Detección de pico y reducción de ecos parásitos para un sensor de microondas.

Un procedimiento para llevar a cabo una medición de palas para palas rotatorias (120,

121, 122)dentro de una carcasa de un motor de turbina (115) que comprende las etapas de:

transmitir energía de microondas a través de una antena (105) dentro de la carcasa del motor de turbina;

recopilar (405) datos en fase y en cuadratura asociados con la energía de microondas reflejada por las palas y lacarcasa;

llevar a cabo (410) una Transformada Rápida de Fourier (FFT) compleja en los datos en fase y en cuadratura paragenerar componentes de frecuencia positiva y componentes de frecuencia negativa;

separar (415) los componentes de frecuencia positiva de los componentes de frecuencia negativa;

llevar a cabo (420) una FFT inversa en cada uno de los componentes de frecuencia positiva y los componentes defrecuencia negativa para generar datos del dominio de tiempo complejos asociados con componentes de velocidadde aproximación y de alejamiento;

convertir (425) los datos del dominio de tiempo com 20 plejos a valores de magnitud y de fase, comprendiendo losvalores de magnitud valores de magnitud de aproximación y de alejamiento y comprendiendo los valores de fasevalores de fase de aproximación y de alejamiento;

identificar (430) cada cruce de los valores de magnitud con un umbral predeterminado para definir una región depala asociada con una ubicación para una de las palas próximas a la antena;

para la región de la pala, identificar (435) un punto de velocidad cero como el punto donde uno de los valores defase de aproximación es igual a uno de los valores de fase de alejamiento, representando el punto de velocidad cerouna ubicación de la pala directamente por debajo de la antena; y

procesar (440) los datos de la pala usando el punto de velocidad cero como un índice.

Detección de pico y reducción de ecos parásitos para un sensor de microondas

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a sensores de microondas y más especialmente a la detección de pico en sensores de microondas para medir palas de turbina u objetos modelados de forma similar.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Se conocen técnicas de microondas para medir ciertos parámetros físicos dentro de un motor de turbina de gas, como una holgura de la punta de una pala, que es la distancia entre el extremo de la pala y la carcasa de la turbina. Los motores de turbina de gas proporcionan algunos de los entornos más calientes para las mediciones de temperatura. Las temperaturas de la ruta del gas pueden exceder los 1093 ºC (2000 ºF) , que se halla más allá de los puntos de fusión de la mayoría de los metales.

Habitualmente se usan antenas para transmitir y recibir energía electromagnética dentro de entornos de temperatura ambiente y en conexión con una variedad de dispositivos, como teléfonos móviles, radios, receptores de posicionamiento global y sistemas de radar. Los sensores de microondas también pueden incluir una o más antenas para sustentar la propagación de señales de microondas dentro del entorno de medición deseado de un motor de turbina de gas. Como una onda electromagnética, la señal de microondas habitualmente se ramificará y cubrirá un área más grande a medida que la energía se propague aún más lejos de la antena. La característica de ancho de haz de una antena se mide habitualmente como el ángulo en el que la potencia transmitida es 3 dB por debajo de la potencia en el eje o en la línea central de trayectoria. Las antenas usadas con sensores de microondas para mediciones de motores de turbina de gas pueden tener anchos de haz que sean de 90 grados o mayores.

Los motores de turbina habitualmente tienen diversos escalones internos que comprenden un conjunto de palas unidas a un disco rotatorio. Un sensor de microondas se puede montar a través de un orificio o unir al interior de la carcasa del motor para permitir que la antena proyecte su haz hacia las palas, que estarán rotando al lado de la antena durante la operación del motor. Las palas rotan cerca de la posición del sensor dentro de la carcasa, habitualmente en el intervalo de separación de 2, 54 a 25, 4 mm (0, 1 a 1 pulgada) entre cada pala y la posición del sensor. Para mediciones exactas, como la holgura de la punta de la pala o el tiempo de llegada, es deseable recibir energía sólo del área de la punta de la pala. Las señales de microondas se desplazan a distancias mucho más lejanas que 25, 4 mm (1 pulgada) , sin embargo, dando como resultado la transmisión de señales de microondas que se desplazan más allá de las puntas de las palas hasta los bordes de la pala u otras partes del motor. Por lo tanto, la señal resultante recibida por el sensor de microondas a menudo contiene reflexiones de otros objetos que no son el objetivo de interés, comúnmente denominadas ecos parásitos.

Las técnicas convencionales para eliminar ecos parásitos incluyen (i) la selección de ecos en un alcance reducido o (ii) la creación de un modelo de estadística de ecos parásitos y la aplicación de técnicas de sustracción para eliminar la influencia de la señal que interfiere. A menudo, los ecos parásitos se hallan cerca del objetivo de interés, a algunas pulgadas o menos. Por ejemplo, para el escenario de una medición típica de un motor de turbina, el ancho de banda para la selección de ecos en un alcance reducido sería de varios GHz o más, lo cual es poco práctico debido al coste y a las dificultades en el diseño de la antena. Las técnicas de sustracción de ecos parásitos son insuficientes para las mediciones típicas de un motor de turbina puesto que la medición de las palas de la turbina usando un sensor de microondas requiere exactitudes de fase de menos de un grado. Las técnicas actuales de eliminación de ecos parásitos no son capaces de abordar este requisito de exactitud de fase. Por lo tanto, es deseable otro procedimiento de eliminar ecos parásitos a partir de mediciones por sensor de microondas para el entorno de operación de un motor de turbina de gas.

Las formas de onda de salida de un sensor de microondas típico usado para mediciones de palas de un motor de turbina de gas tienen características complejas como resultado de la interacción de señales de microondas con una geometría de pala de turbina compleja. La identificación de un único punto en una forma de onda de salida para las mediciones de la holgura de la punta o del tiempo de llegada puede ser difícil como resultado de las características de señal complejas. Los procedimientos típicos de detección de pico, como un ajuste de curva polinómica, son muy intensivos desde el punto de vista computacional para la medición de las palas en tiempo real. Los procedimientos para encontrar un único punto en la pala con la señal de retorno más elevada pueden presentar resultados variables ya que la pala gira y cambia dimensionalmente durante la operación normal. Sin embargo, es deseable un punto bien definido repetible para la pala del motor para la mayoría de las aplicaciones de mediciones de puntas de palas.

El documento US 4 346 383 describe:

un procedimiento para completar una medición de palas para palas rotatorias dentro de una carcasa de un motor de turbina, que comprende las etapas de:

transmitir energía de microondas a través de una antena dentro de la carcasa del motor de turbina;

recopilar datos asociados con la energía de microondas reflectada por las palas y la carcasa;

detectar la diferencia de fase entre la señal transmitida y la recibida;

procesar los datos de las palas usando la diferencia de fase.

En vista de lo anterior, hay una necesidad en la técnica de adaptar el uso de un sensor de microondas para conseguir mediciones de palas que se basen en un punto repetible para la punta de la pala minimizando la influencia de señales de ecos parásitos que interfieren.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La invención se indica en la reivindicación 1. Una forma de realización preferida se indica en la reivindicación 2.

La presente invención proporciona una metodología efectiva para reducir la influencia de ecos parásitos que surgen de un entorno de señales complejo representativa del uso de un sensor de microondas con un motor de turbina de gas mientras se consigue la detección exacta de señales de pico para las mediciones de palas obtenidas por el sensor de microondas.

En conexión con un proceso innovador de medición de palas, una señal coherente es emitida por un sensor de microondas unido a una antena ubicada dentro de un motor de turbina de gas u otra máquina similar. El motor de turbina de gas incluye uno o más escalones de palas rotatorias dentro de un entorno de operación confinado formado por la carcasa del motor. La antena se ubica habitualmente en estrecha proximidad con la punta de la pala, a menudo con una holgura de no más de 2, 54 a 25, 4 mm (0.1 a 1 pulgadas) . La señal de microondas coherente es convertida a formato digital y una Transformada Rápida de Fourier (FFT) compleja se lleva a cabo en la señal digitalizada. La salida del cálculo de la FFT se divide entonces en componentes que comprenden velocidades que representan el acercamiento de las palas a la antena y velocidades que representan el distanciamiento de las palas con respecto a la antena. Estos componentes individuales son procesados por una Transformada Rápida de Fourier inversa (IFFT) para convertir los componentes del dominio de frecuencia al dominio de tiempo. Las señales del dominio de tiempo complejas resultantes representan componentes de velocidad de aproximación y de alejamiento.

Las señales del dominio de tiempo complejas son convertidas en componentes de magnitud y de fase asociados con las velocidades de aproximación y de alejamiento. Los componentes de magnitud representan la cantidad de energía reflectada recibida por la antena del sensor y los componentes de fase representan la distancia a los objetos reflectantes. Para determinar si una pala está presente en los datos de los componentes, la intensidad de señal de los componentes de magnitud se compara con un umbral predefinido para detectar cuándo está pasando una pala por debajo de la antena del sensor de microondas.

Al detectarse la región de la pala, los componentes de fase asociados con las velocidades de aproximación y de alejamiento se comparan para determinar un punto en el que los dos valores son iguales. Este punto es considerado el punto de velocidad cero - el punto en el que, desde una perspectiva electromagnética, la pala se halla directamente por debajo de... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para llevar a cabo una medición de palas para palas rotatorias (120, 121, 122) dentro de una carcasa de un motor de turbina (115) que comprende las etapas de:

transmitir energía de microondas a través de una antena (105) dentro de la carcasa del motor de turbina;

recopilar (405) datos en fase y en cuadratura asociados con la energía de microondas reflejada por las palas y la carcasa;

llevar a cabo (410) una Transformada Rápida de Fourier (FFT) compleja en los datos en fase y en cuadratura para generar componentes de frecuencia positiva y componentes de frecuencia negativa;

separar (415) los componentes de frecuencia positiva de los componentes de frecuencia negativa;

llevar a cabo (420) una FFT inversa en cada uno de los componentes de frecuencia positiva y los componentes de frecuencia negativa para generar datos del dominio de tiempo complejos asociados con componentes de velocidad de aproximación y de alejamiento;

convertir (425) los datos del dominio de tiempo complejos a valores de magnitud y de fase, comprendiendo los valores de magnitud valores de magnitud de aproximación y de alejamiento y comprendiendo los valores de fase valores de fase de aproximación y de alejamiento;

identificar (430) cada cruce de los valores de magnitud con un umbral predeterminado para definir una región de pala asociada con una ubicación para una de las palas próximas a la antena;

para la región de la pala, identificar (435) un punto de velocidad cero como el punto donde uno de los valores de fase de aproximación es igual a uno de los valores de fase de alejamiento, representando el punto de velocidad cero una ubicación de la pala directamente por debajo de la antena; y

procesar (440) los datos de la pala usando el punto de velocidad cero como un índice.

2. El procedimiento de la Reivindicación 1 que comprende además la repetición de cada una de las etapas identificadas anteriormente para otra de las palas.