监控发动机部件的制作方法

监控发动机部件的制作方法
【专利摘要】一种使用一个或更多个涡流传感器(14)监控例如齿轮(24)的旋转发动机部件中的局部故障的方法，该涡流传感器(14)设置为随发动机部件(24)在工作期间的旋转与发动机部件(24)相互作用。涡流传感器(14)可以由监控齿轮(26)的一个或更多个齿(16)携载。设备(28)被设置为测量来自涡流传感器(14)的由于与旋转的发动机部件(24)相互作用而形成的输出信号。该输出信号被处理从而检测表示局部故障的输出信号的形状变化。
【专利说明】监控发动机部件

【技术领域】
[0001] 本发明涉及监控发动机部件，更具体地涉及监控发动机中的例如齿轮、转子、轴、 甚至叶片的旋转构件的健康。

【背景技术】
[0002] 发动机监控系统的目的是通过减少或消除部件故障和计划外的停机来改善操作 和维护效率。对许多应用来说，监控齿轮箱的健康是至关重要的。作为一个示例，在风能产 业中，尽管齿轮箱的故障率低于某些其它风力涡轮机部件的故障率，产生的停机时间更长。 维修和/或替换离岸风力润轮机（off-shore wind turbine)的齿轮箱可以是特别费时的。 对于风力涡轮机和其它应用，该停机的费用、以及修理和替换部件的费用是改进齿轮箱监 控的目的中的一个重要目的。例如，齿轮箱和转子故障可能成为需要紧密监控的直升飞机 的风险。齿轮箱监控的其它应用包括汽车产业，特别是一级方程式赛车。
[0003] 当前齿轮箱传感器使用诸如润滑油、异常振动或齿轮箱的发声测量值来诊断其情 况。对于各种测量值，许多不同的参数可以被认为是有用的，可以使用许多试图提供可靠数 据的不同的技术。例如，可以分析润滑油的含水量级别、酸度、温度或粘度。此外，也可以分 析在油内的金属颗粒或其它碎屑的数量、尺寸或成分，因为这些颗粒能够表示例如由于被 啮合的齿轮表面上的凹陷引起的部件磨损。但是，这样的非原位技术典型地检测到故障或 磨损时已经太晚，齿轮已经将要发生故障。因此，不能提前计划预防性维修。
[0004] 在实践中，为了使得监控齿轮的健康更有价值，技术必须适合于尺寸、成本、准确 性和可靠性。此外，测量的参数应该合乎期望地提供足够的提前的齿轮故障警告以允许安 排部件替换并计划停机和维修。由于齿轮齿的操作环境和啮合性质，进行齿轮特别是齿轮 齿的健康的监控是很困难的。光学传感器、甚至电容传感器遭受油污染使得它们不可靠。光 探针特别容易受到污染损害，如果光发射器或光接收器被遮蔽，光探针将无法工作。依赖于 信号反射的其它传感器，例如雷达或声纳，具有类似的问题并且也不能提供足够高的分辨 率来检测小表面故障，例如裂缝和凹痕。由于背景发动机振动，振动或发声传感器变得不敏 感。另外，用于齿轮箱监控的振动和发声方法非常依赖统计数据分析（时域和频域信号处 理）-大量既费时又耗财的手工处理。
[0005] 用于齿轮箱的健康监控的所有的当前技术都具有只能检测在故障即将来临时的 损害的缺点。如果设置健康监控系统是为了减少停机，那么建立有效的维修制度需要健康 监控系统的高度确定性。
[0006] 齿轮箱监控特别缺少在故障之前成功检测齿轮齿损坏、高速轴故障和低速轴故障 的传感器技术。典型地选择用于齿轮箱监控的振动测量和光谱分析不能检测表面或靠近表 面出现故障。振动信号测量齿轮箱壳体运动或轴在它们的轴承中的移动。使用的传感器通 常是在壳体上和齿轮箱内的探针附近的加速计。壳体振动包含大量关于齿轮箱情况和故障 的信息，例如通过比较一段时间的信号能够检测错位。但是，许多故障起初就在高频并且通 常被背景噪音掩盖，相对的位移测量对这样的故障不那样灵敏。这使得很难检测磨损故障， 例如齿轮齿微小和很大的凹陷。


【发明内容】

[0007] 本发明力图提供监控例如齿轮箱的发动机部件的健康的新颖和改进的方法。
[0008] 根据本发明的第一方面，提供了一种用于监控旋转发动机部件的表面或靠近表面 的故障的装置，该装置包括一个或更多个电感传感器，所述电感传感器由可移动构件携载， 所述可移动构件被设置成在所述旋转发动机部件和所述传感器的相对运动期间使所述传 感器经过所述旋转发动机部件的一部分表面。优选地，电感传感器是以400kHz至10MHz，更 优选1-2MHZ范围内的频率被AC驱动的涡流传感器。
[0009] 通过将传感器与可移动构件相结合，能够扫描在发动机部件的整个表面上的传感 器，使得传感器能够在裂缝形成且达到能够导致严重故障的水平之前检测表面中（或靠近 表面）的局部变化。在高频使用AC驱动涡流传感器时，磁场被限制成探查旋转构件的表面 或表面附近，例如达到25 μ m的深度。这表示能够检测例如在齿表面上擦伤的磨损。传感 器提供部件表面条件的直接描述并且能够单独使用或与其它传感器技术结合使用以改善 发动机监控，例如在如风力涡轮机或直升飞机的应用中监控齿轮箱和/或转子轴。在发动 机工作期间当部件旋转时进行监控，由此提供动态健康检查。
[0010] 由于传感器的感应性质，不需要与旋转发动机部件的物理接触，避免了额外的负 载，同时油和/或污垢的污染也不再成为问题。电感传感器检测穿入发动机部件或由发动 机部件产生的磁场变化，该变化表示特别是当涡流传感器以相对高的频率被AC驱动时形 成表面或靠近表面的故障，例如裂缝或凹痕。包括导电部分的任何发动机部件能够被电感 传感器监控。感兴趣的金属部件可以包括发动机轴和齿轮。
[0011] 电感传感器能够使用任何合适种类的磁场传感器，例如固态传感器或线圈。电感 传感器可以包括例如霍尔效应传感器的一个或更多个固态传感器以检测在例如含铁的铁 磁发动机部件中的表面变化。当电感型近距离传感器可以被用来检测表面故障，本发明的 目的是能够准确地检测小规模裂纹，例如由于腐蚀或侵蚀（例如大凹陷或小凹陷）造成 的早期金属损失。这需要高频率灵敏度的电感传感器。还期望的是能够监控非铁部件。 电感传感器优选包括一个或更多个涡流传感器。通过检测由感应的涡电流产生的辅磁场 (secondary magnetic field)，这样能够精确地检测发动机部件的导电材料的表面处或表 面下方的裂纹的传感器是有益的。使用涡流传感器能够监控任何金属发动机部件或甚至例 如具有导电涂层的塑料部件的非金属部件的表面故障。
[0012] 优选地，涡流传感器是AC驱动（有源型）传感器从而能够调整AC驱动信号的频 率。最优选地，涡流传感器被高频AC激励而驱动从而将被监控的旋转构件的渗透深度减 小，因此能够准确检测表面故障，例如大凹陷和小凹陷以及表面裂缝。涡电流以400kHz至 10MHz，优选地至少1MHz最大10MHz，典型在l-2MHz范围内的频率被驱动。
[0013] 使用例如至少500kHz，优选1MHz的相对高频AC驱动的涡流传感器是有益的，能够 有效检测例如划痕、擦伤、小凹陷和大凹陷、渗碳硬化和散裂的表面损伤。这样的表面故障 由磨损造成。磨损是能够以任何速度影响机械传动系统的故障模式。由于相邻部件的滑动 和在部件之间的接触区域中的高压，磨损由从例如齿轮齿的表面的材料移除造成。润滑不 佳能加速磨损的积聚。在齿轮箱中，磨损通常发生在齿上，因为这种区域经受最大的压力和 磨损。根部裂纹在航天齿轮总是重大问题。
[0014] 电感传感器提供幅值与传感器和被监控的表面之间的距离成比例的输出信号 (例如，电压）。如果表面磨坏，那么随着信号幅值变化能够检测到在局部分开距离中的改 变，至少当以足够高的频率驱动传感器以对表面变化敏感。例如，如SU-805097所公开测量 齿轮上增加的齿和电感传感器之间的空隙中的变化以确定在工作表面上磨损的量。但是， 信号幅值的变化可以由在携载传感器的可移动构件和旋转发动机部件之间的分开距离的 大变化造成。如果，例如，旋转发动机部件例如由于失效的轴承而错位，那么这能够被检测 为幅值变化。本发明的实施方案可以因此用于监控大错位以及监控表面或靠近表面的故 障。
[0015] 申请人:已经意识到本发明的特别重要的应用可以是在旋转发动机部件中的局部 故障发展成更大范围的表面磨损之前对它们进行检测。同样重要地是，其能够区分发动机 部件的表面磨损与错位。例如，静态电感传感器能够设置在齿轮箱中的齿轮附近以监控错 位。使用可移动构件以携载一个或更多个电感传感器的特别优点是传感器能够被设置为经 过旋转发动机的整个表面并因此被放置成与部件中的任何局部故障有相互作用。为了检测 局部故障，例如裂缝、渗碳硬化、散裂、小凹陷和大凹陷，即材料从表面移除的位置而不是表 面位置的大的改变，装置优选地使用一个或更多个涡流传感器和处理器以检测电感信号形 状的改变。可以检测信号形状的改变，和或如上所述的幅值改变。
[0016] 这本身是新颖的和创新的，因此根据本发明的第二方面提供了一种用于监控旋转 发动机部件在工作期间的局部故障的方法，该方法包括以下步骤：设置一个或更多个涡流 传感器以随着发动机部件在工作期间旋转时与所述发动机部件相互作用；测量由于与所述 旋转发动机部件相互作用产生的来自涡流传感器的输出信号；以及检测表示局部故障的输 出信号的形状变化。
[0017] 将理解地是，输出信号的形状与信号幅值的任何大改变无关并且使用标准信号处 理技术能够区分这两个效果。例如，包括用于信号分析的工具的MathWorks的MATLAB能检 测与初始设置的数据信号相比的形状变化。当涡流传感器与无故障部件相互作用时，由于 在传感器中的线圈产生的场的圆对称，在材料中产生的涡电流是圆形的。在传感器的位置 处，由涡电流形成的场的切向分量为〇。在存在局部故障的情况下，另一方面，涡电流不再是 对称的，并且由于由裂缝产生的扰乱的涡电流，传感器提供了形状变化的输出信号。图1例 示了例如裂缝的局部故障如何导致来自涡流传感器的输出信号的形状变化的一些示例。
[0018] 由于涡流传感器容忍不干净的和充油的环境，所以它们对于监控旋转发动机部件 的局部故障是理想的。因为油的污染，这样采用光传感器或电容传感器的监控是不可能的。 此外，涡流传感器做得很小从而增加它们的分辨率，意味着它们能够适配在工作发动机以 用于监控发动机部件的运行。除了例如振动测量或含油污染监控的现有的技术以外能够执 行这样的监控。对于局部故障的监控结果能够有益地与传统技术相结合以改善发动机情况 的整体诊断并且允许安排停机时间来进行维修。
[0019] 通过检测输出信号的形状变化，能够检测局部故障，例如孔、裂缝、凹陷、擦伤、磨 损区域等。因此，能够提早识别故障，并且在部件发生故障前安排维修。之前从没有提出在 旋转发动机部件的工作期间使用涡流传感器执行这样的测试。为运行监控使用涡流传感器 的另一个优点是输出信号能够被用来检测多个与发动机健康相关的不同参数。和监控局部 故障一样，所述方法优选还包括检测输出信号幅值的变化。幅值变化能够被用来表示在表 面轮廓中的变化和/或在发动机部件的位置处的变化而不扰乱辅场。这样的变化可能由于 例如错位，包括平行错位（径向或轴向）和角度错位（偏航角或节面角）或轴承损坏、不期 望的震动、不期望的负载或过载、轴失衡、温度效应和/或制造故障（例如同轴和径向偏心） 而发生。实际上，输出信号的整体形状和幅值对于诊断故障的类型和由于发动机故障而导 致的磨损的位置是非常有用的。此外，所述方法不仅能用于检测自身的局部故障，还能监控 能造成故障发展的因素，例如错位。
[0020] 本发明的一个优点在于，发动机部件在其整个使用期限内都能被监控，并且来自 涡流传感器的输出信号的形状变化，优选幅值变化能够允许在故障造成故障前得到检测并 且定位该故障。所述方法优选还包括当最初安装旋转发动机部件时测量来自涡流传感器的 数据输出信号，并且检测与数据输出信号相比的输出信号的形状变化。更优选地是，通过比 较数据输出信号检测输出信号的幅值变化。检测任何幅值变化（例如，由于携载发动机部 件的轴由于轴承磨损等而造成的径向移动）的优点是这能够用来将数据输出信号正常化， 然后能够更容易地检测任何形状变化。将输出信号与数据测量值进行长期比较能够预测发 动机健康从而提前计划维修。
[0021] 涡流传感器能够具有宽频响，从DC至兆赫范围。根据一组实施方案，所述方法可 以包括以DC频率驱动涡流传感器。例如齿轮箱的机械传动系统会由于超载引起的疲劳而 失效，这导致故障渗入比表面更深。疲劳是由在部件材料的弹性限度内的负载重复循环引 起的，导致经受最大压力的局部区域逐渐损坏。疲劳故障发生在三个阶段：裂纹萌生、传播 然后完全断裂。这样的疲劳裂缝能够导致旋转部件的快速故障。在齿轮中的齿的根部或表 面中的局部裂缝一旦形成，能容易地被涡流传感器检测，因此在严重的故障发生之前可以 安排齿轮箱维修。当监控例如裂缝的更深的裂纹时，可以使用DC驱动的涡流传感器。为了 检测深裂缝，优选使用具有大直径线圈的传感器以增加涡电流在被监控部件中的渗透。
[0022] 根据另一组实施方案，所述方法可以包括以选自（1)至少1kHz ; (2)至少100kHz ; (3)至少500kHz ; (4)至少1MHz ; (5)至少2MHz ; (6)最大10MHz中的一个或更多个的AC频 率驱动所述涡流传感器。由传感器产生的涡电流的渗透深度根据δ=1/^/(σΑ,凡/)与频率有 关，其中S =渗透深度，σ =被监控的发动机部件的材料的导电率，μ绝对磁导率，μ ^ =相对磁导率，f=频率。通过改变频率能够探查感兴趣的部件的不同深度。 申请人:已经 意识到用来驱动涡流传感器的频率能够被选择或被调整为以不同的局部故障种类为目标， 例如低频用于深裂缝，及高频用于表面裂缝。因此，优选地是，所述方法还包括调整驱动涡 流传感器的频率，例如监控不同的局部故障和/或查明裂缝的深度。
[0023] 非铁磁材料的相对磁导率和绝对磁导率的值为1。因此，通过改变频率渗透的深度 能够被调整成更大的程度。另一方面，铁磁材料具有与大于1的相对磁导率值和绝对磁导 率值。尽管驱动频率还能够被调整成改变渗透深度，所述方法对在典型用于发动机部件的 碳钢材料中表面故障和表面附近的故障最敏感，即"集肤效应"。如上所述，使用包括线圈的 以相对高频，优选至少500kHz，更优选至少1MHz被AC驱动的涡流传感器的优点是，能够有 效检测表面损坏，例如划痕、擦伤、小凹陷和大凹陷、渗碳硬化和散裂。以更高的频率，例如 至少ΙΜζ驱动涡流传感器的另一个优点是输出信号的幅值变化能够归于部件表面中的由 于磨损而不是发动机中的大的错位所引起的局部变化。当旋转发动机部件具有多个要被测 量的紧密靠近的表面时，例如齿轮齿表面，那么高驱动频率能够确保辅场渗透不够深，不足 以使一个表面影响另一个表面。
[0024] 根据本发明的另一方面，提供了一种用于监控旋转发动机部件在工作期间的局部 故障的装置，该装置包括：一个或更多个涡流传感器，其设置为在所述发动机部件在工作期 间旋转时与所述发动机部件相互作用；设置为测量由于与所述旋转发动机部件相互作用产 生的来自所述涡流传感器的输出信号的设备，和处理器，其设置为检测表示局部故障的所 述输出信号的形状改变。
[0025] 由于上文概述的原因，处理器优选地设置为检测输出信号的幅值变化。因此，可以 检测输出信号的形状和幅值变化。优选地，当最初安装旋转发动机部件时所述设备被设置 为测量来自涡流传感器的数据输出信号，处理器被设置为通过与数据输出信号相比较检测 输出信号的形状（及优选的幅值）变化。
[0026] 在一组实施方案中，所述装置优选地包括设置为以DC频率驱动涡流传感器的驱 动器。在另一组实施方案中，所述装置包括设置为以选自（i)至少1kHz ; (ii)至少100kHz ; (iii)至少500kHz ; (iv)至少1MHz ; (v)至少2MHz ; (vi)不大于10MHz中的一个或更多个 的AC频率驱动所述涡流传感器的驱动器。所述驱动器可以被设置为调整驱动所述涡流传 感器的所述频率，例如监控不同的局部故障和/或查明裂缝的深度。
[0027] 在这样的装置中，涡流传感器可以以任何合适的方式设置为随着发动机部件在工 作期间旋转时与发动机部件相互作用。传感器可以潜在的是静态的。但是，使用静态传感 器的问题是对于产生的涡电流它们很难被设置为足够靠近旋转构件而不影响旋转。在一组 优选实施方案中，一个或更多个涡流传感器由可移动构件携载，所述可移动构件设置为在 所述旋转发动机部件和所述传感器的相对运动期间使所述传感器经过所述旋转发动机部 件的一部分表面。如关于上述本发明第一方面的描述，随着发动机部件在工作期间旋转，这 能够使传感器更适合扫描发动机部件的整个表面。例如，传感器可以由利用与发动机部件 相同的轴驱动或由发动机中的另一个旋转轴驱动的另一个部件携载。
[0028] 各种形式的涡流传感器对于由例如金属或涂覆金属材料的导电材料制成的发动 机部件的非原位测试是已知的。在一组实施方案中，涡流传感器可以是无源型，例如当主磁 场由永磁体生成时，并且由在导电部件中的涡电流产生的其变型被相关的线圈感测。在另 一组实施方案中，涡流传感器可以是有源型的，DC或AC驱动，例如当由一个或更多个携载 电流的线圈生成的主磁场和由在导电部件中的涡电流合成产生的辅磁场被相同的或不同 的线圈感测。优选地涡流传感器是有源型的，具有用于生成主磁场和感测辅磁场的相同的 线圈，使得传感器结构紧凑且重量轻。
[0029] 已经认识到的是为了用涡流传感器得到良好的分辨率，需要限定窄的磁通量区 域。磁通量区域大于线圈直径，因此高分辨率需要小线圈。但是线圈尺寸还确定传感器的 范围，典型的涡流传感器具有大约线圈直径一半的范围。本发明的各实施方案的优点是，传 感器由能够移动到靠近被监控的旋转构件的表面的可移动构件携载，使得不需要大的传感 器的范围，并且能够提供良好的分辨率以检测小的表面（或靠近表面）的故障，例如裂缝和 凹陷。此外，可移动构件能够被用来使传感器穿过旋转构件的至少一部分表面使得传感器 的有效范围增加。
[0030] 为了提高涡流传感器的分辨率，优选地，传感器包括常规线圈以用来生成主磁场 并且用来检测在被监控的所述旋转部件中所述主磁场生成的涡电流效应，其中线圈的截面 是细长的。当传感器线圈缠绕在前一个细长部上时，比如说矩形或椭圆形，传感器的范围等 于线圈的细长尺寸，但是由于检测的例如其通常与传感器的细长尺寸对齐的裂缝的细长特 征，其分辨率因而被提高了。为了改善在表面上沿不同方向延伸的裂缝和其它裂纹的检测， 可移动构件可以携载具有至少一对基本彼此垂直设置的细长传感器的多个细长传感器。
[0031] 该装置，例如可移动构件可以携载单个传感器，例如成型为和/或尺寸设计为与 旋转构件被监控的部分匹配。但是，通过提供多个小传感器而不是单个传感器分辨率可以 提高。可移动构件可以携载两个、三个、四个、五个、六个或任意数量的传感器的阵列。该阵 列能够被设置为使得以高分辨率扫描旋转构件有代表性的部分，例如在其整个宽度上。阵 列中的传感器可以具有一个或更多个不同的取向从而提高不同方向的裂纹的检测效率。
[0032] 传感器可以携载在可移动构件的表面上使得传感器的灵敏性被最大化。但是，在 一组优选实施方案中，传感器（或多个传感器的阵列）安装在可移动构件表面的下方，从 而受保护不受外部环境损坏。当可移动构件与被监控的旋转构件物理接触时，这能够保护 传感器不受磨损。考虑到电感传感器的输出取决于被监控的旋转构件和感应线圈之间的距 离，各传感器或至少其线圈优选设置在可移动构件内，但仍靠近进入旋转构件范围内的表 面。优选地，传感器整合到可移动构件中。由例如涡流传感器的电感传感器生成的磁场能 够渗透穿过可移动构件，只要其不是主要由铁磁材料构成。可以使用由铝或非铁合金形成 的金属构件。优选地，可移动构件或可移动构件围绕传感器的部分由非导电材料形成从而 避免信号衰减。可以使用合适的聚合物。
[0033] 可以选择可移动构件相对于旋转构件移动的速度从而获得期望的表面扫描速率。 本发明的特别优点是可移动构件的速度能够控制传感器扫描速率，而迫使监控旋转构件的 表面的静态传感器以部件的旋转速度扫描整个表面。
[0034] 可移动构件能够以任何将传感器经过旋转发动机部件的表面的选择部分的方式 移动。在一些实施方案中，可移动构件可以被设置为使得不接触被监控的部件的表面。这 能够有助于监控过程不会不适当地引起或增加被监控的表面磨损。在其它实施方案中，所 述构件可以移动从而与被监控的表面相接触，由此使传感器与被监控的表面紧密接触，如 果不是直接物理接触。这能够提高来自传感器的信号的灵敏性。
[0035] 可移动构件可以线性移动或甚至以之字形方式移动。例如，能够设想随着旋转齿 轮的各个齿经过，传感器构件被设置为穿过齿轮齿的上部的宽度。或者，传感器构件能够被 设置为朝向齿之间的底部（bottom land)移动并且随着各齿经过而移出，从而向下扫描齿 的表面并且试图监控底部的表面。但是，这样的线性运动可能不适于扫描具有例如带齿的 齿轮的复杂形状的旋转构件的各外表面。
[0036] 优选地，可移动构件是旋转构件。这表示由可移动构件携载的传感器能够沿与被 监控的旋转构件的表面互补的轨迹移动。当可移动构件旋转时，其能够更容易地使传感器 与被监控的部件的表面紧密接触，如果不是直接物理接触。
[0037] 如上所述，发动机部件可以是任何旋转构件，例如旋转轴、轴承、传动联接或甚至 涡轮叶片。例如，装置可以被用来监控在裂缝能够发展的叶片底部处的平台（platform)，例 如在低速发动机转子中。在一组优选实施方案中，旋转发动机部件是齿轮并且可移动构件 被成型为与齿轮相啮合。可移动构件可以采用监控齿轮或监控齿轮的部分的形式。因此， 可移动构件可以包括一个或更多个齿。当传感器可以携载在带齿的监控齿轮的主体中，以 例如检查齿轮顶部的表面，能够通过将传感器设置在与被监控的齿轮的齿相啮合的齿中或 齿上或者多个齿中或者多个齿上以获得益处。有益地，这在监控齿轮和被监控的齿轮之间 提供了非常紧密的接触，使得传感器能够接近齿轮齿的各表面。优选地，一个或更多个传感 器由监控齿轮的一个或更多个齿携载。本发明特别适合监控齿轮齿磨损，因为监控齿轮允 许传感器穿过齿轮齿的整个表面，随着齿轮啮合扫描齿的不同部分，以及从被监控的齿轮 的各个齿获得信号。在监控齿轮中或监控齿轮上携载传感器的特别好处是齿轮齿之间的紧 密接触使内表面和齿轮齿的角落能够以之前不可能的方式在原地被测试。
[0038] 至少一个监控齿轮的齿可以提供有一个或更多个传感器。即使只有一个监控齿轮 的齿携载传感器，能够选择监控齿轮上的齿的数量和被监控齿轮的齿的数量的比值从而确 保在一定数量的旋转后被监控齿轮的每个齿都被测试。例如，当监控齿轮是与被检查的齿 轮的齿轮齿数量不同的整数时，传感器逐渐连续地扫描每个齿。这具有只有一个传感器信 号（或一组信号）需要传输的优点，而不是多个监控齿轮的齿同时收集信号。根据齿轮比， 单个感测齿能够足够频繁地充分扫描被监控齿轮的各个齿使得基准（baseline) S卩，数据 信号随时间的变化能够被评估并且用来当检测到损害的第一个迹象时生成警报。在其它实 施方案中，监控齿轮的多个齿可以携载一个或更多个传感器从而增大被监控齿轮齿的测试 频率。由不同的齿携载的传感器可以具有不同的位置使得监控齿轮的不同的齿扫描被监控 齿轮和它的齿的不同表面部分。另外地或另选地，由不同齿携载的传感器可以具有一个或 更多个不同的取向使得不同类型的故障能够被监控。
[0039] 如上所述，传感器可以设置为阵列从而增加整体检测范围。在可移动构件采用监 控齿轮形式的实施方案中，多个传感器可以被设置在监控齿轮的齿中或监控齿轮的齿上， 从而在被监控的齿轮齿的不同表面上，包括顶部、表面、侧面、倒圆角和/或底部提供精确 的感测。因此，监控齿轮的齿可以携载一个或更多个：其场渗入顶部的传感器、其场渗入齿 的表面和/或侧面的传感器、其场渗入底部的传感器。每个齿的多个传感器将有助于这样 的设置。但是，单个传感器可以提供在具有监控不同齿表面的多个方向场的监控齿轮的齿 中或齿上。在其它实施方案中，优选的是避免由相同的传感器监控不同的齿表面，及因此齿 可以具有设置在其中的传感器使得其场渗入一个表面而不渗入另一个表面。例如，可以限 制传感器的长度使得其场不能渗入齿的两个表面。这有助于确保来自不同表面的信号能够 彼此被区分。
[0040] 类似地，在齿携载多个传感器以例如监控相同表面的实施方案中，优选地是保持 传感器间的最小间隔使得它们的场不重叠。当然，将理解地是，监控齿轮是旋转的，并且在 监控齿轮的齿和被监控齿轮的齿之间存在相对运动表示传感器或任何传感器的阵列不需 要具有在齿的整个表面上延伸的范围。随着监控齿轮的齿与被监控齿轮的齿啮合，在表面 的一部分上扫描给定传感器的范围。这扩大了有效的传感器范围，使得所需的传感器的数 量和/或尺寸能被最小化。
[0041] 每个传感器的形状和/或尺寸可以被设计或选择为与可移动构件的形状相匹配， 特别是当可移动构件是带齿的齿轮并且由一个或更多个齿携载传感器时。例如，细长传感 器可以被设置为具有基本与齿的宽度相匹配的细长尺寸；因为监控齿轮与被监控齿轮相啮 合，传感器跨越各个齿的表面和侧面从而用单个传感器有效覆盖整个侧表面。此外，传感器 的形状可以被裁减为被监控的旋转构件并且被设置为提供最适合检测某些预期的故障或 特定的故障模式的磁场。例如，可以选择至少一些相对小的传感器来扫描需要高分辨率来 检测的预期具有例如小凹陷的小规模故障的表面部分。可以选择至少一些其它相对大的传 感器来监控被监控表面部分的位置的大的变化，例如由于发动机中的错位或机械故障。实 践中，可移动构件可以被设计为使用多个不同传感器监控给定的发动机部件，传感器有不 同的尺寸、形状和/或安装位置，包括以不同取向被安装。
[0042] 可移动构件可以由任何传动齿轮提供，例如在发动机中的驱动齿轮、从动齿轮和/ 或空转齿轮，例如在齿轮箱中的工作齿轮中的一个。因此，工作齿轮可以是随着齿轮在旋转 过程中啮合而采用传感器扫描一个或更多个齿的表面的自身监控齿轮。在这样的实施方案 中，本发明可以通过将一个或更多个传感器安装在要监控的齿轮箱中的现有齿轮的齿中或 齿上或者主体中或主体上而实施。这使得不再需要在齿轮箱中以空间容纳传感装置。但 是，应理解地是，工作齿轮典型地被设计成承受大部分负载，因为它们经由齿轮传动链传输 旋转，并且传感器的附接或整合具有弱化齿轮特别是齿的风险，以及传感器经受可能被干 扰它们的工作的负载的风险。因此，优选地是，可移动构件采用监控齿轮（或至少监控齿轮 的部分）的形式，该监控齿轮不是工作齿轮，即不驱动传动系统的任何部件而只与被监控 的一个或更多个传动齿轮相接合而旋转。通过提供专用的监控齿轮以携载传感器，监控齿 轮的齿将与被监控的传动齿轮的齿相啮合，提供在齿轮齿的整个表面上的紧密接触，而不 将大量负载传输至监控齿轮。另一个优点是，监控齿轮能够被移除或替换以例如修理或替 换传感器而不影响齿轮箱中的传动齿轮。
[0043] 优选地，所述装置还包括有线或优选无线数据传送遥测系统以将例如来自构件的 基准移动框架的传感器信号传输至装置外的基准静态框架。可移动构件可以包括以例如 在数据传输之前执行局部信号分析的电信号处理系统。另选地，未加工的信号数据可以通 过遥测系统被传输至外部处理器。遥测系统可以连接至控制和/或显示单元以提供监控信 息。监控信息可以被操作者使用以确定何时安排被监控部件的维修。控制单元可以甚至使 用监控信息以自动调整一个或更多个关于发动机操作的参数。
[0044] 将理解的是，本发明的各实施方案能够提供非常可靠和早期的在例如齿轮的发动 机部件中的故障检测。在风力涡轮机中最重要的部件之一是齿轮箱。其位于主轴和发电机 之间，任务是提高转子叶片的低旋转速度至发电机的1000或1500rpm的旋转速度。本发明 可以特别应用于风力涡轮机的齿轮箱监控。本发明的实施方案还能够提供在直升飞机中的 发动机故障的提前警报系统。在直升飞机中，主驱动轴位于发动机和转子齿轮箱之间以传 输发动机动力，同时转子轴将动力从齿轮箱传输至螺旋桨。驱动轴、齿轮箱和/或转子轴中 的任何故障具有与发动机故障相同的效果，因为不再提供旋转螺旋桨的动力。因此，能够检 测这些部件的变化是至关重要的从而能够在故障情况可能发展之前执行维修。
[0045] 根据本发明的又一方面，提供了监控在风力涡轮机或直升飞机上的齿轮箱的方 法，该方法包括在所述齿轮箱中提供携载一个或更多个电感传感器的一个或多个监控齿 轮，所述监控齿轮与要被监控的一个或更多个传动齿轮相结合从而在所述传动齿轮旋转期 间在使所述传感器经过所述传动齿轮的表面。优选的是，电感传感器是涡流传感器，还优 选的是，具有任何上述已经描述的特征。更具体地，涡流传感器是以400kHz至10MHz，优选 l-2MHz范围内的频率被驱动。这样的方法特别适合监控在传动齿轮表面或靠近表面的故 障。
[0046] 在一个优选实施方案中，所述方法还包括测量来自涡流传感器的输出信号并且检 测表不在一个或更多个传动齿轮中的局部故障的输出信号的形状变化。优选地，所述方法 还包括检测输出信号的幅值变化。因此可以检测输出信号的形状和幅值变化使得在齿轮箱 中的传动齿轮的工作期间能够监控各种不同故障和它们的位置。
[0047] 根据本发明的又一方面，提供了一种使用携载一个或更多个电感传感器的可移动 构件以监控在旋转发动机部件中的表面或靠近表面的故障的方法，该方法包括相对于所述 旋转构件移动所述构件从而使所述传感器经过所述旋转发动机部件的一部分表面。优选 地，所述电感传感器是以400kHz至10MHz，优选l-2MHz范围内的频率AC驱动的涡流传感 器。
[0048] 本发明因此延伸至非破坏性的原地进行的测试方法，同时例如齿轮的发动机部件 旋转。与用于使用接近传感器来测量旋转速度的监控部件操作的标准方法相比，电感传感 器在测试期间不是静态的。相反，携载传感器的部件的运动确保传感器扫描被监控部件的 表面的一部分。因此能够检测表示例如裂缝或凹陷的裂纹发展的表面形貌的变化。旋转发 动机部件可以包括齿轮箱或发动机中的旋转轴。根据本发明的实施方案的监控方法或装置 的应用可以包括发电，例如风力涡轮机齿轮箱、海运、航天、直升飞机和汽车，例如一级方程 式赛车。
[0049] 上述的任何装置特征可以作为这样的方法的优选特征。此外，任何一个或更多个 装置特征可以与根据本发明的任意方面的实施方案的一个或更多个特征相结合。

【专利附图】

【附图说明】
[0050] 现在将参照附图仅通过示例的方式描述本发明的一些优选实施方案，在附图中：
[0051] 图la是例示无局部故障出现时由圆柱形传感器产生的电涡流及其对方形标记 (square token)的输出信号，图lb例示了当电涡流被裂缝扰乱时输出信号是如何改变的， 图lc例示了当电涡流被两个裂缝扰乱时输出信号是如何改变的，图Id例示了当电涡流被 偏离中心的裂缝扰乱时输出信号是如何改变的；
[0052] 图2是风力涡轮机发动机传动系统中主要部件的示意框图；
[0053] 图3是根据实施方案的监控齿轮的部分立体图；
[0054] 图4是根据另一实施方案的监控齿轮的部分立体图；
[0055] 图5是根据又一实施方案的监控齿轮的部分立体图；
[0056] 图6是根据又一实施方案的监控齿轮的部分立体图；
[0057] 图7是啮合齿轮的示意性截面图；
[0058] 图8是示出数据传送遥测系统的齿轮箱中第一监控齿轮配置的示意立体图；
[0059] 图9是监控装置的系统的概要；
[0060] 图10是第二监控齿轮配置的部分示意图；
[0061] 图11是第三监控齿轮配置的部分示意图；
[0062] 图12a至12c示出在监控齿轮的齿轮齿中的不同电涡流传感器设计，图12d-12f 示出齿轮中被监控的萌芽故障（seeded fault);
[0063] 图13a至13c示出了图12a至12c的电涡流传感器的测量或者预测的输出信号；
[0064] 图14示出了当监控齿轮的表面损伤时来自图12a设计的电涡流传感器的输出信 号；以及
[0065] 图15示出了当监控齿轮错位时来自图12a设计的电涡流传感器的输出信号。

【具体实施方式】
[0066] 将以风力涡轮机传动系统中的齿轮箱为背景描述一些优选实施方案，例如图2所 示。能够看出传动系统1包括安装在主转子轴4上的风力涡轮机毂2。涡轮毂2包括收集 风能的叶片、轮叶或其它旋转装置。尽管转子轴4示意性地示出为水平的，但是涡轮机能够 是坚直型或垂直型。将理解，这样的传动系统还能设置用于安装在转子轴上的直升机螺旋 桨，但是具有沿相反方向传输的功率。
[0067] 齿轮箱6将主转子轴4例如30-40rpm的低转速转化成例如1000-1500rpm的合适 的输出速度。齿轮箱6可以包括一级或多级的标准齿轮和/或行星齿轮的。齿轮箱6具有 驱动发电机10的输出轴8。在齿轮箱6内，至少一个齿轮提供有用于监控目的的电感传感 器。该监控齿轮可以是工作齿轮中的一个，例如驱动齿轮、从动齿轮或空转齿轮，其将扭矩 从主转子轴4传输至输出轴8。或者监控齿轮可以是不驱动传动系统的任何部分而仅在与 一个或更多个被监控的传输齿轮相接合时旋转的非工作齿轮。
[0068] 监控齿轮12的一些实施方案如图3-6所示。在图3中，齿轮12示出为具有在齿 16的宽度上延伸的细长传感器14。为顶部18提供了的是传感器14,为底部或者根部20提 供了的是另一传感器14,为各齿16的侧面22提供了的是两个传感器。在图4中，齿轮12' 被示出为具有为齿16的各表面提供的相对小的传感器14'。在图5中，齿轮12"被示出为 既具有细长传感器14,又具有小传感器14'的混杂。细长传感器14由各齿16的顶部18和 底部20携载，其中可以不需要高分辨率。在齿16的侧面22上，沿齿距线（pitch line)提 供了的是一行小传感器14'，在该齿距线处接触负载最大且最有可能形成故障。小传感器 14'提供更高的分辨率使得能够更早地检测在该区域的裂纹。侧面22还提供有一些更大的 矩形传感器14,在齿距线之上和之下成对地排列。
[0069] 将理解，在监控齿轮12中的传感器的数量和它们的布置可以采用多种不同形式， 典型地适应被监控的齿轮和所需的灵敏度。尽管示出了监控齿轮12的多个齿16被设置有 传感器14、14'，但是仅给单个齿或某几个齿设置仪器也可以是足够的。这可以由涉及的齿 轮的旋转速度来指示。另外，仅在齿轮齿16的某些表面设置传感器也可以是足够的。不同 的齿16可以为不同的表面设置有传感器。
[0070] 图6示出了具有由各齿16携载的或在齿16之间的侧面中的单个细长传感器14 的监控齿轮26的另一个实施方案。对于各齿16,细长传感器14的位置可以是不同的。监 控齿轮26可以形成为与被监控的相邻齿轮24具有不同数量的齿轮齿。这表示，各齿16与 其它齿轮24的齿在很多旋转后啮合。在不同位置的传感器14确保齿的各表面依次被扫描 而不使用大量传感器。
[0071] 电感传感器可以是包括缠绕在电感传感器上的线圈的电涡流传感器。可以根据期 望的传感器的形状选择电感传感器的形状，例如圆柱形或矩形。电感传感器可以为线圈提 供铁磁或绝缘的磁芯。线圈连接至DC或AC电源并且具有连接至信号单元的输出线。线圈 可以典型地由AC信号以l-2MHz的频率驱动。
[0072] 图7是与从动齿轮26啮合的驱动齿轮24的截面图。齿轮啮合的运动学涉及滑动 接触和滚动接触，其中纯滚动发生在由节点P表示的齿距线处。随着接触点移动到齿距线 附近，负载达到最大。监控齿轮12可以携载一个或更多个传感器以检查这样的齿轮24、26 的表面，优选地设置为检测典型在齿距线附近发展的裂纹。
[0073] 图8是包含连接至转子轴4的驱动齿轮24和连接至输出轴8的从动齿轮26的齿 轮箱6的示意图。在例示的配置中，从动齿轮26是驱动齿轮24的监控齿轮。从动齿轮26 包括一个或电感传感器14,其可以设置在不同的齿轮齿16中，如上所述。从动齿轮26包 括在齿轮齿16中连接至传感器14的电子信号单元28并且被整合到输出轴8中。信号单 元28可以执行信号处理和/或数据传输。提供了的是天线30以用于无线数据传输。图9 示出了驱动齿轮24和携载滑环32的从动齿轮26以将信号传输至传感器驱动器34或从传 感器34传输信号，该传感器驱动器34连接至数据存储器单元/处理器单元36和电源单元 38 〇
[0074] 在另选实施方案中，驱动齿轮24可以设置有一个或更多个电感传感器从而作为 从动齿轮26的监控齿轮。实际上，齿轮24和齿轮26中的一个或两者可以具有感测能力， 使得齿轮24或26中的一个能够监控另一个，或者两个齿轮能够互相监控。这样的配置允 许齿轮箱的自我监控而不需要在齿轮箱中容纳专用的监控装置。
[0075] 将传感器与齿轮箱中的工作齿轮，即那些传输扭矩的齿轮，整合的一个潜在缺点 是传感器可能受力，该力可能干扰传感器的操作和/或完整性。图10示出了包括驱动齿轮 24和从动齿轮26的齿轮组的示意图。在该系统中，提供了专用的监控齿轮112以监控驱动 齿轮24的状态。另一个监控齿轮112 (用虚线轮廓线示出）可以优选地设置用于从动齿轮 26。这里，监控齿轮112不通过齿轮箱传输力并且仅设置为例如在安装有轴承的轴上自由 旋转。由于驱动齿轮24和/或从动齿轮26的齿与监控齿轮112的齿啮合，所以安装在监 控齿轮112上或安装在监控齿轮112中的一个或更多个传感器扫描工作齿轮的齿以检测表 面裂缝。当发现劣化达到阈值水平时，传感器信号可以被用来发出预先警报使得能够在齿 轮故障发生之前安排预防性维修。
[0076] 图11描述了另一个齿轮组设置，其中驱动齿轮24将主转子轴的旋转经由空转齿 轮32传输至从动齿轮26。空转齿轮32是中间传动齿轮，该齿轮不驱动轴执行任何工作但 是能够用来改变连接至从动齿轮26的输出轴的旋转方向。出于监控的目的，空转齿轮32可 以设置有一个或更多个传感器，像上述的监控齿轮12、12'、12"中的一个。空转齿轮32能 够潜在地用来监控驱动齿轮24和从动齿轮26两者，不同的齿轮齿数比被用来区分由齿以 不同速率啮合的传感器所收集的信号。如果不期望必须解决来自单个监控齿轮的两个不同 的监控信号，空转齿轮32能够用来监控从动齿轮26,同时另一个监控齿轮112 (以虚线轮廓 线示出）用来监控驱动齿轮24。当然，还可以反过来设置，空转齿轮32主要监控驱动齿轮 24并且单独的监控齿轮（未示出）潜在地提供用于从动齿轮26。
[0077] 可以考虑各种配置来监控在涉及两个、三个或更多个齿轮的齿轮组中一个或更多 个齿轮。在行星齿轮系统中，将理解可能存在用于监控在太阳齿轮附近的齿轮的空间以监 控太阳齿轮和/或行星齿轮。在任意的这些系统中，工作齿轮和/或非工作齿轮的混杂可 以用于监控的目的。
[0078] 尽管以齿轮为背景描述了一些优选实施方案，将理解本发明可以用于监控各种类 型的齿轮，包括蜗轮和齿轮齿条驱动器，以及可能不具有带齿表面的旋转发动机，例如带驱 动轮、发动机轴、离合器板等。例如，除了啮合齿轮，还能构思可以安装携载一个或更多个电 感传感器的旋转构件从而随着它们相对于彼此旋转在转子轴的整个表面上扫描传感器。发 动机可以采用例如内燃机、气轮机或包括风力涡轮机和水力涡轮机的任何发电涡轮机的形 式。
[0079] 示例
[0080] 示例 1
[0081] 执行小型试验以评估用于监控齿轮和损伤检测应用的嵌入电涡流传感器的使用。 使用两个旋转轴建立简化的齿轮箱测试装置来安装一对配合的"正"齿轮。主驱动齿轮安 装至马达的输出轴。辅监控齿轮安装至送入用作磁阻式制动器的电动马达的驱动轴以给驱 动轴提供机械阻力。各轴安装有精密光轴编码器，该编码器提供每转500脉冲和1脉冲。 [0082] 主齿轮是具有25个齿的钢齿轮。辅监控齿轮是具有24个齿的塑料齿轮，从而允许 在25转的整个过程中滚动扫描主齿轮的所有25个齿。辅监控齿轮具有嵌入在齿中的铁氧 体磁心电涡流传感器。图12a-12c示出了不同齿中的电涡流传感器。在图12a和12b中， 安装的直径为2_的圆柱形传感器。图12a示出了具有垂直于齿表面的线圈轴的表面传感 器。图12b示出了具有与齿轴对齐的线圈轴的根部传感器。在图12c中，建议在齿的表面 中安装细长传感器（例如，长度为l〇_15mm)。监控齿轮安装有能够使任何线圈连接至传感 器联接环的选择器开关。
[0083] 为了建立基准，首先监控由没有故障的钢制成的主齿轮。然后，将各不同的主齿轮 安装在输出轴上，各主齿轮具有加工在至少一个齿中的故障或示出损害的迹象。图12d-12f 中示出的萌芽故障位于传感器下方，被期望的是传感器将检测这些故障。图12d示出了穿 过齿表面的中点的单个横沟，图12e示出了穿过齿的根部的单个横沟，图12f示出了在齿表 面的一侧上的冲孔标记。测量从图12a和12b的涡流传感器输出的信号并且将结果显示在 图13a和13b中位于相对应的故障之上。图12c的传感器设计没有在该装置上测试，但是 在图13c中示出基于来自不同测试装置中的细长传感器的数据的输出信号的预测变化。输 出信号A是针对未损坏的齿，与之相比的是针对具有故障的齿的输出信号B。从图13a-13c 可以看出，故障在输出信号中产生明显的形状变化，其与由信号处理算法检测的基准信号 十分不同。
[0084] 传感器提供了非常良好的信号噪音比。最佳的传感器设计是具有最靠近出现故障 的位置。因此，扫描的总信号总是明显位于系统输出的最小值位置（最大感测条件）。当 然，其它位置的故障也能被检测，但是本测试的目的是使感测条件最佳。
[0085] 示例 2
[0086] 除了在示例1中检测到的萌芽故障，还测试了之前在齿轮箱测试装置上运行并且 在齿轮齿上出现一些擦伤损坏的另一个齿轮。安装在齿表面（如图12a所示）中的传感器 用于监控齿轮。图14示出了来自传感器的具有针对损伤齿轮的输出信号A，和针对擦伤齿 轮的输出信号B的信号。上面的图示出了针对一组出现擦伤损伤迹象的齿轮齿组的传感器 信号，而下面的图是来自单个齿的传感器信号的放大图。从上面的图能够看出，对于所有示 出的齿，擦伤的齿轮相对于健康的齿轮其幅值减小。这是由于随着擦伤造成的表面磨损传 感器和齿表面之间的距离增大。从下面的图能够看出，输出信号不仅幅值减小，而且形状变 化。这表示齿轮不仅错位，而且在擦伤的齿轮表面材料的量局部减少，导致损伤的表面以更 大的平均距离滑过传感器。
[0087]示例 3
[0088] 通过对比例的方式，使用相同的齿轮箱测试装置进行错位测试。首先测试针对优 化对齐的主齿轮，然后测试具有小的径向偏移（200 μ m)的齿轮，该小的径向偏移通过修改 齿轮的相对径向位置而实施。来自安装在齿表面（参见图12a)中的涡流传感器的信号用 于监控齿轮，并且结果显示在图15中。输出信号A针对对齐的齿轮，与之相比，输出信号B 在错位之后测量。能够看出，由于错位改变了主齿轮的齿和传感器之间的距离，所以幅值出 现显著变化。但是，来自传感器的输出信号的形状没有改变。因此，错位问题能够从例如齿 轮齿中的裂缝或凹陷的局部故障中区分开来。
【权利要求】
1. 一种用于监控旋转发动机部件在工作期间的的局部故障的方法，包括： 设置一个或更多个涡流传感器以随着所述发动机部件在工作期间的旋转与所述发动 机部件相互作用； 测量由于与所述旋转发动机部件相互作用产生的来自涡流传感器的输出信号；以及 检测表不局部故障的输出信号的形状变化。
2. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括检测所述输出信号的幅值变化。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括当所述旋转发动机部件最初被安装时 测量来自所述涡流传感器的数据输出信号，并且通过与所述数据输出信号进行比较来检测 所述输出信号的形状（及优选幅值）变化。
4. 根据权利要求1、2或3中任一项所述的方法，进一步包括以DC频率驱动所述涡流传 感器。
5. 根据权利要求1、2或3中任一项所述的方法，进一步包括以选自（i)至少1kHz ;(ii) 至少 100kHz ; (iii)至少 500kHz ; (iv)至少 1MHz ; (v)至少 2MHz ; (vi)不大于 10MHz 中的 一个或更多个的AC频率驱动所述涡流传感器。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括调整驱动所述涡流传感器的所 述频率。
7. -种用于监控旋转发动机部件在工作期间的局部故障的装置，包括：一个或更多个 涡流传感器，其设置为在所述发动机部件在工作期间旋转时与所述发动机部件相互作用； 设置为测量由于与所述旋转发动机部件相互作用产生的来自所述涡流传感器的输出信号 的设备，以及处理器，其设置为检测表示局部故障的所述输出信号的形状变化。
8. 根据权利要求7所述的装置，其中所述处理器被设置为检测所述输出信号的幅值变 化。
9. 根据权利要求7或8所述的装置，其中所述设备设置为当所述旋转发动机部件最初 被安装时测量来自所述涡流传感器的数据输出信号，并且所述处理器被设置为通过与所述 数据输出信号进行比较来检测所述输出信号的形状（及优选幅值）的变化。
10. 根据权利要求7、8或9中任一项所述的装置，包括设置为以DC频率驱动所述涡流 传感器的驱动器。
11. 根据权利要求7、8或9中任一项所述的装置，包括以选自（i)至少lkHz;(ii)至 少 100kHz ; (iii)至少 500kHz ; (iv)至少 1MHz ; (v)至少 2MHz ; (vi)不大于 10MHz 中的一 个或更多个的AC频率驱动所述涡流传感器的驱动器。
12. 根据权利要求7-11中任一项所述的装置，包括设置为调整驱动所述涡流传感器的 所述频率的驱动器。
13. 根据权利要求7-12中任一项所述的装置，其中所述一个或更多个涡流传感器由可 移动构件携载，所述可移动构件设置为在所述旋转发动机部件和所述传感器的相对运动期 间使所述传感器经过所述旋转发动机部件的一部分表面。
14. 一种用于在旋转发动机部件中监控表面故障或靠近表面的故障的装置，包括：由 可移动构件携载的一个或更多个电感传感器，所述可移动构件设置为在所述旋转发动机部 件和所述传感器的相对运动期间使所述传感器经过所述旋转发动机部件的一部分表面。
15. 根据权利要求14所述的装置，其中所述电感传感器包括一个或更多个涡流传感 器。
16. 根据权利要求15所述的装置，其中所述涡流传感器以400kHz至10MHz，优选 l-2MHz范围内的频率被驱动。
17. 根据权利要求7-13或15-16中任一项所述的装置，所述涡流传感器或各涡流传感 器是有源型，其具有共用线圈以用来生成主磁场并且用来检测由被监控的所述旋转发动机 部件的表面或其附近的所述主磁场生成的涡电流效应。
18. 根据权利要求17所述的装置，其中所述线圈的截面是细长的。
19. 根据权利要求13-18中任一项所述的装置，其中单个电感传感器或涡流传感器由 所述可移动构件携载。
20. 根据权利要求13-19中任一项所述的装置，其中由所述可移动构件携载的所述一 个或更多个电感传感器或涡流传感器包括至少两个、三个、四个、五个、六个或更多个传感 器的阵列。
21. 根据权利要求20所述的装置，其中在所述阵列中的所述传感器具有一个或更多个 不同的取向。
22. 根据权利要求13-21中任一项所述的装置，其中由所述可移动构件携载的所述一 个或更多个电感传感器或涡流传感器包括尺寸、形状和/或安装位置不同的多个不同传感 器。
23. 根据权利要求13-22中任一项所述的装置，其中所述一个或更多个电感传感器或 涡流传感器被安装在所述可移动构件的表面的下方。
24. 根据权利要求13-23中任一项所述的装置，其中所述一个或更多个电感传感器或 涡流传感器整合在所述可移动构件中。
25. 根据权利要求13-24中任一项所述的装置，其中所述可移动构件或围绕所述电感 传感器或涡流传感器的至少所述可移动构件的部分由非导电材料形成。
26. 根据权利要求7-25中任一项所述的装置，其中所述旋转发动机部件由导电材料制 成。
27. 根据权利要求7-26中任一项所述的装置，其中所述可移动构件是旋转构件。
28. 根据权利要求7-27中任一项所述的装置，其中所述旋转发动机部件包括要被监控 的一个或更多个传动齿轮并且所述可移动构件被成型为与要被监控的所述齿轮啮合。
29. 根据权利要求28所述的装置，其中所述可移动构件是监控齿轮或监控齿轮的部分 的形式。
30. 根据权利要求29所述的装置，其中所述监控齿轮是传动齿轮，例如驱动齿轮、从动 齿轮和/或空转齿轮，或非工作齿轮。
31. 根据权利要求29或30所述的装置，其中所述监控齿轮或部分监控齿轮包括一个或 更多个齿。
32. 根据权利要求31所述的装置，其中所述一个或更多个电感传感器或涡流传感器由 所述监控齿轮的一个或更多个齿或一个或更多个齿的部分携载。
33. 根据权利要求32所述的装置，其中多个所述齿的每一个携载一个或更多个电感传 感器或涡流传感器。
34. 根据权利要求33所述的装置，其中由不同的齿携载的所述传感器具有一个或更多 个不同的取向。
35. 根据权利要求31-34中任一项所述的装置，其中所述齿或各齿携载一个或更多个： 传感器，其场穿透齿的顶部；传感器，其场穿透齿的表面和/或侧面，以及传感器，其场穿透 齿的底部。
36. 根据权利要求31-35中任一项所述的装置，其中所述齿或各齿具有设置在其中的 传感器使得所述传感器的场穿过一个表面而不穿过另一个表面。
37. 根据权利要求7-36中任一项所述的装置，进一步包括无线数据传输遥测系统以传 输来自所述一个或更多个电感传感器或涡流传感器的信号。
38. 根据权利要求14-37中任一项所述的装置，其中所述可移动构件被设置为在所述 发动机部件的工作期间旋转的同时使所述传感器经过所述发动机部件的一部分表面。
39. -种包括根据权利要求7-38中任一项所述的装置的齿轮箱，其中所述旋转发动机 部件是所述齿轮箱的传动齿轮。
40. -种包括根据权利要求39所述的齿轮箱的风力涡轮机。
41. 一种包括根据权利要求39所述的齿轮箱的直升飞机。
42. -种使用携载一个或更多个电感传感器的可移动构件监控在旋转发动机部件中的 表面或靠近表面的故障的方法，所述方法包括相对于所述旋转构件移动所述构件从而使所 述传感器经过所述旋转发动机部件的一部分表面。
43. 根据权利要求42所述的方法，其中所述电感传感器包括一个或更多个涡流传感 器。
44. 根据权利要求43所述的方法，所述方法包括以400kHz至10MHz，优选l-2MHz范围 内的频率驱动所述涡流传感器。
45. 根据权利要求42、43或44所述的方法，所述方法包括当所述发动机部件在工作期 间旋转时移动所述构件。
46. 根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述一个或更多个涡流传感器由可 移动构件携载。
47. 根据权利要求42-46中任一项所述的方法，其中所述旋转发动机部件包括一个或 更多个要被监控的传动齿轮并且所述可移动构件被移动从而与要被监控的所述齿轮相啮 合。
48. 根据权利要求47所述的方法，其中所述可移动构件是监控齿轮或监控齿轮的部分 的形式。
49. 根据权利要求48所述的方法，其中所述一个或更多个电感传感器或涡流传感器由 所述监控齿轮或监控齿轮的部分的一个或更多个齿携载。
50. -种监控在风力涡轮机或直升飞机中的齿轮箱的方法，所述方法包括：在所述齿 轮箱中提供携载一个或更多个电感传感器的一个或更多个监控齿轮，所述监控齿轮与要被 监控的一个或更多个传动齿轮相接合从而在所述传动齿轮旋转期间使所述传感器经过所 述传动齿轮的表面。
51. 根据权利要求50所述的方法，其中所述电感传感器是以400kHz至10MHz，优选 l-2MHz范围内的频率被AC驱动的涡流传感器。
52. 根据权利要求48-51中任一项所述的方法，其中所述监控齿轮或各监控齿轮是传 动齿轮，例如驱动齿轮、从动齿轮和/或空转齿轮，或非工作齿轮。
【文档编号】G01M13/02GK104160269SQ201380005058
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年1月9日 优先权日:2012年1月9日
【发明者】噶玛吉·辛格·查纳 申请人:Isis创新有限公司