RU2531055C2 - Устройство для измерения кручения вращающегося вала - Google Patents
Устройство для измерения кручения вращающегося вала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2531055C2 RU2531055C2 RU2011133038/28A RU2011133038A RU2531055C2 RU 2531055 C2 RU2531055 C2 RU 2531055C2 RU 2011133038/28 A RU2011133038/28 A RU 2011133038/28A RU 2011133038 A RU2011133038 A RU 2011133038A RU 2531055 C2 RU2531055 C2 RU 2531055C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shaft
- filter
- filters
- receiver
- laser beam
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/08—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving optical means for indicating
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
- G01L3/12—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving photoelectric means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Abstract
Устройство содержит генератор (27) лазерного луча, первый поляризующий фильтр (29) и второй поляризующий фильтр (31), закрепленные на валу и расположенные на расстоянии друг от друга, и приемник (33) лазерного излучения. Лазерный луч, излучаемый генератором, проходит через оба фильтра к приемнику. Отражательная система установлена вблизи второго фильтра (31) для отражения луча, который прошел через этот фильтр, и возвращения луча параллельно самому себе к приемнику. Отражательная система содержит зеркало в форме усеченного конуса с углом 45°. Один из фильтров (29) содержит кольцо, в котором чередуются поляризующие зоны и неполяризующие зоны с образованием последовательности периодических информаций, представляющих соответственно измеренное значение и опорное значение. Технический результат - создание оптического устройства для измерения кручения вращающегося вала. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Область техники
Настоящее изобретение относится к измерению кручения вращающегося вала и, в частности, к устройству, которое имеет небольшой вес и высокую точность и которое обеспечивает возможность измерения непосредственно кручения вращающегося вала и, предпочтительно, вывода из него передаваемого валом крутящего момента. Кроме того, изобретение обеспечивает возможность непрерывного мониторинга нахождения значения кручения ниже критического значения, при превышении которого возможна поломка. Изобретение применяется, в частности, для измерения кручения вала вентилятора в турбореактивном двигателе самолета, однако его можно применять в принципе также в других силовых системах, в частности в турбореактивном двигателе, имеющем два вращающихся в противоположных направлениях пропеллера.
Предшествующий уровень техники
В турбореактивном двигателе с двойным потоком нет устройства для измерения непосредственно кручения вала «низкого давления», который приводит в действие вентилятор. Тем не менее, такая информация полезна не только для мониторинга работы турбореактивного двигателя, но также для прогнозирования неисправностей.
Такой турбореактивный двигатель обычно снабжен механическим устройством для измерения крутящего момента, обеспечиваемого турбиной.
Это устройство имеет большой вес и не очень большую точность.
Известен документ WO 2004/067215, где описано электромагнитное средство для измерения кручения вала.
Краткое описание существа изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание оптического устройства для измерения кручения вращающегося вала.
В частности, предлагается устройство для измерения кручения вращающегося вала, в частности приводного вала, при этом устройство содержит генератор лазерного луча, два поляризующих фильтра, закрепленных на валу и расположенных на расстоянии друг от друга, и приемник лазерного излучения, при этом генератор установлен так, что излучаемый им лазерный луч проходит через оба фильтра и приемник установлен с возможностью приема лазерного луча после его прохождения через оба фильтра, при этом устройство отличается тем, что вблизи такого фильтра установлена отражательная система с целью отражения луча, который прошел через этот фильтр, и возвращения его параллельно самому себе к приемнику, и тем, что отражательная система содержит зеркало в форме усеченного конуса с углом 45°.
В предпочтительном варианте воплощения два фильтра установлены на самом валу вблизи соответствующего одного из его двух концов. Когда вал полый, то оба фильтра предпочтительно установлены внутри вала.
Согласно другому предпочтительному варианту воплощения генератор и приемник расположены перпендикулярно оси вращения вала и по обе стороны от него так, что их оптические оси находятся на одной линии. При этом другое зеркало в форме усеченного конуса с углом 45°, которое установлено на валу, расположено между излучателем и приемником.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения один из фильтров содержит кольцо, в котором чередуются поляризующие зоны и неполяризующие зоны с образованием периодической последовательности поляризаций, представляющих измеренное значение и опорное значение.
Это обеспечивает своего рода калибровку для системы измерения.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
фиг.1 изображает продольный разрез половины турбореактивного двигателя с двойным потоком, снабженного устройством для измерения кручения согласно изобретению;
фиг.2 изображает фрагмент верхней по потоку части устройства в увеличенном масштабе;
фиг.3 изображает фрагмент нижней по потоку части устройства в увеличенном масштабе;
фиг.4 изображает схему измерения опорного значения и
фиг.5 изображает схему измерения значения, представляющего кручение вала.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
На фиг.1-3 изображены основные узлы турбореактивного двигателя 11 самолета с двойным потоком, а именно в направлении потока сверху вниз, - вентилятор 13, компрессор 15 низкого давления, компрессор 16 высокого давления, камера 19 сгорания, турбина 21 высокого давления и турбина 23 низкого давления. Турбина низкого давления соединена с полым осевым валом 25 в направлении оси Х, который приводит во вращение ротор вентилятора 13.
Все эти элементы хорошо известны и не требуют подробного описания.
Главной задачей изобретения является непрерывное измерение угла кручения вала 25. Этот вал представляет в целом трубчатую структуру, которая в данном варианте выполнения облегчает установку компонентов измерительного устройства согласно изобретению.
Устройство содержит генератор 27 лазерного луча, первый поляризующий фильтр 29, второй поляризующий фильтр 31 и приемник 33 лазерного излучения типа фотоэлектрической ячейки. Оба фильтра закреплены на валу 25. Они предназначены для прохождения через них лазерного луча. Первый фильтр 29, через который сначала проходит лазерный луч, расположен вблизи верхнего по потоку конца вала (на стороне вентилятора), в то время как второй фильтр 31, проходимый вторым, расположен вблизи нижнего по потоку конца вала (на стороне турбины высокого давления).
В целом генератор 27 установлен согласно изобретению так, что лазерный луч проходит через оба фильтра, и приемник 33 установлен так, чтобы принимать луч после его прохождения через оба фильтра.
Кроме того, вблизи одного из фильтров (указанного здесь второго фильтра) установлена (в этом примере ниже по потоку) отражательная система 35 с целью отражения луча, который прошел через этот фильтр, и возвращения его параллельно самому себе к приемнику 33. Эта часть устройства показана на фиг.3. А именно второй поляризующий фильтр 31 и отражательная система 35 расположены на общей опоре 39, установленной внутри вала 25 вблизи нижнего по потоку конца, т.е. на стороне турбины 23. Установленная в осевом направлении сверху вниз по потоку эта опора 39 несет второй поляризующий фильтр 31 и зеркало в форме усеченного конуса под углом 45° относительно оси Х вращения. Следовательно, лазерный луч F, проходящий первый раз через поляризующий фильтр 31 на расстоянии d от оси Х вращения, дважды отражается и возвращается параллельно самому себе в направлении, которое симметрично относительно оси Х вращения.
На стороне верхнего по потоку конца вала 25 напротив друг друга перпендикулярно оси Х вращения указанного вала и по обе стороны от него расположены генератор 27 и приемник 33. Таким образом, их оптические оси находятся на одной линии, и другое зеркало 43 в форме усеченного конуса, установленное в осевом направлении на валу 25, расположено между излучателем и приемником. Вблизи этого верхнего по потоку конца вала расположена без возможности вращения вместе с валом опора 45, несущая сверху вниз по потоку это зеркало 43 в форме усеченного конуса и первый поляризующий фильтр 29.
Такое расположение позволяет направлять лазерный луч F, излучаемый генератором, к первому поляризующему фильтру 29 параллельно оси Х и обеспечивает отражение луча обратно к приемнику 33 после прохождения второй раз через первый поляризующий фильтр 29.
Прозрачный экран 46 расположен поперек выше по потоку от вала с целью исключения выхода взвеси масла и загрязнения оборудования.
Между генератором 27 и зеркалом 43 и между зеркалом 43 и приемником 33 лазерный луч проходит через отверстия 49, которые образованы в диске вентилятора.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения один из фильтров, в данном случае первый фильтр 29, включает кольцо, в котором имеются попеременно поляризующие зоны 51 и неполяризующие зоны 52, что обеспечивает возможность получения периодической последовательности поляризаций, представляющих соответственно измеренное значение и опорное значение.
Ниже приводится описание работы со ссылками на фиг.4 и 5.
Генератор излучает луч перпендикулярно оси вращения, при этом луч направляется к зеркалу 43 в форме усеченного конуса. Поэтому он возвращается параллельно оси Х. Этот луч проходит первый раз через первый фильтр 29, который расположен выше по потоку, а затем через второй фильтр 31, который расположен ниже по потоку. Он дважды отражается зеркалом 35 в форме усеченного конуса и возвращается параллельно самому себе. Он проходит еще раз через второй фильтр 31 и затем через первый фильтр 29, прежде чем быть отраженным последний раз к приемнику 33. Первый фильтр имеет четыре сектора 51, 52, занимающих каждый 90° и имеющих следующие поляризации:
- вертикальную поляризацию;
- без поляризации;
- горизонтальную поляризацию и
- без поляризации.
Пусть I0 будет интенсивностью лазерного луча, излучаемого генератором 27. Когда угловое положение вала 25 относительно луча соответствует показанному на фиг.4 положению (без ослабления первым фильтром), то значение интенсивности, измеряемое приемником 33, представляет опорное значение, которое не превышает I0/2.
Когда угловое положение вала 25 относительно луча F соответствует показанному на фиг.5 положению, то измеренное значение интенсивности является функцией опорного значения и угла θ кручения.
Таким образом, приемник 33 принимает изменяющийся сигнал. Отношение минимального значения к максимальному значению этого сигнала пропорционально sin2(2θ). Таким образом обеспечивается непосредственно получение угла θ кручения. Кроме того, частота этого сигнала представляет скорость вращения вала. Зная скорость и кручение (и тем самым крутящий момент), можно непрерывно определять механическую мощность, передаваемую валом.
Claims (7)
1. Устройство для измерения кручения вращающегося вала (25), в частности приводного вала, содержащее генератор (27) лазерного луча, первый поляризующий фильтр (29) и второй поляризующий фильтр (31), закрепленные на валу и расположенные на расстоянии друг от друга, и приемник (33) лазерного излучения, при этом генератор установлен так, что излучаемый им лазерный луч проходит через оба фильтра и приемник установлен с возможностью приема лазерного луча после его прохождения через оба фильтра, отличающееся тем, что отражательная система (35) установлена вблизи второго фильтра (31) для отражения луча, который прошел через этот фильтр, и возвращения луча параллельно самому себе к приемнику, и тем, что отражательная система содержит зеркало (35) в форме усеченного конуса с углом 45° и один из фильтров (29) содержит кольцо, в котором чередуются поляризующие зоны (51) и неполяризующие зоны (52) с образованием последовательности периодических информаций, представляющих соответственно измеренное значение и опорное значение.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что два фильтра (29, 31) установлены на валу (25) вблизи соответствующего одного из двух концов.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что генератор (27) и приемник (33) расположены напротив друг друга перпендикулярно оси (X) вращения вала (25) и по обе стороны от вала так, что их оптические оси находятся на одной линии, при этом другое зеркало (43) в форме усеченного конуса с углом 45°, установленное на валу, расположено между излучателем (27) и приемником (33).
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вал (25) является полым и в нем размещены фильтры (29, 31).
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в валу расположена отражательная система (35).
6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в валу расположено другое зеркало (43) в форме усеченного конуса.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно связано с валом (25) вентилятора в турбореактивном двигателе самолета.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR0950078A FR2940833B1 (fr) | 2009-01-08 | 2009-01-08 | Dispositif de mesure de torsion d'un arbre tournant |
FR0950078 | 2009-01-08 | ||
PCT/FR2010/050014 WO2010079300A1 (fr) | 2009-01-08 | 2010-01-07 | Dispositif de mesure de torsion d'un arbre tournant |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011133038A RU2011133038A (ru) | 2013-02-20 |
RU2531055C2 true RU2531055C2 (ru) | 2014-10-20 |
Family
ID=40852437
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011133038/28A RU2531055C2 (ru) | 2009-01-08 | 2010-01-07 | Устройство для измерения кручения вращающегося вала |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8587780B2 (ru) |
EP (1) | EP2384427B1 (ru) |
JP (1) | JP5524239B2 (ru) |
CN (1) | CN102272567A (ru) |
BR (1) | BRPI1006106B1 (ru) |
CA (1) | CA2748961C (ru) |
FR (1) | FR2940833B1 (ru) |
RU (1) | RU2531055C2 (ru) |
WO (1) | WO2010079300A1 (ru) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10060807B2 (en) * | 2010-06-21 | 2018-08-28 | The Charles Machine Works, Inc. | Method and system for monitoring bend and torque forces on a drill pipe |
JP5465308B1 (ja) * | 2012-11-29 | 2014-04-09 | 正喜 佐藤 | 船舶のプロペラシャフトの曲り状態把握方法及び船舶のプロペラシャフトの曲り状態把握装置 |
US9784091B2 (en) | 2016-02-19 | 2017-10-10 | Baker Hughes Incorporated | Systems and methods for measuring bending, weight on bit and torque on bit while drilling |
US10364663B2 (en) | 2016-04-01 | 2019-07-30 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Downhole operational modal analysis |
FR3110236B1 (fr) | 2020-05-15 | 2022-05-06 | Safran Aircraft Engines | Dispositif de mesure du couple d’un arbre de turbomachine et turbomachine comprenant un tel dispositif |
GB2625255A (en) * | 2022-12-06 | 2024-06-19 | Rolls Royce Plc | Electric vehicle battery pack |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU587325A1 (ru) * | 1976-02-02 | 1978-01-05 | Ленинградский Институт Точной Механики И Оптики | Пол ризационное устройство дл измерени углов скручивани объекта |
US4874245A (en) * | 1988-02-26 | 1989-10-17 | Simmonds Precision Products, Inc. | Optical shaft angular and torsional displacement and speed sensing system |
FR2828278A1 (fr) * | 2001-08-01 | 2003-02-07 | Renault | Capteur de deplacement angulaire et son application dans une direction assistee pour vehicule automobile |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3423593A (en) * | 1966-10-28 | 1969-01-21 | Bell Telephone Labor Inc | Optical beam position sensor |
US3938890A (en) * | 1974-10-15 | 1976-02-17 | Flavell Evan R | Torque transducer utilizing differential optical sensing |
JPS5539019A (en) * | 1978-09-12 | 1980-03-18 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Torque converter |
JPS62124416A (ja) * | 1985-11-25 | 1987-06-05 | Sharp Corp | 光応用センサ |
JPH01118706A (ja) * | 1987-10-31 | 1989-05-11 | Shimadzu Corp | 回転軸の相対角度検出器 |
JPH01282613A (ja) * | 1988-05-10 | 1989-11-14 | Hitachi Kiden Kogyo Ltd | 光ビームを用いた追尾及び追尾通信装置の受信機並びにその受信機を使用した光ビームの追尾装置及び追尾通信装置 |
US5051551A (en) * | 1989-05-18 | 1991-09-24 | Axiom Analytical, Inc. | Immersion probe for infrared internal reflectance spectroscopy |
JP3028967B2 (ja) * | 1991-03-28 | 2000-04-04 | 株式会社東芝 | プローブ |
US5389780A (en) * | 1992-05-14 | 1995-02-14 | Anderson; Philip M. | Optical torque sensor utilizing single polarizing area filters and mechanical amplifier |
WO2004067215A2 (fr) | 2003-01-17 | 2004-08-12 | Hispano Suiza | Dispositif de mesure de deformation angulaire d'un arbre de torsion d'aeronef |
US7586083B2 (en) * | 2007-01-03 | 2009-09-08 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Laser sensor apparatus and method for detecting transmission shaft torque |
-
2009
- 2009-01-08 FR FR0950078A patent/FR2940833B1/fr active Active
-
2010
- 2010-01-07 EP EP10706009.7A patent/EP2384427B1/fr active Active
- 2010-01-07 JP JP2011544904A patent/JP5524239B2/ja active Active
- 2010-01-07 RU RU2011133038/28A patent/RU2531055C2/ru active
- 2010-01-07 CN CN2010800042606A patent/CN102272567A/zh active Pending
- 2010-01-07 WO PCT/FR2010/050014 patent/WO2010079300A1/fr active Application Filing
- 2010-01-07 BR BRPI1006106-1A patent/BRPI1006106B1/pt active Search and Examination
- 2010-01-07 US US13/143,622 patent/US8587780B2/en active Active
- 2010-01-07 CA CA2748961A patent/CA2748961C/fr active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU587325A1 (ru) * | 1976-02-02 | 1978-01-05 | Ленинградский Институт Точной Механики И Оптики | Пол ризационное устройство дл измерени углов скручивани объекта |
US4874245A (en) * | 1988-02-26 | 1989-10-17 | Simmonds Precision Products, Inc. | Optical shaft angular and torsional displacement and speed sensing system |
FR2828278A1 (fr) * | 2001-08-01 | 2003-02-07 | Renault | Capteur de deplacement angulaire et son application dans une direction assistee pour vehicule automobile |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2940833B1 (fr) | 2011-03-11 |
BRPI1006106A2 (pt) | 2016-02-16 |
CN102272567A (zh) | 2011-12-07 |
CA2748961A1 (fr) | 2010-07-15 |
US8587780B2 (en) | 2013-11-19 |
JP5524239B2 (ja) | 2014-06-18 |
FR2940833A1 (fr) | 2010-07-09 |
US20110273724A1 (en) | 2011-11-10 |
EP2384427B1 (fr) | 2014-03-12 |
EP2384427A1 (fr) | 2011-11-09 |
WO2010079300A1 (fr) | 2010-07-15 |
RU2011133038A (ru) | 2013-02-20 |
CA2748961C (fr) | 2018-02-20 |
JP2012514746A (ja) | 2012-06-28 |
BRPI1006106B1 (pt) | 2019-09-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2531055C2 (ru) | Устройство для измерения кручения вращающегося вала | |
RU2513646C2 (ru) | Волоконно-оптическая система и способ измерения множественных параметров турбомашинной системы | |
JP5856058B2 (ja) | マルチモード送光ファイバを用いた光信号ノイズの緩和 | |
EP3077795B1 (fr) | Controle de structure industrielle | |
JP2012514752A (ja) | 分光測定のための方法及び装置 | |
JP6159095B2 (ja) | 変位計測装置及び変位計測方法 | |
EP0443902A2 (fr) | Laser fournissant deux ondes à des fréquences différentes | |
US10488182B2 (en) | Optical measurement device, optical measurement method, and rotating machine | |
US20110058590A1 (en) | Device for spatially resolved temperature measurement | |
JP5184917B2 (ja) | 化学物質検出装置及び方法 | |
JP2013033099A (ja) | 光学遅延装置及び光学遅延方法 | |
CN201716412U (zh) | 脉冲激光同轴发射与接收设备及溢油监测*** | |
JP5507012B2 (ja) | タービンエンジン部品における流体検出 | |
CN110319940A (zh) | 高密度等离子体密度测量的激光光纤干涉仪诊断*** | |
Brown et al. | Water-vapor detection using asynchronous THz sampling | |
US5404228A (en) | Misalignment detection apparatus for transmissiometer with underfilled reflector | |
WO2013146245A1 (ja) | 波長検波型光センサシステム | |
RU2783171C1 (ru) | Способ и устройство для опроса сенсорных элементов волоконных брегговских решеток через торец волокна с использованием кольцевой спекл-картины | |
EP4339579A1 (en) | Solid structure with optical fiber based acoustic inspection devices | |
RU2367984C1 (ru) | Гравитационно-волновой детектор | |
CN113984894A (zh) | 一种基于双波混频的激光超声无损检测装置及其方法 | |
WO2019159375A1 (ja) | 光遅延装置、検査装置、光遅延方法及び検査方法 | |
CN115793147A (zh) | 一种高速光纤的光程延迟装置及延迟方法 | |
Wang et al. | Method for detection of primary mirror figure deformation in space | |
Tanaka et al. | 2P2-17 FBG-based vibration measurement of rotating structure using optical fiber rotary joint |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |