Многоканальная информационно-измерительная система контроля температуры лопаток ротора газотурбинного двигателя
Использование: полезная модель относится к информационно-измерительной технике и может быть использована для бесконтактного измерения температуры лопаток ротора газотурбинного двигателя и управления температурным режимом авиационной силовой установки. Технический результат: увеличение точности измерения за счет подбора диапазонов измерений с помощью усилителя сигналов и нормирующего усилителя, управляемых микроконтроллером, и расширении функциональных возможностей. Сущность изобретения: в многоканальной информационно-измерительной системе контроля температуры лопаток ротора газотурбинного двигателя, содержащей оптическую головку, сопряженную с входным торцом волоконного световода, выходной торец которого сопряжен с приемником излучения, входящим в состав электронного блока преобразования, усиления и обработки сигнала, микроконтроллер, цифровой индикаторный дисплей, объектив оптической головки выполнен с регулируемым фокусным расстоянием, а в каждой ступени двигателя оптическая головка и часть волоконного световода размещены внутри защитного оптического зонда, свободный торец зонда, направленный на лопатки, закрыт инфракрасно прозрачным стеклом и размещен в корпусе турбины двигателя, а другая часть волоконного световода снаружи двигателя помещена внутри защитного гибкого металлорукава, при этом число каналов измерения равно количеству ступеней турбины двигателя, выходы всех измерительных каналов соединены с микроконтроллером, имеющим встроенные порты ввода-вывода, память, а выход
микроконтроллера соединен с цифровым индикаторным дисплеем, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены нормирующий усилитель (в каждый измерительный канал), блок управления и обработки информации, состоящий из пульта оператора, индикатора и ЭВМ, и два устройства сопряжения с ЭВМ и микроконтроллером, при этом пульт оператора и индикатор соединены с микроконтроллером, а управляющие выходы микроконтроллера соединены с соответствующим измерительному каналу нормирующим усилителем и усилителем сигналов.
Полезная модель относится к информационно-измерительной технике и может быть использована для бесконтактного измерения температуры лопаток ротора газотурбинного двигателя и управления температурным режимом авиационной силовой установки.
Известно информационно-измерительное устройство контроля температуры лопаток турбины газотурбинного двигателя (RU, патент, 2032887, Кл. G01J 5/30, 1995), содержащее оптическую головку, сопряженную с входным торцом волоконного световода, выходной торец которого сопряжен с приемником излучения, входящим в состав электронного блока преобразования, усиления и обработки сигнала.
Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности, малая эффективность и надежность.
За прототип принято информационно-измерительное управляющее устройство температурой лопаток турбины газотурбинного двигателя (RU, патент, 55468, Кл. G01J 5/30, 2006), содержащее оптическую головку, сопряженную с входным торцом волоконного световода, выходной торец которого сопряжен с приемником излучения, входящим в состав электронного блока преобразования, усиления и обработки сигнала, микроконтроллер, цифровой индикаторный дисплей, объектив оптической головки выполнен с регулируемым фокусным расстоянием, а в каждой ступени двигателя оптическая головка и часть волоконного световода размещены внутри защитного оптического зонда, свободный торец зонда, направленный на лопатки, закрыт инфракрасно прозрачным стеклом и размещен в корпусе турбины двигателя, а другая часть волоконного световода снаружи двигателя помещена внутри защитного гибкого металлорукава, при этом число каналов измерения равно количеству
ступеней турбины двигателя, выходы всех измерительных каналов соединены с микроконтроллером, имеющим встроенные порты ввода-вывода, память, а выход микроконтроллера соединен с цифровым индикаторным дисплеем.
Недостатком данного устройства является недостаточно высокая точность вследствие того, что при настройке устройства на определенный диапазон температур возникают погрешности в случае расширения этого диапазона измеряемых температур.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышении точности измерения за счет подбора диапазонов измерений с помощью усилителя сигналов и нормирующего усилителя, управляемых микроконтроллером, и расширении функциональных возможностей.
Поставленная задача решается за счет того, что в многоканальную информационно-измерительную систему контроля температуры лопаток ротора газотурбинного двигателя, содержащую оптическую головку, сопряженную с входным торцом волоконного световода, выходной торец которого сопряжен с приемником излучения, входящим в состав электронного блока преобразования, усиления и обработки сигнала, микроконтроллер, цифровой индикаторный дисплей, объектив оптической головки выполнен с регулируемым фокусным расстоянием, а в каждой ступени двигателя оптическая головка и часть волоконного световода размещены внутри защитного оптического зонда, свободный торец зонда, направленный на лопатки, закрыт инфракрасно прозрачным стеклом и размещен в корпусе турбины двигателя, а другая часть волоконного световода снаружи двигателя помещена внутри защитного гибкого металлорукава, при этом число каналов измерения равно количеству ступеней турбины двигателя, выходы всех измерительных каналов соединены с микроконтроллером, имеющим встроенные порты ввода-вывода, память, а выход микроконтроллера соединен с цифровым
индикаторным дисплеем, в отличие от прототипа, дополнительно введены блок управления и обработки информации, состоящий из пульта оператора, индикатора и ЭВМ, два устройства сопряжения с ЭВМ и микроконтроллером, а в каждый измерительный канал системы введен нормирующий усилитель, при этом пульт оператора и индикатор соединены с микроконтроллером, а управляющие выходы микроконтроллера соединены с соответствующим измерительному каналу нормирующим усилителем и усилителем сигналов.
На фиг. изображена блок-схема заявляемой многоканальной информационно-измерительной системы контроля температуры лопаток ротора турбины газотурбинного двигателя.
Заявляемая система содержит оптические головки 1-1, 1-2,..., 1-N, состоящие из инфракрасно прозрачных стекол 2-1, 2-2,..., 2-N и объективов 3-1, 3-2,..., 3-N, одновременно выполняющих функции полосовых фильтров частот. Внутри каждой оптической головки введены соответствующие входные торцы 4-1, 4-2,..., 4-N волоконных световодов, выполненных в виде волоконно-оптических кабелей 5-1, 5-2,..., 5-N.
С помощью волоконно-оптических кабелей 5-1, 5-2,..., 5-N из зоны, близкой к лопаткам ротора, удалены электронные блоки 6-1, 6-2,..., 6-N, внутрь которых введены выходные торцы 7-1, 7-2,..., 7-N волоконно-оптических кабелей 5-1, 5-2,..., 5-N. С торцами 7-1, 7-2,..., 7-N соответствующих волоконно-оптических кабелей 5-1, 5-2,..., 5-N оптически связан фотодиоды 8-1, 8-2,..., 8-N. За ними следуют последовательно соединенные усилители сигналов 9-1, 9-2,..., 9-N, нормирующие усилители 10-1, 10-2,..., 10-N, микроконтроллер 11. Выходы микроконтроллера 11 соединены с соответствующими измерительному каналу усилителями сигналов 9-1, 9-2,..., 9-N и нормирующими усилителями 10-1, 10-2,..., 10-N.
Микроконтроллер 11 также соединен с составляющими частями блока управления и обработки информации 12, а именно с пультом
оператора 13, жидкокристаллическим индикатором 14 и через устройство сопряжения 15 с ЭВМ 16.
Для сопряжения с внешними устройствами ЭВМ 16 через устройство сопряжения 17 имеются канал внешней связи 18 и управляющий выход 19, который, в свою очередь, соединен с газотурбинным двигателем 20, который, в свою очередь содержит точки контроля температуры 21-1, 21-2,..., 21-N.
Заявляемая многоканальная информационно-измерительная система контроля температуры лопаток ротора газотурбинного двигателя работает следующим образом.
Излучение от лопатки проецируется оптической головкой 1-1 через инфракрасно прозрачное стекло 2-1 и объектив 3-1, одновременно выполняющий функции полосового фильтра частот, на входной торец 4-1 волоконно-оптического кабеля 5-1. Излучение с выходного торца 7-1 волоконно-оптического кабеля 5-1 преобразуется в электрический сигнал фотодиодом 8-1. Далее он усиливается усилителем сигналов 9-1.
Нормирующий усилитель 10-1 предназначен для приведения сигнала к значению, обеспечивающему оптимальное использование динамического диапазона аналогово-цифрового преобразователя, встроенного в микроконтроллер 11.
Микроконтроллер 11 обрабатывает полученный сигнал согласно программе «Обработка информации с выхода датчиков для коррекции погрешностей», на которую получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2008611288.
С выхода микроконтроллера 11 электрический сигнал, пропорциональный истинной температуре лопатки ротора газотурбинного двигателя, поступает на жидкокристаллический индикатор 14, который отображает его в цифровом виде. Также с выходов микроконтроллера 11 поступают управляющие сигналы на усилитель сигналов 9-1 и
нормирующий усилитель 10-1 для установки необходимых диапазонов измерений.
Остальные измерительные каналы работают идентично, поэтому нет необходимости расписывать их принцип работы.
С помощью пульта оператора 13 можно включить/выключить информационно-измерительную систему и управлять настройкой диапазонов температур и характеристик материалов объектов измерения.
Через устройство сопряжения 15 микроконтроллер 11 и ЭВМ 16 производят обмен получаемой информацией. Далее с ЭВМ 16 необходимая информация может быть передана далее через канал внешней связи 18, а управляющий сигнал 19 - на соответствующий регулятор объекта измерения (газотурбинный двигатель) 20.
Таким образом, использование подобной структуры информационно-измерительной системы приводит к увеличению точности измерений за счет подбора диапазонов измерений с помощью усилителя сигналов и нормирующего усилителя, управляемых микроконтроллером, и расширению функциональных возможностей.
Многоканальная информационно-измерительная система контроля температуры лопаток ротора газотурбинного двигателя, содержащая оптическую головку, сопряженную с входным торцом волоконного световода, выходной торец которого сопряжен с приемником излучения, входящим в состав электронного блока преобразования, усиления и обработки сигнала, микроконтроллер, цифровой индикаторный дисплей, объектив оптической головки выполнен с регулируемым фокусным расстоянием, а в каждой ступени двигателя оптическая головка и часть волоконного световода размещены внутри защитного оптического зонда, свободный торец зонда, направленный на лопатки, закрыт инфракрасно прозрачным стеклом и размещен в корпусе турбины двигателя, а другая часть волоконного световода снаружи двигателя помещена внутри защитного гибкого металлорукава, при этом число каналов измерения равно количеству ступеней турбины двигателя, выходы всех измерительных каналов соединены с микроконтроллером, имеющим встроенные порты ввода-вывода, память, а выход микроконтроллера соединен с цифровым индикаторным дисплеем, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены блок управления и обработки информации, состоящий из пульта оператора, индикатора и ЭВМ, два устройства сопряжения с ЭВМ и микроконтроллером, а в каждый измерительный канал системы введен нормирующий усилитель, при этом пульт оператора и индикатор соединены с микроконтроллером, а управляющие выходы микроконтроллера соединены с соответствующим измерительному каналу нормирующим усилителем и усилителем сигналов.
