用于分析具有旋轉部件的機器的狀態(tài)的裝置和方法
【專利摘要】一種用于分析具有以旋轉速度(fROT)旋轉的部件的機器的狀態(tài)的裝置，包括：第一傳感器(10)，適于根據源自所述部件旋轉的機械振動(VMD)產生模擬電測量信號(SEA)；模數轉換器(40，44)，適于按初始采樣頻率(fS)對所述模擬電測量信號(SEA)采樣以便響應所述所接收的模擬電測量信號(SEA)產生數字測量數據信號(SMD，SENV)；設備(420)，用于產生具有一系列位置信號值(P(i))的位置信號(EP)以便指示所述旋轉部件的瞬時旋轉位置；以及速度值發(fā)生器(601)，適于記錄所述位置信號值(P(i))的時間序列使得至少三個連續(xù)位置信號(P1，P2，P3)之間具有角距離(delta-FIp1-p2，delta-FIp2-p3)和對應持續(xù)時間(delta-Tp1-p2，delta-Tp2-p3)，其中速度值發(fā)生器(601)用于基于所述角距離(delta-FIp1-p2，delta-FIp2-p3)和所述對應持續(xù)時間(delta-Tp1-p2，delta-Tp2-p3)來建立至少兩個瞬時速度值(VT1，VT2)，并且其中旋轉部件(8)的另外瞬時速度值通過至少兩個瞬時速度值(VT1，VT2)之間的插值來建立。
【專利說明】用于分析具有旋轉部件的機器的狀態(tài)的裝置和方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及機器狀態(tài)的分析方法，并涉及機器狀態(tài)的分析裝置。本發(fā)明也涉及包括這樣的裝置的系統(tǒng)并涉及操作這樣的裝置的方法。本發(fā)明也涉及使計算機執(zhí)行分析功能的計算機程序。

【背景技術】
[0002]具有運動部件的機器容易隨著時間流逝而受到磨損，這往往使機器的狀態(tài)退化。這樣的具有可運動部件的機器實例為電機、泵、發(fā)電機、壓縮機、車床和CNC機器。可運動部件可以包括軸和軸承。
[0003]為了防止機器故障，這樣的機器應當根據機器的狀態(tài)受到維護。所以優(yōu)選時常評估這樣的機器的運行狀態(tài)。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的一方面涉及的問題是在具有可以以旋轉速度旋轉的部件的機器中能夠防止由于機械磨損或故障的未預計到的機器破壞。尤其是，本發(fā)明的一方面涉及的問題是在具有以可變旋轉速度旋轉的部件的機器中能夠改善檢測機械磨損或故障的能力。
[0005]該問題通過用于分析具有以旋轉速度(fKra)旋轉的部件的機器的狀態(tài)的裝置來解決，包括:
[0006]第一傳感器(10)，適于根據源自所述部件旋轉的機械振動(Vsffi)產生模擬電測量信號(Sea)；
[0007]模數轉換器(40，44)，適于按初始采樣頻率(fs)對所述模擬電測量信號(Sea)采樣以響應于所接收的模擬電測量信號(Sea)產生數字測量數據信號(SM，Senv, Skedi)；
[0008]設備(420)，用于產生具有一系列位置信號值(Ρω)的位置信號(Ep)以便指示所述旋轉部件的瞬時旋轉位置；以及
[0009]速度值發(fā)生器(601)，適于
[0010]-記錄所述數字測量數據信號(Sm，Senv,Seedi)的測量樣本值(Se⑴，S(j))的時間序列，以及
[0011]-記錄所述位置信號值(Ρω)的時間序列使得至少三個連續(xù)位置信號(Ρ1，Ρ2，Ρ3)之間具有角距離(delta-FIpl_p2,delta_FIp2_p3)和對應持續(xù)時間(delta_Tpl_p2, delta_Tp2_p3),以及
[0012]-記錄時間信息(i，dt,j)使得各個測量數據值(S(j))可以與表明時間(i，dt,j)和角位置(ρω)的數據相關聯；并且其中，
[0013]速度值發(fā)生器(601)操作為用于基于所述角距離(delta-FIpl_p2，delta-FIp2_p3)和所述對應持續(xù)時間(delta-Tpl_p2，delta_Tp2_p3)來建立至少兩個瞬時速度值(VT1，VT2)，并且其中，
[0014]速度值發(fā)生器(601)操作為用于通過至少兩個瞬時速度值(VT1，VT2)之間的插值來建立旋轉部件⑶的另外瞬時速度值(fKOT(j))，使得所插值的另外瞬時速度值(fKOT(j))表明在檢測所記錄的測量樣本值(Se(i)，Sw)的至少一個時的時刻的旋轉速度；以及
[0015]抽取器(310，470，470B)，用于響應于所述數字測量數據信號(Sm，Senv, Seedi)產生具有降低采樣頻率(fSK2)的第二數字信號(sKED2，R)，以及
[0016]鑒別器(230，290，290T，294，290，290F)，用于執(zhí)行狀態(tài)分析功能(Fl，F2，Fn)以根據所述第二數字信號(Sked2)分析機器的狀態(tài)；其中，
[0017]所述抽取器(470，470B)適于根據所述所插值的另外瞬時速度值(fK()T(j)，VT1，VT2，fE0T)執(zhí)行所述抽取。
[0018]該解決方案有利地能夠傳遞測量樣本值(Se(i)，S(J))的時間序列，其中各個測量樣本值(Se(i)，Sw)與表明檢測到對應于數據值(Se(i)，Sw)的傳感器信號(Sea)值時的所述旋轉部件(8)的轉速的速度值(fKrau)，Vpi)相關聯。使用插值產生轉速值甚至在加速度階段期間也允許有利較小的不準確度程度。根據減少或消除的測量樣本值模糊，通過加速度階段期間的后續(xù)抽取(decimat1n)處理，提供與具有較小不準確度程度的對應轉速值相關聯的一系列測量樣本值(Se(i)，Sw)能夠改善性能。減少或消除由抽取處理產生的測量樣本值的模糊能夠改善狀態(tài)分析功能的性能。因此，該解決方案的特征相互作用以便在具有以可變旋轉速度旋轉的部件的機器中能夠改善檢測機械磨損或故障的能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]為了使理解本發(fā)明變得簡單，將利用實例并參考附圖進行說明，其中:
[0020]圖1顯示了根據本發(fā)明實施例的狀態(tài)分析系統(tǒng)2實施例的示意框圖；
[0021]圖2A是圖1所示的狀態(tài)分析系統(tǒng)2的一部分的實施例的示意框圖；
[0022]圖3是根據本發(fā)明實施例的沖擊脈沖測量傳感器的簡化示出；
[0023]圖4是存儲器60及其內容的實施例的簡化示出；
[0024]圖5是在具有可運動軸的機器6的客戶機位置的分析設備實施例的示意框圖；
[0025]圖6示出了根據本發(fā)明實施例的預處理器實施例的示意框圖；
[0026]圖7示出了鑒別器230的實施例；
[0027]圖8示出了鑒別器230的另一個實施例；
[0028]圖9示出了預處理器200的又一個實施例；
[0029]圖1OA是流程圖，示出了增強信號中重復信號模式(pattern)方法的實施例；
[0030]圖1OB是流程圖，示出了產生數字輸出信號的方法；
[0031]圖1OC示出了增強器的實施例；
[0032]圖1OD示出了根據增強器方法的實施例的若干信號；
[0033]圖1OE示出了操作增強器用戶接口的方法實施例；
[0034]圖1OF示出了操作增強器的方法實施例；
[0035]圖1OG示出了增強器320的另一個實施例320 ；
[0036]圖1OH是表格,不出了輸出信號值的一部分計算；
[0037]圖11是具有多個存儲器位置的第一存儲器的示意示出；
[0038]圖12是具有多個存儲器位置t的第二存儲器的示意示出；
[0039]圖13是包括兩個重復信號簽名的實例輸出信號Ship的示意示出；
[0040]圖14A示出了傳遞給抽取器310的輸入的信號中的許多樣本值；
[0041]圖14B示出了對應時間周期的輸出樣本值；
[0042]圖15A示出了根據本發(fā)明實施例的抽取器；
[0043]圖15B示出了本發(fā)明的另一個實施例；
[0044]圖16示出了包括如以上介紹的抽取器和增強器，以及分數抽取器的本發(fā)明的實施例；
[0045]圖17示出了分數抽取器的實施例；
[0046]圖18示出了分數抽取器的另一個實施例；
[0047]圖19A示出了抽取器和分數抽取器的另一個實施例；
[0048]圖19B是速度值發(fā)生器601的實施例的框圖；
[0049]圖19C是存儲器602及其內容的實施例的簡化示出；
[0050]圖19D示出了運行圖19B的速度值發(fā)生器601的方法的實施例的流程圖；
[0051]圖19E是執(zhí)行圖19D的步驟S#40的方法的實施例的流程圖；
[0052]圖19F是執(zhí)行圖19D的步驟S#40的方法的另一個實施例的流程圖；
[0053]圖19G是示出了根據速度值發(fā)生器的實施例的一系列時間連續(xù)位置信號和方法的有益效果；
[0054]圖20是抽取器和分數抽取器又一個實施例的框圖；
[0055]圖21是流程圖，示出了運行圖20中抽取器和分數抽取器方法的實施例；
[0056]圖22A、22B和22C介紹了能夠以計算機程序實施的方法；
[0057]圖23是示出了行星齒輪系統(tǒng)的正視圖；
[0058]圖24是圖23中行星齒輪系統(tǒng)700的示意側視圖，從圖23中箭頭SW的方向所見；
[0059]圖25示出了響應由至少一個傳感器10依據行星齒輪系統(tǒng)的旋轉所檢測的信號，由預處理器200產生并由其輸出的示范信號的模擬版本(見圖5或圖16)；
[0060]圖26示出了圖25中所示信號的高振幅區(qū)域702A的一部分的實例；
[0061]圖27示出了包括圖26所示小周期擾動903的信號的示范頻譜；
[0062]圖28示出了圖25所示的示范信號的一部分的實例；
[0063]圖29示出了根據本發(fā)明實施例的狀態(tài)分析系統(tǒng)的又一個實施例；
[0064]圖30是框圖，示出了連同用戶界面和顯示器一起的圖29的信號處理裝置的部件；
[0065]圖31是參數控制器的示意示出。

【具體實施方式】
[0066]在以下說明中不同實施例中的相似特征可以由相同的附圖標記指示。
[0067]圖1顯示了根據本發(fā)明實施例的狀態(tài)分析系統(tǒng)2實施例的示意框圖。附圖標記4涉及具有可運動部件8的機器6的客戶機位置?？蛇\動部件可以包括軸承7和軸8，當機器在運行狀態(tài)時，軸8旋轉。當軸旋轉時，響應于從軸和/或軸承發(fā)出的振動，能夠確定軸8和軸承7的運行狀態(tài)?？蛻魴C位置4，也可以指客戶機部件或用戶部件，可以是例如風力發(fā)電廠的房屋及地基(premise)，即在某位置處的一組風力渦輪，或者某造紙廠的房屋及地基，或者具有可運動部件機器的某個其他制造廠。
[0068]當傳感器10被連接到機器6的機體上或在其上測量點12處時，狀態(tài)分析系統(tǒng)2的實施例在運行。盡管圖1僅僅示出了兩個測量點12，但是應當理解位置4可以包括任何數目的測量點12。圖1所示的狀態(tài)分析系統(tǒng)2包括分析裝置14，根據傳感器10傳遞的測量值分析機器的狀態(tài)。
[0069]分析裝置14具有通信端口 16，用于雙向數據交換。通信端口 16可連接到通信網絡18，如經由數據接口 19。通信網絡18可以是萬維網，也稱為因特網。通信網絡18還可以包括公共交換電話網。
[0070]服務器計算機20被連接到通信網絡18。服務器20可以包括數據庫22、用戶輸入/輸出接口 24和數據處理硬件26，以及通信端口 29。服務器計算機20位于位置28，在地理上與客戶機位置4分離。服務器位置28可以在第一座城市，比如瑞典的首都斯德哥爾摩，而客戶機的位置可以在另一座城市，比如德國的斯圖加特或美國密歇根州的底特律?？蛇x地，服務器位置28可以在某城鎮(zhèn)的第一部分，而客戶機位置可以在同一城鎮(zhèn)的另一部分。服務器位置28還可以稱為供應商部件觀或供應商部件位置28。
[0071]根據本發(fā)明的實施例，中央控制位置31包括控制計算機33，具有數據處理硬件和軟件，用于測量在客戶機位置4的多臺機器。機器6可以是風力渦輪或風力渦輪中使用的齒輪箱?？蛇x地，這些機器可以包括如造紙廠中的機械?？刂朴嬎銠C33可以包括數據庫22B、用戶輸入/輸出接口 24B和數據處理硬件26B以及通信端口 29B。中央控制位置31可以與客戶機位置4分開一段地理距離。利用通信端口 29B控制計算機33能夠被連接，以經由端口 16與分析裝置14進行通信。分析裝置14可以傳遞正被部分處理的測量數據，以便允許在中央位置31由控制計算機33進一步執(zhí)行信號處理和/或分析。
[0072]供應商公司占據著供應商部件位置28。供應商公司可以出售和遞送分析裝置14和/或分析裝置14所用的軟件。供應商公司還可以出售和遞送中央控制位置31處的控制計算機所用的分析軟件。以下連同圖4討論了這樣的分析軟件94，105。這樣的分析軟件94，105可以通過在所述通信網絡18上的傳輸而遞送。
[0073]根據系統(tǒng)2的一個實施例，裝置14是便攜式裝置，可以時時連接到通信網絡18。
[0074]根據系統(tǒng)2的另一個實施例，裝置14可以基本上連續(xù)地從傳感器10接收測量信號，從而允許連續(xù)或基本上連續(xù)地監(jiān)視機器狀態(tài)。根據這個實施例的裝置14還可以基本上連續(xù)地能夠與控制位置31處的控制計算機33通信。因此，根據這個實施例的裝置14可以基本上一直“在線”可用于與控制位置31處的控制計算機33進行通信。
[0075]根據系統(tǒng)2的一個實施例，裝置14基本上被連續(xù)地連接到通信網絡18。因此，根據這個實施例的裝置14可以基本上一直“在線”可用于與供應商計算機20和/或與在控制位置31處的控制計算機33進行通信。
[0076]圖2A是圖1所示的狀態(tài)分析系統(tǒng)2的一部分的實施例的示意框圖。圖2A中示出的狀態(tài)分析系統(tǒng)包括用于產生測量值的傳感器單元10。所述測量值可以取決于運動，或者更確切地說，取決于軸旋轉時由軸承引起的振動或沖擊脈沖。
[0077]當設備30被穩(wěn)固地安裝在機器6上或其上的測量點處時，狀態(tài)分析系統(tǒng)2的實施例運行。安裝在測量點處的設備30可以指雙頭螺栓(stud) 30。雙頭螺栓30可以包括連接耦接32，傳感器單元10與其可拆卸地連接。連接耦接32可以例如包括雙頭螺紋，使得傳感器單元能夠利用1/4轉的旋轉與雙頭螺栓機械地嚙合。
[0078]測量點12可以包括機器外殼上帶螺紋的凹處。雙頭螺栓30可以具有帶有螺紋的突出部分，對應于這些凹處，使得雙頭螺栓能夠像螺栓一樣通過納入到凹處中而牢固地連接到測量點。
[0079]可選地，測量點可以包括機器外殼上帶螺紋的凹處，而傳感器單元10可以包括對應的螺紋，使得它能夠被直接地納入到所述凹處中。可選地，僅僅以彩色標記在機器外殼上標注了測量點。
[0080]圖2A例不的機器6可以具有旋轉軸,具有一定的軸直徑dl。機器6在使用時,機器中的軸M可以以轉速Vl旋轉。
[0081]傳感器單元10可以連接到分析機器狀態(tài)的設備14。參考圖2A，分析裝置14包括傳感器接口 40，用于接收由傳感器10產生的測量信號即測量數據。傳感器接口 40被連接到數據處理構件50，它能夠按照程序代碼控制分析裝置14的運行。數據處理構件50也被連接到存儲所述程序代碼的存儲器60。
[0082]根據本發(fā)明的實施例，傳感器接口 40包括接收模擬信號的輸入端42，輸入端42被連接到模數(A/D)轉換器44，其數字輸出48被耦接到數據處理構件50。A/D轉換器44以一定的采樣頻率fs對所接收的模擬信號進行采樣，以便遞送具有一定的采樣頻率fs的數字測量數據信號SM，并且其中每個樣本的振幅都取決于在采樣時刻所接收的模擬信號的振幅。
[0083]根據本發(fā)明的實施例，所述傳感器是沖擊脈沖測量傳感器。圖3是根據本發(fā)明實施例的沖擊脈沖測量傳感器10的簡化示出。根據這個實施例，傳感器包括具有一定質量或重量的部件110和壓電元件120。壓電元件120有些彈性，所以被施加外力時它能夠伸縮。壓電元件120在對立表面上分別配備了導電層130和140。當壓電元件120伸縮時它產生電信號，由導電層130和140拾取。所以，機械振動被轉換為模擬測量電信號Sea,它被傳遞到輸出端子145、150。壓電元件120可以位于配重110與表面160之間，在運行期間，該表面160被物理地附接到測量點12，如圖3示出。
[0084]沖擊脈沖測量傳感器10具有的預定機械諧振頻率取決于傳感器機械特征，比如配重部件110的質量m和壓電元件120的彈性。因此，壓電元件具有彈性和彈簧常數k。傳感器的機械諧振頻率所以也取決于質量m和彈簧常數k。
[0085]根據本發(fā)明的實施例,傳感器的機械諧振頻率fM能夠由下面的等式確定:
[0086]fEi = I/ (2 ) V (k/m)(等式 1)
[0087]根據另一個實施例，沖擊脈沖測量傳感器10的實際機械諧振頻率也可以取決于其他因素，比如傳感器10與機器6機體附接的性質。
[0088]因而諧振沖擊脈沖測量傳感器10對于以機械諧振頻率fM或其附近的頻率的振動特別靈敏。沖擊脈沖測量傳感器10可以被設計為使得機械諧振頻率丨?在28kHz到37kHz的范圍內某處。根據另一個實施例，機械諧振頻率fM在30kHz到35kHz的范圍內某處。
[0089]所以模擬測量電信號具有的電振幅可以在頻譜上變化。為了說明理論背景的目的，可以假設要是對沖擊脈沖測量傳感器10施加從如IHz到如200000kHz的所有頻率振幅一致的機械振動，那么來自沖擊脈沖測量傳感器的模擬信號的振幅在機械諧振頻率處將具有最大值，因為傳感器以該頻率“推動”時將會諧振。
[0090] A/D轉換器44以一定的采樣頻率fs對所接收的調節(jié)后模擬信號進行采樣，以便傳遞具有一定的采樣頻率fs的數字測量數據信號Sm，并且其中每個樣本的振幅都取決于在采樣時刻所接收的模擬信號的振幅。
[0091]根據本發(fā)明的實施例，數字測量數據信號Sm被傳遞到裝置180進行數字信號處理(見圖5)。
[0092]根據本發(fā)明的實施例，用于數字信號處理的裝置180包括數據處理器50和使數據處理器50執(zhí)行數字信號處理的程序代碼。根據本發(fā)明的實施例，處理器50由數字信號處理器實施。數字信號處理器也被稱為DSP。
[0093]參考圖2A，數據處理構件50被耦接到存儲所述程序代碼的存儲器60。優(yōu)選情況下，程序存儲器60是非易失性存儲器。存儲器60可以是讀/寫存儲器，即從存儲器中讀取數據和把新數據寫到存儲器60上都能夠進行。根據某實施例，程序存儲器60由FLASH存儲器實施。程序存儲器60可以包括第一存儲器段70，用于存儲可執(zhí)行的第一組程序代碼80，以便控制分析裝置14執(zhí)行基本的操作(圖2A和圖4)。程序存儲器還可以包括第二存儲器段90，用于存儲第二組程序代碼94。在第二存儲器段90中的第二組程序代碼94可以包括使分析裝置處理所檢測的信號或若干信號，以便產生預處理的信號或一組預處理的信號的程序代碼。存儲器60還可以包括第三存儲器段100，用于存儲第三組程序代碼104。在第三存儲器段100中的程序代碼組104可以包括使分析裝置執(zhí)行所選定分析功能105的程序代碼。當執(zhí)行分析功能時，它可以使分析裝置在用戶界面106上呈現對應的分析結果，或者在端口 16上傳遞該分析結果(見圖1和圖2A以及圖7和圖8)。
[0094]數據處理構件50還耦接到進行數據存儲的讀/寫存儲器52。不僅如此，數據處理構件50還可以連接到分析裝置通信接口 54。分析裝置通信接口討提供與測量點通信接口56的雙向通信，接口 56可附接在機器的測量點上，或者在其附近。
[0095]測量點12可以包括連接耦接32、可讀和可寫信息載體58以及測量點通信接口56。
[0096]可寫信息載體58和測量點通信接口 56可以在雙頭螺栓30附近放置的單獨設備59中提供，正如圖2示出?？蛇x地，可寫信息載體58和測量點通信接口 56可以在雙頭螺栓30內提供。這在W098/01831中進行了更詳細的介紹，其內容在此通過引用并入。
[0097]系統(tǒng)2被安排為允許測量點通信接口 56與分析裝置通信接口 54之間的雙向通信。優(yōu)選情況下，測量點通信接口 56和分析裝置通信接口 54被構造為允許無線通信。根據某實施例，測量點通信接口和分析裝置通信接口被構造為彼此通過射頻(RF)信號進行通信。這個實施例包括在測量點通信接口 56中的天線，以及分析裝置通信接口 54中的另一條天線。
[0098]圖4是存儲器60及其內容的實施例的簡化示出。該簡化示出意在傳達對存儲器60中存儲不同程序函數的總體思路的理解，而這不一定是對在真實存儲器電路中存儲程序的方式的正確的技術教導。第一存儲器段70存儲的程序代碼用于控制分析裝置14以執(zhí)行基本的操作。盡管圖4的簡化示出顯示了偽代碼，但是應當理解，程序代碼80可以由機器代碼構建，或者由數據處理構件50能夠執(zhí)行或解釋的任何級別的程序代碼構建(圖2A)。
[0099]圖4示出的第二存儲器段90存儲著第二組程序代碼94。在段90中的程序代碼94，當運行在數據處理構件50上時，將使分析裝置14執(zhí)行某功能，比如數字信號處理功能。所述功能可以包括對數字測量數據信號Ssffi的高級數學處理。根據本發(fā)明的實施例，程序代碼94適于使處理器裝置50執(zhí)行與在本文檔中圖5、圖6、圖9和/或圖16所介紹的相關的信號處理功能。
[0100]正如以上連同圖1所提及，控制分析裝置功能的計算機程序可以從服務器計算機20中下載。這意味著要被下載的程序在通信網絡18上被傳輸。通過在通信網絡18上調制載波以攜帶該程序就能夠實現這一點。所以下載后的程序可以被加載到數字存儲器中，比如存儲器60(見圖2A和圖4)。因此，信號處理程序94和/或分析功能程序104、105可以經由通信端口接收，比如端口 16(圖1和圖2A)，以便將其加載到存儲器60中。同樣，信號處理程序94和/或分析功能程序104、105也可以經由通信端口 29B(圖1)接收，以便將其加載到計算機26B的程序存儲器位置或數據庫22B中。
[0101]本發(fā)明的一方面涉及計算機程序產品，比如可加載到某裝置的數字存儲器中的程序代碼裝置94和/或程序代碼裝置104、105。計算機程序產品包括軟件代碼部分，當所述產品運行在分析機器狀態(tài)的設備的數據處理單元50上時，用于執(zhí)行信號處理方法和/或分析功能。術語“運行在數據處理單元上”意味著計算機程序加上數據處理單元執(zhí)行本文檔中介紹種類的方法。
[0102]措詞“計算機程序產品，可加載到狀態(tài)分析裝置的數字存儲器中”意味著計算機程序能夠被引入到狀態(tài)分析裝置的數字存儲器中，以便實現編程為能夠或適于執(zhí)行以上介紹種類的方法的狀態(tài)分析裝置。術語“加載到狀態(tài)分析裝置的數字存儲器中”意味著以這種方式編程的狀態(tài)分析裝置能夠或適于執(zhí)行以上介紹種類的方法。
[0103]上述計算機程序產品也可以加載到計算機可讀介質上，比如光盤或DVD。這樣的計算機可讀介質可以用于向客戶機傳遞所述程序。
[0104]根據分析裝置14(圖2A)的實施例，它包括用戶輸入接口 102，操作員由此可以與分析裝置14互動。根據某實施例，用戶輸入接口 102包括一組按鈕104。分析裝置14的實施例包括用戶輸出界面106。用戶輸出界面可以包括顯示器單元106。當數據處理構件50運行基本程序代碼80中提供的基本程序功能時，它利用用戶輸入接口 102和顯示器單元106提供用戶交互。按鈕組104可限于幾個按鈕，比如五個按鈕，如圖2A示出。中央按鈕107可以用作ENTER或SELECT功能，而可以使用其他更多的外圍按鈕可以用于移動顯示器106上的光標。應當理解，以這種方式，經由用戶接口可以把符號和文本輸入到裝置14中。例如，顯示器單元106可以顯示許多符號，比如字母表中的字母，同時光標在顯示器上可移動以響應用戶輸入，所以允許用戶輸入信息。
[0105]圖5是分析裝置14的實施例的示意框圖，處在具有可運動軸8的機器6所在的客戶機位置4。傳感器10可以是沖擊脈沖測量傳感器，被顯示為附接到機器6的機體，以便拾取機械振動和向傳感器接口 40傳遞表明所檢測到的機械振動的模擬測量信號SEA。傳感器接口 40可以被設計為如連同圖2A或圖2B的介紹。傳感器接口 40向用于數字信號處理的裝置180傳遞數字測量數據信號Sm。
[0106]數字測量數據信號Ssffi具有采樣頻率fs，而每個樣本的振幅值都取決于采樣時刻所接收的模擬測量信號Sea的振幅。根據某實施例，數字測量數據信號Sm的采樣頻率fs可以被固定到一定的值fs，比如fs = 102400Hz。采樣頻率fs可以由時鐘190所傳遞的時鐘信號控制，如圖5示出。時鐘信號也可以傳遞給用于數字信號處理的裝置180。用于數字信號處理的裝置180能夠響應所接收的數字測量數據信號Sm、時鐘信號以及采樣頻率fs與時鐘信號之間關系，產生有關所接收的數字測量數據信號Ssffi的短暫持續(xù)時間的信息，因為兩個連續(xù)樣本值之間的持續(xù)時間等于Ts = l/fs。
[0107]根據本發(fā)明的實施例，用于數字信號處理的裝置180包括預處理器200，用于執(zhí)行數字測量數據信號Sm的預處理，以便將預處理后的數字信號Smp傳遞到輸出210上。輸出210被連接到鑒別器230的輸入220。鑒別器230適于鑒別預處理后的數字信號SmP，以便將鑒別結果傳遞給用戶界面106?？蛇x地，鑒別結果也可以傳遞給通信端口 16，以便使結果能夠傳輸到比如在控制場所31的控制計算機33(見圖1)。
[0108]根據本發(fā)明的實施例，連同用于數字信號處理的裝置180中功能框所介紹的功能，預處理器200和鑒別器230可以由計算機程序代碼94和/或104實施，正如以上連同圖4結合存儲器塊90和100的介紹。
[0109]用戶可以僅僅需要幾項基本的監(jiān)視功能，檢測某機器的狀態(tài)是正常還是異常。檢測出異常狀態(tài)后，用戶可以要求專門的職業(yè)維護人員確定該問題的精確性質，并且執(zhí)行必要的維修工作。職業(yè)維護人員經常需要和使用寬范圍的鑒別功能，使得有可能確定異常機器狀態(tài)的性質和/或原因。因此，分析裝置14的不同用戶對裝置的功能可以提出非常不同的要求。在本文檔中術語狀態(tài)監(jiān)視功能是用于檢測某機器的狀態(tài)是正常還是有點退化還是異常的功能。術語狀態(tài)監(jiān)視功能還包括鑒別功能，使得有可能確定異常機器狀態(tài)的性質和/或原因。
[0110]機器狀態(tài)監(jiān)視功能的實例
[0111]狀態(tài)監(jiān)視功能Fl、F2…Fn包括若干功能，比如:振動分析、溫度分析、沖擊脈沖測量、沖擊脈沖測量數據的頻譜分析、振動測量數據的快速傅立葉變換、狀態(tài)數據在用戶界面上的圖形表示、在所述機器上的可寫信息載體中存儲狀態(tài)數據、在所述裝置中的可寫信息載體中存儲狀態(tài)數據、轉速測量、不平衡檢測以及未對準檢測。
[0112]根據某實施例，裝置14包括以下功能:
[0113]Fl =振動分析；
[0114]F2 =溫度分析，
[0115]F3 =沖擊脈沖測量，
[0116]F4 =沖擊脈沖測量數據的頻譜分析，
[0117]F5 =振動測量數據的快速傅立葉變換，
[0118]F6 =狀態(tài)數據在用戶界面上的圖形表示，
[0119]F7 =在所述機器上的可寫信息載體中存儲狀態(tài)數據，
[0120]F8 =在所述裝置中的可寫信息載體52中存儲狀態(tài)數據，
[0121]F9 =轉速測量，
[0122]FlO =不平衡檢測，以及
[0123]Fll =未對準檢測。
[0124]F12 =從所述機器上的可寫信息載體58中檢索狀態(tài)數據。
[0125]F13 =執(zhí)行振動分析功能Fl和執(zhí)行功能F12 “從所述機器上的可寫信息載體58中檢索狀態(tài)數據”，以便能夠根據當前振動測量數據和歷史振動測量數據進行對比或趨勢判斷。
[0126] F14 =執(zhí)行溫度分析F2 ;并且執(zhí)行功能“從所述機器上的可寫信息載體58中檢索狀態(tài)數據”，以便能夠根據當前溫度測量數據和歷史溫度測量數據進行對比或趨勢判斷。
[0127]F15 =從所述機器上的可寫信息載體58中檢索標識數據。
[0128]功能F7“在所述機器上的可寫信息載體中存儲狀態(tài)數據”，以及F13振動分析和狀態(tài)數據檢索的實施例在WO 98/01831中進行了更詳細地介紹，其內容在此通過引用并入。
[0129]圖6示出了根據本發(fā)明實施例的預處理器200實施例的示意框圖。在這個實施例中，數字測量數據信號Sm被連接到數字帶通濾波器240，它具有低截止頻率4。、高截止頻率fuc以及較高和低截止頻率之間的通頻帶帶寬。
[0130]數字帶通濾波器240的輸出被連接到數字包絡器250。根據本發(fā)明的實施例，包絡器250的信號輸出被傳遞到輸出260。預處理器200的輸出260被耦接到數字信號處理裝置180的輸出210以向鑒別器230的輸入220傳遞。
[0131 ] 可以選擇數字帶通濾波器240的較高和低截止頻率，使得在傳感器諧振頻率fM處的信號Ssffi的頻率分量在通頻帶帶寬中。如上所述，由在諧振頻率fM處機械諧振的傳感器實現機械振動的放大。所以，模擬測量信號Sea反映了在諧振頻率fM處及其周圍振動的放大值。因此，作為有益的情況，根據圖6實施例的帶通濾波器抑制了在諧振頻率fKM之下和之上頻率的信號，以便進一步增強測量信號在諧振頻率處的分量。不僅如此，作為有益的情況，數字帶通濾波器240進一步降低了測量信號中固有地包括的噪聲，因為在低截止頻率以下和高截止頻率fm以上的任何噪聲分量也被除去或減弱。因此，使用具有在最低諧振頻率值f?到最高諧振頻率值f.范圍內具有機械諧振頻率fKM的諧振沖擊脈沖測量傳感器10時，數字帶通濾波器240可以被設計為使低截止頻率= 和高截止頻率fuc=fRMU。根據實施例，低截止頻率fL。= ffflL = 28kHz,和高截止頻率fuc； = fEMU = 37kHzO
[0132]根據另一個實施例，機械諧振頻率fKM在從30kHz到35kHz范圍內某處，然后數字帶通濾波器240可以被設計為具有低截止頻率= 30kHz和高截止頻率fw = 35kHz。
[0133]根據另一個實施例，數字帶通濾波器240可以被設計為使低截止頻率4。，低于最低的諧振頻率值fKM,和高截止頻率高于最高的諧振頻率fffl。例如，機械諧振頻率fffl可以是從30kHz到35kHz范圍內的頻率，然后數字帶通濾波器240可以被設計為使低截止頻率
=17kHz,和高截止頻率fuc； = 36kHzο
[0134]所以，數字帶通濾波器240傳遞的通頻帶數字測量數據信號Sf具有有益的低噪聲內容并反映了通頻帶內的機械振動。通頻帶數字測量數據信號&被傳遞到包絡器250。
[0135]所以，數字包絡器250收到了通頻帶數字測量數據信號SF，它可以反映具有正的以及負的振幅的信號。參考圖6，所接收的信號被數字整流器270整流，并且整流后的信號可以被可選的低通濾波器280濾波以產生數字包絡信號SENV。
[0136]所以，信號Senv是響應于濾波后的測量數據信號Sf而產生的包絡信號的數字表示。根據本發(fā)明的某些實施例，可以除去可選的低通濾波器280。以下連同圖9討論了一個這樣的實施例。所以，當以下連同圖9討論的抽取器310包括低通濾波器功能時，可以除去在包絡器250中的可選低通濾波器280。
[0137]根據本發(fā)明的圖6實施例，信號Senv被傳遞到預處理器200的輸出260。因此，根據本發(fā)明的實施例，在輸出210 (圖5)上傳遞的預處理后數字信號Ssrop是數字包絡信號SENV。
[0138]盡管用于響應測量信號而產生包絡信號的現有技術模擬設備采用了模擬整流器，該模擬整流器會固有地導致系統(tǒng)誤差被引入結果信號中，但是作為有益的情況，數字包絡器250將產生真正的整流而沒有任何系統(tǒng)誤差。所以，數字包絡信號Senv將具有良好的信噪比，因為在數字帶通濾波器240通頻帶中的諧振頻率處進行機械諧振的傳感器會引起高的信號振幅，并且在數字域中進行的信號處理不增加噪聲，并且不增加偏斜誤差。
[0139]參考圖5，預處理后的數字信號Smp被傳遞到鑒別器230的輸入220。
[0140]根據另一個實施例，濾波器240是具有截止頻率的高通濾波器。這個實施例通過以高通濾波器240代替帶通濾波器而簡化了設計，從而將低通濾波處理留給了下游另一個低通濾波器，比如低通濾波器280。高通濾波器240的截止頻率被選擇為接近諧振沖擊脈沖測量傳感器10的最低預期機械諧振頻率值f.。當機械諧振頻率fKM在30kHz到35kHz范圍內某處時，高通濾波器240可以被設計為使低截止頻率= 30kHz。然后把高通濾波后的信號傳給整流器270以及繼續(xù)到低通濾波器280。根據某實施例，應當有可能使用諧振頻率在20kHz到35kHz范圍內某處的傳感器10。為了實現這個目的，高通濾波器240可以被設計為使低截止頻率fV。= 20kHz。
[0141]圖7示出了鑒別器230(也見圖5)的實施例。鑒別器230的圖7實施例包括狀態(tài)分析器290，適于接收指示機器6狀態(tài)的預處理后的數字信號SmP。利用在控制輸入端300上傳遞的選擇信號，可以控制狀態(tài)分析器290執(zhí)行所選定的狀態(tài)分析功能。利用用戶與用戶接口 102(見圖2A)的互動可以產生在控制輸入端300上傳遞的選擇信號。當所選定的分析功能包括快速傅立葉變換時，選擇信號300將設置分析器290以在頻率域中對輸入信號進行操作。
[0142]取決于要執(zhí)行的分析是什么類型，狀態(tài)分析器290可以在時域對輸入的預處理后數字信號Smp進行操作，或者在頻率域對輸入的預處理后數字信號Smp進行操作。所以，取決于在控制輸入端300上傳遞的選擇信號，如圖8所示可以包括FFT294，或者如圖7所示出可以把信號Smp直接傳遞給分析器290。
[0143]圖8示出了鑒別器230的另一個實施例。在圖8的實施例中，鑒別器230包括可選的快速傅立葉變換器294，被連接以從鑒別器230輸入220接收信號。來自快速傅立葉變換器294的輸出可以被傳遞到分析器290。
[0144]為了分析旋轉部件的狀態(tài)，所期望的是在足夠長的時間監(jiān)視所檢測的振動，以便能夠檢測出重復的信號。一定的重復信號簽名指示了旋轉部件的已退化狀態(tài)。分析重復信號簽名還可以指示已退化狀態(tài)的類型。這樣的分析也可以引起對已退化狀態(tài)程度的檢測。
[0145]因此，測量信號可以包括取決于可旋轉運動部件8振動的至少一種振動信號分量SD;其中所述振動信號分量具有取決于可旋轉運動部件8的轉速fKra的重復頻率fD。所以，取決于可旋轉運動部件8振動的振動信號分量可以指示所監(jiān)視機器的已退化狀態(tài)或故障。事實上，振動信號分量Sd的重復頻率fD與可旋轉運動部件8的轉速之間的關系可以指示哪個機械部件有故障。因此，在具有多個旋轉部件的機器中，有可能通過使用分析功能105(包括頻率分析)，通過處理測量信號而識別出單個輕微損壞的部件。
[0146]這樣的頻率分析可以包括對包括振動信號分量Sd的測量信號的快速傅立葉變換。快速傅立葉變換(FFT)使用了一定的頻率分辨率。該一定的頻率分辨率可以按照頻率片段表示，決定了辨別不同頻率的界限。術語“頻率片段”有時指“線條(line)”。如果需要頻率分辨率提供高達軸速的Z個頻率片段，那么有必要在該軸旋轉X周期間記錄該信號。
[0147]連同旋轉部件的分析，分析高于旋轉部件的旋轉頻率fKOT的信號頻率可能引人關注。旋轉部件可以包括軸和軸承。軸旋轉頻率fKOT往往被稱為“級別I”。每次軸轉，所關注的軸承信號可能發(fā)生約10次(級別10)，即故障重復頻率fD (以Hz測量)除以轉速fKQT(以rps測量)等于Ι0Hz/rps,即級別y = fD/fE0T = Ι0Hz/rps。不僅如此,分析軸承信號的諧波可能引人關注，所以測量高達級別100的情況可能引人關注。令最大級別為Y，而在FFT在要使用的頻率片段(bins)總數為Z，以下情況成立:Z = X*Y。相反X = Ζ/Υ，其中，
[0148]X是分析數字信號期間所監(jiān)視軸的轉數；以及
[0149]Y是最大級別；以及
[0150]Z是以許多頻率片段表示的頻率分辨率。
[0151]考慮把抽取后數字測量信號Smp(見圖5)傳遞到FFT分析器294時的情況，如圖8中介紹:在這樣的情況下，當FFT分析器294被設置為Z = 1600頻率片段，而用戶關注的分析頻率高達級別Y = 100，那么X的值變?yōu)閄 = Ζ/Υ = 1600/100 = 16。
[0152]因此，當期望Z = 1600頻率片段并且用戶關注的分析頻率高達級別Y = 100時，有必要在X = 16軸轉期間進行測量。
[0153]使用用戶界面102、106 (圖2Α)可以設置FFT分析器294的頻率分辨率Ζ。
[0154]因此，使用用戶界面102、106(圖2Α)可以設置用于狀態(tài)分析功能105和/或信號處理功能94 (圖4)的頻率分辨率值Ζ。
[0155]根據本發(fā)明的實施例，通過從一組值中選擇一個值Z可以設置頻率分辨率Ζ。頻率分辨率Z的可選擇值組可以包括:
[0156]Z = 400
[0157]Z = 800
[0158]Z = 1600
[0159]Z = 3200
[0160]Z = 6400
[0161]如上所述，采樣頻率；1^可以被固定到一定的值，比如fs = 102 400kHz,而因子k可以設置為2.56，從而致使要被分析的最高頻率fSEAniax為:
[0162]fSEAmax = fs/k = 1024 00/2，56 = 40kHz
[0163]對于具有轉速fKQT = 1715rpm = 28.58rps軸的機器，選定的級別值Y = 100致使要分析的最大頻率為:
[0164]fE0T*Y = 28, 58rps*100 = 2858Hz.
[0165]快速傅立葉變換器294可以適于對所接收的具有一定數目樣本值的輸入信號，執(zhí)行快速傅立葉變換。當將樣本值的該一定數目設置為可以被二(2)除而不會出現分數的偶整數時是有益的。
[0166]所以，表示從軸的旋轉而發(fā)出機械振動的數據信號可以包括重復的信號模式。因此在被監(jiān)視軸的每轉，一定的信號模式可以被重復一定量的次數。不僅如此，重復信號也可以以互相不同的重復頻率發(fā)生。
[0167]在VictorWowk所著“Machinery Vibrat1n Measurements and Analysis，，(ISBN0-07-071936-5)的書中，在149頁上提供了互相不同重復頻率的幾個實例:
[0168]“軸承保持器損壞頻率(Fundemental train frequency) (FTF)
[0169] 軸承滾動件損壞(Ball spin) (BS)頻率
[0170]外環(huán)(OR)
[0171]內環(huán)(IR)”
[0172]該書還在150頁上提供了計算這些特定頻率的公式。Victor Wowk所著“Machinery Vibrat1n Measurements and Analysis” 的書中內容在此通過引用并入。確切地說，計算這些特定頻率的上述公式在此引用作為參考。同一書中151頁上的表指示，這些頻率也隨軸承制造商而改變，并且:
[0173]FTF可以具有0.378的軸承頻率因子；
[0174]BS可以具有1.928的軸承頻率因子；
[0175]OR可以具有3.024的軸承頻率因子；以及
[0176]IR可以具有4.976的軸承頻率因子。
[0177]頻率因子與軸的轉速相乘以獲得重復頻率。該書指出，對于具有轉速為1715rpm，即28.58Hz的軸，從標準類型6311的軸承外環(huán)(OR)發(fā)出脈沖的重復頻率可能為大約86Hz ；而FTF重復頻率可能為10.8Hz。
[0178]當被監(jiān)視軸以轉速旋轉時，可以按照被監(jiān)視軸每時間單位的重復或按照每轉的重復討論這樣的重復頻率，而不需要在兩者之間進行區(qū)分。不過，如果機器部件以丑變轉速旋轉，事情就進一步復雜化，如以下連同圖16、圖17和圖20的討論。
[0179]出現突然故障的機械
[0180]某些類型的機械可能非常突然地遭受整體故障或破壞。對于某些機器類型，比如風力電站中的旋轉部件，已經知道發(fā)生過突然的破壞，并且使維護人員和機器擁有者感到十分驚奇。這樣的突然破壞對機器擁有者損失很大并可能導致其他的負面效應，如在未預計到的機器故障使機器部件跌落時。
[0181 ] 本發(fā)明人意識到，在某些機械的機械振動中存在著特別高的噪聲級別，并且這樣的噪聲級別妨礙了對機器故障的檢測。因此，對于某些類型的機械，保護性狀態(tài)監(jiān)視的常規(guī)方法已經無法對即將到來的退化狀態(tài)提供足夠早期和/或可靠的警告。本發(fā)明人推斷，在這樣的機械中可能存在著表明已退化狀態(tài)的機械振動但是測量振動的常規(guī)方法可能尚未完善。
[0182]本發(fā)明人還意識到，具有緩慢旋轉的部件的機器是似乎特別易于突發(fā)故障的機械類型。本發(fā)明人還意識到低轉速可以導致機械振動Vm的較低振幅。當機械振動Vm表明初始機械故障具有低振幅，測量信號中的噪聲內容相對而言變得更高。當在旋轉速度小于50rpm的機器上測量時，由抽取器310傳送的包絡和抽取數字測量信號Sked可以是多噪聲的以致如果直接將抽取數字測量信號Sked送入分析器290將阻礙成功的狀態(tài)監(jiān)視分析。換句話說，抽取數字測量信號Sked的信噪比SNR可以是如此地低以致阻礙檢測任何振動信號分量SD。
[0183]本發(fā)明人在已經意識到某些機械的機械振動中特別高的噪聲級別妨礙對機器故障的檢測之后，提出了在噪聲環(huán)境中能夠檢測微弱機械信號的方法。如上所述，測量信號Sea中振動信號分量Sd的重復頻率fD取決于指示被監(jiān)視機器6的旋轉部件8的初始故障的機械振動Vm。本發(fā)明人意識到，有可能檢測出初始故障，即剛剛開始發(fā)展的故障，只要能夠辨別出對應的微弱信號。
[0184]因此，測量信號可以包括取決于可旋轉運動部件8振動的至少一個振動信號分量SD，其中所述振動信號分量具有重復頻率fD，它取決于可旋轉運動部件8的轉速fKOT。所以，取決于可旋轉運動部件8的振動的振動信號分量的存在，可以提供被監(jiān)視機器的退化狀態(tài)或初始故障的早期指示。
[0185]在風力渦輪的應用中，其軸承被分析的轉軸可以以小于每分120轉的速度旋轉，即軸的旋轉頻率fKOT小于每秒2轉(rps)。有時要被分析的這種軸以小于每分50轉的速度旋轉Crpm),即小于0.83rps的軸旋轉頻率fKOT。事實上，典型情況下，轉速可能小于15rpm。盡管具有1715rpm轉速的軸，如在上述書中討論，在17.5秒中產生了 500轉；而以每分50轉旋轉的軸卻要用十分鐘才產生500轉。某些大型風力電站的軸，典型情況下可以以12RPM=0.2rps 旋轉。
[0186]所以，當要被分析的軸承與緩慢旋轉軸相關聯，并且監(jiān)視軸承的檢測器產生的模擬測量信號Sea使用大約10kHz的采樣頻率采樣時，與該軸一次整轉相關聯的樣本值的數目變得非常大。作為示出性實例，當該軸以50rpm旋轉時，為了描述500轉以10kHz的采樣頻率獲得了 6千萬(60000000)個樣本值。
[0187]不僅如此，當信號包括如此多的樣本時，對信號執(zhí)行高級數學分析需要大量時間。所以，期望先減少每秒的樣本數目，再進一步處理信號SENV。
[0188]圖9示出了預處理器200的另一個實施例。預處理器200的圖9實施例包括數字帶通濾波器240和數字包絡器250，如以上連同圖6的介紹。如上所述，信號Senv是響應濾波后測量數據信號Sf產生的包絡信號的數字表示。
[0189]根據預處理器200的圖9實施例，數字包絡信號Senv被傳遞到抽取器310，它適于產生具有降低的采樣頻率的數字信號SKED。抽取器310運行以產生輸出數字信號，其中兩個連續(xù)樣本值之間的短暫持續(xù)時間要長于輸入信號中兩個連續(xù)樣本值之間的短暫持續(xù)時間。以下連同圖14更詳細地介紹抽取器。根據本發(fā)明的實施例，可以除去可選的低通濾波器280，如上所述。在圖9實施例中，當由數字整流器270產生的信號被傳遞到包括低通濾波的抽取器310時，就可以除去低通濾波器280。
[0190]抽取器310的輸出312把數字信號Sked傳遞到增強器320的輸入端315。增強器320能夠接收數字信號Sked并響應它而產生輸出信號SmP。輸出信號Ship被傳遞到預處理器200的輸出端口 260。
[0191]圖1OA是流程圖，示出了增強信號中重復信號模式方法的實施例。有益的是，這種方法可以用于在表示具有旋轉軸的機器狀態(tài)的信號中，增強重復信號模式。增強器320可以被設計為根據圖1OA示出的方法運行。
[0192]圖1OA中方法步驟S1000到S1040表示在實際產生輸出信號值之前為了進行設置而采取的準備動作。一旦已經執(zhí)行了這些準備動作，就可以計算輸出信號值，如參考步驟S1050的介紹。
[0193]圖1OB是流程圖，示出了產生數字輸出信號的方法。更確切地說，圖1OB示出了已經執(zhí)行了參考圖1OA中步驟S1000至S1040所介紹的準備動作時，產生數字輸出信號的方法實施例。
[0194]參考圖1OA的步驟S1000，確定了輸出信號Smp的期望長度(\ENeTH。
[0195] 圖11是具有多個存儲器位置i的第一存儲器的示意示出。第一存儲器的存儲器位置i保存著包括數字值序列的實例輸入信號。根據本發(fā)明的實施例，實例輸入信號用于計算輸出信號Smp。圖11顯示了輸入信號I的許多連續(xù)數字值的某些。輸入信號I中的數字值2080僅僅示出了在輸入信號中出現的幾個數字值。在圖11中，輸入信號中的兩個相鄰數字值被持續(xù)時間tdelta分開。值tdelta是增強器320所接收的輸入信號的采樣頻率fSK的倒數(見圖9和圖16)。
[0196]圖12是具有多個存儲器位置t的第二存儲器的示意示出。第二存儲器的存儲器位置t保存著包括數字值序列的實例輸出信號SmP。因此，圖12示出了將數字值3090存儲在連續(xù)存儲器位置中的一部分存儲器。圖12顯示了輸出信號Smp的連續(xù)數字值。輸出信號Smp中的數字值3090僅僅示出了在輸出信號中出現的幾個數字值。在圖12中，輸出信號中的兩個相鄰數字值可以被持續(xù)時間、―在時間上分開。
[0197]參考圖10的步驟S1000，可以選擇輸出信號Smp的期望長度(\ENCTH，以便有可能使用輸出信號SMDP分析輸出信號中的一定的頻率。例如，較低的頻率受關注時比較高的頻率需要更長的輸出信號。使用輸出信號能夠分析的最低頻率是l/((\ENeTH*tdelta)，其中Omcth是輸出信號中樣本值的數目。如果fSK是輸入信號I的采樣頻率，那么每個數字樣本值之間的時間tdelta將是l/fSK。如上所述，重復信號模式可能出現在表示機械振動的數據信號中。所以，測量信號，比如由包絡器250傳遞的信號Senv和傳遞給增強器320的信號Sked可以包括取決于可旋轉運動部件8的振動的至少一個振動信號分量SD，其中所述振動信號分量4具有重復頻率fD，它取決于可旋轉運動部件8的轉速fKOT。因此，在輸出信號Ship中的連續(xù)數子值被持續(xù)時間tdelta分開時，為了可罪地檢測出重復頻率為fREP = fD = I/(0LENGTH*tdelta)的重復信號模式的出現，輸出信號Smp必須包括至少Omcth個數字值。
[0198]根據某實施例，用戶可以輸入表示要被檢測的最低重復頻率fKEMn的值，以及要被監(jiān)視的軸的最低預期轉速的有關信息。分析系統(tǒng)2(圖1)包括用于響應這些值計算變量Olength的適合值的功能。
[0199]可選地，參考圖2A，分析裝置14的用戶利用經由用戶界面102輸入對應值，可以設置輸出信號Smp的值0_h3010。
[0200]在下一個步驟S1010中，選擇了長度因子L。長度因子L確定了輸出信號Ship中隨機信號被抑制的程度。較高的L值比較低的L值在輸出信號Smp中給出更少的隨機信號。因此，長度因子L可以被稱為信噪比改進值。根據本方法的一個實施例，L是I至10之間的整數，但是也可以將L設置為其他值。根據本方法的實施例，L值可以在增強器320中預置。根據本方法的另一個實施例，L值由本方法的用戶經由用戶接口 102(圖2A)輸入。因子L的值對計算輸出信號所需要的計算時間也有影響。較高的L值比較低的L值需要更長的計算時間。
[0201]下一步,在步驟S1020,設置了起始位置SSTAKT。起始位置是輸入信號I中的位置。
[0202]設置起始位置是為了避免或減少輸出信號Smp中非重復模式的出現。如果設置起始位置Sstakt以便使得起始位置之前的輸入信號部分2070有一定的時間間隔Tstohastk,對應的長度，那么具有對應頻率 fsTOHASTIC_MAX 和更高頻率的隨機信號將在輸出信號O、Smp中被衰減。
[0203]在下一個步驟S1030中，計算輸入數據信號的所要求長度。輸入數據信號的所要求長度在步驟S1030中根據以下公式(I)計算:
[0204](1) !length 一 0length*L+Sstart+0length
[0205]下一步，在步驟S1040中，計算輸入數據信號中的長度Cmcthij長度Cmcth在其上執(zhí)行輸出數據信號計算的長度。根據以下的公式(3)計算這個長度Cmcth:
[0206](3) Clength — Ilength_Sstaet_Olength
[0207]也能夠將公式(3)寫為:1length — CLENGTH+Ss TAET+Olength
[0208]然后在步驟S1050中計算輸出信號。根據以下公式(5)計算輸出信號。在公式(5)中，對輸出信號中時間值t計算了輸出信號的值。

【權利要求】
1.一種用于分析具有以旋轉速度(fKOT)旋轉的部件的機器的狀態(tài)的裝置(14，920)，包括: 第一傳感器(10)，適于根據源自所述部件旋轉的機械振動(Vm)產生模擬電測量信號(Sea); 模數轉換器(40，44)，適于按初始采樣頻率(fs)對所述模擬電測量信號(Sea)采樣以響應接收的所述模擬電測量信號(Sea)產生數字測量數據信號(SM，Senv, Skedi)； 設備(420)，用于產生具有用于指示所述旋轉部件的瞬時旋轉位置的位置信號值(P⑴)的序列的位置信號(Ep);以及速度值發(fā)生器(601),適于 -記錄所述數字測量數據信號(Sm，Senv, Skedi)的測量樣本值(Se⑴，Sw)的時間序列，以及 -記錄所述位置信號值(Ρω)的時間序列使得至少三個連續(xù)位置信號(Pl，Ρ2，Ρ3)之間具有角距離(delta_FIpl_p2, delta_FIp2_p3)和對應持續(xù)時間(delta_Tpl_p2 ;delta_Tp2_p3),以及 -記錄時間信息(i，dt，j)使得各個測量數據值(S(j))能夠與表明時間(i，dt，j)和角位置(Ρω)的數據相關聯；并且其中， 所述速度值發(fā)生器 (601)操作為用于基于所述角距離(delta-FIpl_p2，delta-FIp2_p3)和所述對應持續(xù)時間(delta-Tpl_p2，delta_Tp2_p3)來建立至少兩個瞬時速度值(VT1，VT2)，并且其中， 所述速度值發(fā)生器(601)操作用于通過所述至少兩個瞬時速度值(VT1，VT2)之間的插值來建立所述旋轉部件(8)的另外瞬時速度值(fKOT(j))，使得插值后的另外瞬時速度值(fE0T(j))表明在檢測記錄的所述測量樣本值(Se(i)，S(J))的至少一個的時刻的旋轉速度；以及 抽取器(310，470，470B)，用于響應所述數字測量數據信號(SM，Senv, Seedi)產生具有降低采樣頻率(fSK2)的第二數字信號(SKED2，R)，以及 鑒別器(230，290，290T，294，290，290F)，用于執(zhí)行狀態(tài)分析功能(Fl，F2，Fn)以根據所述第二數字信號(Sked2)分析所述機器的狀態(tài)，其中， 所述抽取器(470，470B)適于根據所述插值后的另外瞬時速度值(fKOT(j)，VTl, VT2，fROT)執(zhí)行所述抽取。
2.根據權利要求1所述的裝置(14，920)，其中， 所述速度值發(fā)生器(601)操作為用于根據以下項建立(S#70)第一轉速值(VTl): 第一位置信號(PD與第二位置信號(P2)之間的角距離(delta_FIpl_p2)，并根據: 對應的第一持續(xù)時間(delta_Tpl_p2);并且其中 所述速度值發(fā)生器(601)操作為用于根據以下項建立(S#100)第二瞬時速度值(VT2): 所述第二位置信號(P2)與第三位置信號(P3)之間的角距離(delta-FIp2_p3)，并根據: 對應的第二持續(xù)時間(delta_Tp2_p3);并且其中， 所述速度值發(fā)生器(601)操作為用于通過所述第一瞬時速度值(VTl)與所述第二瞬時速度值(VT2)之間的插值來建立(S#140)所述旋轉部件(8)的另外瞬時速度值。
3.根據權利要求1或2所述的裝置(14，920)，其中， 所述速度值發(fā)生器(601)操作為用于將所述第一轉速值(VTl)計算為:
VTl = I/(ndiffl*dt),其中
VTl是速度， ndiffl =所述第一位置信號(Pl)與所述第二位置信號(P2)之間的時隙數量；并且 dt是一時隙的持續(xù)時間。
4.根據權利要求1、2或3中任一項所述的裝置(14，920)，其中， 所述速度值發(fā)生器(601)操作為用于將所計算的第一速度值(VT1，V(tl))分配給(S#80)所述第一位置信號(Pl)與所述第二位置信號(P2)之間的中間的第一時隙(tl)。
5.根據權利要求1、2、3或4中任一項所述的裝置(14，920)，其中， 所述速度值發(fā)生器(601)操作為用于將所述第二轉速值(VT2)計算(S100)為:
VT2 = I/(ndiff2*dt), 其中，ndiff2 =所述第二位置信號(P2)與所述第三位置信號(P3)之間的時隙數量。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的裝置(14，920)，其中， 所述速度值發(fā)生器(601)操作為用于將所計算的第二速度值(VT2，V(t2))分配給(S#110)所述第二位置信號(P2)與所述第三位置信號(P3)之間的中間的第二中間時隙(t2)。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的裝置(14，920)，其中， 所述速度值發(fā)生器(601)操作為用于將第一加速度值(al2)建立為(S#120):
al2 = (VT2-VTl)/((iVT2-1VT1)*dt)，其中， iVT1是表明與所述第一瞬時速度值VTl相關聯的時隙的數量， iVT2是表明與所述第二瞬時速度值VT2相關聯的時隙的數量，并且 dt是一時隙的持續(xù)時間。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的裝置(14，920)，其中， 所述速度值發(fā)生器(601)操作為用于根據所述第一加速度值(al2)建立(S#140)所述另外瞬時速度值(Vai2))。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的裝置(14，920)，其中， 所述速度值發(fā)生器(601)操作為用于通過以下等式建立(S#140)所述另外瞬時速度值(Vftl2)):
V(ti2) = V(tl)+a*(tl2-tl)，其中， tl2是所述第一中間時隙h之后且所述第二中間時隙(t2)之前的時間點；并且 V(tl2)是表明時間點tl2的轉速的速度值；V(tl)是所述第一瞬時速度值。
10.根據權利要求1至8中任一項所述的裝置(14，920)，其中， 所述速度值發(fā)生器(601)操作為用于通過線性插值建立(S#140)所述另外瞬時速度值。
11.根據權利要求1至8中任一項所述的裝置(14，920)，其中， 所述速度值發(fā)生器(601)操作為用于通過非線性插值建立(S#140)所述另外瞬時速度值。
12 .一種用于分析具有旋轉部件的機器的狀態(tài)的方法，包括:產生表明所述旋轉部件的旋轉位置的位置信號(Ep)； 根據源自所述部件的旋轉的機械振動產生模擬測量信號(Sea)； 對所述模擬測量信號(Sea)采樣以響應所述模擬測量信號(Sea)產生具有采樣頻率(fs，fSE1)的數字測量數據信號(Ssffi)； 執(zhí)行所述數字測量數據信號(Sm)的抽取以實現具有降低采樣頻率(fSK2)的數字信號(Sred2); 執(zhí)行狀態(tài)分析功能(Fl，F2，Fn)以根據具有降低采樣頻率(fSK1，fSE2)的所述數字信號(SEED, Seed2, O)分析所述機器的狀態(tài)；其中， 所述抽取包括: 記錄所述數字測量數據信號(Ssffi)的測量樣本值(Se(i)，Sw)的時間序列，并 記錄所述位置信號(Ep)的位置信號值(Ρω)的時間序列，使得: 在所記錄的位置信號值(Ρω)的至少一些之間存在第一時間關系(ndiff, ndiffl, ndiff2),并使得: 在所記錄的位置信號值(Ρω)的至少一個與所記錄的測量樣本值(Se(i)，S(j))的至少一個之間存在第二時間關系； 根據所述 第一時間關系(ndiff，ndiffl, ndiff2)產生表明所述旋轉部件(8)的速度變化(dfuoT，&，3^—2，3*2-3)的值; 通過插值根據以下項產生表明所述旋轉部件(8)的所述瞬時轉速的速度值(V(j)，Frot(j)): 表明速度變化(dfKOT，a, &1_2，a2_3)的所述值，以及 某一時間值， 使得所產生的速度值(Va)，FK_)表明檢測所記錄的所述測量樣本值(Se(i)，Sw)的至少一個的時刻的轉速；并且其中， 根據所述速度值(VTI，VT2, fE0T)來執(zhí)行所述抽取。
13.根據權利要求12所述的方法，其中， 所述某一時間值取決于所述第二時間關系。
14.根據權利要求12所述的方法，其中 所述某一時間值是所述第二時間關系。
15.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，記錄所述位置信號(Ep)的位置信號值(Ρω)的時間序列的步驟包括以下步驟: 記錄所述位置信號(Ep)的第一位置信號值(Ρ1ω)以及表明出現所述第一位置信號值(Plω)的時間的信息； 記錄所述位置信號(Ep)的第二位置信號值(Ρ2ω)以及表明出現所述第二位置信號值(Ρ2⑴)的時間的信息； 所述方法還包括步驟: 在出現所述第一位置信號值(Ρ1ω)和出現所述第二位置信號值(Ρ2ω)之間的時間的第一時刻建立表明所述旋轉部件(8)的所述瞬時轉速的第一速度值(VTl)。
16.根據權利要求15所述的方法，包括: 識別所選的記錄測量數據值(S(j))，并識別所述所選的記錄測量數據值(Se(i)，s(j))的檢測時刻(i，j)； 建立表明從所述第一時刻至所述所選的記錄測量數據值(Se(i)，S(j))的所述檢測時刻(i，j)的時間的第一持續(xù)時間的值(delta-t)； 在所述檢測時刻(i，j)根據以下項建立表明所述旋轉部件的瞬時轉速的第二速度值(Vp30, Vp40, Vp50, Vp60, fROT): 所述第一速度值(VTl)， 所述第一持續(xù)時間，以及 表明所述第一持續(xù)時間期間的速度變化的信息。
17.根據權利要求16所述的方法，其中， 表明所述第一持續(xù)時間期間的速度變化的所述信息是表明加速度(a，ai_2，a2_3)的所述值。
18.根據權利要求16所述的 方法，其中， 表明所述第一持續(xù)時間期間的速度變化的所述信息是表明速度變化(dfKOT，a, &1_2，a2_3)的所述值。
19.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，執(zhí)行狀態(tài)分析功能(Fl，F2，Fn)的步驟包括: 執(zhí)行具有降低采樣頻率(fSK1，fSK2)的所述數字信號(SKED，Sked2)的自相關以獲得具有降低采樣頻率(fSK2)的自相關數字信號(O);以及 使用所述自相關數字信號(O)作為至所述狀態(tài)分析器(290T)的輸入來執(zhí)行分析功能(Fl，F2, Fn，290T)。
20.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，執(zhí)行狀態(tài)分析功能(Fl，F2，Fn)的步驟包括: 執(zhí)行具有降低采樣頻率(fSK1，fSK2)的所述數字信號(SKED，Sked2)的自相關以便獲得具有降低采樣頻率(fSK2)的自相關數字信號(O);以及 使用所述自相關數字信號(O)作為至快速傅立葉變換器(294，94)的輸入來執(zhí)行快速傅立葉變換(294，94)，以獲得頻域中的自相關數字信號；以及 使用頻域中的自相關數字信號作為至所述狀態(tài)分析器(290F)的輸入來執(zhí)行分析功能(Fl，F2, Fn，290F)。
【文檔編號】G01M13/00GK104081173SQ201380007381
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年1月30日 優(yōu)先權日:2012年1月30日
【發(fā)明者】拉爾斯-奧洛夫·赫丁 申請人:S.P.M.儀器公司