用于監(jiān)測構(gòu)件應變的系統(tǒng)和方法與流程

本公開大體涉及用于監(jiān)測構(gòu)件應變的系統(tǒng)和方法，并且更特別地涉及提供構(gòu)件的外表面的電場測量和掃描的系統(tǒng)和方法。

背景技術：

在多種工業(yè)應用中，設備構(gòu)件經(jīng)歷許多極端狀況(例如，高溫、高壓、大應力負載等)。隨著時間的推移，設備的單獨的構(gòu)件可經(jīng)歷蠕變和/或變形，這可縮短構(gòu)件的可用壽命。這種考慮例如可適用于一些渦輪機。

渦輪機廣泛用于諸如功率發(fā)生和航空器發(fā)動機的領域中。例如，傳統(tǒng)的燃氣渦輪系統(tǒng)包括壓縮機區(qū)段、燃燒器區(qū)段和至少一個渦輪區(qū)段。壓縮機區(qū)段構(gòu)造成在空氣流過壓縮機區(qū)段時壓縮空氣?？諝馊缓髲膲嚎s機區(qū)段流到燃燒器區(qū)段，在這里其與燃料混合和燃燒，從而產(chǎn)生熱氣流。熱氣流被提供給渦輪區(qū)段，渦輪區(qū)段通過從熱氣流中抽取能量而利用熱氣流，以對壓縮機、發(fā)電機和其它多個負載提供功率。

在操作渦輪機期間，渦輪機內(nèi)且特別是在渦輪機的渦輪區(qū)段內(nèi)的多個構(gòu)件(諸如渦輪葉片)可由于高溫和應力而經(jīng)歷蠕變。對于渦輪葉片，蠕變可導致部分或整個葉片伸長，使得葉片末梢接觸固定結(jié)構(gòu)，例如渦輪殼，并且潛在地在操作期間導致不合需要的振動和/或降低性能。

因此，可監(jiān)測構(gòu)件的蠕變。監(jiān)測構(gòu)件的蠕變的一種方法為在構(gòu)件上構(gòu)造應變傳感器，以及以多個時間間隔分析應變傳感器，以監(jiān)測與蠕變應變相關聯(lián)的變形。但是，這種變形可在許多情況下為原始尺寸的大約0.01%，從而需要用于應變監(jiān)測的專用設備。

例如，專用設備可用來獲得應變傳感器的視覺圖像，以及對于相關聯(lián)的構(gòu)件，比較在不同的時間獲得的圖像中的應變傳感器的尺寸。沿著兩個軸線的尺寸可在這種圖像中直接測量，同時可推導出沿著第三軸線的尺寸。但是，這種方法可能需要對傳感器和構(gòu)件的直接視線。此外，可能需要大量空間和拆卸，以便測量構(gòu)件。因此，對于大多數(shù)現(xiàn)有系統(tǒng)，在原地測量可為困難的，如果不是不可能的話。

因此，在本領域期望一種用于監(jiān)測構(gòu)件應變的備選系統(tǒng)和方法。特別地，系統(tǒng)和方法需要較少空間且容許在組裝好的設備上進行原地測量。

技術實現(xiàn)要素：

將在以下描述中部分地闡述本發(fā)明的各方面和優(yōu)點，或者根據(jù)該描述，本發(fā)明的各方面和優(yōu)點可為顯而易見的，或者可通過實踐本發(fā)明來學習本發(fā)明的各方面和優(yōu)點。

根據(jù)本公開的一個實施例，提供用于構(gòu)件的系統(tǒng)。系統(tǒng)可包括用于分析跨越參照區(qū)域的電場的電場掃描器，以及與電場掃描器進行可操作通信的處理器。參照區(qū)域可包括多個基準部(fiducial)，其構(gòu)造在構(gòu)件上以影響電場。處理器可操作來沿著相互垂直的x軸線和y軸線測量電場值，組合包括根據(jù)測量的電場值的數(shù)據(jù)點組的區(qū)域分布。

根據(jù)本公開的另一個實施例，提供監(jiān)測構(gòu)件的方法。方法可包括在第一時間沿著相互垂直的x軸線和y軸線測量跨越參照區(qū)域的電場值的步驟，參照區(qū)域包括至少一個基準部，其構(gòu)造成影響電場值。方法可進一步包括組合包括根據(jù)測量的電場值的第一數(shù)據(jù)點組的第一區(qū)域分布的步驟。

技術方案1.一種用于監(jiān)測構(gòu)件的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

電場掃描器，其用于分析跨越參照區(qū)域的電場，所述參照區(qū)域包括多個基準部，其構(gòu)造在所述構(gòu)件上以影響所述電場；以及

處理器，其與所述電場掃描器進行可操作通信，所述處理器可操作來沿著相互垂直的x軸線和y軸線測量電場值，以及組合包括根據(jù)測量的電場值的數(shù)據(jù)點組的區(qū)域分布。

技術方案2.根據(jù)技術方案1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電場掃描器包括電容掃描器，其構(gòu)造成測量跨越所述參照區(qū)域的電容。

技術方案3.根據(jù)技術方案2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電容掃描器包括多層電容網(wǎng)，其具有成對的垂直的電極層。

技術方案4.根據(jù)技術方案2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電容掃描器包括柔性均勻襯底，其支承至少一個檢測電極。

技術方案5.根據(jù)技術方案1所述的系統(tǒng)，其特征在于，各個基準部包括突起，其形成于所述構(gòu)件的外表面上。

技術方案6.根據(jù)技術方案5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述突起包括整體地形成的節(jié)結(jié)。

技術方案7.根據(jù)技術方案5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述突起包括多個邊緣凸脊。

技術方案8.根據(jù)技術方案1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述構(gòu)件為渦輪構(gòu)件。

技術方案9.根據(jù)技術方案2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電容掃描器在所述x軸線和y軸線上具有在200點/英寸和1000點/英寸之間的分辨率。

技術方案10.根據(jù)技術方案1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器進一步可操作來比較多個區(qū)域分布。

技術方案11.一種用于監(jiān)測構(gòu)件的方法，所述方法包括：

在第一時間沿著相互垂直的x軸線和y軸線測量跨越參照區(qū)域的電場值，所述參照區(qū)域包括多個基準部，其構(gòu)造在所述構(gòu)件上以影響所述電場值；以及

組合包括根據(jù)測量的電場值的數(shù)據(jù)點組的第一區(qū)域分布。

技術方案12.根據(jù)技術方案11所述的方法，其特征在于，所述構(gòu)件包括渦輪構(gòu)件，并且所述測量步驟包括測量跨越所述參照區(qū)域的電容的變化。

技術方案13.根據(jù)技術方案11所述的方法，其特征在于，所述測量步驟包括計算在垂直于所述x軸線和所述y軸線的z軸線上的z軸線數(shù)據(jù)點組，以及

其中所述組合步驟包括基于x軸線數(shù)據(jù)點組、y軸線數(shù)據(jù)點組和所述z軸線數(shù)據(jù)點組而組合所述參照區(qū)域的三維區(qū)域分布。

技術方案14.根據(jù)技術方案13所述的方法，其特征在于，所述基準部包括多個邊緣凸脊，

其中所述測量步驟包括接合所述凸脊與電容掃描器，并且識別所述掃描器處的電容變動，以及

其中所述計算步驟包括根據(jù)所述電容變動而確定z軸線數(shù)據(jù)值。

技術方案15.根據(jù)技術方案13所述的方法，其特征在于，所述基準部包括多個節(jié)結(jié)，其形成為矩陣網(wǎng)，

其中檢測包括接合所述節(jié)結(jié)與電容掃描器，并且識別所述掃描器處的電容變動，以及

其中所述計算步驟包括根據(jù)所述電容變動而確定z軸線數(shù)據(jù)值。

技術方案16.根據(jù)技術方案11所述的方法，其特征在于，所述測量步驟包括將電場掃描器放置在所述構(gòu)件上，直接接觸所述參照區(qū)域。

技術方案17.根據(jù)技術方案16所述的方法，其特征在于，放置所述電場掃描器包括使所述掃描器變形，以匹配所述外表面的輪廓形狀。

技術方案18.根據(jù)技術方案17所述的方法，其特征在于，所述電場掃描器包括柔性襯底，其支承至少一個檢測電極；并且其中變形包括非破壞性地彎曲所述掃描器。

技術方案19.根據(jù)技術方案11所述的方法，其特征在于，所述測量步驟在第一時間進行，并且所述方法進一步包括：

在第二時間測量跨越所述參照區(qū)域的電場值，所述第二時間不同于所述第一時間；以及

組合包括根據(jù)測量的電場值的第二數(shù)據(jù)點組的第二區(qū)域分布。

技術方案20.根據(jù)技術方案19所述的方法，其特征在于，進一步包括比較所述第一區(qū)域分布和所述第二區(qū)域分布。

技術方案21.一種用于監(jiān)測構(gòu)件(10)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

電場掃描器(60)，其用于分析跨越參照區(qū)域(40)的電場，所述參照區(qū)域(40)包括多個基準部(42)，其構(gòu)造在所述構(gòu)件(10)上，以影響所述電場；以及

處理器(100)，其與所述電場掃描器(60)進行可操作通信，所述處理器(100)可操作來沿著相互垂直的x軸線和y軸線測量電場值，并且組合包括根據(jù)測量的電場值的數(shù)據(jù)點組的區(qū)域分布。

技術方案22.根據(jù)技術方案21所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電場掃描器(60)包括電容掃描器(60)，其構(gòu)造成測量跨越所述參照區(qū)域(40)的電容。

技術方案23.根據(jù)技術方案21所述的系統(tǒng)，其特征在于，各個基準部(42)包括突起，其形成于所述構(gòu)件(10)的外表面(12)上。

技術方案24.根據(jù)技術方案23所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述突起包括整體地形成的節(jié)結(jié)。

技術方案25.根據(jù)技術方案23所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述突起包括多個邊緣凸脊。

技術方案26.根據(jù)技術方案21所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述構(gòu)件(10)為渦輪構(gòu)件(10)。

技術方案27.根據(jù)技術方案22所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電容掃描器(60)在所述x軸線和y軸線上具有在200點/英寸和1000點/英寸之間的分辨率。

技術方案28.根據(jù)技術方案21所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器(100)進一步可操作來比較多個區(qū)域分布。

技術方案29.一種用于監(jiān)測構(gòu)件(10)的方法，所述方法包括：

在第一時間沿著相互垂直的x軸線和y軸線測量跨越參照區(qū)域(40)的電場值，所述參照區(qū)域(40)包括多個基準部(42)，其構(gòu)造在所述構(gòu)件(10)上，以影響所述電場值；以及

組合包括根據(jù)測量的電場值的數(shù)據(jù)點組的第一區(qū)域分布。

技術方案30.根據(jù)技術方案29所述的方法，其特征在于，所述構(gòu)件(10)包括渦輪構(gòu)件(10)，并且所述測量步驟包括測量跨越所述參照區(qū)域(40)的電容的變化。

技術方案31.根據(jù)技術方案29所述的方法，其特征在于，所述測量步驟包括計算在垂直于所述x軸線和所述y軸線的z軸線上的z軸線數(shù)據(jù)點組，以及

其中所述組合步驟包括基于x軸線數(shù)據(jù)點組、y軸線數(shù)據(jù)點組和所述z軸線數(shù)據(jù)點組而組合所述參照區(qū)域(40)的三維區(qū)域分布。

技術方案32.根據(jù)技術方案31所述的方法，其特征在于，所述基準部(42)包括多個邊緣凸脊，

其中所述測量步驟包括接合所述凸脊與電容掃描器(60)，并且識別所述掃描器(60)處的電容變動，以及

其中所述計算步驟包括根據(jù)所述電容變動而確定z軸線數(shù)據(jù)值。

技術方案33.根據(jù)技術方案31所述的方法，其特征在于，所述基準部(42)包括多個節(jié)結(jié)，其形成為矩陣網(wǎng)，

其中檢測包括接合所述節(jié)結(jié)與電容掃描器(60)，并且識別所述掃描器(60)處的電容變動，以及

其中所述計算步驟包括根據(jù)所述電容變動而確定z軸線數(shù)據(jù)值。

技術方案34.根據(jù)技術方案29所述的方法，其特征在于，所述測量步驟在第一時間進行，并且所述方法進一步包括：

在第二時間測量跨越所述參照區(qū)域(40)的電場值，所述第二時間不同于所述第一時間；以及

組合包括根據(jù)測量的電場值的第二數(shù)據(jù)點組的第二區(qū)域分布。

技術方案35.根據(jù)技術方案34所述的方法，其特征在于，進一步包括比較所述第一區(qū)域分布和所述第二區(qū)域分布。

參照以下描述和所附權利要求，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將變得更好理解。附圖結(jié)合在本說明書中且構(gòu)成說明書的一部分，附圖示出本發(fā)明的實施例，并且和描述共同用來說明本發(fā)明的原理。

附圖說明

針對本領域普通技術人員，在說明書中闡述本發(fā)明的完整和能夠?qū)嵤┑墓_，包括其最佳模式，說明書參照了附圖，其中：

圖1為根據(jù)本公開的一個或多個實施例的示例性構(gòu)件的透視圖，其包括電場掃描器和參照區(qū)域；

圖2為根據(jù)本公開的一個或多個實施例的示例性構(gòu)件的示意性側(cè)視圖，其包括設置在構(gòu)件上的電場掃描器；

圖3為根據(jù)本公開的一個或多個實施例的多個基準部標記器的俯視圖；

圖4為根據(jù)本公開的一個或多個實施例的多個基準部標記器的俯視圖；

圖5為根據(jù)本公開的一個或多個實施例的多個基準部標記器的俯視圖；

圖6為根據(jù)本公開的一個或多個實施例的示例性電掃描器實施例的分解示意圖；以及

圖7為示出根據(jù)本公開的一個或多個實施例的用于監(jiān)測構(gòu)件變形的方法的流程圖。

參照構(gòu)件

10構(gòu)件

12外表面

40參照區(qū)域

42,42a,42b基準部(第一基準部、第二基準部、第三基準部)

44(渦輪構(gòu)件的)基部部分

46列間隔

48行間隔

50頂峰

52低谷

60電場掃描器

62多層電容網(wǎng)

64第一電極層

66第二電極層

68檢測電極

70均勻襯底

72交點

100處理器

200方法

210方法步驟

220方法步驟

230方法步驟

240方法步驟

250方法步驟

d距離

l(參照區(qū)域的)長度

w(參照區(qū)域的)寬度

t(突起的)厚度

h(突起的)高度。

具體實施方式

現(xiàn)在將詳細參照本發(fā)明的實施例，其一個或多個示例示出在附圖中。以闡述本發(fā)明，而非限制本發(fā)明的方式提供各個示例。實際上，對于本領域技術人員將顯而易見的是，在本發(fā)明中可作出修改和變型，而不偏移其范圍或精神。例如，作為一個實施例的一部分示出或描述的特征可與另一個實施例一起使用，以產(chǎn)生又一個實施例。因而，意圖的是，本發(fā)明覆蓋落在所附權利要求和其等效方案的范圍內(nèi)的這種修改和變型。

現(xiàn)在參照圖1和2，示出構(gòu)件10，其中參照區(qū)域40構(gòu)造在構(gòu)件的外表面12的一部分上。如顯示的那樣，場掃描器60可設置在參照區(qū)域40和/或外表面12上。圖1中示出的示例構(gòu)件10的實施例包括渦輪構(gòu)件，其包括渦輪葉片。但是，構(gòu)件10(且更具體而言，總構(gòu)件10的襯底11)可包括用于多個不同應用中的多個類型的構(gòu)件，諸如，例如，用于高溫應用中的構(gòu)件(例如，包括鎳或鈷基超合金的構(gòu)件)。在一些實施例中，構(gòu)件10可包括工業(yè)燃氣渦輪或蒸汽渦輪構(gòu)件，諸如燃燒構(gòu)件或熱氣路徑構(gòu)件。在一些實施例中，構(gòu)件10可包括渦輪葉片、壓縮機葉片、導葉、噴嘴、護罩、轉(zhuǎn)子、過渡件或殼。在可選的實施例中，構(gòu)件10可包括渦輪的任何其它構(gòu)件，諸如用于燃氣渦輪、蒸汽渦輪等的任何其它構(gòu)件。在一些實施例中，構(gòu)件可包括非渦輪構(gòu)件，包括但是不限于汽車構(gòu)件(例如，轎車、卡車等)、航空構(gòu)件(例如，飛機、直升機、航天飛機、鋁部件等)、機車或軌道構(gòu)件(例如，火車、火車軌道等)、結(jié)構(gòu)、基礎或土木工程構(gòu)件(例如，橋、建筑、施工設備等)和/或發(fā)電站或化學處理構(gòu)件(例如，用于高溫應用中的管道)。

如在圖2到5中示出，參照區(qū)域40可包括多個基準部42。在一些實施例中，各個基準部42形成為構(gòu)件10的外表面12上的突起。大體上，各個基準部42可限定在相互垂直的x、y和z軸線上。在可選的實施例中，各個基準部42從構(gòu)件10的基部部分44向外延伸。在各個基準部42之間，可限定間隔距離d。因此，各個突起基準部42包括相對于構(gòu)件基部部分44的高度h(例如，最大高度)和大致平行于基部部分44的厚度t(例如，最大厚度)。在可選的實施例中，各個基準部42包括多個高度h和厚度t度量。在一些實施例中，各個基準部42沿著其高度h具有基本均勻厚度t。這種實施例可幫助促進更精確測量，以用于在基準部42之間的后續(xù)應變計算。各個基準部42的高度h可為適于后續(xù)識別而不顯著影響下面的構(gòu)件10的性能的任何適當?shù)母叨取＠纾恍┗鶞什?2的實施例可包括在0.01毫米和5毫米之間的高度h。額外或備選基準部42實施例可包括在0.001毫米和5毫米之間的厚度t。此外，各個基準部42的高度h和厚度t可基本與其它基準部42相同，或根據(jù)預定型式而不同。

根據(jù)本公開的各個基準部42可使用任何適當?shù)募夹g構(gòu)造在構(gòu)件10上，包括整體或單件成形；淀積技術；適當?shù)脑霾闹圃旒夹g；或使用適當?shù)陌惭b設備或技術來安裝以前形成的參照區(qū)域基準部42，諸如，粘附、焊接、釬焊等。例如，一些基準部42實施例包括突起，其形成為整體部件，其可固定地附連到構(gòu)件10的基部部分44和形成于構(gòu)件10的基部部分44上?？蛇x的基準部42實施例可包括一種或多種電容不同的材料，其設置在構(gòu)件10上或內(nèi)。在這種實施例中，電容材料可具有傳導率或電容值，其相對于構(gòu)件10是顯著不同的。例如，基準部材料具有的電容值可顯著大于形成構(gòu)件10的材料。備選地，基準部材料具有的電容值可顯著小于形成構(gòu)件10的材料。

在參照區(qū)域40的一些實施例中，基準部42可在構(gòu)件10的外表面12上構(gòu)造成預定型式。如所示出，電場掃描器60可選擇性地放置在參照區(qū)域40的基準部42上和/或接觸參照區(qū)域40的基準部42，以分析參照區(qū)域40。此外，處理器100可與電場掃描器60進行可操作通信，以測量被跨越參照區(qū)域40的基準部42影響的電場值，如在下面描述的那樣。

參照區(qū)域40大體包括至少兩個基準部42a和42b，其以預定型式定位，所述預定型式包括在基準部42a和42b之間的間隔距離d，這可以多個時間間隔測量。如本領域技術人員將理解，這些測量可幫助確定在構(gòu)件10的那個區(qū)域處的應變、應變速率、蠕變、疲勞、應力等的量。至少兩個基準部42a和42b可以多個距離設置和設置在多個位置，這取決于特定構(gòu)件10，只要可測量在其之間的距離d。此外，至少兩個基準部42a和42b可包括圓形節(jié)結(jié)、升高的邊緣凸脊或任何其它幾何或非幾何形狀，只要它們可一致地識別，且可用來測量它們之間的間隔距離d。如顯示的那樣，處于多個間隔的多個基準部42可形成在一些實施例中。這種實施例可提供更多的距離度量d，諸如在最外基準部之間，在兩個基準部或外基準部之間，或為其之間的任何組合。通過跨越多個位置提供應變測量，更多的變化可進一步對構(gòu)件10的特定部分提供較穩(wěn)定可靠的應變分析。

參照區(qū)域40可構(gòu)造在多個構(gòu)件10的多個位置中的一個或多個中。例如，如上面所論述，參照區(qū)域40可構(gòu)造在渦輪葉片、導葉、噴嘴、護罩、轉(zhuǎn)子、過渡件或殼上。在這種實施例中，參照區(qū)域40可構(gòu)造于在單元操作期間已知會經(jīng)歷多個力的一個或多個位置上，諸如在翼型件、平臺、末梢或任何其它適當?shù)奈恢蒙匣蚋浇?。此外，參照區(qū)域40可形成于已知會經(jīng)歷升高的溫度的一個或多個位置上。例如參照區(qū)域40可構(gòu)造在燃氣路徑或燃燒構(gòu)件10上。

在一些實施例中，多個參照區(qū)域40可構(gòu)造在單個構(gòu)件10或多個構(gòu)件10上。例如，多個參照區(qū)域40可在單個構(gòu)件10(例如，渦輪葉片)上構(gòu)造在多個位置，使得可確定圍繞單獨的構(gòu)件10的大量位置處的應變。備選或另外，多個類似構(gòu)件10(例如，多個渦輪葉片)可各自具有參照區(qū)域40，其構(gòu)造在標準位置，使得各個特定構(gòu)件10經(jīng)歷的應變量可與其它相同構(gòu)件10進行比較。在甚至一些實施例中，同一設備的多個不同構(gòu)件10(例如，同一渦輪的渦輪葉片和導葉)可各自具有構(gòu)造在其上的參照區(qū)域40，使得可確定在總設備內(nèi)的不同位置處經(jīng)歷的應變量。

多個構(gòu)件10或部分構(gòu)件可包括單獨的參照區(qū)域40，其具有離散的預定型式。換句話說，一個構(gòu)件10或部分的預定型式是可區(qū)別于和不同于另一個構(gòu)件10或部分的預定參照型式。這可允許在構(gòu)件10的壽命中識別和跟蹤離散的構(gòu)件和/或部分。

參照區(qū)域40的尺寸可取決于例如構(gòu)件10、參照區(qū)域40的位置、測量的目標精度、應用技術和電場測量技術。例如，在一些實施例中，參照區(qū)域40可包括長度l和寬度w，其范圍為小于10毫米到大于300毫米。

如圖3中顯示的那樣，參照區(qū)域40的示例性實施例包括多個整體地形成的突起節(jié)結(jié)。各個節(jié)結(jié)因此可由與構(gòu)件10基本相同的材料形成。節(jié)結(jié)以預定矩陣型式沿著相互垂直的x和y軸線布置。矩陣型式可包括預選擇的列間隔46和預選擇的行間隔48，以在各個相鄰節(jié)結(jié)之間限定距離d。類似地，在圖4的示例性實施例中，參照區(qū)域40包括多個突起邊緣凸脊。邊緣凸脊以預定波紋型式沿著相互垂直x和y軸線布置。波紋型式包括預選擇的波紋間隔，其在各個相鄰波紋之間限定距離d。此外，各個波紋基準部42可在z軸線上具有相對于低谷52升高的頂峰，以產(chǎn)生突起高度的變動。如圖5中示出，在系統(tǒng)測量各個基準部42的相對位移以及因此測量構(gòu)件10的變形時，可在各個軸線上跟蹤參照區(qū)域40的移動m。另外，在包括預定型式的實施例中，測量的相對于預定型式的使用前偏差可被觀察或檢測為構(gòu)件和/或構(gòu)件制造過程的故障標記。

現(xiàn)在參照圖2和6，電場掃描器60構(gòu)造成分析跨越參照區(qū)域40的電場。如圖2中示出，電場掃描器60可沿著相互垂直的x軸線和y軸線定位在參照區(qū)域40和構(gòu)件10上。在可選的實施例中，電場掃描器60可放置成直接接觸一個或多個基準部42。因而，電場掃描器60可在垂直于x和y軸線的z軸線上基本平行于構(gòu)件10。在使用期間，電場掃描器60可分析被跨越參照區(qū)域40的基準部42影響的電場。處理器100可操作地連接到電場掃描器60且可操作來測量電場和組合對應的區(qū)域分布。具體而言，處理器100可操作來沿著相互垂直的x軸線和y軸線測量電場值，以及組合包括根據(jù)測量的電場值的數(shù)據(jù)點組的區(qū)域分布。可選地，數(shù)據(jù)點組可包括x軸線數(shù)據(jù)點組和y軸線數(shù)據(jù)點組。

大體上，如本文使用，用語“處理器”不僅表示在本領域中稱為包括在計算機中的集成電路，而且還表示控制器、微控制器、微計算機、可編程邏輯控制器(plc)、專用集成電路和其它可編程電路。處理器100可還包括多個輸入/輸出通道，用于接收來自與處理器100通信的多個其它構(gòu)件的輸入和將控制信號發(fā)送到與處理器100通信的多個其它構(gòu)件，諸如電場掃描器60。處理器100可進一步包括適當?shù)挠布?或軟件，用于存儲和分析來自電場掃描器60的輸入和數(shù)據(jù)以及大體執(zhí)行方法步驟，如本文描述。

大體上，處理器100可操作來沿著相互垂直的x軸線和y軸線測量參照區(qū)域40。處理器100可沿著x軸線和y軸線測量來自信號的電場值，以獲得x軸線數(shù)據(jù)點和/或y軸線數(shù)據(jù)點，它們至少部分地形成數(shù)據(jù)點組。在其中獲得x數(shù)據(jù)點和y數(shù)據(jù)點兩者的一些實施例中，數(shù)據(jù)點組可包括x軸線數(shù)據(jù)點組和y軸線數(shù)據(jù)點組。如上面所提到，電場值可受基準部42的存在和/或定位影響?？蛇x地，處理器100可操作來識別一個或多個基準部。在一些實施例中，處理器100可識別與各個基準部相關聯(lián)的離散的電場值。

在一些額外或備選實施例中，處理器100進一步可操作來計算z軸線數(shù)據(jù)點，作為在z軸線上的z軸線數(shù)據(jù)點組的一部分。x軸線數(shù)據(jù)點、y軸線數(shù)據(jù)點和z軸線數(shù)據(jù)點為與參照區(qū)域40的測量相關的維度數(shù)據(jù)點。例如，數(shù)據(jù)點可指示表面和/或基準部42在一個或多個軸線上相對于參照表面(諸如構(gòu)件10的外表面12)或相對于彼此的位置。

處理器100還可操作來基于數(shù)據(jù)點組而組合一個或多個區(qū)域分布。可選地，數(shù)據(jù)點組可包括離散的x軸線數(shù)據(jù)點組和y軸線數(shù)據(jù)點組。在一些實施例中，處理器100進一步可操作來基于x軸線數(shù)據(jù)點組、y軸線數(shù)據(jù)點組和z軸線數(shù)據(jù)點組而組合參照區(qū)域40的一個或多個三維分布。針對相關聯(lián)構(gòu)件10，可在不同時間測量和組合區(qū)域分布，諸如在渦輪機中使用或其它操作使用之前和在這種使用的一定時期之后或在這種使用的不同的時期之后?？扇缓鬁y量分布的維度差異且將其用于例如后續(xù)的應變計算中。

如圖2和6中顯示的那樣，將描述示例性電場掃描器60的實施例。具體而言，電場掃描器60可包括電容掃描器，其用于檢測跨越參照區(qū)域40的電容電場的變動。這種實施例可構(gòu)造成分析和識別接觸掃描器60的多個點、突起和/或基準部42。例如，示例性電容掃描器可包括多層電容網(wǎng)62。在這種實施例中，兩個垂直的電極層64和66可連結(jié)到一個或多個襯底70，以促進直接分析跨越x軸線和y軸線的點。如顯示的那樣，第一電極層64包括多個相互平行的檢測電極68，其沿相同方向延伸。第二電極層66包括多個相互平行的檢測電極68，其沿垂直于第一電極層64的方向的相同方向延伸。電極層64和66兩者可定位成鄰近彼此，與均勻襯底70附連。在一些實施例中，一個或多個分離層(未顯示)可定位在電極層64和66之間，防止在它們之間的潛在的相互作用。

在一些實施例中，均勻襯底70可由柔性材料形成且構(gòu)造成容許基本彈性變形。在使用期間，電容掃描器可非破壞性地變形，以基本匹配構(gòu)件10和/或外表面12的形狀。在可選的實施例中，襯底70包括柔性片材，其由聚對苯二甲酸乙二醇酯形成。

檢測電極68可由一種或多種傳導材料形成，以便淀積在均勻襯底70上。在一些實施例中，這包括氧化銥錫，或另一種適當?shù)牟牧?。在這種實施例中，電極層可64,66使用適當?shù)臑R射技術而附連或淀積在均勻襯底70上。在組裝好時，多個中間區(qū)段72將出現(xiàn)在第一層64的電極68與第二層66的電極68重疊所處的點上。在這種實施例中，可在多個交點72處檢測電容，以產(chǎn)生網(wǎng)狀電容圖像。電容掃描器可包括適于檢測基準部42中的移動m和變動的任何分辨率。例如，一些實施例的電容掃描器在x軸線和y軸線上具有在200點/英寸和1000點/英寸之間的分辨率。

可選地，電掃描器60可使用互電容來檢測基準部42中的幾何變動。因此，第一電極層64可例如為發(fā)射電極，而第二電極層66可為接收電極。第一層64的電極68可因而又是脈沖的，而且可在基準部42接觸掃描器60處測量第二層66的電極68的電容變化。任何特定x,y交點72處的變化與特定位置相關。在感測這種變化時，信號被發(fā)送到處理器100，處理器100測量信號且基于這信號建立電場值。各個交點值可組織成x軸線數(shù)據(jù)點組和y軸線數(shù)據(jù)點組。在可選的實施例中，變動和總電容場強可用來計算z軸線數(shù)據(jù)點，其表示傳感器離陣列66的距離。如所提到的那樣，數(shù)據(jù)點可匯集成相應x軸線、y軸線和z軸線數(shù)據(jù)點組。

如還提到的，在獲得參照區(qū)域40的x軸線數(shù)據(jù)點和y軸線數(shù)據(jù)點之后，可諸如通過處理器100組合包括基準部42的參照區(qū)域40的區(qū)域分布。因此，區(qū)域分布可基于數(shù)據(jù)點組。此外，數(shù)據(jù)點組可包括x軸線數(shù)據(jù)點組或y軸線數(shù)據(jù)點組中的一個或多個。例如，處理器100可收集數(shù)據(jù)點和沿著相關x和y軸線輸出所有數(shù)據(jù)點的曲線。可選的實施例可進一步包括計算出的z軸線數(shù)據(jù)點和數(shù)據(jù)點組，從而允許沿著相關x、y和z軸線輸出所有數(shù)據(jù)點的曲線。

進一步，可諸如通過處理器100比較多個區(qū)域分布。例如，可觀察和測量沿著參照區(qū)域40的多個特征的x軸線、y軸線和(在可選的實施例中)z軸線的位置在多個分布之間的差異，以用于后續(xù)應變計算中。進一步，可執(zhí)行這種應變計算。

在示例性實施例中，參照區(qū)域40的與另一個分布比較的各個分布基于在不同時間針對構(gòu)件10獲得的x軸線數(shù)據(jù)點和y軸線數(shù)據(jù)點。例如，第一區(qū)域分布可基于在第一時間獲得的數(shù)據(jù)點組，并且第二區(qū)域分布可基于在第二時間獲得的數(shù)據(jù)點組。第一時間可出現(xiàn)在渦輪機中使用或其它操作之前，或可出現(xiàn)在某個量的這種操作之后。第二時間可出現(xiàn)在某個量的這種操作之后以及，在示例性實施例中，在出現(xiàn)第一時間之后。例如，對于新制造的構(gòu)件10，第一時間可為零，而第二時間可出現(xiàn)在構(gòu)件10使用特定時間段之后。通過在這些不同的時間測量參照區(qū)域40，可計算由于使用構(gòu)件10而產(chǎn)生變形等和產(chǎn)生的應變。

如所提到的，并且現(xiàn)在參照圖7，本公開額外涉及用于監(jiān)測構(gòu)件10的變形的方法200。示例性實施例中的這種方法200可通過處理器100執(zhí)行，如上面所論述。方法200可包括，例如，步驟210：沿著相互垂直的x軸線和y軸線測量跨越參照區(qū)域40的電場值，以獲得的第一數(shù)據(jù)點組，例如，第一x軸線數(shù)據(jù)點組和第一y軸線數(shù)據(jù)點組。測量步驟210可包括測量電容掃描器處的電容場。如上面描述，掃描器60可放置成直接接觸外表面12和/或基準部42。此外，掃描器60可非破壞性地變形或彎曲以匹配外表面12的輪廓。

方法200進一步包括步驟220：基于第一數(shù)據(jù)點組而組合參照區(qū)域40的第一區(qū)域分布?？蛇x地，步驟220可包括計算在垂直于x軸線和y軸線的z軸線上的第一z軸線數(shù)據(jù)點組，計算基于第一x軸線數(shù)據(jù)點組和第一y軸線數(shù)據(jù)點組。在這種實施例中，步驟230可包括基于第一x軸線數(shù)據(jù)點組、第一y軸線數(shù)據(jù)點組和第一z軸線數(shù)據(jù)點組而組合參照區(qū)域40的第一三維分布。

步驟210可在第一時間進行，并且區(qū)域分布可基于在第一時間的x軸線數(shù)據(jù)點組和y軸線數(shù)據(jù)點組，如上面所論述。方法實施例200可因而進一步包括例如步驟230：在第二時間沿著x軸線和y軸線測量參照區(qū)域40，以獲得第二數(shù)據(jù)點組，例如，第二x軸線數(shù)據(jù)點組和第二y軸線數(shù)據(jù)點組，如上面所論述。第二時間可不同于第一時間，且在示例性實施例中，在第一時間之后。進一步，方法200可包括例如步驟240：基于第二時間的x軸線數(shù)據(jù)點和y軸線數(shù)據(jù)點而組合區(qū)域傳感器的第二區(qū)域分布，如上面所論述。再進一步，方法200可包括例如步驟250：比較第一三維分布和第二三維分布，如上面所論述。

本書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領域任何技術人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可取得專利的范圍由權利要求限定，并且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例包括不異于權利要求的字面語言的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權利要求的字面語言無實質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)要素，則它們意于處在權利要求的范圍之內(nèi)。