BR112019017435A2 - Sistema e método de detecção acústica óptica - Google Patents

Abstract

a método de medir o estado ou condição de uma pluralidade de partes de máquina espacialmente afastadas, sujeitas a desgaste e que emitem uma característica acústica, o método incluindo as etapas de: (a) opticamente detectar as propriedades acústicas da pluralidade de peças de máquina sujeitas a desgaste, e originar sinais detectados a partir daí, (b) dividir os sinais detectados em uma primeira série de segmentos espaciais correspondentes ao longo de partes da máquina espaçadas e, para cada segmento espacial, dividir o sinal detectado em um segmento temporal que registra as propriedades acústicas para o segmento espacial por um período de tempo estendido; (c) dividir cada segmento temporal em uma série de domínio frequência e subsegmentos, transformando os subsegmentos em correspondente subsegmentos de domínio frequência; (d) combinar os subsegmentos de domínio frequência dentro de um segmento espacial, para produzir um correspondente subsegmento combinado de domínio frequência de nível de ruído inferior; e (e) determinar a frequência fundamental das assinaturas acústicas emitidas presentes no subsegmento combinado de domínio frequência e harmônico associado.

Description

“SISTEMA E MÉTODO DE DETECÇÃO ACÚSTICA ÓPTICA”

CAMPO DA INVENÇÃO [0001] A presente invenção provê sistemas e métodos para a detecção distribuída de equipamento mecânico e, em particular, para a detecção óptica distribuída de rolos e mancais ou partes móveis e mecanismos, incluindo os contidos em correias transportadoras.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [0002] Qualquer discussão sobre os antecedentes da invenção através do relatório descritivo não deve, de forma alguma, ser considerada como uma admissão de que tal técnica é amplamente conhecida, ou forma parte do conhecimento geral no campo.

[0003] A monitoração remota de equipamento, tais como rolos e mancais em correias transportadoras, é um problema significativo da indústria de mineração e outras indústrias. A manutenção da correia transportadora pode ser cara. Por exemplo, 1km de comprimento de correia transportadora podería conter 6,700 mancais ou mais, sendo que a falha de qualquer uma pode acarretar consequências catastróficas, tais como danos ou fogo na correia transportadora. Os rolos e mancais podem falhar de muitas maneiras, incluindo falha no revestimento, falhas no cortador de pizza e falhas no mancai [0004] Métodos anteriores de monitoração do estado dos rolos incluíram inspeção visual e auditiva andando fisicamente pela correia transportadora e ouvindo manualmente os mancais, ou por exemplo, a geração de imagem térmica.

[0005] A publicação PCT WO 2005/042661 e a publicação PCT WO 2015/115591, cujos conteúdos estão aqui incorporados para referência cruzada, propõem uma forma de sistema de monitoração de mancai de engrenagem intermediária de correia transportadora que envolve ter monitores com wi-fi dentro de cada rolo de mancai que monitora o estado do mancai É provável que tal solução seja indevidamente cara e seja propensa a falhas devido ao grande número de mancais e um grande sistema que requer complexas interações.

[0006] A presente invenção é aplicada à monitoração de outros equipamentos

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2/26 contendo mancais e outras partes móveis, tais como motores, bombas, caixas de câmbio, turbinas, transmissões, maquinário para esmagar e cisalhar e equipamento de manuseio de materiais a granel. A presente invenção também é aplicada à monitoração de outros equipamentos em um modo de distribuição usando acústica de fibra óptica.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0007] É um objetivo da invenção, em sua forma preferida, prover uma forma aperfeiçoada de monitoração de equipamento, incluindo partes de máquina sujeitas a desgaste.

[0008] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é provido um método para medir o estado ou condição de uma pluralidade de partes de máquina sujeitas a desgaste, afastadas espacialmente, e que emitem uma assinatura acústica, o método incluindo as etapas de: (a) detectar opticamente as propriedades acústicas da pluralidade de partes de máquina ao longo de seu comprimento, e originar sinais detectados a partir daí, (b) dividir os sinais detectados em uma primeira série de segmentos espaciais correspondentes ao longo de mancais afastados e, para cada segmento espacial, dividir o sinal detectado em um segmento temporal que registra as propriedades acústicas para o segmento espacial por um período de tempo estendido; (c) dividir cada segmento temporal em uma série de subsegmentos e domínio de frequência transformando os subsegmentos em subsegmentos de domínio-frequência correspondentes; (d) combinar os subsegmentos de domíniofrequência dentro de um segmento espacial, para produzir um correspondente subsegmento combinado de domínio frequência de nível de ruído inferior; e (e) determinar a frequência fundamental das assinaturas acústicas emitidas, presentes no subsegmento combinado de domínio frequência , e harmônica associada.

[0009] Em algumas modalidades, as partes de máquina podem incluir mancais, e, podem formar parte de uma correia transportadora. Preferivelmente, a detecção óptica ocorre substancialmente de forma simultânea para as propriedades acústicas da pluralidade de partes de máquina.

[0010] A etapa (d) pode incluir, preferivelmente, subtrair uma medida de nível de

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3/26 ruído a partir do subsegmento combinado de domínio frequência. A medida de nível de ruído preferivelmente pode incluir uma curva interpolada através de substancialmente todos os níveis de ruído inferior do subsegmento combinado de domínio frequência. A curva interpolada preferivelmente pode incluir uma dentre uma curva na direção polinominal, exponencial, logarítmica ou na direção da peça.

[0011] A etapa de detecção (a) pode compreender a detecção, de modo óptico, das propriedades acústicas dos mancais. A detecção óptica preferivelmente pode incluir utilização de difusão ao longo de uma fibra óptica para detectar as propriedades acústicas.

[0012] A etapa (a) preferivelmente pode ainda incluir filtrar os sinais detectados para responder por características de atenuação com base em frequência do sistema de detecção.

[0013] The etapa (e) preferivelmente pode incluir a etapa de convoluir uma estrutura Gaussiana em forma de pico, ou outra estrutura em forma de pico adequada com o subsegmento combinado de domínio frequência.

[0014] De acordo com um outro aspecto da presente invenção, é provido um sistema para medir o estado ou condição de uma pluralidade de mancais espacialmente afastados, o sistema incluindo: primeira unidade de sensor para detectar, de modo óptico, as propriedades acústicas circundando um guia de onda óptica estendida, disposto próximo aos mancais afastados; meios de processamento para processor os sinais detectados em uma série de segmentos espaciais correspondentes; com cada segmento espacial tendo um segmento temporal estendido, registrando as propriedades acústicas do segmento espacial por um período de tempo estendido; os meios de processamento ainda realizando processamento de domínio frequência do segmento temporal estendido para produzir correspondente segmento de domínio frequência de nível de ruído inferior, e os meios de processamento ainda revendo o segmento de domínio frequência para determinar a existência de qualquer frequência fundamental e harmônicos associadas de qualquer mancai que emite uma assinatura acústica.

[0015] De acordo com um outro aspecto da presente invenção, é provido um

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4/26 método para medir o estado ou condição de um sistema de correia transportadora, o sistema de correia transportadora incluindo uma pluralidade de unidades de rolo, também conhecidas como engrenagens intermediárias, cada uma tendo uma série de mancais nos rolos, o método incluindo as etapas de: (a) detectar opticamente as propriedades acústicas do sistema de correia transportadora ao longo de seu comprimento, e originando sinais detectados a partir daí, (b) dividir os sinais detectados em uma primeira série de segmentos espaciais ao longo da correia transportadora e para cada segmento espacial, dividir o sinal em um segmento temporal que registra as propriedades acústicas para o segmento espacial por um período de tempo estendido; (c) opcionalmente filtrar o segmento temporal para responder por características de atenuação com base na frequência do sistema de detecção óptica; (d) dividir cada segmento temporal em uma série de domínio frequência e subsegmentos, transformando os subsegmentos em subsegmentos de domínio-frequência correspondentes; (e) combinar os subsegmentos de domíniofrequência dentro de um segmento espacial para produzir um correspondente subsegmento de domínio frequência combinado de nível de ruído inferior; (f) determinar a frequência fundamental de rotação de quaisquer rolos presentes no subsegmento combinado de domínio frequência, e harmônico associado; e (g) determinar padrões de frequência indicativos de diferentes tipos de falha.

[0016] Em algumas modalidades, o método pode ainda incluir as etapas de: (g) subtrair um modelo da frequência fundamental de rotação e harmônicos do subsegmento combinado de domínio frequência para obter um subsegmento de domínio frequência modificado; e (h) analisar o subsegmento de domínio frequência modificado para determinar condições de desgaste do mancai.

[0017] A etapa (f) preferivelmente pode incluir a correlação cruzada do subsegmento combinado de domínio frequência com uma função de resposta Gaussiana ou qualquer outra função de resposta similar. A etapa (e) preferivelmente pode incluir fazer uma média ou somar os subsegmentos de domínio frequência. A etapa (e) preferivelmente pode incluir regredir o nível de ruído dentro do subsegmento de domínio frequência usando uma função de curva polinomial, exponencial,

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5/26 logarítmica ou outras funções de curva linear ou por parte, mais uma adição ou subtração algébrica.

[0018] As condições de desgaste do mancai podem incluir pelo menos uma das frequências fundamentais de rotação de rolos e frequências de harmônicos; frequências de rachadura de mancai por fadiga, se houver, padrões de desgaste na metade da vida útil de mancai, padrões de desgaste de estágio posterior de mancai, padrões monte de feno de mancais.

[0019] Os segmentos temporais são preferivelmente cerca de 5 a 30 minutos de comprimento, dependendo da transportadora, mas podem ser mais curtos ou mais longos. Os subsegmentos são, preferivelmente, de uma duração de 3 segundos, mas variam, dependendo da transportadora. As frequências de rachadura por fadiga são preferivelmente abaixo de 100Hz.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0020] As modalidades da invenção serão agora descritas apenas a título de exemplo, com referência aos desenhos em anexo, nos quais:

[0021] A Fig. 1 ilustra esquematicamente o sistema de detecção óptica de uma modalidade;

[0022] A Fig. 2 ilustra uma fotografia de uma conexão exemplificativa de um cabo de detecção de fibra óptica a um sistema de correia transportadora;

[0023] A Fig. 3 ilustra um exemplo de gráfico ‘em cascata’, conforme recebido por uma unidade de interrogador;

[0024] A Fig. 4 ilustra uma forma de filtro de passa alta;

[0025] A Fig. 5 ilustra as equações de cálculo de frequência de mancai;

[0026] A Fig. 6 ilustra um gráfico de frequências de operação em um sistema de correia transportadora exemplificativa; e [0027] A Fig. 7 ilustra um gráfico de diferentes características operacionais de mancais;

DESCRIÇÃO DETALHADA [0028] As modalidades proveem um sistema e método que utilizam um sistema de monitoração de acústica óptica com processamento complexo de retaguarda para

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6/26 monitorar com precisão a condição do equipamento ao longo da correia transportadora.

[0029] Com referência inicialmente à Fig. 1, é mostrado esquematicamente o ambiente operacional de uma modalidade. Nessa disposição 1, uma série de rolos, p.ex. 3-8 é monitorada por um único cabo de fibra óptica 11 que está disposto ao longo dos rolos. O cabo de fibra óptica 11 inclui um ambiente de detecção acústica e é conectado a uma série de unidades de processamento avançadas 12 que processam o sinal acústico para determinar o estado ou saúde de cada rolo. Em sistemas práticos, muitos milhares de conjuntos de rolos podem ser monitorados simultaneamente, de modo eficaz.

[0030] Através do processamento significativo do sinal óptico recebido, o estado dos rolos e seus mancais podem ser determinados, além do estado da correia transportadora.

[0031] Exemplos de sistemas de monitoração óptica 12 incluem o produto Future Fibre Technologies FFT Secure Pipe e o sistema de monitoração Optasense Pipeline. Também estão incluídos os interrogadores ópticos acústicos de fibra de outros fabricantes, tais como Fotech e Hawk.

[0032] Com esses sistemas, um simples cabo de fibra óptica pode ser disposto ao longo da correia transportadora e fixado próximo a cada rolo. A Fig. 2 ilustra uma fotografia de tal disposição 20, em que um cabo 21 foi fixado a uma infraestrutura de correia transportadora 22 usando amarrações de cabo 23, 24 ou similares. Disposições alternativas de fixação incluem grampos de parafuso ou mola.

[0033] A unidade de interrogador coleta respostas dos pulsos de luz de fibra de vidro. A fibra de vidro contém imperfeições microscópicas que dispersam a luz. As imperfeições causam a “Dispersão de Rayleigh”, o mesmo efeito que torna azul o céu. Vibrações e variações de temperatura na fibra causam mudanças no índice de retração da luz, induzindo sinais legíveis na luz refletida. Lasers de pulso curto, de alta intensidade, são usados, acoplados a detectores de reflexão sensível e conversores rápidos analógicos para digital.

[0034] A fibra é conectada a uma unidade de interrogador 12 de uma das

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7/26 companhias proprietárias mencionadas acima, e emite um sinal digital equivalente ao sinal acústico recebido para armazenamento. O sinal acústico é emitido em um formato de dados, como a seguir. Para o período de tempo de emissão, um sinal acústico para cada distância do canal ou da unidade ao longo da transportadora é emitido para cada frequência de áudio recebida.

[0035] Uma forma de representação de cada unidade de tempo de dados é conhecida como gráfico em cascata, um exemplo do qual é ilustrado 30 in Fig. 3. A unidade de interrogador emite dados equivalentes para gráficos em cascata em uma proporção predeterminada. Por exemplo, 20.000 vezes por segundo (20 kHz).

[0036] Os dados capturados precisam passar por um processamento antes que possam ser utilizados para efetivamente gerar as informações no estado do sistema de correia transportadora.

[0037] Em uma modalidade, os dados de emissão foram processados com a seguinte sequência de operações para gerar detalhes significativos sobre as operações da correia transportadora. A lista a seguir é uma série de operações na ordem em que são programadas:

[0038] 1. Seleção do comprimento de tempo em que os dados brutos são coletados.

[0039] 2. Conversão dos dados brutos para o formato de dados HDF5 padrão ou outro formato de dados adequado para processamento [0040] 3. Separação dos dados em cada canal para separar séries temporais [0041] 4. Estabelecimento do filtro de passa alto ou outro tipo de constante de tempo para filtro.

[0042] 5. Aplicação de um filtro de passa alta ou outro tipo de filtro para os conjuntos de dados em série temporal.

[0043] 6. Estabelecimento dos parâmetros de Transformada de Fourier para determinar faixa de frequência e resolução.

[0044] 7. Difundir o conjunto de dados de entrada em tamanhos de arquivo monitoráveis que valem por cerca de 3 segundos, de modo a não exceder um número monitorável de amostras, tipicamente, mas não restrito, a 65.536 amostras.

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8/26 [0045] 8. Aplicação de uma operação de Transformada Rápida de Fourier para extrair respostas de frequências.

[0046] 9. Fazer a média do filtro para combinar todos os arquivos curtos em 5 minutos ou 10 minutos ou um tempo maior, conforme requerido.

[0047] 10. Para cada regressão de gráfico de frequência com média longa do envelope de nível de ruído inferior para uma equação polinominal de ordem múltipla ou outra função, tal como exponencial, logarítmica, linear, por partes, curvada ou outro tipo de função adequada.

[0048] 11. Subtrair a curva de equação de regressão do gráfico de frequência para normalizá-la.

[0049] 12. Fazer o gráfico da curva de frequência para cada canal para inspeção visual, se requerida.

[0050] 13. Suprir a velocidade da correia e o diâmetro do rolo para calcular a frequência fundamental de rolo.

[0051] 14. Selecionar os parâmetros fixos de uma equação de curva Gaussiana ou alguma outra curva correspondente padrão.

[0052] 15. Gerar a equação da curva correspondente padrão com frequência central ajustável.

[0053] 16. Selecionar a frequência máxima e o intervalo de frequência a ser usado na correlação cruzada [0054] 17. Fazer a correlação cruzada da curva correspondente padrão no domínio de frequência com o gráfico espectral de frequência para cada canal. Então, gerar um gráfico de correlação cruzada com média de resolução muito alta para cada canal.

[0055] 18. Usar o gráfico de alta resolução para identificar precisamente a frequência fundamental do rolo e todas as suas harmônicas até cerca de 200 Hz, ou mais elevada, se requerido. Medir a frequência central e a altura de cada padrão correspondente.

[0056] 19. Usar a equação da curva correspondente padrão e a frequência e amplitude central harmônica conhecida para recriar um gráfico de modelo matemático

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9/26 grosseiro apenas do fundamental e suas harmônicas.

[0057] 20. Usar esse modelo gráfico para gerar uma simples métrica de qualidade para a condição fundamental harmônica da correia.

[0058] 21. Subtrair o gráfico de modelo grosseiro matemático de harmônica do gráfico espectral de frequência normalizada de canal.

[0059] 22. Usar o gráfico de frequência subtraída de até 100 Hz para gerar uma simples métrica de qualidade das frequências de rachadura por desgaste do mancai do rolo para avaliar as condições iniciais de desgaste do mancai.

[0060] 23. Registrar as condições harmônicas fundamentais e a condição de frequência de rachadura por desgaste do mancai em uma planilha de registro, uma linha para cada canal. Inicialmente, o gráfico de frequência é examinado na faixa de 100 Hz a 300 Hz para identificar as condições do mancai em termos de falha de metade de vida útil. A seguir, uma revisão das frequências acima de 300 Hz é determinada para identificar falha em um estágio posterior e no final da vida útil. As etapas adicionais são para corresponder (1) às frequências de batida abaixo das frequências (2) fundamental, de chacoalhar, acima de 100 Hz, (3) frequências de rangido acima de 150 Hz e gráficos de monte de feno em qualquer frequência acima de 100 Hz. Os resultados são salvos como um arquivo csv para futuro processamento. [0061] 24. Combinar relatórios de canais a partir das planilhas com linhas e números ou números de quadro de engrenagem intermediária para a correia transportadora e publicar como uma nova planilha.

Descrição Detalhada das etapas do processamento de dados [0062] As etapas de processamento de dados, listados acima, serão descritas agora em maiores detalhes.

[0063] 1. Seleção da duração de tempo no qual os dados brutos são coletados [0064] Normalmente, outros dados de vibração são coletados dos cabos de fibra óptica por períodos de curto tempo apenas, na ordem de milissegundos ou segundos. Há várias razões para isso, decorrentes principalmente do uso normal de detecção de vibração com fibra óptica, conforme usado em trabalho sísmico, detecção de intrusão e similares. Esses outros usos de detecção de vibração com fibra óptica normalmente

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10/26 buscam ocorrências de vibração sísmica.

[0065] Na modalidade, um sinal vibracional acústico a longo prazo, em vez de sinal vibracional de curto prazo é coletado. As modalidades procuram operar em frequências acústicas mais ou menos contínuas, não ocorrências de vibração. Infelizmente, as frequências de marcadores de interesse tendem também a ser soterradas em barulho significativo. Para extrair do ruído as frequências de marcadores e melhorar a proporção de sinal-para-ruído para identificação de frequência útil, um tempo de coleta de dados de vários minutos é mais bem utilizado. [0066] Sob condições ideais, descobriu-se que é adequado um tempo de coleta de 5 minutos. Sob condições menos do que ideais, em que níveis elevados de ruído estão presentes, o tempo de coleta pode ser estendido para 10 minutos ou mais. Se a frequência de amostragem é 20 kHz, o número de amostras coletadas é cerca de um mínimo de 6.000,000 por 5 minutos. Na modalidade, uma faixa de tempo de coleta de dados e frequências de amostragem é usada, dependendo da aplicação, tais como o comprimento da transportadora e outros fatores.

[0067] 2. Conversão de dados brutos para um formato adequado de dados para processamento posterior [0068] Os produtos de interrogador de FFT e Optasense armazenam seus dados em formatos proprietários. Como uma primeira etapa para ajudar outros processamentos de dados brutos coletados por esses instrumentos está a conversão desses dados para um formato padrão aberto. Descobriu-se que cada marca da unidade de interrogador tem seu próprio formato de dados, e é necessário transferir esses dados para um formato padrão de dados. Descobriu-se que uma forma, mas não a única forma, de formato adequado é o formato de arquivo de dados HDF5.

[0069] 3. Separação dos dados em cada canal para separar as séries temporais. [0070] O HDF5 ou outro arquivo de formato de dados pode, então, ser particionado em um arquivo separado para cada canal, também conhecido como “bin de distância”. Um canal é um comprimento discreto de fibra que atua, efetivamente, como um microfone individual. O comprimento do canal pode ser estabelecido no interrogador e é geralmente estabelecido na discriminação mais sensível- atualmente em torno de

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11/26 metro ou menos. O particionamento é uma primeira etapa, de modo que a filtragem preliminar seja feita em cada canal individual. Dependendo do modo como o sistema é configurado, essa operação pode ocorrer a qualquer momento antes de uma subsequente Transformada de Fourier.

[0071] Usando um código de escrita apropriado, tal como um Código de escrita Matlab para protótipo, os dados podem ser formatados apropriadamente a partir do formato proprietário. Futuro software pode ser em qualquer outra linguagem de programação.

[0072] 4. Configuração do tipo de filtro de pré-processamento e sua constante de tempo e remoção de drift [0073] Os arquivos de dados de série temporais brutos, conforme armazenados em HDF5, ou outros formatos de dados adequados são primeiro filtrados para modificar a resposta de frequência. A resposta de frequência é modificada diferentemente, de acordo com o tipo de dados coletados e do interrogador específico usado. Qualquer tipo de filtro pode ser usado, incluindo, mas sem restrição, filtros de passa alta, passa baixo, passa banda, rejeição de banda, integração, diferenciação, janela móvel e ARMA (modelo auto regressivo de médias móveis) Descobriu-se, na prática, que a propensão de cada tipo de dados proprietário e cada interrogador era a resposta de frequência a seu próprio modo, como a seguir:

[0074] Tipo de dados OptaSense 1: tecnologia de pulso único: Descobriu-se que dados dessa fonte têm um elevado componente DC (em frequência zero) e uma forte propensão no sentido de frequências menores com um decaimento muito alto à medida que a frequência sobe acima de 50 a 100 Hz. Como resultado, um filtro de passa alta é requerido para suprimir as baixas frequências e amplificar as frequências acima de cerca de 100 Hz. Em geral, a constante de tempo do filtro é estabelecida a um valor de cerca de 2000.

[0075] Tipos de dados OptaSense 6: tecnologia de pulso dual: Descobriu-se que dados dessa fonte têm uma resposta de frequência muito mais plana do que o tipo de dados 1 e é relativamente consistente até vários kilohertz. O limite teórico superior é cerca de 10 kHz, mas frequências acima de 1 kHz são raramente vistas, com picos

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12/26 ocasionais de frequência na região de 2 a 3 kH. Descobriu-se que os dados brutos tinham um drift muito pesado para baixo, em direção ao negativo. Era armazenado como um número inteiro de 32 bits, e então, quando o valor alcança -32767 pula imediatamente para +32768, um processo indicado como “roll-over de número inteiro”. O drift e o roll-over de número inteiro representavam problemas significativos. A solução foi usar um filtro de diferenciação no sinal de séries temporais bruto. Os picos resultantes de roll-over de número inteiro podem ser, então, simplesmente deletados dos [0076] Dados futuros de tecnologia de fibra (tipo F): tecnologia de pulso único: Descobriu-se que dados dessa fonte são similares aos dados do tipo 1, exceto pelo fato de que a resposta de frequência era maior em frequências mais altas. Consequentemente, descobriu-se que não era necessário suprimir tanto as frequências menores, e foi escolhido uma constante de tempo menor. Atualmente, a constante de tempo é estabelecida em 1000, mas isso pode ser ajustado, se requerido.

[0077] 5. Aplicação de um filtro de modificação de frequência para os conjuntos de dados de séries temporais.

[0078] Enquanto há muitos filtros que podem ser usados, um filtro exemplificativo foi um filtro de passa alta de primeira ordem. Um filtro tipicamente simples, usado experimentalmente, foi um filtro de passa alta de primeira ordem que suprime baixas frequências e amplifica as frequências acima da resposta de frequência do “joelho”. A função de transferência de tal filtro é análoga a:

[0079] onde a constante RC é formada da resistência em ohms e a capacitância em farads se o filtro for um filtro analógico construído a partir de um amplificador operacional, um resistor e um capacitor. Se a função de transferência é mudada para a seguinte equação abaixo, pode ser modelado usando o “método analógico digitalmente simulado” © Paul Wilson. O método analógico digitalmente simulado consiste em uma conversão de uma função de transferência para um programa de

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13/26 computador analógico. O programa de computador analógico é, então, digitalmente simulado em um programa de computador, elemento por elemento. A técnica foi primeiramente descrita por Paul Wilson em sua tese de mestrado, em 1986, e ele detém os direitos autorais. O método pode ser usado para qualquer tipo de filtro analógico ou qualquer outro processo analógico.

[0080] A constante de tempo do filtro = RC: quanto maior o valor, mais lento o filtro. O filtro pode ser modelado como uma forma analógica, conforme ilustrado na Fig. 4. A conversão de programa de computador analógico para digital desse programa (escrito em pseudocódigo) pode ser como a seguir:

Xris;? ~ 0.' Xold ~ ú; Ysísw ~ 0; Ycil “ 0;

Ysrew Yc-Là r (Knew Xúld'/2.: // ίϊιΤύΛ'ΛΛ'ύΛ ~ Xsew; // X cces

Xcld - Xnsw; Ysid - Ynew; /7 cxí-ú:': úxxstttrr: íüytpijt_5tre3ií*ó í // õúxri t.·:.· [0081] Filtragem de dados do tipo 6 e outros interrogadores: Descobriu-se que a filtragem para dados do tipo 6 era de uma forma diferente e requer um filtro de préprocessamento diferente. Cada interrogador fabricado por diferentes fornecedores modifica a dinâmica de frequência de um modo diferente, que requer um tipo diferente de filtro de pré-processamento customizado para o interrogador.

[0082] O resultado final da parte de pré transformação do processo é um gráfico de resposta de frequência modificado que se torna aparente após ter sido transformado. Se a série temporal de dados de entrada é diferenciada, não afeta a resposta de frequência, exceto para remover o componente de frequência extremamente baixa - o componente DC. A filtragem de diferenciação de um sinal analógico que entra apenas muda a fase de cada frequência em +90 graus, mas não

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14/26 altera as frequências. Uma vez que um sinal de entrada é uma série temporal digital em lugar de uma analógica, a frequência de corte é a alternada do tempo em que é feita uma amostragem dos dados. Em um exemplo, foi feita uma amostragem por um período de 3 segundos a 20 kHz e, então, o diferenciador removeu o componente DC abaixo de 1/3 Hz ou 0,333 Hz.

[0083] Esse ideal foi utilizado para tipo de dados 6, uma vez que remove o drift problemático, mas ainda retém as frequências de valor que foi constatada como sendo geralmente de 5 Hz e a montante. Portanto, uma diferenciação direta da corrente de dados de entrada digitais substitui o filtro de passa alta. Dependendo do modo como o interrogador capta os dados, qualquer tipo de filtro pode ser usado.

[0084] 7. Estabelecimento dos parâmetros de Transformada de Fourier.

[0085] Para determinar a faixa de frequência e a resolução de frequência requerida para outra análise é necessário selecionar os parâmetros corretos para uma operação de Transformada de Fourier. As equações que regem a seleção dos parâmetros são conhecidas. As equações chave são como a seguir:

T = N · At.

N

AfHz

At = —--sets * Fmax

Af^-Hz [0086] onde T = tempo em que as amostras são coletadas; N = número de amostras em uma coleta; At = o intervalo da amostragem (tempo entre as amostras adjacentes); Fmax = é a frequência máxima observável; e Af = Resolução das frequências (a menor frequência que pode ser discriminada).

[0087] Assim, é possível decidir o intervalo de amostragem e o tempo em que a amostragem ocorre a fim de determinar os outros fatores observáveis. As configurações dependem das escolhas que afetam a transportadora em particular, a aplicação, as exigências do proprietário da transportadora, o comprimento da

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15/26 transportadora e outros fatores.

[0088] A transformada de Fourier é uma ferramenta poderosa, mas pode estar sujeita também a artefatos tanto dos dados quanto do espelhamento e efeitos de extremidade, então, é preciso cuidado para excluir tais artefatos e extrair resultados confiáveis. Para este fim, os dados foram processados em fatias de de 65536 amostras de série temporal. Então, para remover os efeitos de extremidade, tais como efeito envoltório, isso é reduzido para 32768 amostras após processamento. A uma frequência de amostragem de 20,000 Hz, as fatias de tempo resultantes eram cerca de 3 segundos.

[0089] A frequência de amostragem de 20,000 pode ser ajustada no interrogador, principalmente para cobrir uma distância maior ao longo da fibra. É, portanto, uma troca de frequência máxima observável para impedir cobrir mais do que um comprimento da transportadora em uma única medição. Na prática, a frequência de amostragem é ajustada pelas configurações do interrogador, mas o valor é decidido de acordo com a aplicação, a transportadora e as exigências do proprietário.

[0090] 7. Dividir o arquivo de dados salvos (HDF5 ou outros) em tamanhos de arquivo monitoráveis de cerca de 3 segundos.

[0091] Para atender às demandas das equações da transformada de Fourier acima, a amostra para cada canal de 5 minutos ou 10 minutos de dados é agora dividida em fatias mais curtas (em tempo). A uma frequência de amostragem de 20 kHz, isso se torna cerca de 100 fatias de tempo de 3 segundos cada. Isso dá 65536 amostras de série temporal em cada fatia de tempo. Cada uma dessas pode agora ser processada para gerar uma Transformada de Fourier. Em outras frequências de amostragem, o número de amostras requeridas por processamento define a duração de cada fatia de tempo e o número de fatias de tempo.

[0092] 8. Aplicação de uma operação de Transformada Rápida de Fourier [0093] Cada fatia de tempo de 3 segundos de dados é processada usando um algoritmo moderno de Transformada Rápida de Fourier (experimentalmente Matlab foi usado, mas uma das várias funções da biblioteca de matemática, tais como GSL, pode ser usada). Outros tipos de algoritmos de Transformada de Fourier discreta ou rápida

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16/26 poderíam ser usados e são incluídos aqui como uma opção. Assim, para cada fatia de tempo de 3 segundos e para um canal de fibra (cerca de 1 metro de comprimento) obtém-se de 100 a 200 gráficos de Transformada de Fourier em forma de conjunto de dados ou lista de valores. A seguir, a metade superior do conjunto de dados é removida para remover o efeito de envoltório de espelhamento, reduzindo o conjunto de dados para 32768 amostras.

[0094] 9. Fazer a média do filtro para melhorar a proporção de sinal para ruído.

[0095] Na maior parte dos casos, descobriu-se que alguns segundos de dados são insuficientes. Descobriu-se que a proporção sinal-para-ruído era em geral tão precária que era muito difícil obter qualquer análise significativa a partir de um gráfico de frequência que cobre menos do que alguns minutos de dados.

[0096] A transformada de Fourier já fez um trabalho parcial de extrair assinaturas espectrais úteis, mas eles tendem a ficar soterrados pelo ruído. Para obter vantagem do período de tempo estendido (5 minutos ou mais) da coleta de dados, foi feita a média e a soma das centenas de gráficos de frequência para cada canal, e os picos de frequência necessários são amplificados e o ruído é suprimido ao se fazer a média. Isso também remove ruído ocasional espúrio, tais como veículos que passam ou algo que impacte a estrutura da transportadora.

[0097] 10. Remoção do nível de ruído [0098] Descobriu-se que o gráfico de frequência obtido após a operação de se fazer a média do filtro ainda apresentava artefatos que interferiam na análise dos resultados, especialmente qualquer forma de análise automatizada. Descobriu-se que o nível base de ruído varia consideravelmente de canal para canal, dependendo do ruído ambiental espúrio e ressonâncias acústicas na estrutura e em torno do equipamento. O design da estrutura da transportadora e o ambiente externo podem ter um impacto considerável no nível de ruído se, por exemplo, a transportadora atravessa uma ponte estreita.

[0099] Descobriu-se que o nível de ruído aumenta muito na extremidade inferior do espectro devido à contaminação por um ronco baixo, causado por ressonâncias metálicas e outros fatores, e às vezes um componente DC, embora o filtro de pré

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17/26 processamento possa remover muito desse ruído. A elevação na extremidade inferior no gráfico dever ser removida. Entretanto, onde há uma elevação aguda no nível de ruído na faixa de frequências mais elevadas (geralmente acima de 200 Hz) isso deve ser retido, visto que é um importante marcador de desgaste do mancai em um estágio posterior. A forma do nível de ruído não segue necessariamente uma curva analítica matemática descrita por uma única equação, e é diferente para cada gráfico de frequência.

[0100] O processo de remoção de nível de ruído pode proceder da seguinte maneira. Identificar a curva envelope que passa ao longo do lado inferior do gráfico que une todos os picos inferiores. Nessa curva envelope, uma curva é encaixada. Várias curvas envelope diferentes foram usadas e, recentemente, uma equação polinomial de 5^a ordem, uma curva exponencial ou logarítmica, uma curva linear por partes e um conglomerado por partes de várias curvas foram usadas. A biblioteca incorpora uma variedade de equações de envelope, incluindo todas as acima mencionadas e outras. Encontra-se atualmente a curva envelope usando-se pacotes padrão de matemática ou biblioteca de software de matemática (Matlab, Octave, Biblioteca Científica ou GSL). Foi comprovado que o encaixe da polinomial de 5^a ordem e o encaixe da exponencial são os melhores para mapear o nível de ruído em certos tipos de conjuntos de dados sem encaixe (e, portanto, com remoção) muito próximo dos marcadores requeridos, importantes, de desgaste de estágio posterior. A seleção de uma biblioteca de equações de envelope adequada irá depender, no futuro, dos parâmetros e exigências de aplicação. A curva envelope é, então, subtraída dos 5 minutos (ou 10 minutos ou mais) do gráfico de frequência para cada canal. A normalização de cada canal é uma etapa essencial para automatizar o processo de análise padrão.

[0101] 12. Armazenamento de gráficos de frequência normalizados [0102] Nesse ponto do procedimento, todos os gráficos de frequência, um para cada canal (ou intervalo de distância) é armazenado para posterior análise e inspeção manual, se requerido.

[0103] Preparação para análise automatizada e reconhecimento de padrão.

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18/26 [0104] O próprio volume de gráficos de frequência processados é tal de modo a dificultar a interpretação manual. A análise do gráfico totalmente automatizado gráfico é, portanto, importante. As etapas a seguir são parte do desenvolvimento contínuo do reconhecimento de padrão e diagnóstico de falha totalmente automatizados.

[0105] Há seis padrões principais a serem solucionados a partir dos gráficos de frequência. São eles:

[0106] 1. A frequência fundamental de rotação dos rolos e suas frequências harmônicas, 2^a, 3^a, 4^a, 5^a e harmônicas maiores. Se a frequência fundamental for 10 Hz (típica), então as frequências harmônicas ocorrem em 20, 30, 40, 50, 60, 70 e, às vezes, superiores a 150 Hz.

[0107] 2. Frequências de rachadura por desgaste que representam o desgaste de estágio inicial nas superfícies do mancai, tais como superfícies de esfera e superfícies de pista. Também incluídas estão as rachaduras no porta-esferas. Essas frequências podem ser calculadas e, geralmente, ocorrem abaixo de 100 Hz.

[0108] 3. Padrões de desgaste de metade de vida útil, representado pelo que é denominado gráfico “monte de feno” uma vez que lembra um desorganizado monte de feno medieval. O monte de feno é uma série de frequências de chacoalhar causadas pela frouxidão nas pistas de rolamento à medida que desgastam e começam a chacoalhar. Essas frequências são geralmente vistas a partir de cerca de 50 Hz até cerca de 200 a 250 Hz.

[0109] 4. Padrões de desgaste de estágio posterior são vistos como gráficos de monte de feno nas frequências mais elevadas. Eles geralmente ocorrem acima de 250 Hz, frequentemente ocorrem em uma faixa de 400 Hz a 800 Hz e às vezes podem ser vistos em uma faixa tão alta quanto 4000 Hz. Esses gráficos de monte de feno são típicos de mancais que são dimensionados e requerem substituição imediata. Frequentemente é mais do que um gráfico de monte de feno na faixa de frequência. [0110] 5. Padrões de desgaste de batida. A batida é um grande pico de frequência abaixo de frequência fundamental, indicando um mancai muito frouxo ou que está desabando.

[0111] 6. Rangido: Rangido é um único pico de frequência na faixa acima de 150

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Hz, indicando uma esfera ou porta-esfera presa.

[0112] Cálculos de frequência de rachadura por desgaste: Os indicadores de frequência de rachadura por desgaste são conhecidos e também os gráficos de monte de feno são amplamente discutidos na literatura e nas notas de advertência comercial. A presente modalidade permite que eles sejam extraídos da tecnologia de amostragem de cabo de fibra óptica. As frequências e equações são providas na Fig. 5.

[0113] A Fig. 6 ilustra as frequências de rachadura por desgaste. A Fig. 7 ilustra uma faixa geral de frequências de marcadores.

[0114] Entradas conhecidas de frequências: Para acionar os cálculos referentes à frequência fundamental e suas harmônicas, é necessário estabelecer a frequência fundamental. Isso pode ser calculado a partir da velocidade da correia e do diâmetro do rolo.

[0115] 14. Selecionar os parâmetros fixos de uma equação de curva Gaussiana ou outras equações de envelope.

[0116] Há muitas equações de envelope de pico de frequência que podem ser usadas, incluindo uma curva Gaussiana triangular, retangular e qualquer uma das formas de onda. O formato da frequência fundamental e seu pico de frequência de harmônica lembra bastante uma curva Gaussiana, e comprovou-se que seu formato é eficaz para a finalidade. A modalidade pode fazer uso de outros outros formatos de envelope. Um envelope Gaussiano pode ser gerado de uma equação exponencial da forma de costume:

(x-b)² y = a * e⁽ 2c^{2 J} [0117] Os valores de a, b e c são parâmetros constantes. O valor de “a” determina a altura, o valor de “b” determina o local do ponto central e “c” determina o quão íngreme é a inclinação. Os valores de “b” e “c” são mais ou menos constantes para todos os picos harmônicos e podem ser estabelecidos em valores fixos. O valor de “a” varia, dependendo do uso. Para o procedimento abaixo de correlação cruzada, o valor de “a” é um valor nominal (digamos, 1). Quando o modelo total é criado, o valor de “a” é a altura do pico que está sendo modelado.

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20/26 [0118] 15. Estabelecer a equação da curva de envelope de pico de frequência para a correlação cruzada.

[0119] Um procedimento de correlação cruzada é usado no domínio de frequência para correlacionar o espectro de frequência com o envelope de pico de frequência. Normalmente, a correlação cruzada é usada para dados de série temporal no domínio de tempo, então, esse é um uso incomum. O objetivo é encontrar locais onde o gráfico de frequência corresponde aos picos em formato Gaussiano e, assim, identificar a frequência fundamental e suas harmônicas. O importante aspecto do processo de correlação cruzada aqui é que produz um gráfico que parece filtrado mais suave, com uma precisão de frequência consideravelmente mais elevada do que o gráfico de frequência original. A resolução é um tanto arbitrariamente estabelecida em 100 vezes mais do que a resolução do gráfico de frequência original derivado da Transformada de Fourier. O fator de ampliação de resolução é um parâmetro a ser selecionado em uma modalidade operacional.

[0120] O gráfico de resolução mais elevada permite a identificação mais precisa do local dos picos de frequência prontos para modelagem. Assim, neste ponto, os parâmetros de correlação cruzada, a, b, c e a resolução são definidos. A resolução é definida pelo movimento incrementai da curva de envelope do pico de frequência à medida que passa através do gráfico de frequência - o quão pequeno é feito um movimento entre cada etapa sucessiva.

[0121] Uma outra decisão que se toma nesse ponto é a frequência máxima de interesse. Pode ser qualquer valor, mas foi provado que as harmônicas tendem a se esvair em torno de 150 Hz a 300 Hz, então, há pouco valor em prosseguir além disso. Descobriu-se que cada transportadora tem sua própria faixa de frequências harmônicas, e o valor superior precisa ser estabelecido para a transportadora quando é colocada em funcionamento.

[0122] 17. Correlação cruzada da curva envelope de pico de frequência com o gráfico de frequência.

[0123] A correlação cruzada é feita passando-se a curva envelope do pico de frequência através do gráfico de frequência em uma direção. Geralmente, seria da

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21/26 esquerda para a direita, a partir das frequências baixas para as frequências altas, mas pode ser na direção oposta. O passar da curva da esquerda para a direita pode ser em pequenos incrementos. Pelo fato de a resolução do gráfico de frequência básica ser consideravelmente mais elevada do que os incrementos da correlação, em cada etapa incrementai, o modelo de envelope de pico de frequência precisa ser recalculado na resolução grosseira e, se colocado em gráfico, parece um pico gradativo.

[0124] O procedimento de recalcular é como a seguir: Deixe F(f) ser o conjunto de dados do gráfico de frequência. Deixe G(f) ser o gráfico de curva Gaussiana em uma resolução grosseira em um bom local de resolução específica. Deixe Y ser o valor correlacionado resultante em uma única etapa. Deixe C(ff) ser o gráfico de correlação cruzada de boa resolução resultante. :

for ff = 0 to €0,000 do:

ÕHz í = 0

Y = Σ 200 Hz í = €00

Então c(ff) é o gráfico resultante de Y para 0 a 60.000 [0125] 18. Identificar precisamente a frequência fundamental e as harmônicas.

[0126] Agora que há um gráfico de frequência de alta resolução com ruído suprimido, os picos Gaussianos são amplificados. O local do fundamental já foi calculado e, então, esse local é determinado e a medição precisa do ponto máximo é determinada, dando, então, uma frequência fundamental muito precisa. As harmônicas serão múltiplos de número inteiro desse valor e são, então, visitadas como uma verificação. O ponto máximo de cada pico harmônico é medido precisamente e uma lista é feita de todas as harmônicas e suas amplitudes.

[0127] 19. Remodelar a fundamental e harmônicas em resolução grosseira [0128] Usando a lista de harmônicas e um local preciso de cada pico, os locais são usados para determinar o valor de “a” na equação Gaussiana para cada uma das

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22/26 harmônicas. A próxima etapa é reconstituir um modelo de grão grosseiro apenas do fundamental e suas harmônicas na resolução do gráfico de frequência original. Esse gráfico é desprovido de outros sinais, tais como gráficos de frequências de rachadura por desgaste e gráficos de monte de feno [0129] 20. Uso do modelo de fundamental e harmônicas para gerar um relatório apenas de conteúdo de harmônicas nos dados [0130] O modelo de fundamental e suas harmônicas (grãos finos ou grosseiros) são, então, usados para criar uma métrica um tanto subjetiva da condição do rolo. Essa métrica dá uma indicação da correia batendo contra os rolos, qualquer condição de deformação do rolo e qualquer material que adere aos rolos. A métrica é acrescentada a um relatório da condição da correia que podería ser como uma coluna em uma planilha.

[0131] 21. Subtração do modelo fundamental - harmônica a partir do gráfico de frequência.

[0132] O modelo de gráfico de frequência fundamental e harmônicas de grão grosseiro é agora subtraído do gráfico de frequência de grãos grosseiros original. Isso remove a fundamental e as harmônicas, deixando para trás as outras assinaturas espectrais de interesse, especificamente os padrões de frequência de rachadura por desgaste, as frequências de chacoalhar de 100 a 200 Hz e dos montes de feno frouxos, as frequências de batida abaixo da fundamental, as frequências de rangido acima de 200 Hz e os gráficos de desgaste de estágio posterior ou gráficos de captura de monte de feno acima de 200 Hz.

[0133] 22. Gerar uma métrica de falha de rachadura por desgaste a partir do novo gráfico (subtraído).

[0134] O novo gráfico de frequência subtraída, desprovido da fundamental e harmônicas, é usado para examinar e medir picos abaixo de 100 Hz. É gerada uma métrica da qual é feita a média para dar uma avaliação geral do estado de desgaste das superfícies do mancai. Essa métrica é adicionada ao relatório para cada canal.

[0135] 23. Gerar uma métrica de falha de monte de feno a partir do novo gráfico (subtraído)

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23/26 [0136] O novo gráfico de frequência subtraído, desprovido da fundamental e harmônicas é usado para examinar e medir quaisquer gráficos de monte de feno acima de 100 Hz. Um monte de feno ou a série de picos entre 100 Hz e 200 Hz geralmente indica um chiado ou rangido nos mancais e indica falha na metade da vida útil. Os gráficos de monte de feno acima 200 Hz são indicativos de falha em estado posterior ou mancai preso. São geradas métricas das quais foram feitas medias para dar uma avaliação geral do estado de desgaste dos mancais. As métricas são adicionadas ao relatório para cada canal.

[0137] Em suma, as modalidades proveem um sistema e método para a detecção automatizada de equipamento e sistemas, tais como sistema de correias transportadoras usando uma simples disposição de detecção de fibra óptica. Isso tem um potencial significativo para prover um sistema de monitoração eficaz, de baixo custo, e pode ser aplicado para a detecção simultânea de desgaste de máquina em uma série de ambientes.

Interpretação [0138] A referência, em todo o relatório descritivo a “uma modalidade”, “algumas modalidades” significa que um recurso, estrutura ou característica em particular descritas em conexão com a modalidade é incluído em pelo menos uma modalidade da presente invenção. Assim, a ocorrência de frases “em uma modalidade”, “em algumas modalidades” em vários lugares em todo o relatório descritivo são não se refere, necessariamente, à mesma modalidade, mas pode se referir. Além disso, os recursos, estruturas ou características podem ser combinadas de qualquer modo adequado, como ficaria aparente para os versados na técnica a partir dessa revelação, em uma, ou mais de uma, modalidade. Durante várias tentativas usando diferentes interrogatórios em diferentes transportadoras, todos esses métodos foram usados em uma faixa de diferentes configurações ou modalidades.

[0139] Conforme aqui usado, a menos que especificado de outra forma, o uso de numerais ordinais primeiro, segundo, terceiro, etc., para descrever um objetivo em comum, indica meramente que é feita referência a diferentes exemplos de objetos similares e não pretendem implicar que os objeto assim descritos precisam estar em

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24/26 uma determinada sequência, seja temporariamente, espacialmente, em fileira ou de qualquer outro modo.

[0140] Nas reivindicações abaixo e na presente descrição, qualquer um dos termos compreendendo, compreendido de ou que compreende é um termo em aberto que significa incluindo pelo menos os elementos/recursos que se seguem, mas não excluindo outros. Assim, o termo compreendendo, quando usado nas reivindicações, não deve ser interpretado como sendo limitativo ao significado ou elementos ou etapas listados a seguir. Por exemplo, o escopo da expressão um dispositivo compreendendo A e B não deve ser limitado aos dispositivos que consistem apenas de elementos A e B. Qualquer um dos termos incluindo ou que inclui, conforme aqui usado, também é um termo em aberto que também significa incluindo pelo menos os elementos/recursos que seguem o termo, mas não excluem outros. Assim, incluindo é sinônimo de e significa compreendendo.

[0141] Conforme usado aqui, o termo “exemplificative” é usado no sentido de prover exemplos, em oposição a indicar qualidade. Isto é, uma “modalidade exemplificativa” é uma modalidade provida como um exemplo, em oposição a ser uma necessariamente uma modalidade de qualidade exemplificativa.

[0142] Deve ser observado que, na descrição acima das modalidades exemplificativas da invenção, vários recursos da invenção são às vezes agrupados em uma única modalidade, FIG., ou descrição dos mesmos com a finalidade de acompanhar a revelação e ajudar a entender um ou mais de seus vários aspectos inventivos. Esse método de revelação, porém, não é para ser interpretado como o que reflete uma intenção de que a invenção reivindicada requer mais recursos do que são expressamente relatados em cada reivindicação. Em vez disso, como as reivindicações a seguir refletem, os aspectos inventivos residem em menos do que todos os recursos de uma única modalidade revelada. Assim, as reivindicações que se seguem à Descrição Detalhada são aqui expressamente incorporadas na Descrição Detalhada, com cada reivindicação constituindo uma modalidade separada da presente invenção.

[0143] Além disso, enquanto algumas modalidades descritas aqui incluem alguns,

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25/26 mas não outros recursos incluídos em outras modalidades, as combinações dos recursos de diferentes modalidades devem estar dentro do escopo da invenção, e formam diferentes modalidades, como seria entendido pelos versados na técnica. Por exemplo, nas reivindicações a seguir, qualquer uma das modalidades reivindicadas pode ser usada em qualquer combinação.

[0144] Além disso, algumas das modalidades são descritas aqui como um método ou combinação de elementos de um método que pode ser implementado por um processador de um sistema de computador ou por outros meios de executar a função. Assim, um processador com as instruções necessárias para efetuar tal método ou elemento de um método forma um meio para executar o método ou elemento de um método. Além disso, um elemento descrito aqui de uma modalidade de aparelho é um exemplo de um meio de executar a função realizada pelo elemento com a finalidade de executar a invenção.

[0145] Na descrição provida aqui, vários detalhes específicos são estabelecidos. Porém, entende-se que as modalidades da invenção podem ser praticadas se messes detalhes específicos. Em outros exemplos, métodos, estruturas e técnicas bem conhecidos não foram mostrados em detalhes para não obscurecer o entendimento da presente descrição.

[0146] Similarmente, será observado que o termo acoplado, quando usado nas reivindicações, não deve ser interpretado como sendo limitado apenas às conexões diretas. Os termos acoplado e conectado, juntamente com seus derivativos, podem ser usados. Deve-se entender que a intenção não é que esses termos sejam sinônimos uns dos outros. Assim, o escopo da expressão um dispositivo A acoplado a um dispositivo B não deve se limitar aos dispositivos ou sistemas em que uma saída do dispositivo A é diretamente conectada a uma entrada do dispositivo B. Significa que existe um trajeto entre uma saída de A e uma entrada de B que pode ser um trajeto incluindo outros dispositivos ou meios. Acoplado pode significar que dois ou mais elementos estão ou em contato físico direto ou elétrico, ou que dois ou mais elementos não estão em contato direto um com o outro, mas ainda assim cooperam ou interagem um com o outro.

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26/26 [0147] Assim, enquanto foram descritas o que se acredita serem as modalidades preferidas da invenção, os versados na técnica irão reconhecer que outras modificações podem ser feitas aqui, sem que se afastem do espírito da invenção, e pretende reivindicar tais mudanças e modificações como estando dentro do escopo da invenção. Por exemplo, quaisquer fórmulas dadas acima são meramente representativas de procedimentos que podem ser usados. A funcionalidade pode ser acrescentada ou deletada do bloco de diagramas, e as operações podem ser intercambiadas entre blocos funcionais Etapas podem ser acrescentadas ou deletadas a métodos descritos dentro do escopo da presente invenção.

Claims (20)

1. Método para medir o estado ou condição de uma pluralidade de partes de máquina espacialmente afastadas sujeitas a desgaste e emitir uma assinatura acústica, o método caracterizado por incluir as etapas de:

(a) opticamente detectar as propriedades acústicas da pluralidade de partes de máquina sujeitas a desgaste, e originando sinais detectados a partir daí;

(b) dividir os sinais detectados em uma primeira série de segmentos espaciais correspondentes ao longo de partes de máquina espaçadas e, para cada segmento espacial, dividir o sinal detectado em segmento temporal que registra as propriedades acústicas para o segmento espacial por um período de tempo estendido;

(c) dividir cada segmento temporal em uma série de domínio frequência e subsegmentos, transformando os subsegmentos em correspondentes subsegmentos de domínio frequência;

(d) combinar os subsegmentos de domínio frequência dentro de um segmento espacial, para produzir um correspondente subsegmento de domínio frequência de nível de ruído inferior; e (e) determinar a frequência fundamental das assinaturas acústicas emitidas presentes no subsegmento de domínio frequência combinado, e harmônico associado.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por tais partes de máquina incluírem mancais.

3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por tais partes de máquina formarem parte de uma correia transportadora.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por tal detecção óptica ocorrer substancialmente de forma simultânea para as propriedades acústicas da pluralidade de partes de máquina.

5. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por tal etapa (d) incluir ainda subtrair uma medida de nível de ruído do subsegmento combinado de domínio frequência.

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6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por tal medida de nível de ruído incluir uma curva interpolada através, substancialmente, dos níveis de ruído do subsegmento combinado de domínio frequência.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por tal curva interpolada incluir uma dentre uma curva de segmento polinomial, exponencial, logarítmica ou curva de segmento por partes.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por tal detecção óptica incluir a utilização da difusão ao longo de uma fibra óptica para detectar tais propriedades acústicas.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por tal etapa (a) incluir ainda filtrar os sinais detectados para responder por características de atenuação com base em frequência do sistema de detecção.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por tal etapa (e) incluir a etapa de convoluir uma estrutura de formato Gaussiano com o subsegmento combinado de domínio frequência.

11. Sistema para medir o estado ou condição de uma pluralidade de mancais espacialmente afastados, o sistema caracterizado por incluir primeira unidade de sensor para opticamente detectar as propriedades acústicas que circundam um guia de onda óptica estendida disposta próximo aos ditos mancais espaçados;

meios de processamento para processamento de tais sinais detectados em uma série de segmentos espaciais correspondentes; com cada segmento espacial tendo um segmento temporal estendido que registra as propriedades acústicas do segmento espacial por um período de tempo estendido;

tais meios de processamento ainda realizando processamento de domínio frequência de tal segmento temporal estendido para produzir correspondente segmento de domínio frequência de nível de ruído inferior; e tais meios de processamento ainda revendo tal segmento de domínio frequência para determinar a existência de qualquer frequência fundamental e harmônico associado de qualquer mancai que emite uma assinatura acústica.

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12. Método de medir o estado ou condição de um sistema de correia transportadora, o sistema de correia transportadora incluindo uma pluralidade de unidades de rolo, cada uma tendo uma série de mancais de esfera, o método caracterizado por incluir as etapas de:

(a) opticamente detectar as propriedades acústicas do sistema de correia transportadora ao longo de seu comprimento, e originando sinais detectados a partir daí, (b) dividir os sinais detectados em uma primeira série de segmentos espaciais ao longo a correia transportadora e para cada segmento espacial, dividir o sinal em um segmento temporal que registra as propriedades acústicas para o segmento espacial por um período de tempo estendido;

(c) opcionalmente filtrar o segmento temporal para responder por características de atenuação com base na frequência do sistema de detecção óptica;

(d) dividir cada segmento temporal em uma série de subsegmentos e domínio frequência transformando os subsegmentos em correspondentes subsegmentos de domínio frequência;

(e) combinando os subsegmentos de domínio-frequência dentro de um segmento espacial para produzir um correspondente subsegmento combinado de domínio frequência de nível de ruído inferior; e (f) determinar a frequência fundamental de rotação de quaisquer rolos presentes no subsegmento combinado de domínio frequência, e harmônico associado.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender ainda as etapas de:

(g) subtrair um modelo da frequência fundamental de rotação e harmônicas do subsegmento combinado de domínio frequência para obter um subsegmento de domínio de frequência modificado; e (h) analisar o subsegmento de domínio de frequência modificado para determinar condições de desgaste do mancai.

14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 ou 13,

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4/4 caracterizado por tal etapa (f) incluir a correlação cruzada do subsegmento combinado de domínio frequência com a função Gaussiana de pico.

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, caracterizado por tal etapa (e) incluir fazer a média ou adição dos sub-segmentos de domínio frequência.

16. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 15, caracterizado por tal etapa (e) incluir o retorno do nível de ruído dentro do subsegmento de domínio frequência usando uma subtração polinomial ou exponencial.

17. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por as condições de desgaste do mancai incluírem pelo menos uma de:

a frequência fundamental de rotação de rolos e frequências harmônicos; frequências de rachadura por desgaste do mancai, se houver, padrões de desgaste de metade da vida útil do mancai, padrões de desgaste de estágio posterior do mancai, padrões de monte de feno do mancai.

18. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 17, caracterizado por tal segmento temporal ter um comprimento de dois a dez minutos.

19. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 17, caracterizado por tais sub-segmentos serem aproximadamente de 3 segundos de comprimento.

20. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por as ditas frequências de rachadura por desgaste serem abaixo de 100Hz.