対象物の周期的位置を検知するためのシステムおよび方法
１または複数の対象物たとえばタービンの回転ブレードの周期的位置を検知するためのシステムおよび方法。システムは受動渦電流検知ユニットを備え、受動渦電流検知ユニットは、１または複数の磁石と第１および第２のコイルがそれぞれ巻かれた第１および第２のコアとを有し、これらは共に第１および第２の磁界を発生させる。検知ユニットの位置は、対象物が第１および第２の磁界を周期的に連続して通過し、その結果、第１および第２のコイルが第１および第２の出力信号をそれぞれ生成するように定める。各コイルは別個に処理回路構成に接続され、処理回路構成は第１および第２の出力信号をそれぞれ受け取る。回路構成は、第１および第２の出力信号を電子的に組み合わせて、同相信号が電子的に互いに差し引き合い、回路構成の出力から、第１および第２の出力信号中に存在する任意の電磁妨害ノイズが取り除かれるようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に、電子機器に関し、より詳細には、受動渦電流センサを用いて回転機器を検知する、たとえばタービン・ブレードおよび他の移動対象物の到着、位置、および／または振動を検知するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転機器たとえばガス・タービンのブレード（バケット）の接近および速度を検知するために、幅広い用途において、受動渦電流センサと可変リラクタンス・センサとが用いられている。別の応用例は、ガス・タービン・エンジンのファン内回転ブレード位置、ブースター、圧縮機、およびタービン部分を検知して、エンジンの調子をモニタリングすることである。特に、受動渦電流センサ（または他の好適な位置センサ）の出力を用いて、ブレード振動および定常状態ブレードの周方向位置をエンジン寿命に渡ってモニタリングすることができる。ブレード振動またはブレード静止位置に変化があれば、構成部品の損傷を示して、エンジン構成部品の突発故障を防止するために検査が必要になる場合があるという信号を送ることができる。
【０００３】
受動渦電流センサは通常、１または複数の永久磁石と、それに隣接して１または複数の強磁性コア（ワイヤ・コイルが巻かれている）とを含んでいる。永久磁石は通常、高磁気エネルギー生産材料から形成される。注目に値する例としては、鉄希土類金属合金（たとえば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）およびサマリウム合金（たとえば、Ｓｍ−Ｃｏ）が挙げられる。コアは通常、磁性鋼から形成されているが、他の好適な磁性材料たとえば低炭素鋼を、動作条件に応じて用いても良い。ブレード先端の振動をモニタリングするために用いる場合、受動渦電流センサの取り付けは、各ブレードがセンサに接近して通るときに発生する電気信号が最大になるように行なう。特に、センサの配向は、ブレードがない状態で、磁束が磁石の一端を通ってロータおよびそのブレードの方に向かい、それから空間を通って弧を描いて強磁性コアに戻るように行なう。ブレードが磁界を通過すると、渦電流がブレード材料中に形成され、局所磁界がシフトして、コイルのリード両端に電圧が発生する。エンジン・ケーシングは通常、主として、チタン、ニッケル、および他の、低磁気抵抗を示す非鉄材料から形成されているため、磁石およびコアの端部を、完全にエンジン・ケーシングを通り抜けて挿入する必要はない。しかしその代わりに、壁内の外部凹部内に取り付けて、壁の一部がセンサをエンジンの高温ガス経路から隔離するようにすることができる。
【０００４】
最新のガス・タービン・エンジンでは、ブレード振動をモニタリングするために用いる受動渦電流センサの出力が、エンジンのＦＡＤＥＣ（全般デジタル・エンジン制御）に、適切なコネクタおよび配線を通して送出される。受動渦電流センサは、そのコアの構造において通常、巻数の多いワイヤが存在し必要とされるとともに、センサとエンジンＦＡＤＥＣとの間に長いケーブルが引かれるために、電磁妨害（ＥＭＩ）ノイズの影響を受けやすい。米国特許第１，９３２，８１３号明細書（ギャラント（Ｇａｌｌａｎｔ））は、ターボ機械の速度の測定を試みるときに生じるＥＭＩノイズに対処可能な複数のコイルを有するプローブ・デザインの例である。ギャラント・センサはＥ形状のコアを有し、その中心脚は磁石であり、その外側脚は強磁性体で形成されている。中心の磁石によって、２つの外部脚を通る対称的な磁界がもたらされている。各外側脚にはワイヤ・コイルが巻かれている。コイルは、単純なワイヤ接続と直列に接続されている。その結果、ＥＭＩおよび他の不要な外乱がセンサの出力信号から差し引かれる。
【０００５】
ギャラントが教示するセンサが適しているのは、ターボ機械の速度の測定であり、個々のブレードの位置および振動ではないと開示されている。ギャラントに従って構成される受動渦電流センサの評価によれば、ワイヤおよびコイルの抵抗およびインダクタンスを組み合わせたものは大きすぎて、センサの帯域幅が、個々の翼の位置および振動を正確に検知するには十分でないことが示されている。またこのようなセンサは、出力波形が制限されるという難点がある。ノイズ消去を目的としたかまたはそのような効果を有するコイル間ワイヤ接続を有する従来の受動渦電流センサにおける他の例としては、米国特許第１，９６７，１５３号明細書（ラングレイ（Ｌａｎｇｌｅｙ））、米国特許第１，３７３，２３４号明細書（クルチック（Ｋｕｌｃｚｙｋ））、および米国特許第６，４８３，２９３号明細書（チェン（Ｃｈｅｎ））が挙げられる。しかしこれらのセンサ・デザインはそれぞれ、２つのコイルの直列配線に付随して抵抗およびインダクタンスを組み合わせたことが原因で、帯域幅低下および波形変動が生じるという難点がある。
【０００６】
具体的にブレード検出を対象としたもっと最近の受動渦電流センサ・デザインが、米国特許第６，９２７，５６７号明細書および第７，１７０，２８４号明細書（ローズラー（Ｒｏｅｓｅｌｅｒ）ら）に開示されている。開示されたセンサはそれぞれ、信号帯域幅を向上させることを目的としているか他の場合には向上させると考えられる単一コイル・プローブ・デザインである。しかしどちらも、ＥＭＩ環境で動作するという問題点に対処しているようには思えず、したがって、これらの従来のセンサは、高ＥＭＩ環境において信頼できる測定を実現できるようには思えない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，２０８，１３５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上の点を考慮して、受動渦電流センサとして、マルチ・コイル・プローブ・デザインのＥＭＩ抵抗を示すことができる一方で、単一コイル・プローブ・デザインの高帯域幅能力を実現することができ、その結果、ガス・タービン・ブレードおよび他の移動対象物の位置を検知することができるセンサが利用可能であったら望ましいことであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によって、移動対象物たとえばタービンの回転ブレードの到着、位置、および／または振動を検知するのに適したシステムおよび方法が提供される。
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、本システムは、１または複数の磁石と第１および第２のコイルがそれぞれ巻かれた第１および第２のコアとを備える受動渦電流検知ユニットであって、１または複数の磁石、第１および第２のコア、第１および第２のコイルは協同して、第１および第２の磁界を生成および検出する、受動渦電流検知ユニットを備える。検知ユニットは対象物に対して、対象物が第１および第２の磁界を周期的に連続して通過するように位置し、第１および第２のコイルは第１および第２の出力信号を、第１および第２の磁界を周期的に連続して通過する対象物に応答して生成する。ワイヤ接続が第１および第２のコイル間に存在せず、その代わりに、各コイルは別個に処理回路構成に接続され、処理回路構成は第１および第２の各出力信号を別個に受け取る。処理回路構成は、第１および第２の出力信号を電子的に組み合わせて、対象物が第１および第２の磁界を周期的に連続して通過するときのタイミングに対応する出力を生成する。回路構成は、第１および第２の出力信号を組み合わせて、同相信号が電子的に互いに差し引き合い、処理回路構成の出力から、第１および第２の出力信号中に存在する任意の電磁妨害ノイズが取り除かれるようにする。第１および第２のコイル間の直列ワイヤ接続を回避することによって、第１および第２のコイル間の直列ワイヤ接続に付随する帯域幅の低下および波形の相互作用が取り除かれて、処理回路構成の出力はきれいな正弦波形を有することができる。
【００１１】
本発明の第２の態様によれば、本方法は、受動渦電流検知ユニットを対象物に近接して配置して、対象物が第１および第２の磁界を周期的に連続して通過して別個の第１および第２の出力信号をそれぞれ生成するようにする方法を含む。次に第１および第２の出力信号を電子的に組み合わせて、対象物が第１および第２の磁界を周期的に連続して通過するときのタイミングに対応する出力を生成する。第１および第２の出力信号を組み合わせて、その同相信号が互いに差し引き合い、出力から、第１および第２の出力信号中に存在する任意の電磁妨害ノイズが取り除かれるようにする。
【００１２】
本発明の好ましい態様によれば、本システムおよび方法は、第１および第２のコイル巻コアの第１および第２の出力信号に対してゲインをもたらすことができる。ゲイン能力によって、検知ユニットは、最小サイズを有することができる。たとえば、同等の信号レベルを生成するのに本来は必要であろうコイル巻数の５分の１〜１０分の１である。コイル巻数のサイズが小さくなり、巻数が少なくなることによって、センサ帯域幅がさらに増加する。
【００１３】
本発明の別の好ましい態様によれば、本システムは、タービン（たとえばガス・タービン・エンジン）上に設置されるブレード位置センサ・システムとして用いるのに適している。この場合、対象物は、ガス・タービンの複数の回転ブレードの１つであり、検知ユニットは回転ブレードに近接して配置される。この役割において、回路構成によってエンジンの動作環境内に存在するＥＭＩの影響が十分に取り除かれて、センサ・ユニットは回転ブレードの位置を検知する作業を正確に行なうことができる。
【００１４】
本発明の著しく優位な点は、受動渦電流センサが、マルチ・コイル・プローブ・デザインに付随するＥＭＩ抵抗のレベルを示せる一方で、単一コイル・プローブ・デザインに付随する高帯域幅能力も示すとともに、どちらのアプローチの場合よりも高い標的感度を実現することができるということである。本発明の他の優位な態様としては、回路構成の耐久性が挙げられる。回路構成は、１２５°Ｃを超える温度で動作および存続できることが好ましい。たとえば、検知ユニットおよびその回路構成は、ガス・タービン・エンジンの動作環境において見られる高温にさらすことが、回路構成の能動冷却を必要とすることなく可能である。
【００１５】
本発明の他の目的および優位性は、以下の詳細な説明からより良好に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】受動渦電流センサと、それが結合される回路構成であって、センサの別個の出力信号を電子的に組み合わせて出力を生成し、出力信号中に存在する電磁妨害ノイズが低減されるかまたは取り除かれる回路構成とを示す電気回路図である。
【図２】図１の回路構成により構成されたプロトタイプ回路の表現を示す図である。
【図３】図２の回路構成に接続された２つの受動渦電流センサの出力信号を示すグラフである。
【図４】ガス・タービン環境内に設置された図１のセンサおよび回路構成を概略的に表わす図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は検知システム１０の電気回路図である。検知システム１０は、２つの受動渦電流センサ１２Ａおよび１２Ｂと、それらが結合されるアナログ電子処理回路構成１４であって、センサ１２Ａおよび１２Ｂのそれぞれの別個の出力信号１６Ａおよび１６Ｂを電子的に組み合わせる回路構成１４とを収容している。処理回路構成１４は、センサ１２Ａ〜Ｂの出力信号１６Ａ〜Ｂを組み合わせて、センサ１２Ａ〜Ｂの出力信号１６Ａ〜Ｂ中に存在する任意のＥＭＩノイズを消去することによって回路構成１４から発生するシステム出力１８からのＥＭＩノイズ除去を行なうようにするともに、出力信号１６Ａ〜Ｂにゲインをもたらす。その結果、システム１０は、高帯域幅能力および標的感度の増大も示すこともできる。システム１０およびセンサ１２Ａ〜Ｂを、回転機器（たとえば図４に示したようなガス・タービン・エンジンのブレード（バケット）２０）の位置を検知することに特に適していると説明するが、他の応用例も予測できる。このような応用例では、回路構成１４によって調整された後、回路構成１４から発生しセンサ１２Ａ〜Ｂから処理された出力１８を、ガス・タービン・エンジンのＦＡＤＥＣまたは他の制御システム（図示せず）に送出してエンジンの動作を向上させることが、ブレード・チップ２１の位置および振動を、ブレード２０の回転速度とともにモニタリングすることによって可能である。
【００１８】
図４に示すように、センサ１２Ａおよび１２Ｂはセンサ・ユニット２２内で組み合わされている。センサ・ユニット２２は、米国特許第１，９３２，８１３号明細書（ギャラント））に開示されているマルチ・コイルＥ形状コア構成と似ているものである。なお当然のことながら、他のセンサ構成も可能であり本発明の範囲内である。たとえば、米国特許第６，９２７，５６７号明細書および第７，１７０，２８４号明細書（ローズラーら）に開示されるものと同様の２つの単一コイル・センサを用いることができる。センサ・ユニット２２は、一対の強磁性コア２６Ａおよび２６Ｂ間にそれらに隣接して永久磁石２４を備えると示している。強磁性コア２６Ａおよび２６Ｂにはそれぞれ、単一の絶縁ワイヤ・コイル２８Ａまたは２８Ｂが密に巻かれている。永久磁石２４は好ましくは、高磁気エネルギー生産材料たとえば鉄希土類金属合金（たとえば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）またはサマリウム合金（たとえば、Ｓｍ−Ｃｏ）から形成され、コア２６Ａおよび２６Ｂは好ましくは磁性鋼から形成されるが、他の磁性材料を用いることも本発明の範囲内である。ブレード・チップ２１の位置および振動をモニタリングするために、受動渦電流センサ・ユニット２２を、各ブレード２０がセンサ・ユニット２２に接近して通るときに発生する電気信号が最大になるように取り付けていると示している。特に、センサ・ユニット２２の配向は、ブレードがない状態で、磁束が磁石２４の端部を通ってロータおよびそのブレード２０の方に向かい、それから空間を通って弧を描いて２つの別個の磁束経路に沿って強磁性コア２６Ａおよび２６Ｂのそれぞれに戻るように行なう。ブレード２０が、磁束経路によって規定される磁界３０Ａおよび３０Ｂを連続して通過するときに、渦電流３２がブレード材料中に形成されて局所磁界３０Ａそして３０Ｂにシフトが起こり、信号出力１６Ａ〜Ｂが、各コイル２８Ａおよび２８Ｂのリード両端に電圧が発生する形態で連続して生成される。
【００１９】
図４に、ブレード２０を囲むエンジン・ケーシング３４に取り付けられたセンサ・ユニット２２を示す。エンジン・ケーシング３４が、主として、チタン、ニッケル、および他の、低磁気抵抗を示す非鉄材料から形成されている場合、磁石２４およびコア２６Ａ〜Ｂの端部を、完全にエンジン・ケーシング３４を通り抜けて挿入する必要はない。しかしその代わりに、ケーシング３４内の外部凹部３６内に取り付けて、ケーシング３４の一部がセンサ・ユニット２２をエンジンの高温ガス経路から隔離するようにすることができる。センサ１２Ａ〜Ｂの他の態様（たとえばそれらの動作、構造、および設置）は当該技術分野で知られており、これ以上は説明しない。
【００２０】
図４に、センサ１２Ａおよび１２Ｂの別個の出力信号１６Ａおよび１６Ｂがケーブルを通って処理回路構成１４まで伝わって、回路構成１４が別個の出力信号１６Ａおよび１６Ｂを別個に受け取るようになっている様子を示す。図１に示す回路構成１４は、センサ１２Ａ〜Ｂの２つのコイル２８Ａ〜Ｂからの出力信号１６Ａ〜Ｂを電子的に組み合わせて、両コイル２８Ａ〜Ｂにおける同相信号が互いに差し引き合い、ＥＭＩノイズが取り除かれるようにしている。図１では、センサ１２Ａ（「センサＡ」）の負側リード線からの信号とセンサ１２Ｂ（「センサＢ」）の正側リード線からの信号とが組み合わさり、センサ１２Ａの正側リード線から信号とセンサ１２Ｂの負側リード線からの信号とが組み合わさって、増幅器に対する入力となっている。次のことに注意されたい。すなわち、回路構成１４および回路構成１４が図１のセンサ１２Ａ〜Ｂに接続される仕方は、ギャラントのセンサ構成（コアが直列に配線されている）には適合しないであろう。なぜならば、回路構成１４は、ギャラントのセンサ信号を差し引いて、それらの出力を消去するであろうからである。対照的に、ブレード２０が本発明のセンサ・ユニット２２のそばを通るときには、結果として生じるセンサ１２Ａ〜Ｂの出力信号は、磁界３０Ａ〜Ｂがその対応するコイル２８Ａ〜Ｂを通る方向に起因して、逆極性である。その結果、それらの逆極性信号を差し引きすることで、ブレード通過信号を（消去する代わりに）補強することになり、信号出力１６Ａ〜Ｂに効果的にゲインがもたらされる。図１では、抵抗器Ｒ２およびＲ４の抵抗値は等しく、抵抗器Ｒ１、Ｒ３、Ｒ１３、およびＲ１２の抵抗値は等しいが、ゲインは、抵抗器Ｒ１の抵抗値に対する抵抗器Ｒ２の抵抗値の比率によって設定される。これは、図１では、ゲイン１０をもたらすには比率１００／１０である。このゲイン能力によって、受動渦電流センサ・ユニット２２の要求サイズが小さくなる。たとえば、同等の信号レベルを生成するのに必要なコイル巻数の５分の１〜１０分の１であろう。コイル巻数のサイズが小さくなり、巻数が少なくなることによって、センサ帯域幅が増加するという優位点もある。
【００２１】
図１に示した４つの増幅器は好ましくは、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板および処理技術を用いて設けて、動作温度として最大約２６０°Ｃ（約５００°Ｆ）を可能にする。当該技術分野で知られているように、ＳＯＩ基板は通常、絶縁体上に薄いエピタキシャル層を備えている。基板は通常、一対の半導体（たとえば、シリコン）ウェハの一方または両方の接合面を、ウェハを接合する前に酸化させることによって形成する。最も典型的には、シリコン・ウェハ上に形成したエピタキシャル層上に単一の二酸化ケイ素層を成長させる。ウェハを接合した後で、絶縁体およびエピタキシャル層（および任意的に第２のウェハのシリコン層）以外のすべてをエッチング除去して、二酸化ケイ素層が、エピタキシャル層を電気絶縁する絶縁体を形成するようにする。ＳＯＩ処理技術を用いてＳＯＩ基板上に設けるソリッド・ステート増幅器の市販の例は、ハネウェル（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ）から市販されるＨＴ１１０４モノリシック・クワッド演算増幅器である。このような高温性能であれば、回路構成１４を、センサ・ユニット１２またはセンサ・ユニット１２を収容するハウジング３８（図４に示す）内に組み込むことが、好ましくは、回路構成１４の温度を従来のエレクトロニクスに求められる１２５°Ｃ未満に維持する専用の能動冷却システムを用いる必要なく可能である。用語「能動冷却」を本明細書で用いる場合の意味は、センサ１２Ａ〜Ｂ、回路構成１４、およびそれらのハウジング３８に加わる冷却システムであって、回路構成１４からの熱を伝導、対流、および／または放射によって伝達するように具体的にデザインされたシステムである。
【００２２】
前記回路１４はさらに、ロー・パス・フィルタリングおよび／または差動ライン駆動手段を備えていても良い。図１では、増幅器Ｕ１に伴うコンデンサＣ５およびＣ６によって、センサ１２Ａ〜Ｂの出力信号１６Ａ〜Ｂに対するロー・パス・フィルタリングが得られている。Ｃ５およびＣ６の値は、等しく設定され、二重コイル・デザインおよび同相モード消去回路構成の固有のノイズ消去能力を超える付加的なＥＭＩフィルタリングが得られるように調整される。差動ライン駆動機能は、増幅器Ｕ２および抵抗器Ｒ１０と、増幅器Ｕ３および抵抗器Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１１とを用いて実現される。差動ライン駆動によって、センサ信号をＦＡＤＥＣに送信することが、ＥＭＩ耐性が高くなった状態で可能になる。
【００２３】
本発明に至る検討において、図２に示すプロトタイプ回路を、ハネウェルＨＴ１１０４増幅器を用いて構成した。動作的には、プロトタイプ回路は、図１に概略的に示した回路構成１４と本質的に同一であった。２つの同一の受動渦電流センサ（図示せず）を、前記回路に接続して、ＥＭＩ源の隣に配置した。次に、負荷を駆動してＦＡＤＥＣに対する接続をシミュレートしながら、前記回路の出力をモニタした。図３に前記回路の出力を示す。同相磁気ＥＭＩノイズが前記回路によって消去されたことが証明されている。
【００２４】
本発明を好ましい実施形態に関して説明したが、当業者であれば他の形態も採用できることが明らかである。たとえば、図１に示す構成部品の電気的値は、単に参照を目的としたものであって、本発明の範囲を限定するものと解釈してはならず、センサ１２Ａ〜Ｂおよび回路構成１４の物理的な構成は、図示したものと異なることができ、説明したもの以外の材料および処理を用いることができる。したがって、本発明の範囲は以下の請求項によってのみ限定されなければならない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に、電子機器に関し、より詳細には、受動渦電流センサを用いて回転機器を検知する、たとえばタービン・ブレードおよび他の移動対象物の到着、位置、および／または振動を検知するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転機器たとえばガス・タービンのブレード（バケット）の接近および速度を検知するために、幅広い用途において、受動渦電流センサと可変リラクタンス・センサとが用いられている。別の応用例は、ガス・タービン・エンジンのファン内回転ブレード位置、ブースター、圧縮機、およびタービン部分を検知して、エンジンの調子をモニタリングすることである。特に、受動渦電流センサ（または他の好適な位置センサ）の出力を用いて、ブレード振動および定常状態ブレードの周方向位置をエンジン寿命に渡ってモニタリングすることができる。ブレード振動またはブレード静止位置に変化があれば、構成部品の損傷を示して、エンジン構成部品の突発故障を防止するために検査が必要になる場合があるという信号を送ることができる。
【０００３】
受動渦電流センサは通常、１または複数の永久磁石と、それに隣接して１または複数の強磁性コア（ワイヤ・コイルが巻かれている）とを含んでいる。永久磁石は通常、高磁気エネルギー生産材料から形成される。注目に値する例としては、鉄希土類金属合金（たとえば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）およびサマリウム合金（たとえば、Ｓｍ−Ｃｏ）が挙げられる。コアは通常、磁性鋼から形成されているが、他の好適な磁性材料たとえば低炭素鋼を、動作条件に応じて用いても良い。ブレード先端の振動をモニタリングするために用いる場合、受動渦電流センサの取り付けは、各ブレードがセンサに接近して通るときに発生する電気信号が最大になるように行なう。特に、センサの配向は、ブレードがない状態で、磁束が磁石の一端を通ってロータおよびそのブレードの方に向かい、それから空間を通って弧を描いて強磁性コアに戻るように行なう。ブレードが磁界を通過すると、渦電流がブレード材料中に形成され、局所磁界がシフトして、コイルのリード両端に電圧が発生する。エンジン・ケーシングは通常、主として、チタン、ニッケル、および他の、低磁気抵抗を示す非鉄材料から形成されているため、磁石およびコアの端部を、完全にエンジン・ケーシングを通り抜けて挿入する必要はない。しかしその代わりに、壁内の外部凹部内に取り付けて、壁の一部がセンサをエンジンの高温ガス経路から隔離するようにすることができる。
【０００４】
最新のガス・タービン・エンジンでは、ブレード振動をモニタリングするために用いる受動渦電流センサの出力が、エンジンのＦＡＤＥＣ（全般デジタル・エンジン制御）に、適切なコネクタおよび配線を通して送出される。受動渦電流センサは、そのコアの構造において通常、巻数の多いワイヤが存在し必要とされるとともに、センサとエンジンＦＡＤＥＣとの間に長いケーブルが引かれるために、電磁妨害（ＥＭＩ）ノイズの影響を受けやすい。米国特許第１，９３２，８１３号明細書（ギャラント（Ｇａｌｌａｎｔ））は、ターボ機械の速度の測定を試みるときに生じるＥＭＩノイズに対処可能な複数のコイルを有するプローブ・デザインの例である。ギャラント・センサはＥ形状のコアを有し、その中心脚は磁石であり、その外側脚は強磁性体で形成されている。中心の磁石によって、２つの外部脚を通る対称的な磁界がもたらされている。各外側脚にはワイヤ・コイルが巻かれている。コイルは、単純なワイヤ接続と直列に接続されている。その結果、ＥＭＩおよび他の不要な外乱がセンサの出力信号から差し引かれる。
【０００５】
ギャラントが教示するセンサが適しているのは、ターボ機械の速度の測定であり、個々のブレードの位置および振動ではないと開示されている。ギャラントに従って構成される受動渦電流センサの評価によれば、ワイヤおよびコイルの抵抗およびインダクタンスを組み合わせたものは大きすぎて、センサの帯域幅が、個々の翼の位置および振動を正確に検知するには十分でないことが示されている。またこのようなセンサは、出力波形が制限されるという難点がある。ノイズ消去を目的としたかまたはそのような効果を有するコイル間ワイヤ接続を有する従来の受動渦電流センサにおける他の例としては、米国特許第１，９６７，１５３号明細書（ラングレイ（Ｌａｎｇｌｅｙ））、米国特許第１，３７３，２３４号明細書（クルチック（Ｋｕｌｃｚｙｋ））、および米国特許第６，４８３，２９３号明細書（チェン（Ｃｈｅｎ））が挙げられる。しかしこれらのセンサ・デザインはそれぞれ、２つのコイルの直列配線に付随して抵抗およびインダクタンスを組み合わせたことが原因で、帯域幅低下および波形変動が生じるという難点がある。
【０００６】
具体的にブレード検出を対象としたもっと最近の受動渦電流センサ・デザインが、米国特許第６，９２７，５６７号明細書および第７，１７０，２８４号明細書（ローズラー（Ｒｏｅｓｅｌｅｒ）ら）に開示されている。開示されたセンサはそれぞれ、信号帯域幅を向上させることを目的としているか他の場合には向上させると考えられる単一コイル・プローブ・デザインである。しかしどちらも、ＥＭＩ環境で動作するという問題点に対処しているようには思えず、したがって、これらの従来のセンサは、高ＥＭＩ環境において信頼できる測定を実現できるようには思えない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，２０８，１３５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上の点を考慮して、受動渦電流センサとして、マルチ・コイル・プローブ・デザインのＥＭＩ抵抗を示すことができる一方で、単一コイル・プローブ・デザインの高帯域幅能力を実現することができ、その結果、ガス・タービン・ブレードおよび他の移動対象物の位置を検知することができるセンサが利用可能であったら望ましいことであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によって、移動対象物たとえばタービンの回転ブレードの到着、位置、および／または振動を検知するのに適したシステムおよび方法が提供される。
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、本システムは、１または複数の磁石と第１および第２のコイルがそれぞれ巻かれた第１および第２のコアとを備える受動渦電流検知ユニットであって、１または複数の磁石、第１および第２のコア、第１および第２のコイルは協同して、第１および第２の磁界を生成および検出する、受動渦電流検知ユニットを備える。検知ユニットは対象物に対して、対象物が第１および第２の磁界を周期的に連続して通過するように位置し、第１および第２のコイルは第１および第２の出力信号を、第１および第２の磁界を周期的に連続して通過する対象物に応答して生成する。ワイヤ接続が第１および第２のコイル間に存在せず、その代わりに、各コイルは別個に処理回路構成に接続され、処理回路構成は第１および第２の各出力信号を別個に受け取る。処理回路構成は、第１および第２の出力信号を電子的に組み合わせて、対象物が第１および第２の磁界を周期的に連続して通過するときのタイミングに対応する出力を生成する。回路構成は、第１および第２の出力信号を組み合わせて、同相信号が電子的に互いに差し引き合い、処理回路構成の出力から、第１および第２の出力信号中に存在する任意の電磁妨害ノイズが取り除かれるようにする。第１および第２のコイル間の直列ワイヤ接続を回避することによって、第１および第２のコイル間の直列ワイヤ接続に付随する帯域幅の低下および波形の相互作用が取り除かれて、処理回路構成の出力はきれいな正弦波形を有することができる。
【００１１】
本発明の第２の態様によれば、本方法は、受動渦電流検知ユニットを対象物に近接して配置して、対象物が第１および第２の磁界を周期的に連続して通過して別個の第１および第２の出力信号をそれぞれ生成するようにする方法を含む。次に第１および第２の出力信号を電子的に組み合わせて、対象物が第１および第２の磁界を周期的に連続して通過するときのタイミングに対応する出力を生成する。第１および第２の出力信号を組み合わせて、その同相信号が互いに差し引き合い、出力から、第１および第２の出力信号中に存在する任意の電磁妨害ノイズが取り除かれるようにする。
【００１２】
本発明の好ましい態様によれば、本システムおよび方法は、第１および第２のコイル巻コアの第１および第２の出力信号に対してゲインをもたらすことができる。ゲイン能力によって、検知ユニットは、最小サイズを有することができる。たとえば、同等の信号レベルを生成するのに本来は必要であろうコイル巻数の５分の１〜１０分の１である。コイル巻数のサイズが小さくなり、巻数が少なくなることによって、センサ帯域幅がさらに増加する。
【００１３】
本発明の別の好ましい態様によれば、本システムは、タービン（たとえばガス・タービン・エンジン）上に設置されるブレード位置センサ・システムとして用いるのに適している。この場合、対象物は、ガス・タービンの複数の回転ブレードの１つであり、検知ユニットは回転ブレードに近接して配置される。この役割において、回路構成によってエンジンの動作環境内に存在するＥＭＩの影響が十分に取り除かれて、センサ・ユニットは回転ブレードの位置を検知する作業を正確に行なうことができる。
【００１４】
本発明の著しく優位な点は、受動渦電流センサが、マルチ・コイル・プローブ・デザインに付随するＥＭＩ抵抗のレベルを示せる一方で、単一コイル・プローブ・デザインに付随する高帯域幅能力も示すとともに、どちらのアプローチの場合よりも高い標的感度を実現することができるということである。本発明の他の優位な態様としては、回路構成の耐久性が挙げられる。回路構成は、１２５°Ｃを超える温度で動作および存続できることが好ましい。たとえば、検知ユニットおよびその回路構成は、ガス・タービン・エンジンの動作環境において見られる高温にさらすことが、回路構成の能動冷却を必要とすることなく可能である。
【００１５】
本発明の他の目的および優位性は、以下の詳細な説明からより良好に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】受動渦電流センサと、それが結合される回路構成であって、センサの別個の出力信号を電子的に組み合わせて出力を生成し、出力信号中に存在する電磁妨害ノイズが低減されるかまたは取り除かれる回路構成とを示す電気回路図である。
【図２】図１の回路構成により構成されたプロトタイプ回路の表現を示す図である。
【図３】図２の回路構成に接続された２つの受動渦電流センサの出力信号を示すグラフである。
【図４】ガス・タービン環境内に設置された図１のセンサおよび回路構成を概略的に表わす図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は検知システム１０の電気回路図である。検知システム１０は、２つの受動渦電流センサ１２Ａおよび１２Ｂと、それらが結合されるアナログ電子処理回路構成１４であって、センサ１２Ａおよび１２Ｂのそれぞれの別個の出力信号１６Ａおよび１６Ｂを電子的に組み合わせる回路構成１４とを収容している。処理回路構成１４は、センサ１２Ａ〜Ｂの出力信号１６Ａ〜Ｂを組み合わせて、センサ１２Ａ〜Ｂの出力信号１６Ａ〜Ｂ中に存在する任意のＥＭＩノイズを消去することによって回路構成１４から発生するシステム出力１８からのＥＭＩノイズ除去を行なうようにするともに、出力信号１６Ａ〜Ｂにゲインをもたらす。その結果、システム１０は、高帯域幅能力および標的感度の増大も示すこともできる。システム１０およびセンサ１２Ａ〜Ｂを、回転機器（たとえば図４に示したようなガス・タービン・エンジンのブレード（バケット）２０）の位置を検知することに特に適していると説明するが、他の応用例も予測できる。このような応用例では、回路構成１４によって調整された後、回路構成１４から発生しセンサ１２Ａ〜Ｂから処理された出力１８を、ガス・タービン・エンジンのＦＡＤＥＣまたは他の制御システム（図示せず）に送出してエンジンの動作を向上させることが、ブレード・チップ２１の位置および振動を、ブレード２０の回転速度とともにモニタリングすることによって可能である。
【００１８】
図４に示すように、センサ１２Ａおよび１２Ｂはセンサ・ユニット２２内で組み合わされている。センサ・ユニット２２は、米国特許第１，９３２，８１３号明細書（ギャラント））に開示されているマルチ・コイルＥ形状コア構成と似ているものである。なお当然のことながら、他のセンサ構成も可能であり本発明の範囲内である。たとえば、米国特許第６，９２７，５６７号明細書および第７，１７０，２８４号明細書（ローズラーら）に開示されるものと同様の２つの単一コイル・センサを用いることができる。センサ・ユニット２２は、一対の強磁性コア２６Ａおよび２６Ｂ間にそれらに隣接して永久磁石２４を備えると示している。強磁性コア２６Ａおよび２６Ｂにはそれぞれ、単一の絶縁ワイヤ・コイル２８Ａまたは２８Ｂが密に巻かれている。永久磁石２４は好ましくは、高磁気エネルギー生産材料たとえば鉄希土類金属合金（たとえば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）またはサマリウム合金（たとえば、Ｓｍ−Ｃｏ）から形成され、コア２６Ａおよび２６Ｂは好ましくは磁性鋼から形成されるが、他の磁性材料を用いることも本発明の範囲内である。ブレード・チップ２１の位置および振動をモニタリングするために、受動渦電流センサ・ユニット２２を、各ブレード２０がセンサ・ユニット２２に接近して通るときに発生する電気信号が最大になるように取り付けていると示している。特に、センサ・ユニット２２の配向は、ブレードがない状態で、磁束が磁石２４の端部を通ってロータおよびそのブレード２０の方に向かい、それから空間を通って弧を描いて２つの別個の磁束経路に沿って強磁性コア２６Ａおよび２６Ｂのそれぞれに戻るように行なう。ブレード２０が、磁束経路によって規定される磁界３０Ａおよび３０Ｂを連続して通過するときに、渦電流３２がブレード材料中に形成されて局所磁界３０Ａそして３０Ｂにシフトが起こり、信号出力１６Ａ〜Ｂが、各コイル２８Ａおよび２８Ｂのリード両端に電圧が発生する形態で連続して生成される。
【００１９】
図４に、ブレード２０を囲むエンジン・ケーシング３４に取り付けられたセンサ・ユニット２２を示す。エンジン・ケーシング３４が、主として、チタン、ニッケル、および他の、低磁気抵抗を示す非鉄材料から形成されている場合、磁石２４およびコア２６Ａ〜Ｂの端部を、完全にエンジン・ケーシング３４を通り抜けて挿入する必要はない。しかしその代わりに、ケーシング３４内の外部凹部３６内に取り付けて、ケーシング３４の一部がセンサ・ユニット２２をエンジンの高温ガス経路から隔離するようにすることができる。センサ１２Ａ〜Ｂの他の態様（たとえばそれらの動作、構造、および設置）は当該技術分野で知られており、これ以上は説明しない。
【００２０】
図４に、センサ１２Ａおよび１２Ｂの別個の出力信号１６Ａおよび１６Ｂがケーブルを通って処理回路構成１４まで伝わって、回路構成１４が別個の出力信号１６Ａおよび１６Ｂを別個に受け取るようになっている様子を示す。図１に示す回路構成１４は、センサ１２Ａ〜Ｂの２つのコイル２８Ａ〜Ｂからの出力信号１６Ａ〜Ｂを電子的に組み合わせて、両コイル２８Ａ〜Ｂにおける同相信号が互いに差し引き合い、ＥＭＩノイズが取り除かれるようにしている。図１では、センサ１２Ａ（「センサＡ」）の負側リード線からの信号とセンサ１２Ｂ（「センサＢ」）の正側リード線からの信号とが組み合わさり、センサ１２Ａの正側リード線から信号とセンサ１２Ｂの負側リード線からの信号とが組み合わさって、増幅器に対する入力となっている。次のことに注意されたい。すなわち、回路構成１４および回路構成１４が図１のセンサ１２Ａ〜Ｂに接続される仕方は、ギャラントのセンサ構成（コアが直列に配線されている）には適合しないであろう。なぜならば、回路構成１４は、ギャラントのセンサ信号を差し引いて、それらの出力を消去するであろうからである。対照的に、ブレード２０が本発明のセンサ・ユニット２２のそばを通るときには、結果として生じるセンサ１２Ａ〜Ｂの出力信号は、磁界３０Ａ〜Ｂがその対応するコイル２８Ａ〜Ｂを通る方向に起因して、逆極性である。その結果、それらの逆極性信号を差し引きすることで、ブレード通過信号を（消去する代わりに）補強することになり、信号出力１６Ａ〜Ｂに効果的にゲインがもたらされる。図１では、抵抗器Ｒ２およびＲ４の抵抗値は等しく、抵抗器Ｒ１、Ｒ３、Ｒ１３、およびＲ１２の抵抗値は等しいが、ゲインは、抵抗器Ｒ１の抵抗値に対する抵抗器Ｒ２の抵抗値の比率によって設定される。これは、図１では、ゲイン１０をもたらすには比率１００／１０である。このゲイン能力によって、受動渦電流センサ・ユニット２２の要求サイズが小さくなる。たとえば、同等の信号レベルを生成するのに必要なコイル巻数の５分の１〜１０分の１であろう。コイル巻数のサイズが小さくなり、巻数が少なくなることによって、センサ帯域幅が増加するという優位点もある。
【００２１】
図１に示した４つの増幅器は好ましくは、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板および処理技術を用いて設けて、動作温度として最大約２６０°Ｃ（約５００°Ｆ）を可能にする。当該技術分野で知られているように、ＳＯＩ基板は通常、絶縁体上に薄いエピタキシャル層を備えている。基板は通常、一対の半導体（たとえば、シリコン）ウェハの一方または両方の接合面を、ウェハを接合する前に酸化させることによって形成する。最も典型的には、シリコン・ウェハ上に形成したエピタキシャル層上に単一の二酸化ケイ素層を成長させる。ウェハを接合した後で、絶縁体およびエピタキシャル層（および任意的に第２のウェハのシリコン層）以外のすべてをエッチング除去して、二酸化ケイ素層が、エピタキシャル層を電気絶縁する絶縁体を形成するようにする。ＳＯＩ処理技術を用いてＳＯＩ基板上に設けるソリッド・ステート増幅器の市販の例は、ハネウェル（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ）から市販されるＨＴ１１０４モノリシック・クワッド演算増幅器である。このような高温性能であれば、回路構成１４を、センサ・ユニット１２またはセンサ・ユニット１２を収容するハウジング３８（図４に示す）内に組み込むことが、好ましくは、回路構成１４の温度を従来のエレクトロニクスに求められる１２５°Ｃ未満に維持する専用の能動冷却システムを用いる必要なく可能である。用語「能動冷却」を本明細書で用いる場合の意味は、センサ１２Ａ〜Ｂ、回路構成１４、およびそれらのハウジング３８に加わる冷却システムであって、回路構成１４からの熱を伝導、対流、および／または放射によって伝達するように具体的にデザインされたシステムである。
【００２２】
前記回路１４はさらに、ロー・パス・フィルタリングおよび／または差動ライン駆動手段を備えていても良い。図１では、増幅器Ｕ１に伴うコンデンサＣ５およびＣ６によって、センサ１２Ａ〜Ｂの出力信号１６Ａ〜Ｂに対するロー・パス・フィルタリングが得られている。Ｃ５およびＣ６の値は、等しく設定され、二重コイル・デザインおよび同相モード消去回路構成の固有のノイズ消去能力を超える付加的なＥＭＩフィルタリングが得られるように調整される。差動ライン駆動機能は、増幅器Ｕ２および抵抗器Ｒ１０と、増幅器Ｕ３および抵抗器Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１１とを用いて実現される。差動ライン駆動によって、センサ信号をＦＡＤＥＣに送信することが、ＥＭＩ耐性が高くなった状態で可能になる。
【００２３】
本発明に至る検討において、図２に示すプロトタイプ回路を、ハネウェルＨＴ１１０４増幅器を用いて構成した。動作的には、プロトタイプ回路は、図１に概略的に示した回路構成１４と本質的に同一であった。２つの同一の受動渦電流センサ（図示せず）を、前記回路に接続して、ＥＭＩ源の隣に配置した。次に、負荷を駆動してＦＡＤＥＣに対する接続をシミュレートしながら、前記回路の出力をモニタした。図３に前記回路の出力を示す。同相磁気ＥＭＩノイズが前記回路によって消去されたことが証明されている。
【００２４】
本発明を好ましい実施形態に関して説明したが、当業者であれば他の形態も採用できることが明らかである。たとえば、図１に示す構成部品の電気的値は、単に参照を目的としたものであって、本発明の範囲を限定するものと解釈してはならず、センサ１２Ａ〜Ｂおよび回路構成１４の物理的な構成は、図示したものと異なることができ、説明したもの以外の材料および処理を用いることができる。したがって、本発明の範囲は以下の請求項によってのみ限定されなければならない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の周期的位置を検知するためのシステムであって、
１または複数の磁石と第１および第２のコイルがそれぞれ巻かれた第１および第２のコアとを備える受動渦電流検知手段であって、前記１または複数の磁石、前記第１および第２のコア、前記第１および第２のコイルは協同して、第１および第２の磁界を生成および検出し、前記検知手段は前記対象物に対して、前記対象物が前記第１および第２の磁界を周期的に連続して通過するように位置し、前記第１および第２のコイルはそれぞれ第１および第２の出力信号を、前記第１および第２の磁界を周期的に連続して通過する前記対象物に応答して出力する、受動渦電流検知手段と、
前記第１および第２のコイルに別個に接続されて、前記第１および第２のコイルの前記第１および第２の出力信号をそれぞれ別個に受け取る回路構成であって、前記第１および第２の出力信号を電子的に組み合わせて、前記対象物が前記第１および第２の磁界を周期的に連続して通過するときのタイミングに対応する出力を生成し、前記第１および第２の出力信号を組み合わせて、その同相信号が互いに差し引き合い、前記出力から、前記第１および第２の出力信号中に存在する任意の電磁妨害ノイズが取り除かれるようにする、回路構成と、を備えるシステム。
【請求項２】
前記回路構成はさらに、前記第１および第２の出力信号の電子ゲインをもたらし、前記出力の帯域幅および信号レベルを増加させる請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記１または複数の磁石は、前記第１および第２のコア間の単一の磁石であり、前記単一の磁石は、前記第１および第２のコアならびにそれらの前記第１および第２のコイルのそれぞれと協同して、前記第１および第２の磁界をそれぞれ生成する請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記回路構成は、シリコン・オン・インシュレータ基板上に設けられた増幅器を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記増幅器の最大動作温度は１２５℃よりも大きい請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記増幅器の最大動作温度は少なくとも約２６０℃である請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記対象物はガス・タービンの複数の回転ブレードを含み、前記システムは、前記ガス・タービン上に設置されたブレード位置センサ・システムであり、前記検知手段は前記回転ブレードに近接して配置される請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記システムには前記回路構成を冷却するための能動冷却手段がない請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記回路構成および前記検知手段は共にハウジング内に収容される請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記システムには前記回路構成を冷却するための能動冷却手段がない請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
ガス・タービンの回転ブレードの周期的位置を検知するためのシステムであって、
第１および第２の受動渦電流センサを備える検知ユニットであって、前記第１および第２の受動渦電流センサは、少なくとも１つの磁石と第１および第２のコイルがそれぞれ巻かれた第１および第２のコアとを備え、前記少なくとも１つの磁石、前記第１のコア、および前記第１のコイルは協同して第１の磁界を生成および検出し、前記少なくとも１つの磁石、前記第２のコア、および前記第２のコイルは協同して第２の磁界を生成および検出し、前記第１および第２の受動渦電流センサの前記ガス・タービン上の位置は、前記回転ブレードが前記第１および第２の磁界を周期的に連続して通過し、前記第１および第２のコイルが第１および第２の出力信号を、前記第１および第２の磁界を通過する前記回転ブレードに応答して生成するように定められている、検知ユニットと、
前記検知ユニットに結合された回路構成であって、前記第１および第２のコイルの前記第１および第２の出力信号を電子的に組み合わせて、前記回転ブレードが前記第１および第２の磁界を通過するときのタイミングに対応する出力を生成し、前記第１および第２の出力信号を組み合わせて、その同相信号が互いに差し引き合い、前記出力から、前記第１および第２の出力信号中に存在する任意の電磁妨害ノイズが取り除かれるようにし、さらに前記第１および第２の出力信号の電子ゲインをもたらして、前記出力の帯域幅および信号レベルを増加させる回路構成と、を備えるシステム。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの磁石は、前記第１および第２のコア間の単一の磁石であり、前記単一の磁石は、前記第１および第２のコアならびにそれらの前記第１および第２のコイルのそれぞれと協同して、前記第１および第２の磁界をそれぞれ生成する請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記回路構成は、シリコン・オン・インシュレータ基板上に設けられた増幅器を備える請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記増幅器の最大動作温度は１２５℃よりも大きい請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記増幅器の最大動作温度は少なくとも約２６０℃である請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記システムには、前記回路構成を冷却するための能動冷却手段がない請求項１１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記回路構成および前記検知ユニットは共にハウジング内に収容される請求項１１に記載のシステム。
【請求項１８】
対象物の周期的位置を検知する方法であって、
受動渦電流検知手段を前記対象物に近接して配置することと、
前記対象物を、前記検知手段から発生する第１および第２の磁界中を周期的に連続して通過させて、別個の第１および第２の出力信号をそれぞれ生成することと、
前記第１および第２の出力信号を電子的に組み合わせて、前記対象物が前記第１および第２の磁界を周期的に連続して通過するときのタイミングに対応する出力を生成することであって、前記第１および第２の出力信号を組み合わせて、その同相信号が互いに差し引き合い、前記出力から、前記第１および第２の出力信号中に存在する任意の電磁妨害ノイズが取り除かれるようにする、生成することと、を含む方法。
【請求項１９】
前記電子的に組み合わせるステップはさらに、前記第１および第２の出力信号の電子ゲインをもたらして、前記出力の帯域幅および信号レベルを増加させる請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記対象物はガス・タービンの複数の回転ブレードを含み、前記システムは、前記ガス・タービン上に設置されたブレード位置センサ・システムであり、前記検知手段はブレードに近接して配置される請求項１８に記載の方法。
【請求項１】
対象物の周期的位置を検知するためのシステムであって、
１または複数の磁石と第１および第２のコイルがそれぞれ巻かれた第１および第２のコアとを備える受動渦電流検知手段であって、前記１または複数の磁石、前記第１および第２のコア、前記第１および第２のコイルは協同して、第１および第２の磁界を生成および検出し、前記検知手段は前記対象物に対して、前記対象物が前記第１および第２の磁界を周期的に連続して通過するように位置し、前記第１および第２のコイルはそれぞれ第１および第２の出力信号を、前記第１および第２の磁界を周期的に連続して通過する前記対象物に応答して出力する、受動渦電流検知手段と、
前記第１および第２のコイルに別個に接続されて、前記第１および第２のコイルの前記第１および第２の出力信号をそれぞれ別個に受け取る回路構成であって、前記第１および第２の出力信号を電子的に組み合わせて、前記対象物が前記第１および第２の磁界を周期的に連続して通過するときのタイミングに対応する出力を生成し、前記第１および第２の出力信号を組み合わせて、その同相信号が互いに差し引き合い、前記出力から、前記第１および第２の出力信号中に存在する任意の電磁妨害ノイズが取り除かれるようにする、回路構成と、を備えるシステム。
【請求項２】
前記回路構成はさらに、前記第１および第２の出力信号の電子ゲインをもたらし、前記出力の帯域幅および信号レベルを増加させる請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記１または複数の磁石は、前記第１および第２のコア間の単一の磁石であり、前記単一の磁石は、前記第１および第２のコアならびにそれらの前記第１および第２のコイルのそれぞれと協同して、前記第１および第２の磁界をそれぞれ生成する請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記回路構成は、シリコン・オン・インシュレータ基板上に設けられた増幅器を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記増幅器の最大動作温度は１２５℃よりも大きい請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記増幅器の最大動作温度は少なくとも約２６０℃である請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記対象物はガス・タービンの複数の回転ブレードを含み、前記システムは、前記ガス・タービン上に設置されたブレード位置センサ・システムであり、前記検知手段は前記回転ブレードに近接して配置される請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記システムには前記回路構成を冷却するための能動冷却手段がない請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記回路構成および前記検知手段は共にハウジング内に収容される請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記システムには前記回路構成を冷却するための能動冷却手段がない請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
ガス・タービンの回転ブレードの周期的位置を検知するためのシステムであって、
第１および第２の受動渦電流センサを備える検知ユニットであって、前記第１および第２の受動渦電流センサは、少なくとも１つの磁石と第１および第２のコイルがそれぞれ巻かれた第１および第２のコアとを備え、前記少なくとも１つの磁石、前記第１のコア、および前記第１のコイルは協同して第１の磁界を生成および検出し、前記少なくとも１つの磁石、前記第２のコア、および前記第２のコイルは協同して第２の磁界を生成および検出し、前記第１および第２の受動渦電流センサの前記ガス・タービン上の位置は、前記回転ブレードが前記第１および第２の磁界を周期的に連続して通過し、前記第１および第２のコイルが第１および第２の出力信号を、前記第１および第２の磁界を通過する前記回転ブレードに応答して生成するように定められている、検知ユニットと、
前記検知ユニットに結合された回路構成であって、前記第１および第２のコイルの前記第１および第２の出力信号を電子的に組み合わせて、前記回転ブレードが前記第１および第２の磁界を通過するときのタイミングに対応する出力を生成し、前記第１および第２の出力信号を組み合わせて、その同相信号が互いに差し引き合い、前記出力から、前記第１および第２の出力信号中に存在する任意の電磁妨害ノイズが取り除かれるようにし、さらに前記第１および第２の出力信号の電子ゲインをもたらして、前記出力の帯域幅および信号レベルを増加させる回路構成と、を備えるシステム。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの磁石は、前記第１および第２のコア間の単一の磁石であり、前記単一の磁石は、前記第１および第２のコアならびにそれらの前記第１および第２のコイルのそれぞれと協同して、前記第１および第２の磁界をそれぞれ生成する請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記回路構成は、シリコン・オン・インシュレータ基板上に設けられた増幅器を備える請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記増幅器の最大動作温度は１２５℃よりも大きい請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記増幅器の最大動作温度は少なくとも約２６０℃である請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記システムには、前記回路構成を冷却するための能動冷却手段がない請求項１１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記回路構成および前記検知ユニットは共にハウジング内に収容される請求項１１に記載のシステム。
【請求項１８】
対象物の周期的位置を検知する方法であって、
受動渦電流検知手段を前記対象物に近接して配置することと、
前記対象物を、前記検知手段から発生する第１および第２の磁界中を周期的に連続して通過させて、別個の第１および第２の出力信号をそれぞれ生成することと、
前記第１および第２の出力信号を電子的に組み合わせて、前記対象物が前記第１および第２の磁界を周期的に連続して通過するときのタイミングに対応する出力を生成することであって、前記第１および第２の出力信号を組み合わせて、その同相信号が互いに差し引き合い、前記出力から、前記第１および第２の出力信号中に存在する任意の電磁妨害ノイズが取り除かれるようにする、生成することと、を含む方法。
【請求項１９】
前記電子的に組み合わせるステップはさらに、前記第１および第２の出力信号の電子ゲインをもたらして、前記出力の帯域幅および信号レベルを増加させる請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記対象物はガス・タービンの複数の回転ブレードを含み、前記システムは、前記ガス・タービン上に設置されたブレード位置センサ・システムであり、前記検知手段はブレードに近接して配置される請求項１８に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２０１２−５０１４４５（Ｐ２０１２−５０１４４５Ａ）
【公表日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２５０６８（Ｐ２０１１−５２５０６８）
【出願日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０５２９７３
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０２５０１７
【国際公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０５２９７３
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０２５０１７
【国際公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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