使用聲傳感器監控發動機運行狀況的製作方法
2024-03-21 01:49:05
本發明大體上涉及一種燃氣渦輪發動機。更確切地說，本發明涉及一種用於監控燃氣渦輪發動機中一個或多個變速箱的狀況的系統和方法。
背景技術：
燃氣渦輪發動機通常包括呈串行流順序的壓縮機段、燃燒段、渦輪機段和排氣段。在操作中，空氣進入壓縮機段的入口，在此，一個或多個軸向壓縮機漸進地壓縮空氣，直到氣體到達燃燒段。燃料與壓縮空氣混合併且在燃燒段內燃燒，從而產生燃燒氣體。燃燒氣體從燃燒段流動通過限定在渦輪機段內的熱氣通道，然後經由排氣段離開渦輪機段。
燃氣渦輪發動機通常包括傳輸軸和/或附件之間動力的一個或多個變速箱。例如，渦輪機段的低壓部經由低壓軸驅動壓縮機段的低壓部。動力變速箱或其它合適的減速箱可將動力從低壓軸傳輸到風扇軸，從而驅動風扇。燃氣渦輪機中的動力變速箱和其它變速箱可以包括各種齒輪、軸、閥、軸承、緊固件和/或其它機械部件。在此方面，需要監控燃氣渦輪發動機中的各種變速箱，以確定是否必要進行維護或修理。
可以使用一個或多個傳感器來監控燃氣渦輪發動機變速箱的機械運行狀況(mechanicalhealth)。在變速箱操作期間，這些傳感器記錄由變速箱操作發出的振動聲發射(acousticemissionsofvibrations)所發射的特徵頻率(即，頻譜)。當不需要維護時，這些傳感器記錄變速箱操作期間的基線頻譜。然而，在需要維護的變速箱的操作期間，變速箱中達到維護要求的狀況(例如，磨損部件)可能產生突髮型或連續型聲發射或振動，或者導致聲發射或振動幅度增大。這些狀況展示出不同於不需要維護的變速箱的特徵頻率(「變速箱事件峰值」)。變速箱事件峰值的幅度隨時間的變化可以用於量化需要維護的程度。不幸的是，特徵頻譜可從初始源開始迅速衰減。因此，通常需要將振動傳感器定位成儘可能接近變速箱。在這方面，由於熱暴露、空間要求和電纜布線約束，振動傳感器監控某些變速箱和其它部件的能力受到限制。
此外，將特徵頻率和振幅與其它聲發射隔離開來可能很困難。通常，由振動傳感器產生的信號包含寬帶頻率內容(即，分布在較寬頻率範圍內的大量頻率)。特徵頻率與寬帶內容中的大量頻率相混合。在特徵頻率處的變速箱事件峰值也不一定具有最高的幅度，並且通常是不明顯的。另外，發出特徵變速箱頻率的其它振動源可能導致誤檢測事件。例如，燃氣渦輪發動機中的軸旋轉速度的波動可能導致這種失常。
相應地，用於監控變速箱的系統和方法能夠在不需要振動傳感器的情況下可靠地從寬帶信號中檢測並隔離出變速箱中指示需要維護的狀況的特徵頻率信號，將在技術中大受歡迎。
技術實現要素：
本發明的方面和優點將部分地在以下說明中闡明，或根據說明中的內容來說顯而易見，或可以通過本發明的實施習得。
在一個方面，本發明涉及一種用於監控燃氣渦輪發動機中的聲信號的系統。所述系統包括發出聲信號的燃氣渦輪發動機部件。傳聲器感測聲信號並且產生指示聲信號的一個或多個特性的傳聲器信號。控制器接收傳聲器信號並且配置成分析傳聲器信號以識別變速箱事件峰值。如果存在變速箱事件峰值，則控制器量化變速箱事件峰值的幅度。控制器將變速箱事件峰值的幅度與閾值進行比較，以確定燃氣渦輪發動機部件是否需要維護。
本發明的另一方面涉及一種燃氣渦輪發動機，其包括壓縮機段、燃燒段和渦輪機段。變速箱發出聲信號。傳聲器感測聲信號並且產生指示聲信號的一個或多個特性的傳聲器信號。控制器接收傳聲器信號並且配置成分析傳聲器信號以識別變速箱事件峰值。如果存在變速箱事件峰值，則控制器量化變速箱事件峰值的幅度。控制器將變速箱事件峰值的幅度與閾值進行比較，以確定變速箱是否需要維護。
本發明的又一方面涉及一種用於監控燃氣渦輪發動機中的聲信號的方法。所述方法包括通過傳聲器感測由燃氣渦輪發動機部件發出的聲信號。通過傳聲器產生指示聲信號的一個或多個特性的傳聲器信號。使用控制器分析傳聲器信號以識別變速箱事件峰值。如果存在變速箱事件峰值，則通過控制器量化變速箱事件峰值的幅度。使用控制器將變速箱事件峰值的幅度與閾值進行比較，以確定燃氣渦輪發動機部件是否需要維護。
技術方案1：一種用於監控燃氣渦輪發動機中聲信號的系統，包括：
燃氣渦輪發動機部件，其發出所述聲信號；
傳聲器，其感測所述聲信號並且產生指示所述聲信號的一個或多個特性的傳聲器信號；以及
控制器，其接收所述傳聲器信號，所述控制器配置成：
分析所述傳聲器信號以識別變速箱事件峰值；
如果存在所述變速箱事件峰值，則量化所述變速箱事件峰值的振幅；以及
將所述變速箱事件峰值的所述幅度與閾值進行比較，以確定所述燃氣渦輪發動機部件是否需要維護。
技術方案2：根據技術方案1所述的系統，其中，所述傳聲器與所述燃氣渦輪發動機部件間隔開。
技術方案3：根據技術方案2所述的系統，其中，所述傳聲器安裝至所述燃氣渦輪發動機的殼體。
技術方案4：根據技術方案2所述的系統，其中，所述傳聲器直接安裝至所述控制器。
技術方案5：根據技術方案1所述的系統，其中，所述傳聲器信號包括寬帶信號。
技術方案6：根據技術方案1所述的系統，所述系統進一步包括：聲共振裝置。
技術方案7：根據技術方案6所述的系統，其中，所述聲共振裝置直接安裝至所述燃氣渦輪發動機部件。
技術方案8：根據技術方案1所述的系統，其中，所述燃氣渦輪發動機部件包括變速箱。
技術方案9：根據技術方案1所述的系統，其中，所述控制器是fadec。
技術方案10：一種燃氣渦輪發動機，包括：
壓縮機段；
燃燒段；
渦輪機段；
變速箱，其發出聲信號；
傳聲器，其感測所述聲信號並且產生指示所述聲信號的一個或多個特性的傳聲器信號；以及
控制器，其接收所述傳聲器信號，所述控制器配置成：
分析所述傳聲器信號以識別變速箱事件峰值；以及
如果存在所述變速箱事件峰值，則量化所述變速箱事件峰值的振幅；以及
將所述變速箱事件峰值的所述幅度與閾值進行比較，以確定所述變速箱是否需要維護。
技術方案11：根據技術方案10所述的系統，其中，所述傳聲器與所述變速箱間隔開。
技術方案12：根據技術方案11所述的系統，其中，所述傳聲器與所述控制器安裝至所述燃氣渦輪發動機的殼體。
技術方案13：根據技術方案10所述的燃氣渦輪發動機，進一步包括：聲共振裝置，其直接安裝至所述變速箱。
技術方案14：根據技術方案10所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述變速箱包括聯接低壓軸和風扇軸的動力變速箱。
技術方案15：一種用於監控燃氣渦輪發動機中的聲信號的方法，包括：
通過傳聲器感測由燃氣渦輪發動機部件發出的所述聲信號；
通過所述傳聲器產生指示所述聲信號的一個或多個特性的傳聲器信號；
通過控制器分析所述傳聲器信號以識別變速箱事件峰值；
如果存在所述變速箱事件峰值，則通過所述控制器量化所述變速箱事件峰值的振幅；以及
通過控制器對所述變速箱事件峰值的所述幅度與閾值進行比較，以確定所述燃氣渦輪發動機部件是否需要維護。
技術方案16：根據技術方案15所述的系統，其中所述傳聲器信號包括寬帶傳聲器信號。
技術方案17：根據技術方案16所述的方法，進一步包括：
通過所述控制器對所述寬帶傳聲器信號進行過濾以產生包括所述變速箱事件峰值的窄帶傳聲器信號。
技術方案18：根據技術方案15所述的方法，進一步包括：
使用快速傅立葉變換分析技術通過控制器產生所述傳聲器信號的圖形顯示。
技術方案19：根據技術方案15所述的方法，進一步包括：
如果所述變速箱事件峰值的所述幅度超過所述閾值，則通過所述控制器發出消息。
技術方案20：根據技術方案15所述的方法，其中所述燃氣渦輪發動機部件包括變速箱。
參考以下描述和所附權利要求，本發明的這些和其它特徵、方面和優點將變得更好理解。附圖併入本說明書中並構成本說明書的一部分，展示了本發明的各個實施例，並與具體實施方式一起解釋本發明的原理。
附圖說明
本說明書參考附圖，針對所屬領域的普通技術人員，完整且可實現地揭示了本發明，包括其最佳模式，在附圖中：
圖1是根據本發明公開的實施例的示例性高旁通渦輪風扇式燃氣渦輪發動機的示意性截面圖；
圖2是圖1所示的渦輪風扇的一部分的放大截面圖，其示出了聲信號監控系統的某些部件的定位；
圖3是圖2中部分示出的聲信號監控系統的示意圖，其示出了聲信號監控系統的操作；
圖4是動力變速箱的示意圖，示出了直接安裝在其上的聲共振裝置；
圖5是示出了根據本發明公開的實施例的用於監控由變速箱發出的聲信號的方法的流程圖；
圖6是由傳聲器產生的傳聲器信號的示例性圖形顯示，其檢測由變速箱發射的聲信號；以及
圖7是變速箱事件峰值隨時間的幅度的示例性圖形顯示。
本說明書和附圖中附圖標記的重複使用旨在表示相同或類似的特徵或元件。
具體實施方式
現在將詳細參考本發明的各項實施例，附圖中圖示本發明實施例的一個或多個實例。每個實例均以解釋本發明，而非限制本發明的方式提供。事實上，對於所屬領域的技術人員來說將顯而易見的是，可以在不脫離本發明的範圍或精神的情況下對本發明做出各種修改和變化。例如，作為一個實施例的一部分進行說明或描述的特徵可用於其他實施例中，從而得到另一個實施例。因此，本發明應涵蓋在所附權利要求書及其等效物的範圍內的此類修改和變化。
如本文所使用的，術語「傳輸至」和「傳輸」是指可以通過有線方法、無線方法或其任何組合以電子方式執行的任何類型的傳輸。在本發明的範圍內的典型的電子傳輸可以通過各種遠程電子傳輸方法來執行，比如通過使用基於區域網或廣域網(lan或wan)、基於網際網路或基於網絡的傳輸方法，使用有線電視或無線電信網絡或任何其它合適的遠程傳輸方法。
如本文所使用的，術語「軟體」是指任何形式的機器可讀的程式語言或指令(例如，對象代碼)，當加載或以其他方式安裝時，它向能夠讀取這些指令的機器比如計算機或其他電腦程式讀取器提供操作指令。可用於本發明公開的實施例的軟體可以存儲或駐留在一個或多個cd-rom盤、硬碟或任何其它形式的合適的非易失性電子存儲介質上，也可以從一個或多個cd-rom盤、硬碟或任何其它形式的合適的非易失性電子存儲介質上加載或安裝。可用於本發明公開的實施例的軟體還可以通過下載或其他形式的遠程傳輸來安裝。
本發明公開的用於監控變速箱的系統和方法包括用於檢測由變速箱發射的聲信號的傳聲器(microphone)。所述傳聲器與變速箱間隔開(即，遠離變速箱)。所述傳聲器產生指示聲信號的特性的傳聲器信號。全權數字發動機控制(fullauthoritydigitalenginecontrol)分析所述傳聲器信號以確定變速箱是否需要維護。在這方面，本發明公開的系統和方法在不需要振動傳感器的情況下可靠地從寬帶聲信號中檢測並隔離出需要維護的變速箱中的狀況的特徵頻率信號。
現在參照附圖，其中，在所有附圖中相同的附圖標記表示相同的元件，圖1是可結合本發明所公開實施例的示例性高旁通渦輪風扇式燃氣渦輪發動機10(「渦輪風扇發動機10」)的示意性截面圖。如圖1中所示，渦輪風扇發動機10限定延伸穿過其中的縱向或軸向中心線軸線12，以供參考。大體上，渦輪風扇發動機10可以包括設置在風扇段16下遊的核心渦輪機或燃氣渦輪發動機14。
核心渦輪發動機14大體上可以包括限定環形入口20的大體呈管狀的外殼18。外殼18可以由單個殼體或多個殼體形成。外殼18包圍具有增壓器或低壓壓縮機22(「lp壓縮機22」)和高壓壓縮機24(「hp壓縮機24」)的壓縮機段、燃燒段26、具有高壓渦輪機28(「hp渦輪機28」)和低壓渦輪機30(「lp渦輪機30」)的渦輪機段以及排氣段32，它們呈串行流關係。高壓軸或線軸34(「hp軸34」)驅動地聯接hp渦輪機28和hp壓縮機24。低壓軸或線軸36(「lp軸36」)驅動地聯接lp渦輪機30和lp壓縮機22。lp軸36還可以聯接至風扇段16的風扇線軸或軸38(「風扇軸」)。在一些實施例中，lp軸36可以經由動力變速箱或減速齒輪39(「pgb39」)以間接驅動或齒輪驅動的構造聯接至風扇軸38。在替代性構造中，lp軸36可直接聯接至風扇軸38(即，直接驅動構造)。
如圖1所示，風扇段16包括聯接至風扇軸38並且從風扇軸38徑向向外延伸的多個風扇葉片40。環形風扇殼體或外罩42周向地包圍風扇段16和/或核心渦輪機14的至少一部分。外罩42可以由多個周向間隔開的出口導向葉片44相對於核心渦輪機14支承。此外，外罩42的下遊段46可以包圍核心渦輪機14的外部，以限定兩者之間的旁通氣流通道48。
如圖1所示，空氣50在渦輪風扇發動機10的運行期間進入渦輪風扇發動機10的入口部52。空氣50的第一部分54流入旁通流動通道48中，而空氣50的第二部分56流入lp壓縮機22的入口20中。聯接至lp軸36的lp壓縮機靜葉(statorvane)70和lp壓縮機動葉(rotorblade)72的一個或多個連續級漸進地壓縮空氣50的通過lp壓縮機22流向hp壓縮機24的第二部分56。接下來，聯接至hp軸34的hp壓縮機靜葉74和hp壓縮機動葉76的一個或多個連續級進一步壓縮空氣50的流經hp壓縮機24的第二部分56。這將壓縮空氣58提供給燃燒段26，壓縮空氣58在此與燃料混合併且燃燒以提供燃燒氣體60。
燃燒氣體60流經hp渦輪機28，在渦輪機28中，聯接至hp軸34的hp渦輪靜葉66和hp渦輪動葉68的一個或多個連續級從燃燒氣體60中提取動能和/或熱能的第一部分。所述能量提取為hp壓縮機24的操作提供支持。燃燒氣體60隨後流經lp渦輪機30，在lp渦輪機30處，聯接至lp軸36的lp渦輪機靜葉62和lp渦輪機動葉64的一個或多個連續級從燃燒氣體60中提取熱能和/或動能的第二部分。所述能量提取促使lp軸36旋轉，從而為lp壓縮機22的操作和/或風扇軸38的旋轉提供支持。燃燒氣體60隨後通過其排氣段32離開核心渦輪機14。
核心渦輪機14與渦輪風扇發動機10一起用於類似的目的，並且在陸基燃氣渦輪機、渦輪噴氣式發動機和無涵道風扇發動機中具有類似的環境，其中，渦輪噴氣式發動機的空氣50的第一部分54與空氣50的第二部分56的比率小於渦輪風扇發動機的空氣50的第一部分54與空氣50的第二部分56的比率，無涵道風扇發動機中風扇段16沒有外罩42。在渦輪風扇發動機、渦輪噴氣式發動機和無涵道發動機的每一者中，可以在任何軸和線軸之間包括減速裝置(例如，pgb39)。例如，pgb39可以設置在lp軸36與風扇段16的風扇軸38之間。
圖2和圖3示出了用於渦輪風扇發動機10中的聲信號監控系統100。更確切地說，圖2是渦輪風扇發動機10的一部分的放大截面圖，其示出了聲信號監控系統100的某些部件的定位。圖3是所述聲信號監控系統100的示意圖，其示出了所述聲信號監控系統100的操作。
下面將在監控由pgb39產生的聲信號104的背景下描述聲信號監控系統100，其中，pgb39聯接lp軸36和風扇軸38。聲信號104是pgb39在其操作期間發射的指示需要維護的任何噪聲、振動或其他可聽信號。然而，在替代性實施例中，聲信號監控系統100可以監控由渦輪風扇發動機10中的附件變速箱(未示出)或任何其它變速箱產生的聲信號。此外，聲信號監控系統100可以監控由具有運動部件(例如軸承)的任何合適部件產生的聲信號。
參考圖2和圖3所示，聲信號監控系統100包括傳聲器102，其感測由pgb39發出的聲信號104。傳聲器102將聲信號104轉換為傳聲器信號106，傳聲器信號106是指示聲信號104的各種特性(例如，頻率、幅度等)的數字或模擬電子信號。在圖2所示的實施例中，傳聲器102在hp壓縮機24的前部附近安裝至外殼18。在替代性實施例中，傳聲器102可以安裝至外罩42。然而，傳聲器102可以安裝至渦輪風扇發動機10的任何合適部件。在任何方面，傳聲器102都與pgb39間隔開。這樣，傳聲器102能夠在不與pgb39直接接觸的情況下感測由pgb39產生的聲信號104。傳聲器102可以是任何合適類型的傳聲器(例如，壓電傳聲器)。
在一些實施例中，聲信號監控系統100可以包括用來放大聲信號104的聲共振裝置128。更確切地說，在某些實施例中，傳聲器102可能定位成離pgb39太遠而不能可靠地感測聲信號104。在這方面，聲共振裝置128是無源機械裝置，其在一個或多個關注的特定頻率下放大聲信號104，從而允許傳聲器102可靠地感測聲信號104。在圖4所示的實施例中，聲共振裝置128是具有錐體130的揚聲器。在其他實施例中，聲共振裝置128可以是叉狀的或其他合適的無源機械放大器。聲共振裝置128優選地直接安裝至如圖4所示的pgb39。儘管如此，聲共振裝置128也可以安裝在任何合適的位置。一些實施例可以包括多個聲共振裝置128，而其他實施例可以不包括一個或多個聲共振裝置128。
聲信號監控系統100還包括從傳聲器102接收傳聲器信號106的全權數字發動機控制器或發動機控制單元108(「fadec108」)。fadec108包括處理器110、隨機存取存儲器112(「ram112」)和非易失性存儲設備114(例如，硬碟、固態硬碟等)。fadec108可以利用處理器110實時地分析傳聲器信號106並將所述分析存儲在存儲設備114中。替代性地，fadec108可以將傳聲器信號106傳輸至遠程系統(例如，當飛行器仍在空中時)或存儲傳聲器信號106以用於稍後傳輸和/或下載至遠程系統(例如，在飛行器已著陸之後)。在一些實施例中，傳聲器信號106可以被傳輸或下載至可攜式計算機(未示出)。
處理器110可以包括設計和編程為執行或促使執行本文所述功能的數位訊號處理器(dsp)、專用集成電路(asic)、現場可編程門陣列(fpga)或其它可編程邏輯器件、離散門或電晶體邏輯、離散硬體組件或其任何組合。處理器還可以包括微處理器或上述設備的組合(例如，dsp和微處理器的組合、多個微處理器、結合dsp核心的一個或多個微處理器或任何其它此類配置)。
此外，存儲器裝置通常可包括存儲元件，所述存儲器元件包括，但不限於，計算機可讀介質(例如，隨機存取存儲器(ram))、計算機可讀非易失性介質(例如，快閃記憶體、eeprom、nvram或fram)、光碟只讀存儲器(cd-rom)、磁光碟(mod)、數字多功能光碟(dvd)，和/或其他合適的存儲器元件。存儲器可以存儲可由處理器訪問的信息，包括可以由處理器執行的指令。例如，所述指令可以是軟體或當由處理器執行時促進處理器執行運算的任何指令集。對於某些實施例，所述指令包括配置成作業系統的軟體包，以例如執行下面參照圖5所示的pgb39。
在圖2所示的實施例中，fadec108在hp壓縮機24的前部附近安裝至外殼18。在此實施例中，fadec108安裝在傳聲器102附近以減少電聯接fadec108與傳聲器102所需的導線長度。實際上，在一些實施例(圖4)中，傳聲器102可直接安裝至fadec108。然而，fadec108可以安裝至風扇殼體42或渦輪風扇發動機10中的任何其它合適的部件。
在一些實施例中，聲信號監控系統100可以確定lp軸36和/或風扇軸38的旋轉速度。在這方面，圖3所示的聲信號監控系統100的實施例包括lp軸速度傳感器114和風扇軸速度傳感器116，其分別測量lp軸36和風扇軸38的旋轉速度。lp軸速度傳感器114將指示lp軸36速度的lp軸速度信號118發送至fadec108。類似地，風扇軸速度傳感器116將指示風扇軸38速度的風扇軸速度信號120發送至fadec108。lp軸速度傳感器114和風扇軸速度傳感器116可以是任何合適的傳感器(例如，基於感應的傳感器)。
由於傳聲器信號106是寬帶信號(例如，通常從0至約4000hz)，所以通常難以或不可能直接識別其中的用於pgb39的相關變速箱事件峰值。例如，傳聲器信號106中具有最高幅度的峰值不總是變速箱事件峰值。因此，fadec108通常將寬帶傳聲器信號106過濾至可能包括變速箱事件峰值的一個或多個窄帶寬頻率。所述窄帶寬通常更便於識別和量化變速箱事件峰值。寬帶和窄帶信號的範圍可以根據諸如pgb39中的移動部件(例如，齒輪，軸承等)數量以及lp軸36和風扇軸38的相對速度等各種相關因素向上或向下變化。
分別指示lp軸36和風扇軸38速度的lp軸速度信號118和風扇軸速度信號120有助於將寬帶信號過濾至與pgb運行狀況相關的頻率。更確切地說，可以在發動機速度變化(即，瞬態發動機速度條件)期間或在發動機速度恆定或穩定(即，穩態發動機速度條件)期間收集傳聲器信號106。在瞬時和穩態條件下收集的傳聲器信號106的分析可以用於判定pgb39是否需要維護。所述判定通常需要在一段時間內收集和分析傳聲器信號106，以確保關於pgb39需要維護的判定是基於足夠數據採樣的重複性客觀判定，而不是異常現象。
圖5示出了根據本發明公開的實施例監控由pgb39產生的聲信號104的方法(200)。
在步驟(202)中，傳聲器102感測由pgb39發出的聲信號104。步驟(202)可以包括分別用lp軸速度傳感器114和風扇軸速度傳感器116感測lp軸36速度和/或風扇軸38速度。
在步驟(204)中，傳聲器102產生指示聲信號104的一個或多個特性(例如，頻率、振幅等)的傳聲器信號106。步驟(204)可以包括利用lp軸速度傳感器114和風扇軸速度傳感器116分別產生lp軸速度信號118和/或風扇軸速度信號120。
在步驟(206)中，fadec108接收傳聲器信號106的採樣。在一些實施例中，fadec108也可以作為步驟(206)的一部分，接收lp軸速度信號118和風扇軸速度信號120的採樣。
在步驟(208)中，fadec106執行初始查詢以判定採樣是否是在適當的瞬態條件下獲得的。如果採樣不是在適當的瞬時條件下獲得的(即，步驟(208)中「合格瞬態？」的答案為「否」)，則fadec108在步驟(210)中執行另一詢問以判定所述採樣是否是在適當的穩態條件下獲得的。如果採樣是在適當的瞬時條件下獲得的(即，步驟(208)中對「合格瞬態？」的答案為「是」)，則fadec108根據步驟(214)處理所述採樣，詳情如下。如果採樣不是在適當的穩態條件下獲得的(即，步驟(210)中「合格穩定狀態」的答案為「否」)，則fadec108將不在步驟(214)中進一步處理採樣，因為所述採樣將不能提供可靠或可比較的結果。如果採樣是在適當的穩態條件下獲得的(即，步驟(210)中「合格穩定狀態？」的答案為「是」)，則fadec108根據步驟(212)進一步處理所述採樣。
在步驟(212)中，fadec108使用快速傅立葉變換(「fft」)分析技術分析採樣以產生傳聲器信號106的頻譜或圖形顯示。寬帶周期信號比如傳聲器信號106通常包括來自許多頻率的貢獻。fft分析提供了寬帶信號內存在的各個頻率的頻譜並且指示每個頻率的貢獻的強度。
通常，渦輪風扇發動機10的正常fft包括可預測的內容，比如對應於lp軸36和風扇軸38速度的頻率的整數和特定非整數諧波，以及固定頻率現象。基於變速箱的幾何形狀和軸速度，一個或多個特徵頻率通常是可預測的。然而，特徵頻率可能由於齒輪磨損或pgb39中的其它情況而變化。此外，特徵頻率可以包含幅度高於主特徵頻率的頻率邊帶。這樣，通常有必要評估特徵頻率範圍，所述特徵頻率範圍包括特徵頻率以及預期的變化和可能的邊帶。然後提取fft的在特徵頻率範圍內的部分用於進一步評估。圖6示出了示例性fft的圖形顯示，其中，具有以122指示的最高幅度的峰對應於變速箱事件峰值。然而，並非總是如此。
在這方面，fadec108在步驟(216)中對寬帶傳聲器信號106進行過濾以產生包括一個或多個變速箱事件峰值的窄帶傳聲器信號。更確切地說，在變速箱事件峰值的幅度低於其他頻率分量的情況下，fadec108將變速箱事件峰值與其他頻率隔離。相應地，fadec108在步驟(216)中從fft中去除或過濾掉所有與pgb39無關的可預測內容(例如，與lp和風扇軸速度對應的頻率的整數和特定非整數諧波、固定頻率現象等)，以提供包括變速箱事件峰值頻率的窄帶寬頻率範圍。
在步驟(216)中濾除已知的與變速箱無關的頻率之後，fadec108在步驟(218)中分析窄帶傳聲器信號以識別一個或多個變速箱事件峰值。fadec108然後在步驟(220)中測量特徵頻率範圍中的最高剩餘峰值的幅度和頻率，以確定變速箱事件峰值的幅度。步驟(220)可以包括將幅度記錄為變速箱事件峰值，將頻率記錄為特徵頻率。在量化變速箱事件峰值的幅度之後，fadec108可以彙編量化結果並且將量化結果存儲在存儲裝置114中。
在步驟(222)中，fadec108將變速箱事件峰值的幅度與閾值進行比較，以判定pgb39是否需要維護。在一個實施例中，fadec108判定變速箱事件峰值的幅度是否以恆定的特徵頻率達到或超過閾值預定次數。這通常包括示出總是達到或超過所述閾值的反覆判定。如果總是達到或超過閾值頻率標準(即，步驟(222)的答案為「是」)，則在步驟(224)中發出消息(例如，警報)，以採取適當的動作(例如，維護或修復pgb39)。如果沒有總是達到或超過閾值頻率標準(即，步驟(222)的答案為「否」)，則方法(200)在步驟(212)中終止。如果需要，根據步驟(224)中的維護需要的程度，fadec108可以包括用於不同級別的消息(例如，報警)的多個步驟。
通常，fadec108分析方法(200)中的許多採樣，以獲得在一段時間內變速箱事件峰值的幅度值的曲線圖。圖7示出了示例性圖形曲線，其包括各種閾值標準線，以指示需要維護的程度、適當的維護動作以及何時應該執行所述動作。例如，由124表示的線代表警告閾值(例如，pgb39可能需要相對較快地維護或修理)，而由126表示的線表示警報閾值(例如，pgb需要立即維護或修理)。事實上，隨時間繪製幅度值可以對變速箱維護趨勢進行監控，從而提供關於何時採取適當校正動作的充分警告。
如上面的詳細討論，fadec108監控pgb39的狀況並且判定何時建議或立即需要維護或修理。在一些實施例中，fadec108可以在步驟(224)中顯示消息，指示是否已經達到或超過用於執行特定維護操作的閾值。fadec108還可以發出已收集或處理的數據(例如，傳聲器信號106)已經被下載或發送至另一系統(例如，可攜式計算機)的消息。替代性地，fadec108僅可存儲所收集或處理的數據(即，如步驟(108)中那樣)。隨後可以下載或發送所收集或處理的數據以用於進一步分析，以判定潛在的趨勢，從而預測何時可能達到或超過閾值標準(即，步驟(218))以及何時應該發出一個或多個級別的維護或維修信息(即，步驟(220))。例如，維護人員可以將收集或處理的數據下載至可攜式計算機以便在其上進行分析。維護人員可以將此數據與從其他fadec下載的其他數據進行比較，以比較不同飛行器或發動機的維護需求。通過比較來自多個發動機和/或飛行器的數據，維護人員可能能夠更好地預測維護需求。
聲信號監控系統100可以包括可下載或可安裝的軟體，以在fadec108上安裝和使用來執行方法(200)。所述軟體可以隨附或關聯一套關於在fadec108上下載或安裝所述軟體並且/或者結合fadec108使用所述軟體的說明，所述說明寫在或列印在一張或多張紙上、多頁手冊中、用於遠程下載或安裝該軟體的位置(例如，基於伺服器的網站)中、提供或銷售該軟體的包裝上或內部以及/或者從中加載或安裝軟體的電子介質(例如，cd-rom磁碟)上，或者適用於提供關於如何加載、安裝和/或使用該軟體的說明的任何其他合適方法。
雖然在監控飛行器燃氣渦輪發動機中的變速箱是特別有用的，但是本發明公開的方法和系統也可以用於監控安裝在與其他機器比如蒸汽渦輪發動機、直升機變速箱、燃氣渦輪發電機、泵、電動機、往復式發動機等一起使用的旋轉軸上的變速箱和其他裝置，其中傳聲器定位成遠離被監控的變速箱。
本說明書使用各個實例來揭示本發明，包括最佳模式，同時也讓所屬領域的任何技術人員能夠實施本發明，包括製造並使用任何裝置或系統，以及實施所涵蓋的任何方法。本發明的可獲專利範圍由權利要求書限定，並且可包括所屬領域技術人員能想到的其他實例。如果其他此類實例的結構要素與權利要求書的字面意義相同，或如果此類實例包括的等效結構要素與權利要求書的字面意義無實質差別，則此類實例也屬於權利要求書的範圍。