關于具有用于容納光學元件的含可分離的管區段的內管的光學探頭的方法
【專利說明】關于具有用于容納光學元件的含可分離的管區段的內管的光學探頭的方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年08月15日提交的美國臨時專利申請號61/866，104的權益，通過引用將其并入本文。
技術領域
[0003]本申請總體上涉及渦輪發動機的監測，并且更具體地涉及關于渦輪發動機的光學監測的方法。
【背景技術】
[0004]盡管已經在該技術領域做出進步，然而仍然需要對于在渦輪發動機中感興趣的高溫區域的監測有用的改進的裝置和/或技術。
【附圖說明】
[0005]基于附圖在以下的描述中解釋本發明，附圖示出:
[0006]圖1是實施本發明的方面的光學探頭的非限制性實施例的等距視圖，其可以被用于例如渦輪發動機的內燃機的各種部件的光學監測。
[0007]圖2是實施本發明的方面的光學探頭的一個非限制性實施例的大體橫截面圖。
[0008]圖3是實施本發明的方面的光學探頭內管的等距視圖，其中，可以理解在一個非限制性實施例中，內管可以包括可以沿著內管的縱向軸與彼此分離的至少兩個內管區段。
[0009]圖4是示出內管的內管區段與彼此附接的等距視圖，并且進一步圖示了光重定向元件(例如，棱鏡、反射鏡)，可以通過實施本發明的附加方面的固定結構在內管的遠端處支撐該重定向元件。
[0010]圖5是圖示與圖4中圖示的固定結構相關聯的進一步細節的等距視圖。
[0011]圖6-圖8每個圖示了可以與本文公開的用于監測渦輪發動機的光學探頭結合實施的方法的非限制性實施例的相應的流程圖。
[0012]圖9示出兩個分離的管結構的相應的等距視圖，該結構可以是非對稱地分叉以補償材料的損耗以構建實施本發明的方面的光學探頭。
【具體實施方式】
[0013]發明人已經創新性地認識到用于監測例如渦輪發動機的內燃機的部件的現有的光學探頭的適用性可能基本上由包含可以被這種光學探頭利用以向成像傳感器傳送成像數據的各種光學元件的結構的單片(例如，單個片)構造限制。在任何的這種光學部件損壞的情況下，即使可行，獲得替換或維修任何這種部件的可達性基本上是繁重的。發明人已經進一步地認識到，當現有光學探頭的某些光學元件(例如棱鏡)通過可能涉及棱鏡的一個或多個光學工作表面的環氧樹脂被附接時，這種元件的光學特性可能受損害。
[0014]根據本發明的一個或多個實施例，本文描述了有助于改進的光學探頭的結構布置和/或技術。例如，作為單個片構造的替代，在一個非限制性實施例中，這種改進的光學探頭可以提供包括可以沿著內管的縱向軸與彼此分離的至少兩個對應的內管區段的內管。在另一非限制性實施例中，這種改進的光學探頭可以提供不附接到光重定向元件(例如，棱鏡、反射鏡)的光學工作表面的固定結構。在以下的詳細描述中，闡述了各種特定細節以提供這種實施例的透徹的理解。然而，那些本領域技術人員將會理解可以在不帶有這些特定細節的情況下實踐本發明的實施例、本發明并不被限制于描述的實施例以及可以以各種備選的實施例實踐本發明。在其他實例中，未詳細地描述本領域技術人員非常理解的方法、過程和部件以避免不必要的和繁重的解釋。
[0015]此外，各種操作可以被描述成以有助于理解本發明的實施例的方式執行的多個分立步驟。然而，描述的順序不應被解釋成暗示這些操作需要以他們被呈現的順序執行，甚至也不依賴于順序，除非另外這樣描述。而且，短語“在一個實施例中”的重復的使用不一定指的是相同的實施例，盡管它可能如此。最后，如在本申請中使用的術語“包括”、“包含”、“具有”等等旨在是同義的，除非另有指不。
[0016]圖1是實施本發明的方面的光學探頭10的非限制性實施例的等距視圖，其可以被用于例如渦輪發動機的內燃機14的各種部件12(例如，葉片、翼等)的光學監測(例如，檢查)。光學探頭10可以經過觀察口 15被安裝在渦輪機外殼16中并且可以部分地布置在引擎的高溫工作氣體的路徑17內。圓圈19被用來概念化可以由光學探頭10提供的視野的一個非限制性示例。
[0017]圖2是實施本發明的方面的光學探頭10的一個非限制性實施例的大體橫截面圖。探頭10可以包括配件20，配件20包括用于接收冷卻流體的可控供應的端口 21和集氣室23，冷卻流體在一個非限制性實施例中是氣態氮(GN2)。探頭10可以進一步包括在近端24連接到配件20并且在遠端26連接到探頭末端28的中間外管22，探頭末端28可以包括觀察窗27并且還可以限定用來清洗冷卻流體的窗口(由箭頭25示意性地表示)。外管22和探頭末端28可以被配置成在它們相應的中空的內部中接收內管30，內管30可以容納至少一個光學元件(例如，可以被布置成中繼光學器件的一個或多個光學透鏡32)。
[0018]圖2進一步圖示了成像傳感器33，成像傳感器33響應于布置在探頭的視野中的渦輪發動機的一個或多個部件的成像數據，并且可以通過中繼光學器件將成像數據傳送到成像傳感器33。在一個非限制性實施例中，成像傳感器33可以是紅外(IR)相機(例如，可以在近IR光譜中操作)或其他合適的二維成像感測陣列。在一個非限制性實施例中，作為光學透鏡的替代，可以使用光纖將成像數據傳送到成像傳感器33。
[0019]圖3是內管30的等距視圖，其中，可以理解在一個非限制性實施例中，內管30可以包括可以沿著內管30的縱向軸38與彼此分離的至少兩個對應的并且協作的內管區段34、36。圖3圖示了處于分離情況下的內管區段34、36，而圖4圖示了處于連接情況下的內管區段34、36。即，在圖4中內管區段34、36被圖示成與彼此附接。
[0020]圖3進一步圖示了內管區段中的一個(例如，內管區段36)可以利用沿著內管30的縱向軸38堆疊的一系列光學透鏡40(例如，中繼光學器件)填充。在一個非限制性實施例中，至少一個光學間隔器42介于至少一對光學透鏡之間。在一個非限制性實施例中，內管的內管區段34、36可以限定如由被標為D1和D2的雙頭箭頭概念上表示的具有變化的直徑的中空內部，這又允許容納具有變化的直徑的光學元件。在一個非限制性實施例中，內管30可以包括形成在內管30的外表面上的至少一個對準接頭44。內管30可以進一步包括形成在其外表面上的止動件46。在一個非限制性實施例中，內管30可以被配置成在其外表面與外管22和探頭末端28的相應的內表面之間限定相應的環形空間29、31(圖2)。這些環狀空間允許外部供應的冷卻流體在這種表面之間流動并且期望該冷卻布置避免對相對昂貴并且稀少的高溫光學元件的需要，否則可以需要該高溫光學元件以便承受在渦輪發動機環境中遭遇的相對較高的溫度。而且，期望這種冷卻布置消除探頭中的相對較大的溫度波動，否則可以，諸如由于光學元件和/或其中包裹的結構的物理平移而產生光學偏差(例如，焦點波動)。盡管內管區段34、36不需要通過鉸鏈與彼此附接，但是內管區段34、36可以被概念化地類推為蛤殼式結構，其用于包含和實現內管30的內部中包含的任意的各種光學元件的快速和不復雜的取回(當需要時)。
[0021]用于將內管區段34、46可移除地固定到彼此的裝置可以包括一個或多個固定元件。如在圖4中圖示，固定元件的非限制性示例可以包括帶48(例如，鎳鉻合金帶)、定位焊50、例如可以經過在對應對準接頭上的相應開口 53被插入的螺紋固定元件52 (例如，螺絲、螺栓和螺母)以及兩個或多個這種固定元件的組合。
[0022]圖4進一步圖示了光重定向元件54，光重定向元件54可以被布置在內管30的遠端56。在一個非限制性實施例中，光重定向元件54可以是棱鏡(例如，三角棱鏡)，可以通過未附接到光重定向元件54的光學工作表面58 (例如，棱鏡的后端)的固定結構57在遠端處支撐該重定向元件。在一個非限制性示例中，固定結構57可以包括具有附接到諸如光重定向元件54的側表面62(圖4)的光重定向元件的對應的非光學工作表面的支撐表面63(圖5)的來自內管區段34、36的一個或多個凸起60。粘合劑的層64(圖5)可以被布置在支撐表面63和光重定向元件54的對應的表面54之間以在這些表面之間建立連接結合。
[0023]在一個非限制性實施例中，凸起60可以被一體構建(例如，機器制造)在內管30的內管區段34、36的相應的遠端。應當理解固定結構57不必須與內管區段34、36—體構建，因為，如現在本領域技術人員將理解的，在一個備選的實施例中固定結構57可以是能夠被安裝到內管區段34、36的相應的遠端上的分離的結構。應當理解光重定向元件54的備選的形態可以包括布置成重定向光的一個或多個反射表面(例如，反射鏡)。
[0024]如以上在圖1-圖5的上下文中公開的，配置成容納至少一個光學元件的具有可分離的內管區段的光學探頭可以被用來實踐一個或多個方法，在一個非限制性實施例中，可以參考著在圖6中示出的流程圖在下文中描述該方法。
[0025]在開始步驟98之后，步驟100允許構建具有沿著內管30的縱向軸38可與彼此分離的至少兩個對應的內管