FR2758388A1 - METHOD AND APPARATUS FOR REMOTELY DETECTING PRESSURE, FORCE, TEMPERATURE, DENSITY, VIBRATION, VISCOSITY AND SPEED OF SOUND IN A FLUID - Google Patents
METHOD AND APPARATUS FOR REMOTELY DETECTING PRESSURE, FORCE, TEMPERATURE, DENSITY, VIBRATION, VISCOSITY AND SPEED OF SOUND IN A FLUID Download PDFInfo
- Publication number
- FR2758388A1 FR2758388A1 FR9800144A FR9800144A FR2758388A1 FR 2758388 A1 FR2758388 A1 FR 2758388A1 FR 9800144 A FR9800144 A FR 9800144A FR 9800144 A FR9800144 A FR 9800144A FR 2758388 A1 FR2758388 A1 FR 2758388A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- magnetostriction
- transducer
- vibrations
- detecting
- analyzing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/28—Details, e.g. general constructional or apparatus details providing acoustic coupling, e.g. water
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
- G01L9/0008—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/24—Probes
- G01N29/2412—Probes using the magnetostrictive properties of the material to be examined, e.g. electromagnetic acoustic transducers [EMAT]
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/028—Material parameters
- G01N2291/02827—Elastic parameters, strength or force
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/028—Material parameters
- G01N2291/02872—Pressure
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/26—Scanned objects
- G01N2291/269—Various geometry objects
- G01N2291/2693—Rotor or turbine parts
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Appareil (40) pour détecter une pression dans une pâle de soufflante creuse (24) d'une turbosoufflante (10) comprenant un transducteur à magnétostriction (62) arrangée dans une sous-chambre (36) de la pale de soufflante (24) qui est interconnectée (38) à une chambre principale (34). Une bobine magnétique (64) est arrangée dans le carter de soufflante (28) de la turbosoufflante (10) en éloignement de la pale de soufflante (24), et un courant alternatif est alimenté à partir d'une alimentation (66) à la bobine magnétique (64) pour produire un champ magnétique alternatif. Le champ magnétique alternatif amène le transducteur à magnétostriction (62) à générer les vibrations dans la pale de soufflante (24) et le transducteur à magnétostriction (62). Une bobine de recherche magnétique (68) détecte des changements dans le champ magnétique, qui correspondent aux vibrations, et un processeur (70) analyse les vibrations pour déterminer s'il y a eu un changement dans la fréquence de résonance des vibrations qui est indicatif d'un changement dans la pression dans la pale de soufflante (24). Le processeur (70) alimente un signal à un affichage (62) ou à une alarme (74). Le changement dans la pression indique que la pale de soufflante (24) est fissurée et doit être remplacée.par.Apparatus (40) for sensing pressure in a hollow blower blade (24) of a turbofan (10) comprising a magnetostriction transducer (62) arranged in a sub-chamber (36) of the blower blade (24) which is interconnected (38) to a main chamber (34). A magnetic coil (64) is arranged in the blower housing (28) of the turbofan (10) away from the blower blade (24), and an alternating current is supplied from a power supply (66) to the magnetic coil (64) for producing an alternating magnetic field. The alternating magnetic field causes the magnetostriction transducer (62) to generate vibrations in the fan blade (24) and the magnetostriction transducer (62). A magnetic search coil (68) detects changes in the magnetic field, which correspond to the vibrations, and a processor (70) analyzes the vibrations to determine whether there has been a change in the resonance frequency of the vibrations which is indicative. a change in the pressure in the fan blade (24). The processor (70) feeds a signal to a display (62) or to an alarm (74). The change in pressure indicates that the fan blade (24) is cracked and should be replaced.
Description
La présente invention concerne la détection d'une pression ou d'uneThe present invention relates to the detection of a pressure or a
température, et en particulier la détection à distance d'une pression, d'une force, d'une température, d'une densité, d'une vibration, d'une viscosité et d'une vitesse du son dans un fluide dans des objets creux. Des défauts d'objets mécaniques ou de composants par fissure de fatigue peuvent se produire si les objets ou les composants sont exposés à des charges ou des vibrations cycliques. Lendommagement d'une pale de soufflante d'un moteur à turbine à gaz à turbosoufflante par fissure de fatigue est inacceptable et les fissures doivent être détectées avant qu'elles atteignent une dimension à laquelle elles pourraient amener la pale de soufflante à être endommagée. Les pales de soufflante de certains moteurs à turbine à gaz à turbosoufflante sont creuses, et les fissures sont le plus à même à se former à travers les parois définissant la chambre creuse dans les pales de soufflante. Ces pales de soufflante creuses sont évacuées temperature, and in particular the remote detection of pressure, force, temperature, density, vibration, viscosity and speed of sound in a fluid in hollow objects. Defects in mechanical objects or components through fatigue cracking can occur if the objects or components are exposed to cyclic loads or vibrations. Damage to a fan blade of a turbofan gas turbine engine by fatigue cracking is unacceptable and cracks must be detected before they reach a dimension at which they could cause the fan blade to be damaged. The fan blades of some turbofan gas turbine engines are hollow, and cracks are most likely to form through the walls defining the hollow chamber in the fan blades. These hollow fan blades are exhausted
pour former un vide pendant le procédé de fabrication. to form a vacuum during the manufacturing process.
Un procédé connu pour détecter des fissures dans des pales de soufflante creuses est de placer un transducteur piézo-électrique sur la surface de la pale de soufflante creuse de telle sorte qu'il est acoustiquemrnent couplé à la pale de soufflante creuse. Le transducteur piézo- électrique est électriquement excité pour générer des ultrasons à une fréquence particulière, par exemple 150 kHz, dans la pale de soufflante creuse. Le transducteur piézo-électrique est ensuite utilisé pour détecter les ultrasons dans la pale de soufflante creuse et un analyseur est utilisé pour surveiller la vitesse d'amortissement de l'amplitude des ultrasons à la fréquence particulière. Il a été trouvé que la vitesse d'amortissement de l'amplitude des ultrasons à la fréquence particulière est proportionnelle à la pression dans la pale de soufflante creuse. Ainsi s'il y a une fissure dans la pale de soufflante creuse, la pression est supérieure dans la pale de soufflante creuse que pour une pale de soufflante non fissurée et par conséquent la vitesse d'amortissement pour la pale de soufflante creuse fissurée est supérieure à celle pour une pale de soufflante creuse non fissurée. L'inspection d'un jeu complet de pales de soufflante creuses sur un moteur à turbine à gaz à turbosoufflante est extrêmement consommateur en temps. L'inspection des pales de soufflante creuses nécessite un inspecteur pour coupler le transducteur piézoélectrique à chaque pale de soufflante A known method for detecting cracks in hollow fan blades is to place a piezoelectric transducer on the surface of the hollow fan blade so that it is acoustically coupled to the hollow fan blade. The piezoelectric transducer is electrically excited to generate ultrasound at a particular frequency, for example 150 kHz, in the hollow fan blade. The piezoelectric transducer is then used to detect ultrasound in the hollow fan blade and an analyzer is used to monitor the damping rate of the amplitude of the ultrasound at the particular frequency. It has been found that the damping rate of the amplitude of the ultrasound at the particular frequency is proportional to the pressure in the hollow fan blade. So if there is a crack in the hollow fan blade, the pressure is higher in the hollow fan blade than for an uncracked fan blade and therefore the damping speed for the cracked hollow fan blade is higher. to that for an uncracked hollow fan blade. Inspecting a complete set of hollow blower blades on a gas turbofan engine is extremely time consuming. Inspection of hollow blower blades requires an inspector to couple the piezoelectric transducer to each blower blade
creuse, et pour les tester l'une après l'autre. hollow, and to test them one after the other.
Le procédé et l'appareil de l'art antérieur pour détecter la pression dans la pale de soufflante creuse n'est pas automatique, il prend beaucoup de temps et nécessite un contact entre l'appareil de détection et la pale de The prior art method and apparatus for detecting the pressure in the hollow blower blade is not automatic, it is time consuming and requires contact between the sensing apparatus and the blower blade.
soufflante creuse.hollow blower.
La présente invention cherche à fournir un procédé et un appareil pour détecter la pression, la force, la température, la densité, la vibration, la viscosité et la vitesse du son dans un fluide dans un objet qui surmonte les The present invention seeks to provide a method and apparatus for detecting pressure, force, temperature, density, vibration, viscosity and speed of sound in a fluid in an object which overcomes
problèmes mentionnés ci-dessus.problems mentioned above.
En conséquence, la présente invention fournit un procédé pour détecter à distance une pression, une force, une température, une densité, une vibration, une viscosité ou une vitesse du son dans un fluide, le procédé comprenant les étapes suivantes: fournir au moins un transducteur à magnétostriction, fournir des moyens pour produire un champ magnétique variable en relation espacée avec le transducteur à magnétostriction, produire un champ magnétique variable de telle sorte que le champ magnétique variable agit sur ledit au moins un transducteur à magnétostriction pour générer des vibrations dans le au moins un transducteur à magnétostriction, fournir des moyens pour détecter les vibrations en relation espacée avec le transducteur à magnétostriction, détecter les vibrations générées dans ledit au moins un transducteur à magnétostriction par le champ magnétique variable, et analyser les vibrations détectées pour déterminer la pression, la force, la température, la densité, la Accordingly, the present invention provides a method for remotely sensing pressure, force, temperature, density, vibration, viscosity or speed of sound in a fluid, the method comprising the steps of: providing at least one magnetostriction transducer, providing means for producing a variable magnetic field in spaced relationship to the magnetostriction transducer, producing a variable magnetic field such that the variable magnetic field acts on said at least one magnetostriction transducer to generate vibrations in the at least one magnetostriction transducer, providing means for detecting vibrations in spaced relationship with the magnetostriction transducer, detecting vibrations generated in said at least one magnetostriction transducer by the variable magnetic field, and analyzing the detected vibrations to determine the pressure , strength, temperature, density,
vibration, la viscosité ou la vitesse du son dans un fluide. vibration, viscosity or speed of sound in a fluid.
Le transducteur à magnétostriction peut être situé dans The magnetostriction transducer can be located in
un objet. L'objet peut être un objet creux. an object. The object can be a hollow object.
L'étape d'analyser les vibrations détectées peut être réalisée en analysant l'amplitude et/ou la fréquence et/ou The step of analyzing the detected vibrations can be carried out by analyzing the amplitude and / or the frequency and / or
l'amortissement et/ou la phase.amortization and / or phase.
L'étape d'analyser l'amortissement peut comprendre de détecter la vitesse d'amortissement de l'amplitude des vibrations dans ledit au moins un transducteur à magnétostriction ou dans l'objet à une fréquence particulière. L'étape d'analyser la fréquence peut comprendre de détecter des changements dans la fréquence de résonance des vibrations dans ledit au moins un transducteur à The step of analyzing the damping can comprise detecting the damping speed of the amplitude of the vibrations in said at least one magnetostriction transducer or in the object at a particular frequency. The step of analyzing the frequency may comprise detecting changes in the resonance frequency of the vibrations in said at least one transducer to
magnétostriction ou dans l'objet.magnetostriction or in the object.
L'étape d'analyser la fréquence peut comprendre de détecter des changements dans l'amplitude des vibrations dans ledit au moins un transducteur à magnétostriction ou dans l'objet au niveau ou autour de la fréquence de The step of analyzing the frequency may comprise detecting changes in the amplitude of the vibrations in said at least one magnetostriction transducer or in the object at or around the frequency of
résonance.resonance.
L'étape d'analyser la fréquence peut comprendre de The step of analyzing the frequency can include
détecter des changements dans le flux magnétique. detect changes in the magnetic flux.
Il peut y avoir deux transducteurs à magnétostriction dans l'objet creux, un premier transducteur à magnétostriction étant en communication avec l'intérieur creux de l'objet creux et le second des transducteurs à magnétostriction n'étant pas en communication avec l'intérieur creux de l'objet creux, les transducteurs à magnétostriction ayant des fréquences de résonance There may be two magnetostriction transducers in the hollow object, a first magnetostriction transducer being in communication with the hollow interior of the hollow object and the second of the magnetostriction transducers not being in communication with the hollow interior of the hollow object, magnetostriction transducers having resonant frequencies
différentes.different.
Les vibrations peuvent être des ultrasons. The vibrations can be ultrasound.
L'étape d'analyser peut comprendre d'afficher la pression, la force, la température, la densité, la The analyze step may include displaying the pressure, force, temperature, density,
vibration, la viscosité ou la vitesse du son dans un fluide. vibration, viscosity or speed of sound in a fluid.
L'étape d'analyser peut comprendre de produire un avertissement signalant que la pression, la force, la température, la densité, la vibration, la viscosité ou la The analyze step may include producing a warning that the pressure, force, temperature, density, vibration, viscosity or
vitesse du son dans un fluide est à un niveau prédéterminé. speed of sound in a fluid is at a predetermined level.
La présente invention fournit également un appareil pour détecter à distance une pression, une force, une température, une densité, une vibration, un viscosité ou une vitesse du son dans un fluide, comprenant au moins un transducteur à magnétostriction, des moyens pour produire un champ magnétique variable arrangés en relation espacée avec le transducteur à magnétostriction de telle sorte qu'un champ magnétique variable agit sur le au moins un transducteur à magnétostriction pour générer des vibrations dans le au moins un transducteur à magnétostriction, des moyens pour détecter les vibrations générées dans le au moins un transducteur à magnétostriction, les moyens pour détecter les vibrations étant arrangés en relation espacée avec le transducteur à magnétostriction, et des moyens pour analyser les vibrations détectées pour déterminer la pression, la force, la température, la densité, le The present invention also provides an apparatus for remotely sensing pressure, force, temperature, density, vibration, viscosity or speed of sound in a fluid, comprising at least one magnetostriction transducer, means for producing a variable magnetic field arranged in spaced relation to the magnetostriction transducer so that a variable magnetic field acts on the at least one magnetostriction transducer to generate vibrations in the at least one magnetostriction transducer, means for detecting the vibrations generated in the at least one magnetostriction transducer, the means for detecting the vibrations being arranged in spaced relation to the magnetostriction transducer, and means for analyzing the detected vibrations to determine the pressure, the force, the temperature, the density, the
vibration, la viscosité ou la vitesse du son dans un fluide. vibration, viscosity or speed of sound in a fluid.
Le transducteur à magnétostriction peut être situé dans The magnetostriction transducer can be located in
un objet. L'objet peut être un objet creux. an object. The object can be a hollow object.
Les moyens pour analyser les vibrations détectées peuvent comprendre des moyens pour analyser l'amplitude The means for analyzing the detected vibrations can include means for analyzing the amplitude
et/ou la fréquence et/ou l'amortissement et/ou la phase. and / or frequency and / or damping and / or phase.
Les moyens pour analyser l'amortissement peuvent comprendre des moyens pour détecter la vitesse d'amortissement de l'amplitude des vibrations dans ledit au moins un transducteur à magnétostriction ou dans l'objet à The means for analyzing the damping can comprise means for detecting the damping speed of the amplitude of the vibrations in said at least one magnetostriction transducer or in the object to be
une fréquence particulière.a particular frequency.
Les moyens pour analyser la fréquence peuvent comprendre des moyens pour détecter des changements dans la fréquence de résonance des vibrations dans ledit au moins un The means for analyzing the frequency may include means for detecting changes in the resonant frequency of the vibrations in said at least one
transducteur à magnétostriction ou dans l'objet. magnetostriction or object transducer.
Les moyens pour analyser la fréquence peuvent comprendre des moyens pour détecter des changements dans l'amplitude des vibrations dans ledit au moins un transducteur à magnétostriction ou dans l'objet au niveau ou autour de la The means for analyzing the frequency may include means for detecting changes in the amplitude of the vibrations in said at least one magnetostriction transducer or in the object at or around the
fréquence de résonance.resonant frequency.
Il peut y avoir deux transducteurs à magnétostriction dans l'objet creux, un premier transducteur à magnétostriction étant en communication avec l'intérieur creux de l'objet creux et le second des transducteurs à magnétostriction n'étant pas en communication avec l'intérieur creux de l'objet creux, les transducteurs à magnétostriction ayant des fréquences de résonance There may be two magnetostriction transducers in the hollow object, a first magnetostriction transducer being in communication with the hollow interior of the hollow object and the second of the magnetostriction transducers not being in communication with the hollow interior of the hollow object, magnetostriction transducers having resonant frequencies
différentes.different.
Ledit au moins un transducteur à magnétostriction peut comprendre un élément magnétostrictif et un élément d'amortissement fixé à l'1élément magnétostrictif, l'élément Said at least one magnetostriction transducer can comprise a magnetostrictive element and a damping element fixed to the magnetostrictive element, the element
d'amortissement ayant une grande aire de surface. depreciation having a large surface area.
Ledit au moins un transducteur à magnétostriction peut comprendre une plaque magnétostrictive et une plaque d'amortissement fixée à une face de la plaque magnétostrictive. Ledit au moins un transducteur à magnétostriction peut comprendre un élément magnétostrictif arrangé dans une chambre fermée hermétiquement, la chambre fermée The at least one magnetostriction transducer may include a magnetostrictive plate and a damping plate fixed to one face of the magnetostrictive plate. Said at least one magnetostriction transducer can comprise a magnetostrictive element arranged in a hermetically closed chamber, the closed chamber
hermétiquement étant évacuée pour former un vide. hermetically being evacuated to form a vacuum.
La chambre fermée hermétiquement peut être définie par au moins une paroi flexible, la paroi flexible pouvant être arrangée de manière permanente en contact avec l'élément magnétostrictif ou pouvant être arrangée pour se déplacer en The hermetically sealed chamber can be defined by at least one flexible wall, the flexible wall being able to be arranged permanently in contact with the magnetostrictive element or able to be arranged to move in
contact et hors du contact avec l'1élément magnétostrictif. contact and out of contact with the magnetostrictive element.
Le transducteur à magnétostriction peut comprendre une paroi cylindrique rigide ayant une paroi d'extrémité rigide et une paroi d'extrémité flexible définissant la chambre fermée hermétiquement et un élément magnétostrictif s'étendant entre et contactant la paroi d'extrémité rigide et la paroi d'extrémité flexible. Il peut y avoir des moyens mécaniques The magnetostriction transducer may include a rigid cylindrical wall having a rigid end wall and a flexible end wall defining the hermetically sealed chamber and a magnetostrictive element extending between and contacting the rigid end wall and the wall flexible end. There may be mechanical means
pour précontraindre l'élément magnétostrictif. to prestress the magnetostrictive element.
Les parois rigides et la paroi flexible comprennent des matériaux à faible perméabilité magnétique. Les parois rigides peuvent comprendre de l'acier The rigid walls and the flexible wall include materials with low magnetic permeability. Rigid walls may include steel
inoxydable et la paroi flexible comprend du laiton. stainless steel and the flexible wall includes brass.
Le transducteur à magnétostriction peut comprendre des moyens magnétiques pour magnétiquement solliciter l'élément The magnetostriction transducer may include magnetic means for magnetically biasing the element
magnétostrictif.magnetostrictive.
Les moyens pour détecter les vibrations peuvent comprendre un transducteur acoustique couplé à l'air ou un interféromètre à laser pour directement détecter les The means for detecting vibrations may include an acoustic transducer coupled to air or a laser interferometer to directly detect the
vibrations du transducteur à magnétostriction ou de l'objet. vibrations of the magnetostriction transducer or of the object.
Les moyens pour détecter les vibrations peuvent comprendre une bobine de fil pour détecter des changements dans le champ magnétique généré, qui correspondent aux The means for detecting vibrations may include a coil of wire for detecting changes in the generated magnetic field, which correspond to
vibrations du transducteur à magnétostriction. vibrations of the magnetostriction transducer.
Les moyens pour produire un champ magnétique variable Means for producing a variable magnetic field
peuvent comprendre une bobine de fil. may include a spool of wire.
Les moyens pour détecter les vibrations peuvent comprendre la bobine de fil utilisée pour produire le champ magnétique alternatif, la bobine de fil détectant des changements dans le champ magnétique généré, qui correspondent aux vibrations du transducteur à magnétostriction. L'objet creux peut être une pale de soufflante de moteur à turbine à gaz à turbosoufflante. Les moyens pour détecter les vibrations peuvent être arrangés sur un carter de The means for detecting vibrations may include the coil of wire used to produce the alternating magnetic field, the coil of wire detecting changes in the generated magnetic field, which correspond to the vibrations of the magnetostriction transducer. The hollow object may be a fan blade of a turbofan gas turbine engine. The means for detecting vibrations can be arranged on a housing.
soufflante entourant la pale de soufflante. fan surrounding the fan blade.
L'élément magnétostrictif peut comprendre un alliage de The magnetostrictive element may include an alloy of
terbium, de dysprosium et de fer.terbium, dysprosium and iron.
La présente invention sera plus complètement décrite à titre d'exemple en référence aux dessins joints, sur lesquels: - la figure 1 est une vue partiellement découpée d'un moteur à turbine à gaz à turbosoufflante ayant un appareil pour détecter à distance, une pression ou une température dans un objet creux selon la présente invention, - la figure 2 est une vue agrandie d'un mode de réalisation d'un appareil pour détecter à distance une pression ou une température dans un objet creux selon la présente invention, - La figure 3 est une vue agrandie d'un mode de réalisation alternatif d'un appareil pour détecter à distance une pression ou une température dans un objet creux selon la présente invention, - la figure 4 est une vue agrandie d'un transducteur à magnétostriction pour être utilisé dans un appareil pour détecter à distance une pression ou une température dans un objet creux selon la présente invention, - la figure 5 est une vue agrandie d'un transducteur à magnétostriction alternatif pour être utilisé dans un appareil pour détecter à distance une pression ou une température dans un objet creux selon la présente invention, c - la figure 6 est une vue agrandie d'un transducteur à magnétostriction alternatif pour être utilisé dans un appareil pour détecter à distance une pression ou une température dans un objet creux selon la présente invention,. - la figure 7 est une vue agrandie d'un transducteur à magnétostriction alternatif pour être utilisé dans un appareil pour détecter à distance une pression ou une température dans un objet creux selon la présente invention, - la figure 8 est une vue agrandie d'un transducteur à magnétostriction alternatif pour être utilisé dans un appareil pour détecter à distance une pression ou une température dans un objet creux selon la présente invention, et - la figure 9 est une vue agrandie d'un transducteur à magnétostriction alternatif pour être utilisé dans un appareil pour détecter à distance une pression ou une température dans un objet creux selon la présente The present invention will be more fully described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which: - Figure 1 is a partially cut away view of a gas turbofan engine having an apparatus for remotely detecting a pressure or a temperature in a hollow object according to the present invention, - Figure 2 is an enlarged view of an embodiment of an apparatus for remotely detecting a pressure or a temperature in a hollow object according to the present invention, - The FIG. 3 is an enlarged view of an alternative embodiment of an apparatus for remotely detecting a pressure or a temperature in a hollow object according to the present invention, FIG. 4 is an enlarged view of a magnetostriction transducer for be used in an apparatus for remotely detecting a pressure or a temperature in a hollow object according to the present invention, - Figure 5 is an enlarged view of a trans alternating magnetostriction conductor for use in an apparatus for remotely sensing a pressure or a temperature in a hollow object according to the present invention, c - Figure 6 is an enlarged view of an alternating magnetostriction transducer for use in an apparatus for remotely detecting a pressure or a temperature in a hollow object according to the present invention. - Figure 7 is an enlarged view of an AC magnetostriction transducer for use in an apparatus for remote sensing of pressure or temperature in a hollow object according to the present invention, - Figure 8 is an enlarged view of a AC magnetostriction transducer for use in an apparatus for remotely sensing pressure or temperature in a hollow object according to the present invention, and - Figure 9 is an enlarged view of an AC magnetostriction transducer for use in an apparatus to remotely detect a pressure or a temperature in a hollow object according to the present
invention.invention.
Un moteur à turbine à gaz à turbosoufflante 10 est représenté sur la figure 1 et comprend en série d'écoulement axial une entrée 12, une section de soufflante 14, une section de compresseur 16, une section de combustion 18, une section de turbine 20 et un échappement 22. La section de turbine 20 est arrangée pour entraîner la section de soufflante 14 et la section de compression 16 via un ou plusieurs arbres. Le moteur à turbine à gaz à turbosoufflante 10 fonctionne de manière conventionnelle et A turbofan gas turbine engine 10 is shown in FIG. 1 and comprises in series of axial flow an inlet 12, a blower section 14, a compressor section 16, a combustion section 18, a turbine section 20 and an exhaust 22. The turbine section 20 is arranged to drive the fan section 14 and the compression section 16 via one or more shafts. The turbofan gas turbine engine 10 operates in a conventional manner and
son fonctionnement ne sera pas discuté davantage. its operation will not be discussed further.
La section de soufflante 14 comprend une pluralité de pales de soufflante 24 fixées à et s'étendant radialement à partir d'un rotor de soufflante 26. Les pales de soufflante 24 sont entourées par un carter de soufflante 28, qui définit un conduit de soufflante 30, et le carter de soufflante 28 est fixé au carter de compresseur par une pluralité d'aubes de guidage de sortie de soufflante The blower section 14 includes a plurality of blower blades 24 attached to and extending radially from a blower rotor 26. The blower blades 24 are surrounded by a blower housing 28, which defines a blower duct 30, and the fan casing 28 is fixed to the compressor casing by a plurality of fan outlet guide vanes
s'étendant radialement 32.extending radially 32.
Il est connu de réalisé des pales de soufflante 24 de manière creuse de telle sorte que leur poids est réduit. Il est également connu que ces pales de soufflante 24 sont fabriquées par soudage par diffusion ou par brasage par diffusion d'un noyau à nid d'abeilles entre deux feuilles métalliques externes, ou par soudage par diffusion et formage superplastique d'une feuille de noyau métallique entre deux feuilles métalliques externes pour définir un intérieur creux 34. Il est également connu de simplement utiliser deux feuilles externes pour définir un intérieur creux 34. En résultat du procédé de fabrication, l'intérieur creux 34 de la pale de soufflante 24 est à une pression de It is known to produce fan blades 24 in a hollow manner so that their weight is reduced. It is also known that these fan blades 24 are manufactured by diffusion welding or by diffusion brazing of a honeycomb core between two external metal sheets, or by diffusion welding and superplastic forming of a core sheet metal between two external metal sheets to define a hollow interior 34. It is also known to simply use two external sheets to define a hollow interior 34. As a result of the manufacturing process, the hollow interior 34 of the fan blade 24 is at a pressure of
vide.empty.
Comme discuté précédemment, il y a un procédé connu pour détecter des fissures dans des pales de soufflante creuses dans lequel un transducteur piézo-électrique est placé sur la surface de la pale de soufflante creuse de telle sorte qu'il est acoustiquement couplé à la pale de soufflante creuse. Le transducteur piézo-électrique est électriquement excité pour générer des ultrasons à une fréquence particulière, par exemple 150 kHz, dans la pale soufflante creuse. Le transducteur piézo-électrique est ensuite utilisé pour détecter les ultrasons dans la pale de soufflante creuse et un dispositif d'analyse est utilisé pour surveiller la vitesse d'amortissement de l'amplitude des ultrasons à la fréquence particulière. Il a été trouvé que la vitesse d'amortissement de l'amplitude des ultrasons à la fréquence particulière est proportionnelle à la pression dans la pale de soufflante creuse. S'il y a une fissure dans la pale de soufflante creuse, de l'air entre dans la pale de soufflante creuse et la pression dans la pale de soufflante creuse augmente à la pression atmosphérique. Ainsi, s'il y a une fissure dans la pale de soufflante creuse, la pression est supérieure à la pale de soufflante creuse par rapport à une pale de soufflante non f issurée et par conséquent la vitesse d'amortissement pour une pale de soufflante creuse fissurée est supérieure à celle pour une pale de soufflante As discussed above, there is a known method for detecting cracks in hollow fan blades in which a piezoelectric transducer is placed on the surface of the hollow fan blade so that it is acoustically coupled to the blade of hollow blower. The piezoelectric transducer is electrically excited to generate ultrasound at a particular frequency, for example 150 kHz, in the hollow blowing blade. The piezoelectric transducer is then used to detect ultrasound in the hollow blower blade and an analysis device is used to monitor the damping rate of the amplitude of the ultrasound at the particular frequency. It has been found that the damping rate of the amplitude of the ultrasound at the particular frequency is proportional to the pressure in the hollow fan blade. If there is a crack in the hollow blower blade, air enters the hollow blower blade and the pressure in the hollow blower blade increases to atmospheric pressure. Thus, if there is a crack in the hollow fan blade, the pressure is higher than the hollow fan blade compared to an uncracked fan blade and therefore the damping speed for a hollow fan blade cracked is greater than that for a fan blade
creuse non fissurée.hollow not cracked.
Le procédé et l'appareil de l'art antérieur pour détecter la pression à l'intérieur de la pale de soufflante creuse n'est pas automatique, il prend beaucoup de temps et nécessite un contact entre l'appareil de détection et la The method and the apparatus of the prior art for detecting the pressure inside the hollow blower blade is not automatic, it takes a long time and requires contact between the detection apparatus and the
pale de soufflante creuse.hollow fan blade.
L'invention fournit un appareil 40 pour détecter à distance une pression dans un objet creux, comme représenté sur les figures 1 et 2, par exemple une pale de soufflante 14 d'un moteur à turbine à gaz à turbosoufflante. L'appareil comprend un transducteur à magnétostriction 42 placé dans une petite sous-chambre 36 à l'extrémité de la pale de soufflante creuse 34 adjacente à, mais espacée du carter de soufflante 28. La sous-chambre 36 est interconnectée à The invention provides an apparatus 40 for remotely detecting a pressure in a hollow object, as shown in FIGS. 1 and 2, for example a fan blade 14 of a gas turbine engine with turbofan. The apparatus comprises a magnetostriction transducer 42 placed in a small sub-chamber 36 at the end of the hollow fan blade 34 adjacent to, but spaced from the fan casing 28. The sub-chamber 36 is interconnected with
l'intérieur creux 34 par un passage 38. the hollow interior 34 through a passage 38.
Une bobine magnétique 44 est positionnée en éloignement de la pale de soufflante creuse 24 à l'intérieur du carter de soufflante 28, et la bobine magnétique 44 est connectée à une source de courant alternatif 46 via un commutateur 45, de telle sorte que lorsque le commutateur 45 est fermé, le courant alternatif alimenté à la bobine magnétique 44 A magnetic coil 44 is positioned away from the hollow fan blade 24 inside the fan casing 28, and the magnetic coil 44 is connected to an alternating current source 46 via a switch 45, so that when the switch 45 is closed, alternating current supplied to the magnetic coil 44
produit un champ magnétique alternatif. produces an alternating magnetic field.
Un transducteur couplé à l'air 48, un microphone, est arrangé sur le carter de soufflante 28 pour détecter des vibrations, particulièrement des ultrasons, émis à partir de la pale de soufflante creuse 24, et le transducteur couplé à l'air 48 est connecté à un processeur 50 qui analyse les ultrasons détectés pour déterminer si la pression dans la pale de soufflante creuse 24 a changé. Le processeur 50 est connecté à un affichage 52 pour indiquer la pression effective dans la pale de soufflante creuse, et/ou un dispositif d'avertissement pour indiquer que la pale de An air coupled transducer 48, a microphone, is arranged on the blower housing 28 to detect vibrations, particularly ultrasound, emitted from the hollow blower blade 24, and the air coupled transducer 48 is connected to a processor 50 which analyzes the detected ultrasound to determine if the pressure in the hollow blower blade 24 has changed. The processor 50 is connected to a display 52 to indicate the effective pressure in the hollow fan blade, and / or a warning device to indicate that the blower blade
soufflante creuse 24 est fissurée.hollow blower 24 is cracked.
Le champ magnétique alternatif produit par la bobine magnétique 44 est à une fréquence ultrasonique, bien que des fréquences inférieures peuvent être utilisées, et passe à travers la paroi de la pale de soufflante creuse 24 vers l'intérieur creux 34 de la pale de soufflante creuse 24. Le champ magnétique alternatif agit sur le transducteur à magnétostriction 42 et entraîne un mouvement mécanique du transducteur à magnétostriction 42 qui à son tour génère des ultrasons. Le transducteur couplé à l'air 48 est réglé à la fréquence de résonance du transducteur à magnétostriction 42, ou à la fréquence à laquelle le transducteur à magnétostriction 42 est excité, et le processeur 50 analyse les ultrasons pour une courte période de temps pour déterminer si la vitesse d'amortissement de l'amplitude des ultrasons à la fréquence particulière a changé, par exemple augmenté. Le processeur 50 est arrangé pour envoyer un signal à l'affichage 52 pour indiquer la pression, et/ou le processeur 50 est arrangé pour envoyer un signal à une alarme pour indiquer que la pale de soufflante 24 est fissurée, ou les deux. Le processeur 50 peut comparer la vitesse d'amortissement détectée de l'amplitude des ultrasons à la fréquence particulière avec un domaine de vitesse de l'amortissement acceptable, et si la vitesse d'amortissement détectée est en dehors du domaine de vitesse d'amortissement acceptable, il envoie un signal approprié à The alternating magnetic field produced by the magnetic coil 44 is at an ultrasonic frequency, although lower frequencies may be used, and passes through the wall of the hollow fan blade 24 to the hollow interior 34 of the hollow fan blade 24. The alternating magnetic field acts on the magnetostriction transducer 42 and causes mechanical movement of the magnetostriction transducer 42 which in turn generates ultrasound. The air-coupled transducer 48 is set to the resonant frequency of the magnetostriction transducer 42, or the frequency at which the magnetostriction transducer 42 is energized, and the processor 50 analyzes the ultrasound for a short period of time to determine if the damping rate of the amplitude of the ultrasound at the particular frequency has changed, for example increased. The processor 50 is arranged to send a signal to the display 52 to indicate the pressure, and / or the processor 50 is arranged to send a signal to an alarm to indicate that the fan blade 24 is cracked, or both. The processor 50 can compare the detected damping speed of the amplitude of the ultrasound at the particular frequency with an acceptable damping speed range, and if the detected damping speed is outside the damping speed range acceptable it sends an appropriate signal to
l'affichage ou à l'alarme.display or alarm.
Le transducteur couplé à l'air peut être remplacé par un interféromètre à laser arrangé sur le carter de soufflante, ou une autre structure statique du moteur à turbine à gaz, et l'interféromètre à laser est arrangé pour voir une zone appropriée de la pale de soufflante, ou il peut être remplacé par un transducteur en verre rnagnétoélastique couplé à la pale de soufflante pour détecter des vibrations et un transducteur ou une bobine à effet hall dans le carter de soufflante pour détecter des champs magnétiques produits The air coupled transducer can be replaced with a laser interferometer arranged on the fan housing, or other static structure of the gas turbine engine, and the laser interferometer is arranged to see an appropriate area of the blade blower, or it can be replaced by a magnetic-elastic glass transducer coupled to the blower blade to detect vibrations and a hall effect transducer or coil in the blower housing to detect magnetic fields produced
par le transducteur magnétoélastique. by the magnetoelastic transducer.
L'invention fournit également un appareil 60 pour détecter à distance une pression dans un objet creux, comme représenté sur les figures 1 et 3, par exemple une pale de The invention also provides an apparatus 60 for remotely detecting a pressure in a hollow object, as shown in FIGS. 1 and 3, for example a vane
soufflante 24 d'un moteur à turbine à gaz à turbosoufflante. fan 24 of a turbofan gas turbine engine.
L'appareil 60 comprend un transducteur à magnétostriction 62 placé dans une petite sous-chambre 36 à l'extrémité de la pale de soufflante 24 adjacente à, mais en éloignement du carter de soufflante 28. La sous-chambre 36 est The apparatus 60 comprises a magnetostriction transducer 62 placed in a small sub-chamber 36 at the end of the fan blade 24 adjacent to, but away from the fan casing 28. The sub-chamber 36 is
interconnectée avec l'intérieur creux 34 par un passage 38. interconnected with the hollow interior 34 by a passage 38.
Une bobine magnétique 64 est positionnée en éloignement de la pale de soufflante creuse 24 à l'intérieur du carter de soufflante 28, et la bobine magnétique 64 est connectée à une source de courant alternatif 66 via un commutateur 65, de telle sorte que lorsque le commutateur 65 est fermé, le courant alternatif alimenté à la bobine magnétique 64 A magnetic coil 64 is positioned away from the hollow fan blade 24 inside the fan casing 28, and the magnetic coil 64 is connected to an alternating current source 66 via a switch 65, so that when the switch 65 is closed, alternating current supplied to the magnetic coil 64
produit un champ magnétique alternatif. produces an alternating magnetic field.
Une bobine de recherche magnétique 68 est arrangée sur le carter de soufflante 28 pour indirectement détecter les ultrasons générés dans la pale de soufflante creuse 24 et/ou le transducteur à magnétostriction 62. La bobine de recherche magnétique 68 est connectée à un processeur 70 qui analyse les ultrasons détectés pour dêterminer si la pression dans la pale de soufflante creuse 24 a changé. Le processeur 70 est connecte à un affichage 72 pour indiquer la pression effective dans la pale de soufflante creuse, et/ou à un dispositif d'avertissement 74 pour indiquer que A magnetic search coil 68 is arranged on the fan casing 28 to indirectly detect the ultrasound generated in the hollow fan blade 24 and / or the magnetostriction transducer 62. The magnetic search coil 68 is connected to a processor 70 which analyzes ultrasound detected to determine if the pressure in the hollow blower blade 24 has changed. The processor 70 is connected to a display 72 to indicate the effective pressure in the hollow fan blade, and / or to a warning device 74 to indicate that
la pale de soufflante creuse 24 est fissurée. the hollow fan blade 24 is cracked.
Le champ magnétique alternatif produit par la bobine magnétique 64 est à une fréquence ultrasonique et passe à travers la paroi de la pale de soufflante creuse 24 vers l'intérieur creux 34 de la pale de soufflante 24. Le champ magnétique alternatif agit sur le transducteur à magnétostriction 62 et entraîne un mouvement mécanique du transducteur à magnétostriction 62 qui à son tour génère des ultrasons dans la pale de soufflante 24 et le transducteur à The alternating magnetic field produced by the magnetic coil 64 is at an ultrasonic frequency and passes through the wall of the hollow fan blade 24 towards the hollow interior 34 of the fan blade 24. The alternating magnetic field acts on the transducer to magnetostriction 62 and causes mechanical movement of the magnetostriction transducer 62 which in turn generates ultrasound in the fan blade 24 and the transducer
magnétostriction 62.magnetostriction 62.
La fréquence du champ magnétique appliqué produit par la bobine magnétique 64 est modulée sur un étroit domaine de fréquence autour de la fréquence de résonance du transducteur à magnétostriction 62. Le transducteur à magnétostriction 62 retire de l'énergie du champ magnétique généré par la bobine magnétique 64 pour amener le transducteur à magnétostriction à vibrer. Le transducteur à magnétostriction 62 réduit par conséquent la force du champ magnétique à la fréquence de résonance du transducteur à magnétostriction 62. La bobine de recherche magnétique 68 détecte les changements, par exemple la réduction, dans le flux magnétique à la fréquence de résonance du transducteur à magnétostriction 62 produit par le transducteur à magnétostriction 62 en résultat aux vibrations générées par la pale de soufflante 24 et le transducteur à magnétostriction 62. Le processeur 66 analyse le champ magnétique qui correspond aux vibrations dans la pale de soufflante 24, détecté par la bobine de recherche magnétique 68 pour déterminer si le rapport de la fréquence centrale à la largeur de bande correspondant à la fréquence de résonance, connu comme le "facteur Q" du transducteur à magnétostriction 62 a changé. Par exemple si la pale de soufflante est initialement évacuée à la pression de vide il y a un "facteur Q' relativement élevé et si la pale de soufflante est fissurée pour permettre à de l'air d'entrer, il y a un "facteur Q" relativement faible. Le processeur 70 peut comparer le "facteur Q' détecté avec un domaine de "facteur Q' acceptable, et si le "facteur Q" détecté est en dehors du domaine de "facteur Q" acceptable, envoie un The frequency of the applied magnetic field produced by the magnetic coil 64 is modulated over a narrow frequency range around the resonance frequency of the magnetostriction transducer 62. The magnetostriction transducer 62 removes energy from the magnetic field generated by the magnetic coil 64 to cause the magnetostriction transducer to vibrate. The magnetostriction transducer 62 therefore reduces the strength of the magnetic field at the resonance frequency of the magnetostriction transducer 62. The magnetic search coil 68 detects changes, for example reduction, in the magnetic flux at the resonance frequency of the transducer magnetostriction 62 produced by the magnetostriction transducer 62 as a result of vibrations generated by the fan blade 24 and the magnetostriction transducer 62. The processor 66 analyzes the magnetic field which corresponds to the vibrations in the fan blade 24, detected by the coil magnetic research 68 to determine whether the ratio of the center frequency to the bandwidth corresponding to the resonant frequency, known as the "Q factor" of the magnetostriction transducer 62 has changed. For example if the fan blade is initially evacuated at vacuum pressure there is a relatively high "Q 'factor and if the fan blade is cracked to allow air to enter there is a" factor Relatively small "Q". Processor 70 can compare the detected "Q factor" with an acceptable "Q factor" domain, and if the detected "Q factor" is outside the acceptable "Q factor" domain, sends a
signal approprié à l'affichage ou à l'alarme. signal suitable for display or alarm.
De manière alternative et de préférence, le processeur analyse le champ magnétique, qui correspond aux vibrations dans la pale de soufflante détectées par la bobine de recherche magnétique 68 pour déterminer si la fréquence de résonance du transducteur à magnétostriction 62 a changé. Par exemple si lI pale de soufflante est initialement évacuée à la pression de vide, le transducteur à magnétostriction a une fréquence de résonance relativement faible et si la pale de soufflante est fissurée pour permettre à de l'air d'entrer dans la pale de soufflante, le transducteur à magnétostriction a une fréquence de résonance relativement élevée. Le processeur 70 peut comparer la fréquence de résonance détectée avec un domaine de fréquence de résonance acceptable et si la fréquence de résonance détectée est en dehors du domaine acceptable de fréquence de résonance, il envoie un signal approprié à l'affichage ou à Alternatively and preferably, the processor analyzes the magnetic field, which corresponds to the vibrations in the fan blade detected by the magnetic search coil 68 to determine whether the resonance frequency of the magnetostriction transducer 62 has changed. For example, if the fan blade is initially evacuated at vacuum pressure, the magnetostriction transducer has a relatively low resonant frequency and if the fan blade is cracked to allow air to enter the fan blade , the magnetostriction transducer has a relatively high resonant frequency. The processor 70 can compare the detected resonant frequency with an acceptable resonant frequency range and if the detected resonant frequency is outside the acceptable resonant frequency range, it sends an appropriate signal to the display or
l 'alarme.the alarm.
Le transducteur à magnétostriction comprend un élément magnétostrictif qui est de préférence un alliage de terbium, de dysprosium, et de fer, de la formule générale Tbx DYlx Fel,95 (o x peut varier mais est typiquement 0,3). Un exemple d'une composition appropriée est vendu sous le nom commercial Terfenol D et est disponible par la Société Etrema Products Inc, 2500 North Loop Drive, Ames, Iowa 50010, Etats-Unis. Le Terfenol D est habituellement moulé sous forme solidifiée de manière directionnelle ou sous forme de monocristal. Il est possible d'utiliser des éléments magnétostrictifs réalisés à partir d'autres The magnetostriction transducer comprises a magnetostrictive element which is preferably an alloy of terbium, dysprosium, and iron, of the general formula Tbx DYlx Fel, 95 (o x may vary but is typically 0.3). An example of a suitable composition is sold under the trade name Terfenol D and is available from the company Etrema Products Inc, 2500 North Loop Drive, Ames, Iowa 50010, USA. Terfenol D is usually molded in directionally solidified form or as a single crystal. It is possible to use magnetostrictive elements made from other
alliages appropriés.suitable alloys.
Un transducteur à magnétostriction approprié 42A est représenté sur la figure 4 et comprend un élément magnétostrictif 80 sous la forme d'une tige creuse qui est arrangée dans une rainure circulaire 84 sur un élément d'amortissement 82. L'élément d'amortissement 82 a plusieurs éléments 86 pour augmenter l'aire de surface pour augmenter l'amortissement du mouvement de l'élément magnétostrictif 80 A suitable magnetostriction transducer 42A is shown in Figure 4 and includes a magnetostrictive element 80 in the form of a hollow rod which is arranged in a circular groove 84 on a damping element 82. The damping element 82 a several elements 86 to increase the surface area to increase the damping of the movement of the magnetostrictive element 80
en raison de la pression de l'air ou du gaz. due to air or gas pressure.
Un autre transducteur à magnétostriction approprié 42B est représenté sur la figure 5 et comprend une plaque magnétostrictive 88 et une plaque d'amortissement 90 qui est fixé à une face de la plaque magnétostrictive 88. Les bords de la plaque magnétostrictive 88 et de la plaque d'amortissement 90 sont fixés à la structure de la pale de soufflante 24, ou un élément, pour définir une chambre 92 entre la pale de soufflante 24 et la plaque à magnétostriction 88 et pour définir une chambre 94 entre la Another suitable magnetostriction transducer 42B is shown in FIG. 5 and comprises a magnetostrictive plate 88 and a damping plate 90 which is fixed to one face of the magnetostrictive plate 88. The edges of the magnetostrictive plate 88 and the plate d damping 90 are fixed to the structure of the fan blade 24, or an element, to define a chamber 92 between the fan blade 24 and the magnetostriction plate 88 and to define a chamber 94 between the
pale de soufflante 24 et la plaque d'amortissement 90. fan blade 24 and damping plate 90.
L'intérieur creux 34 de la pale de soufflante 24 est The hollow interior 34 of the fan blade 24 is
interconnecté aux chambres 92 et 94. interconnected to rooms 92 and 94.
Un autre transducteur à magnétostriction approprié 42C est représenté sur la figure 6 et comprend une tige magnétostrictive ou un tube creux 96 fixé à une extrémité de la pale de soufflante 24. L'écart entre les surfaces non fixées de l'élément magnétostrictif 96 et de la pale de soufflante 24 est prédéterminé pour maximiser l'amortissement de l'élément magnétostrictif 96 en raison de Another suitable magnetostriction transducer 42C is shown in FIG. 6 and comprises a magnetostrictive rod or a hollow tube 96 fixed to one end of the fan blade 24. The distance between the non-fixed surfaces of the magnetostrictive element 96 and of the fan blade 24 is predetermined to maximize the damping of the magnetostrictive element 96 due to
la pression de l'air ou du gaz.air or gas pressure.
Un autre transducteur à magnétostriction approprié 42D est représenté sur la figure 7 et comprend une plaque magnétostrictive 98 fixée le long de trois bords à la pale de soufflante 24 ou un autre élément approprié, pour former une chambre 36. La pression de l'air ou du gaz dans la chambre 36détermine la quantité de l'amortissement de la Another suitable magnetostriction transducer 42D is shown in FIG. 7 and comprises a magnetostrictive plate 98 fixed along three edges to the fan blade 24 or another suitable element, to form a chamber 36. The air pressure or gas in chamber 36 determines the amount of damping the
plaque magnétostrictive 98.magnetostrictive plate 98.
Un autre transducteur à magnétostriction 42E est représenté sur la figure 8 et comprend une plaque magnétostrictive 100 fixée par ses bords à la pale de soufflante 24 ou un autre élément approprié, pour former une chambre 104 avec la pale de soufflante 24. Une plaque d'amortissement flexible 102 est fixée par ses bords à la pale de soufflante ou un autre élément approprié pour former une chambre 106 avec la plaque magnétostrictive 100. La plaque d'amortissement définit également partiellement la sous-chambre 36. Les chambres 104 et 106 sont évacuées à une pression de vide. La pression de l'air ou du gaz dans la chambre 36 détermine la quantité d'amortissement de la plaque magnétostrictive 98, en amenant la plaque d'amortissement flexible à fléchir et à se déplacer en contact avec la plaque magnétostrictive 100 lorsque la pale Another magnetostriction transducer 42E is shown in FIG. 8 and comprises a magnetostrictive plate 100 fixed by its edges to the fan blade 24 or another suitable element, to form a chamber 104 with the fan blade 24. A plate of flexible damping 102 is fixed by its edges to the fan blade or another suitable element to form a chamber 106 with the magnetostrictive plate 100. The damping plate also partially defines the sub-chamber 36. The chambers 104 and 106 are evacuated at vacuum pressure. The pressure of the air or gas in the chamber 36 determines the amount of damping of the magnetostrictive plate 98, causing the flexible damping plate to flex and move in contact with the magnetostrictive plate 100 when the blade
de soufflante 24 est fissurée.blower 24 is cracked.
Un transducteur à magnétostriction 42F est représenté sur la figure 9 et comprend un élément magnétostrictif allongé 108 sous la forme d'une tige, d'une barre ou d'un tube creux arrangé dans une paroi cylindrique rigide 110 ayant une paroi d'extrémité rigide 112 et une paroi d'extrémité flexible 114 définissant une chambre fermée hermétiquement 116. L'élément magnétostrictif 108 s'étend entre et contacte la paroi d'extrémité rigide 112 et la paroi d'extrémité flexible 114. Une pluralité de supports élastiques 118 sont prévus pour supporter l'élément magnétostrictif 108. Les parois rigides 110 et 112 et la paroi flexible 114 comprennent des matériaux de faible A magnetostriction transducer 42F is shown in Figure 9 and includes an elongated magnetostrictive element 108 in the form of a rod, bar or hollow tube arranged in a rigid cylindrical wall 110 having a rigid end wall 112 and a flexible end wall 114 defining a hermetically closed chamber 116. The magnetostrictive element 108 extends between and contacts the rigid end wall 112 and the flexible end wall 114. A plurality of elastic supports 118 are designed to support the magnetostrictive element 108. The rigid walls 110 and 112 and the flexible wall 114 comprise materials of low
perméabilité magnétique.magnetic permeability.
Par exemple les parois rigides 110 et 112 comprennent de l'acier inoxydable non magnétique ou du titane, la paroi flexible 114 comprend du laiton ou du titane et les supports élastiques 118 peuvent comprendre par exemple des ressorts en titane, en Nylon ou d'autres supports élastiques appropriés. Dans certaines circonstances, la paroi d'extrémité rigide 112 peut avoir une masse importante contre laquelle l'élément magnétostrictif 108 peut vibrer, par exemple si le couplage vibrationnel dans l'objet creux est relativement faible. La pression d'air ou de gaz dans la chambre 36 détermine la quantité de contrainte axiale sur For example, the rigid walls 110 and 112 comprise non-magnetic stainless steel or titanium, the flexible wall 114 comprises brass or titanium and the elastic supports 118 may comprise, for example, springs of titanium, nylon or the like. suitable elastic supports. Under certain circumstances, the rigid end wall 112 can have a large mass against which the magnetostrictive element 108 can vibrate, for example if the vibrational coupling in the hollow object is relatively weak. The air or gas pressure in chamber 36 determines the amount of axial stress on
l'élément magnétostrictif 108.the magnetostrictive element 108.
L'application d'un champ magnétique au transducteur à magnétostriction rend initiallernent l'élément à magnétostriction plus court et plus large pour des matériaux magnétostrictifs négatifs ou plus longs et plus fins pour des matériaux magnétostrictifs positifs. Dans l'invention telle que décrite, un matériau magnétostrictif positif est utilisé mais un matériau magnétostrictif négatif pourrait Applying a magnetic field to the magnetostriction transducer initially makes the magnetostriction element shorter and wider for negative magnetostrictive materials or longer and thinner for positive magnetostrictive materials. In the invention as described, a positive magnetostrictive material is used but a negative magnetostrictive material could
être utilisé.to be used.
La fréquence de résonance de l'élément magnétostrictif 108 varie avec la longueur, des valeurs typiques sont représentées sur le tableau 1, pour du Terfenol D avec un champ de sollicitation de 25kA/m et une précontrainte de The resonant frequency of the magnetostrictive element 108 varies with the length, typical values are shown in Table 1, for Terfenol D with a stress field of 25kA / m and a preload of
4,5 MPa et un coefficient de couplage de 0,57. 4.5 MPa and a coupling coefficient of 0.57.
Tableau 1Table 1
Longueur du Fréquence de Terfenol D (mm) résonance (kHz) Terfenol Frequency Length D (mm) resonance (kHz)
>100> 100
3535
2020
1515
1010
Dans des tests, on a utilisé une tige en Terfenol D ayant un diamètre de 6 mm et une longueur de 64 mm, et un cylindre en acier inoxydable non magnétique ayant un diamètre de 29 mm, une longueur de 85 mm et une épaisseur de 0,2 mm avec un élément flexible en laiton. Le cylindre a été placé dans un cylindre en titane ayant un diamètre de 30 mm, une longueur de 85 mm et une épaisseur de 1 mm pour représenter la pale de soufflante. Une bobine magnétique de 200 spires de fil en cuivre isolé 38 SWG a été bobinée autour du cylindre en titane. L'intérieur du cylindre en acier a été évacué à une pression de vide. La pression dans le cylindre de titane a été variée et les effets sur la fréquence de résonance de la tige en Terfenol D ont été notés. Pendant que la pression dans le cylindre de titane augmentait de manière graduelle à partir du vide à la pression atmosphérique, la fréquence de résonance de la tige en Terfenol D augmentait de manière linéaire à partir de ,5 kHz à 18 kHz, c'est-à-dire un changement de 2,5 kHz dans la fréquence de résonance. Il est supposé que le même effet est applicable à des tiges en Terfenol D plus courtes et plus longues. Le transducteur à magnétostriction peut comprendre des moyens magnétiques pour polariser In tests, a Terfenol D rod having a diameter of 6 mm and a length of 64 mm was used, and a non-magnetic stainless steel cylinder having a diameter of 29 mm, a length of 85 mm and a thickness of 0. , 2 mm with a flexible brass element. The cylinder was placed in a titanium cylinder having a diameter of 30 mm, a length of 85 mm and a thickness of 1 mm to represent the fan blade. A magnetic coil of 200 turns of 38 SWG insulated copper wire was wound around the titanium cylinder. The interior of the steel cylinder was evacuated at vacuum pressure. The pressure in the titanium cylinder was varied and the effects on the resonance frequency of the Terfenol D rod were noted. As the pressure in the titanium cylinder gradually increased from vacuum to atmospheric pressure, the resonance frequency of the Terfenol D rod increased linearly from .5 kHz to 18 kHz, that is ie a change of 2.5 kHz in the resonant frequency. It is assumed that the same effect is applicable to shorter and longer Terfenol D rods. The magnetostriction transducer may include magnetic means for polarizing
magnétiquement l' élément magnétostrictif. magnetically the magnetostrictive element.
La fréquence de résonance de l'élément magnétostrictif varie également avec le facteur de couplage mnagnétomécanique k33. Ce facteur de couplage magnétomécanique à son tour varie avec la précontrainte et la polarisation magnétique. A la fois la sollicitation magnétique et la précontrainte doivent être ajustées pour obtenir une performance optimale The resonant frequency of the magnetostrictive element also varies with the mnometomechanical coupling factor k33. This magnetomechanical coupling factor in turn varies with the preload and the magnetic polarization. Both the magnetic stress and the preload must be adjusted to obtain optimal performance
du transducteur.of the transducer.
L'invention est également applicable à la détection à distance d'une température en utilisant les mêmes transducteurs que ceux représentés sur la figure 9, excepté que la paroi flexible est remplacée par une paroi rigide de telle sorte que les différences dans la dilatation thermique entre l'élément magnétostrictif et le cylindre rigide en raison des changements dans la température appliquent une contrainte longitudinale sur l'élément magnétostrictif. Ceci résulte en des changements dans la fréquence de résonance de l'élément magnétostrictif et le processeur et l'affichage The invention is also applicable to the remote detection of a temperature using the same transducers as those shown in Figure 9, except that the flexible wall is replaced by a rigid wall so that the differences in thermal expansion between the magnetostrictive element and the rigid cylinder due to changes in temperature apply a longitudinal stress on the magnetostrictive element. This results in changes in the resonant frequency of the magnetostrictive element and the processor and display.
peuvent être arrangés pour indiquer la température. can be arranged to indicate the temperature.
L'invention est également applicable à la détection à distance d'une force, d'une densité, d'une vibration, d'une viscosité et d'une vitesse du son dans un fluide. La force et la vibration peuvent être mesurées en adaptant directement le transducteur de la figure 9 en retirant la paroi flexible et en appliquant la charge à l'extrémité maintenant libre de l'1élément magnétostrictif. Une vibration est simplement une force dynamique. La densité d'un fluide peut être mesurée en plaçant le fluide dans un conteneur sur l'autre côté de la paroi flexible sur la figure 9, et le changement dans le rapport mrnasse/densité change la fréquence de résonance du transducteur. La viscosité d'un fluide peut être mesurée en utilisant le transducteur sur la figure 4 et en mesurant l'amortissement. La vitesse du son dans un fluide est mesurée en adaptant le transducteur de la figure 9 en fournissant une masse suspendue sur ressort espacée et à proximité proche de la paroi flexible. Le fluide s'écoule dans l'écart entre la paroi flexible et la masse suspendue sur ressort. La fréquence de résonance de l'assemblage entier est mesurée et celle-ci dépend de la vitesse du son The invention is also applicable to the remote detection of a force, a density, a vibration, a viscosity and a speed of sound in a fluid. Force and vibration can be measured by directly adapting the transducer of Figure 9 by removing the flexible wall and applying the load to the now free end of the magnetostrictive element. A vibration is simply a dynamic force. The density of a fluid can be measured by placing the fluid in a container on the other side of the flexible wall in Figure 9, and the change in mass / density ratio changes the resonant frequency of the transducer. The viscosity of a fluid can be measured using the transducer in Figure 4 and measuring the damping. The speed of sound in a fluid is measured by adapting the transducer of FIG. 9 by providing a mass suspended on a spaced spring and in close proximity to the flexible wall. The fluid flows in the gap between the flexible wall and the mass suspended on a spring. The resonance frequency of the entire assembly is measured and this depends on the speed of sound
dans le fluide.in the fluid.
Une bobine magnétique unique peut être utilisée pour produire le champ magnétique pour exciter le transducteur à magnétostriction et pour détecter les ultrasons produits par A single magnetic coil can be used to produce the magnetic field to excite the magnetostriction transducer and to detect the ultrasound produced by
le transducteur à magnétostriction. the magnetostriction transducer.
Il peut être nécessaire de fournir deux transducteurs à magnétostriction, qui sont résonants à différentes fréquences, pour détecter des changements de pression et pour assurer que seulement un des transducteurs à magnétostriction est connecté à la pression dans la pale de It may be necessary to provide two magnetostriction transducers, which are resonant at different frequencies, to detect pressure changes and to ensure that only one of the magnetostriction transducers is connected to the pressure in the vane.
soufflante creuse.hollow blower.
La détection à distance d'une pression utilisant l'appareil décrit permet une inspection automatique de toutes les pales de soufflante dans un moteur en fournissant à chaque pale de soufflante un transducteur à magnétostriction. L'inspection peut être réalisée pendant l'arrêt de la turbosoufflante, tout en faisant tourner le moteur en utilisant un dispositif de démarrage ou pendant une rotation libre de la turbosoufflante, plus la vitesse, à laquelle l'extrémité de la pale soufflante passe devant la bobine, est faible, plus le temps disponible pour la bobine magnétique pour interroger chaque transducteur à magnétostriction est long. La détection à distance est réalisée sans contact, réduit la quantité de temps et/ou de Remote pressure detection using the described apparatus allows automatic inspection of all fan blades in an engine by providing each fan blade with a magnetostriction transducer. Inspection can be performed while the turbofan is shutting down, while running the engine using a starting device or during free rotation of the turbofan, plus the speed at which the end of the blower blade passes in front the lower the coil, the longer the time available for the magnetic coil to interrogate each magnetostriction transducer. Remote detection is performed without contact, reduces the amount of time and / or
main-d'oeuvre requise pour inspecter des pales de soufflante. labor required to inspect blower blades.
L'invention est applicable à la détection à distance de The invention is applicable to the remote detection of
pression dans d'autres objets creux. pressure in other hollow objects.
Claims (35)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9700435A GB2321105B (en) | 1997-01-10 | 1997-01-10 | A method and apparatus for remotely detecting pressure,force,temperature,density,vibration,viscosity and speed of sound in a fluid |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2758388A1 true FR2758388A1 (en) | 1998-07-17 |
| FR2758388B1 FR2758388B1 (en) | 2000-03-24 |
Family
ID=10805783
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9800144A Expired - Fee Related FR2758388B1 (en) | 1997-01-10 | 1998-01-09 | METHOD AND APPARATUS FOR REMOTELY DETECTING PRESSURE, FORCE, TEMPERATURE, DENSITY, VIBRATION, VISCOSITY AND SPEED OF SOUND IN A FLUID |
| FR9805476A Expired - Fee Related FR2762388B1 (en) | 1997-01-10 | 1998-04-30 | TRANSDUCER FOR REMOTELY DETECTING PRESSURE, FORCE, TEMPERATURE, DENSITY, VIBRATION, VISCOSITY AND SPEED OF SOUND IN A FLUID |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9805476A Expired - Fee Related FR2762388B1 (en) | 1997-01-10 | 1998-04-30 | TRANSDUCER FOR REMOTELY DETECTING PRESSURE, FORCE, TEMPERATURE, DENSITY, VIBRATION, VISCOSITY AND SPEED OF SOUND IN A FLUID |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (2) | FR2758388B1 (en) |
| GB (2) | GB2321105B (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111855817A (en) * | 2020-07-28 | 2020-10-30 | 西北工业大学 | Method for cooperatively detecting fatigue crack by cloud edge end of complex structural member |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0016852D0 (en) * | 2000-07-11 | 2000-08-30 | Newlands Technology Limited | Pressure sensor |
| US7804222B2 (en) * | 2006-03-02 | 2010-09-28 | Dell Products L.P. | Method of optimizing drive frequency for piezo fan device |
| CN115166032B (en) * | 2022-05-23 | 2024-04-19 | 东南大学 | Device and method for detecting cracks of fan blades |
| CN116500243A (en) * | 2023-03-30 | 2023-07-28 | 东莞理工学校 | Brake oil product detection device and oil product detection method |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3805592A (en) * | 1970-08-20 | 1974-04-23 | Itt | Densitometer |
| GB2039369A (en) * | 1979-01-04 | 1980-08-06 | Redland Automation Ltd | Apparatus for measuring the value of a fluid variable |
| JPS5753636A (en) * | 1980-09-18 | 1982-03-30 | Tdk Corp | Detecting method for pressure of fluid |
| JPH04148825A (en) * | 1990-10-12 | 1992-05-21 | Mayekawa Mfg Co Ltd | Flow speed sensor utilizing magnetostriction characteristic |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CS235212B1 (en) * | 1981-05-25 | 1985-05-15 | Zdenko Figura | Probe of ultrasonic viscosimeter with torsional resonator |
| GB2143325B (en) * | 1983-07-12 | 1986-10-01 | Sarasota Automation | Apparatus for measuring the value of a fluid variable |
| JPH0221233A (en) * | 1988-07-08 | 1990-01-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Pressure sensor |
| JPH04184233A (en) * | 1990-11-19 | 1992-07-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Pressure sensor |
-
1997
- 1997-01-10 GB GB9700435A patent/GB2321105B/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-01-10 GB GB0029665A patent/GB2354666B/en not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-01-09 FR FR9800144A patent/FR2758388B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-04-30 FR FR9805476A patent/FR2762388B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3805592A (en) * | 1970-08-20 | 1974-04-23 | Itt | Densitometer |
| GB2039369A (en) * | 1979-01-04 | 1980-08-06 | Redland Automation Ltd | Apparatus for measuring the value of a fluid variable |
| JPS5753636A (en) * | 1980-09-18 | 1982-03-30 | Tdk Corp | Detecting method for pressure of fluid |
| JPH04148825A (en) * | 1990-10-12 | 1992-05-21 | Mayekawa Mfg Co Ltd | Flow speed sensor utilizing magnetostriction characteristic |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 006, no. 129 (P - 128) 15 July 1982 (1982-07-15) * |
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 016, no. 433 (P - 1418) 10 September 1992 (1992-09-10) * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111855817A (en) * | 2020-07-28 | 2020-10-30 | 西北工业大学 | Method for cooperatively detecting fatigue crack by cloud edge end of complex structural member |
| CN111855817B (en) * | 2020-07-28 | 2021-10-26 | 西北工业大学 | Method for cooperatively detecting fatigue crack by cloud edge end of complex structural member |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2354666B (en) | 2001-06-27 |
| FR2758388B1 (en) | 2000-03-24 |
| GB9700435D0 (en) | 1997-02-26 |
| FR2762388A1 (en) | 1998-10-23 |
| GB2321105B (en) | 2001-02-28 |
| FR2762388B1 (en) | 2000-03-24 |
| GB0029665D0 (en) | 2001-01-17 |
| GB2354666A (en) | 2001-03-28 |
| GB2321105A (en) | 1998-07-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6286361B1 (en) | Method and apparatus for remotely detecting pressure, force, temperature, density, vibration, viscosity and speed of sound in a fluid | |
| EP1125065B1 (en) | Molecular pump | |
| JP3669706B2 (en) | Nondestructive evaluation of pipes and tubes using magnetostrictive sensors | |
| EP2115451B1 (en) | Method for measuring the pressure and/or molar mass of a gas in a housing, and corresponding measurement assembly | |
| Murfin et al. | Laser-ultrasound detection systems: a comparative study with Rayleigh waves | |
| EP3707503A1 (en) | Structural health monitoring for an industrial structure | |
| FR2692044A1 (en) | A device and method for sampling tubes for diagnosing defects and physical properties of these tubes and their environment. | |
| JP2002365193A (en) | Method for measuring aerosol particle in gas sample | |
| FR2758388A1 (en) | METHOD AND APPARATUS FOR REMOTELY DETECTING PRESSURE, FORCE, TEMPERATURE, DENSITY, VIBRATION, VISCOSITY AND SPEED OF SOUND IN A FLUID | |
| JP2004521321A (en) | Electromagnetic acoustic transducer with embedded coil | |
| KR20110055374A (en) | Method for crack test at blades of rotor of turbo machine | |
| EP3509214B1 (en) | Micro or nanomechanical device for detecting particles | |
| FR2618561A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE NUMBER OF MACH WITHOUT INTRUSION | |
| FR2956206A1 (en) | Vibratory stimulator for blade control system of bladed wheel of e.g. double-flow type turbojet engine of aircraft, has vibratory detector placed on control system of blade, where non-integrated part is not in mechanical contact with blade | |
| FR2521726A1 (en) | CYLINDRICAL VIBRATOR TYPE PRESSURE GAUGE | |
| FR2550627A1 (en) | INSPECTION OF COMPONENTS BY DETECTION OF SELF-PRODUCED TRANSIENT CONSTRAINT WAVES | |
| EP0145534B1 (en) | Acoustical gyrometer | |
| Prak et al. | Q-factor and frequency shift of resonating silicon diaphragms in air | |
| FR2790087A1 (en) | Measuring distance separating two particular parts of pipe end connection, by recording passage of consecutive movements between vault and end of pipe in real time | |
| FR2604787A1 (en) | DEVICE FOR ANALYZING INDUCTIVE PLASMA SPECTROMETRY ELEMENTS BY AIR | |
| WO2011141370A1 (en) | Method of determining void rate by nonlinear acoustic resonance spectrometry in a biphase medium and application in a nuclear reactor | |
| FR3013844A1 (en) | DEVICE FOR THE NON-DESTRUCTIVE CONTROL OF AN OBJECT TO BE CONTROLLED | |
| JP2011169861A (en) | Device for detecting surface defect and defect under surface skin, and method for detecting the same | |
| Bolu et al. | Reliable crack detection in turbine blades using thermosonics: An empirical study | |
| Broddega˚ rd et al. | Acoustic Thermography Testing of Industrial Gas Turbine Blades in the Service Stage |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20060929 |