にそれぞれ接続される3つの同心電極21、22および23を有する3軸ケーブルの一部分を備える。一般に、接続ケーブルは、通常長さ数メートルの剛性3軸ケーブルLTRと可撓性3軸ケーブルLTSとを備え、ケーブルLTRの一端はセンサに直接はんだ付けされ、ケーブルLTSの長さは数メートル〜数十メートルとすることができる。接続ケーブルは、電子回路側に同軸ケーブルの一部分も備えることができる。

0052

他の実施形態によれば、静電容量センサ1は同軸型とすることができる。この場合、静電容量センサ1は、ただ1つの第1の測定電極11と接地Mに接続される1つの第3の遮蔽電極13とを備える。

0053

この場合、接続線路2は同軸ケーブルであり、同軸ケーブルは、同軸センサ1の電極11および13にそれぞれ接続される2つの同心導体21および23を備える。

0054

同軸センサと3軸センサとの間の重要な違いは、同軸センサ内の損失インピーダンスが温度にさらに大きく依存することである。用途に応じて、この依存性を最小限に抑えること、または反対に、この依存性を故意に増大させることが有用となり得る。

0055

別の電圧源4は高周波HF発振器であり、水晶によって搬送波周波数F0に制御され、生成された搬送波の波形を改善しかつ測定システムの特性の不変性保証するように振幅を制御される。搬送波は、正弦波分極電圧であり、発振器4によって変圧器3を介してセンサ1に印加される。

0056

提示される実施形態では、この搬送波は通常、数ボルト〜10ボルトRMS程度の振幅およびMHz程度の周波数F0を有する。

0057

発振器は、同相で直交する2つの基準電圧も与える。
VRP=VR sin(ωt)およびVRQ=VR sin(ωt+π/2)、ただし、ω=2πF0、HF搬送波のパルセーション(pulsation)である。電圧VRPおよびVRQは、同期検出器を制御するとともに、静電容量測定回路CMCの動作に必要な能動補償電圧信号を生成するために使用される。

0058

入力回路CEにおいて、変圧器3は、周波数F0の搬送波V0 sin(ωt)を生成する発振器4の出力端子に接続される1次コイルと、一方では接続線路2を介してセンサ1に接続され、他方では測定回路CMCに含まれる電荷増幅器5の入力に接続される浮遊源を構成する2次コイルと、を有する。下記で分かるように、接続線路は、遮蔽された3軸型もしくは2線型、または同軸型とすることができ、接続線路の導体は、測定電極11と増幅器5の反転入力(−)を変圧器3の2次コイルを介して接続する。接続線路の遮蔽導体は、少なくともセンサ1の遮蔽電極13と接地Mを接続する。

0059

電荷増幅器5は演算増幅器30であり、演算増幅器30の出力は、並列接続の静電容量C51の帰還コンデンサ51および帰還抵抗器52を介してかつ下記で説明する制御ループを介して反転入力(−)に帰還接続される。

0060

制御ループは、電荷増幅器5の出力にカスケード接続された帯域通過フィルタ61および増幅器62、ならびに増幅器62の出力と電荷増幅器5の反転入力(−)との間の2つの並列経路を備える。これらのチャネルは、位相(P)信号処理および直交(Q)信号処理に割り当てられる。各経路は、カスケード接続で、同期検出器7P、7Q、積分器8P、8Q、増幅器9P、9Q、および基準容量CRの基準コンデンサCP、CQを備える。

0061

同期検出器7P、積分器8P、増幅器9P、および基準コンデンサCPを備える経路により、センサ1および接続線路2の損失インピーダンスの無効部分を補償することが可能になる。

0062

同期検出器7Q、積分器8Q、増幅器9Q、および基準コンデンサCPを備える経路により、センサ1および接続線路2の損失インピーダンスの抵抗部分を補償することが可能になる。

0063

この損失インピーダンスは、電荷増幅器5の反転入力(−)と接地Mとの間の並列接続の寄生容量および寄生抵抗として全体的にモデル化することができる。

0064

フィルタ61の帯域幅AFは、発振器4の周波数F0を中心とし、通常は約300kHzに固定された幅である。増幅器62は、単位利得フォロワ増幅器であり、フィルタにかけら増幅された電圧信号SFAを生成し、電圧信号SFAの振幅は、センサ1内のクリアランスJに反比例して変化する。この信号は2つの同期検出器7Pおよび7Qに印加され、同期検出器7Pおよび7Qは、発振器4によって与えられる基準位相電圧VRPおよび基準直交電圧VRQによって制御される。同期検出器7Pおよび7Qは位相検出器であり、位相検出器は、フィルタにかけられ増幅された電圧信号SFAを二相直交成分信号SPおよびSQに復調し、一方の信号SPは、クリアランスJを測定するために使用される。低周波成分信号SPおよびSQは、制御ループを安定させるために、それぞれ積分器8Pおよび8Qにおいて相電圧VPおよび直交電圧VQに積分される。積分器8Pおよび8Qを出た電圧VPおよびVQは、増倍率Kを有する2つの増幅器9Pおよび9Qの第1の入力に印加され、その結果、電圧VPおよびVQにそれぞれ、増幅器9Pおよび9Qの第2の入力に印加される基準電圧VRP=VR sin(2ωt)およびVRQ=VR sin(2ωt+π/2)を乗算する。

0065

増幅器9Pおよび9Qによって生成される振幅変調済み信号[K VPVRsin(2ωt)]および[K VQ VR sin(2ωt+π/2)]は、制御の安定性を得るために、基準コンデンサCPおよびCQを経由して電荷増幅器5の反転入力(−)に適切な位相で再注入され、センサ1によって変圧器3を経由して送られた測定信号加算される。

0066

積分器によって確保される増幅率が低周波で非常に高いものとすると、増幅器5を出た誤差信号ER平均値、したがって信号SPおよびSQの平均値がゼロに維持される。

0067

センサ1を通過し、振幅として(V0 C13ω)を有する同相電流は、振幅:
Ip=K VpVRCRω
を有する相コンデンサCpを通過する電流で補償される。

0068

センサ損失に起因し、振幅として(V0 C13)を有する直交電流は、振幅:
IQ=K VQVRCRω
を有する直交コンデンサCQを通過する電流で補償される。

0069

直交電流を供給されるコンデンサCQは、同相電流を供給される抵抗器として機能する。したがって、これにより、抵抗器の使用で導入されるであろう熱雑音を回避しながら、抵抗損失の補償が可能になる。

0070

積分器IPおよびIQの出力における公称感度は下記式の通りである。



および

0071

増幅器5の出力において、誤差信号ERは、部品Aが静止しているときに通常ゼロである。運転中、タービンが回転すると、信号ERは、静電容量センサ1の暗騒音、ならびに過渡信号、例えばブレードAの通過だけを含み、過渡信号は制御の有限帯域幅AF内にある。

0072

ブレードの通過の信号SP(またはSQ)は、クリアランス測定システムの出力に平均値ゼロの信号の形で存在する。

0073

図2の簡略図は、本発明による方法を実施する測定処理システムの機能表現である。提示された実施形態では、測定処理システムは、図1電子要素を組み込んだ電子モジュール26を備える。本発明によれば、電子モジュール26は、本発明による方法を実施することができる信号処理ユニット24も備える。

0074

センサ20は、3軸ケーブルによって構成された伝送線路21の端部に配置される。提示された実施形態では、センサ20は同軸センサであり、同軸センサの電極は、それぞれケーブルの測定導体および接地導体に接続される。もちろん、他のケーブル、特に同軸ケーブルを使用することもできる。

0075

電子モジュール26の入力は、特に図1の電荷増幅器5を備える前置増幅器22によって確保される。コンダクタンス補償信号および容量補償信号は、信号処理ユニット24によって生成され、前置増幅器22に注入される。特に図1の増幅器6を組み込んだ増幅器23は、増幅後、前置増幅器22から来る信号から信号処理ユニット24を供給する。信号処理ユニット24は、図1の同期検出器および積分器、ならびに本発明による方法を実施するために構成されたマイクロコントローラ27を有利に備える。このマイクロコントローラ27は信号VQおよびVPを受け取り、次いで、信号VQおよびVPからコンダクタンス値および容量値を導き出して、VQがGLと称され得るコンダクタンスに比例し、VPがCLと称され得る静電容量に比例することを認識する。

0076

信号処理ユニット24は、センサ20によって測定された静電容量に比例する出力信号Voutを生成することができる。ただし、Vout=kCであり、kは実数である。この出力信号は、RMS/DCコンバータ28に供給することができる。

0077

マイクロコントローラ27は、GLおよびCLの値をリアルタイムに決定するとともに、これらの値をメモリに保存してその値の展開を監視するために構成される。値CLに関連する値GLが動作点を構成し、動作点は、x軸にCLの値を有し、y軸にGLの値を有する2次元空間で表すことができる。

0078

図3は、同軸センサ用のGL/CL座標系における動作点の変動を表す曲線を示す。

0079

正のコンダクタンス値および容量値の領域内に斜めセグメントの形をした第1の曲線Tが見られる。

0080

いわゆる通常の健全状態では、温度などの環境パラメータの変化の関数として、静電容量CLおよびコンダクタンスGLで表される線路補償は所定の曲線Tの中または近くにとどまり、静電容量CLおよびコンダクタンスGLは互いに対して単調な展開をたどる(例えば、コンダクタンスは静電容量が増大すると増大する)。

0081

センサまたはケーブルが故障した場合、静電容量CLおよびコンダクタンスGLによって実現される動作点は、いわゆる通常の動作曲線Tから離れる。通常の動作曲線からある距離を置いてこれらのパラメータの展開を検出することにより、例えば、ブレード状態の監視(「ブレード健全性の監視」の場合のBHM)の状況で、故障を検出することおよび/または測定を無効にすることが可能になる。

0082

通常の条件では、現在の動作点PFは、温度Tminに対応する下位点と温度Tmaxに対応する上位点との間の曲線Tの上に現れる。

0083

本発明によれば、故障およびリスクを検出するために、所定の領域ZPを画定する曲線を事前に画定することができる。この所定の領域は曲線Tを含む。したがって、以下の検出方法を実施することが可能である。
動作点がもはや曲線T上にはなく、所定の領域の内側にあるとき、センサの動作状態へのリスクがあり、展開を監視する必要があると考えられ、
所定の領域を超えると、測定が信頼できないと考えられる。

0084

図3は、動作点から始まり異なる方向を指す矢印E1〜E4を示す。各矢印は、1つまたは複数の所定の特徴による危険な展開を表す。

0085

例えば、矢印E1の方向の展開(静電容量はコンダクタンスが減少すると増大する)は、伝送線路の破断に向かう展開の特徴である。

0086

矢印E2の方向の展開(コンダクタンスが固定値で静電容量が増大する)は、伝送線路のガード接続部の破断に向かう展開の特徴である。

0087

矢印E3の方向の展開(コンダクタンスが固定値で静電容量が減少する)は、センサの電極の破断に向かう展開の特徴である。

0088

矢印E4の方向の展開(静電容量が固定値でコンダクタンスが増大する)は、センサまたは伝送線路での短絡に向かう展開の特徴である。

0089

図4は、3軸センサ用の所定の領域ZP1内の通常の動作曲線T1を示す。この場合、曲線T1は、ゼロを通過しかつ正のコンダクタンスおよび負の静電容量の象限内に最小値温度値Tminに対応する)を有する曲線である。最大値(温度Tmaxに対応する)は、負のコンダクタンスおよび正の静電容量の象限内に位置する。

0090

先に説明したように、本発明により、動作点および動作点の展開の分析から種々の診断を実施することが可能になる。様々なシナリオについて、非制限的な例として以下で簡単に説明する。

0091

静電容量センサに関して下記の通りである。
電極相互間絶縁体を構成するセラミックの亀裂が、湿気または汚染物質の吸収を引き起こす可能性がある。これは、漏れコンダクタンス値GLが異常に高いという特徴がある。関連するリスクは、センサの酸化、決定的汚染、破損、したがって破壊である。
高すぎる温度が、絶縁体の誘電体誘電率の増大を引き起こす。これは、漏れ容量CL値および漏れコンダクタンスGL値が異常に高いという特徴がある。関連するリスクは、センサへの不可逆的損傷またはセンサの破壊である。
測定電極と接地との間の短絡トリガは、変圧器を励磁する発振器4の補償電圧および過剰消費が飽和する特徴がある。やはりセンサが破壊するリスクがある。
測定電極との電気接続部の破断は、測定信号の不在は別として、残留漏れ容量が測定線路の破断部までの部分にしか関係していないので、漏れ容量CLが減少するという特徴がある。

0092

ケーブル、特に3軸ケーブルに関して下記の通りである。
高すぎる温度が、絶縁体(一般に無機物)の誘電体誘電率の増大を引き起こす。これは、漏れ容量CL値および漏れコンダクタンスGL値の絶対値が異常に高いという特徴があり、漏れコンダクタンスGL(等価)は、ガードケーブルの抵抗によって導入されるディフェージング(dephasage)のために負号を有する。
接地導体の接続部の破断は、接地導体が通常の長さよりも短いケーブルの(破断部までの)長さに対応しているので、漏れ容量CL値および漏れコンダクタンスGL値が異常に低いという特徴がある。
ガード導体の接続部の破断は、ガード導体が接地に向かって増大した漏れ容量に対応しているので、漏れ容量CLが異常に高いという特徴がある。

0093

したがって、本発明は、下記の事象のうちの少なくとも1つを検出することにより、故障の原因、または故障の原因群、あるいは異常状態を診断することを可能にすることに留意されたい。
漏れ容量CLと漏れコンダクタンスGLとの間のパラメータ、通常値を保持する他のパラメータの異常な展開、2つのパラメータ、すなわち漏れ容量CLおよび漏れコンダクタンスGLの異常な展開。

0094

もちろん、起こり得る故障の範囲または故障のより正確な識別は、追加の情報、例えば、
外部温度測定、
測定の質、または測定の不在、
特に飽和成分を検出するための、電力消費量の監視、など
を分析に組み込むことにより、本発明に従って実現することができる。

0095

もちろん、本発明は、説明してきた例に限定されるものではなく、本発明の範囲を超えることなくこれらの例に多くの調整を加えることができる。

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