CN101038207A - 用于对机器中的振动进行远程监视的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于监视机器振动的系统和方法，其包括固定在机器上的反射片以及包括询问器单元和解调单元的振动检测模块。该询问器单元可以位于机器的远处，由此该询问器单元向反射片发射电磁波束，并将来自于反射片的反射波束发射至解调单元。该解调单元解调电磁波束以确定机器的振动。

Description

用于对机器中的振动进行远程监视的系统和方法

技术领域

本发明涉及用于对机器中的振动进行监视的系统和方法，特别涉及利用电磁询问光束(interrogator beam)对振动信息的远程监视。

背景技术

工厂、仓库和其它设施通常采用各种类型的机器进行产品的加工或分配。由于这种机器一般包括正在运转的部分，因此个别机器就会产生振动并传播到机器外壳。特殊性质的额外振动或振动模式可能表示机器不正常(unhealthy)，需要检修。因此通常对机器的振动进行监视以防止可能的故障。

为了确定振动的幅度和特性，可在机器外壳上附加或连接传感器从而对振动进行监视。随后对利用传感器确定的振动信息进行的分析可以提供与被监视的机器的正常与否(health)相关的有价值的诊断数据。然而，要监视所有的机器，就必须在希望进行振动监视的每个位置连接传感器。还需要对各个传感器的正常与否进一步进行监视以确认传感器正在正常运行。在应用数千个机器的设施中，购买、安装、维护和修理数千个传感器是非常昂贵的。

或者，可以使用便携数据收集器(PDC’s)对机器的正常与否进行监视。PDC’s是包括传感器和记录装置的移动设备以监视机器的正常与否。将PDC迁移到一机器处，传感器被放置的与机器的外壳相接触。然后PDC能够记录该外壳的振动。随后对这些记录进行分析试图评估机器的正常与否。操作者必须亲自视察每个机器并运行PDC以记录振动信息。因此，PDC操作者要花费过多的时间来监视机器。

现有的这些监视机器正常与否的方法都花费很高并且耗时。通常，机器都是正常的而不需要额外的诊断检查。相反，发生故障的机器又会需要更频繁的数据分析。由此可能造成重要的资源浪费。因此，现有技术就需要一种对机器振动正常与否进行有效远程监视的系统和方法。

发明内容

根据本发明的一个实施例，用于监视机器振动的系统可以包括一固定在机器上的反射片(reflective patch)和振动检测单元。该振动检测单元包括光学模块，其中光学模块向反射片发射询问光束，并且反射片将振动调制光束反射至振动检测单元。接着振动检测单元的光学模块可以解调询问光束以确定机器的振动。在本发明的一个实施例中，询问光束是激光束。在本发明的另一方面，反射片是回归反射带(retro reflective tape)。

本发明的另一方面包括光束反射器，可操作用于接收来自于光学模块的询问光束，并将询问光束反射至反射片，以及操作用于接收由反射片反射的振动调制光束并将该振动调制光束反射至振动检测单元。光学模块还可以由控制模块确定方向，这样能够将询问光束对准固定在一个机器或多个机器上的反射片。还可以确定光学模块的方向以向多个机器中的至少一个远程发射询问光束。进一步的光学模块可以在至少一个角度内可旋转。而根据本发明的另一方面，光学模块可以包括一个处理器，用于解调振动调制光束。

根据本发明的另一实施例，一种对至少一个机器的振动进行监视的方法可以包括在至少一个机器上固定至少一个反射片，放置振动检测单元(该单元包括远离该至少一个机器的光学模块)，从该光学模块将询问光束发射至固定在至少一个机器上的至少一个反射片，将来自于该至少一个反射片的振动调制光束反射至光学模块，并解调振动调制光束以确定至少一个机器的振动。在本发明的另一方面，该方法可以包括提供光束反射器以操作用于接收来自于光学模块的询问光束，将来自于光束反射器的询问光束反射至反射片，接收由反射片反射的询问光束，以及将振动调制光束反射至光学模块。

根据本发明的又一实施例，一种方法用于对至少一个设施的多个机器进行分析。在这个实施例中，该方法包括在至少一个设施中的多个机器上固定至少一个反射片，放置振动检测单元，该单元包括远离该至少一个设施内的多个机器的远程光学模块，将来自于光学模块的询问光束发射到固定在该至少一个设施内的多个机器上的至少一个反射片上，将来自于至少一个反射片的振动调制光束反射到该至少一个设施中的光学模块上，解调该振动调制光束以确定该至少一个机器的振动数据，发送该至少一个机器的振动数据至远程分析设施，以及确定来自于多个设施内的至少一个机器的振动数据的统计信息。在本发明的一个方面，确定机器的特定模式的统计数据。在另一方面，确定机器的特定厂商的统计数据。而在另一实施例中，从一个设施确定多个机器的统计数据。

附图说明

这里已对本发明进行了笼统地描述，现在参考附图进行说明，附图没有必要按照比例来绘制，其中：

图1a根据本发明的一个方面，示出了对来自于机器的振动信息进行远程监视的系统。

图1b根据本发明的一个方面，示出了利用固定在天花板上的可移动系统上的光学模块对来自于机器的振动信息进行远程监视的系统。

图1c根据本发明的一个方面，示出了利用固定在地板上的可移动系统上的光学模块对来自于机器的振动信息进行远程监视的系统。

图2根据本发明的一个方面，示出了障碍物周围的询问光束的重发路由。

图3根据本发明的一个方面，示出了在振动检测单元和远程业务设施之间的通信关系。

具体实施方式

现在，将结合附图在下文中，对本发明进行更详细的描述，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明能够以多种不同的方式实施，并不能解释为限制在此处描述的实施例中；相反，提供了这些实施例以便能够更加彻底、充分地公开本发明，并且对本领域技术人员来讲，将覆盖本发明的范围。

图1a示出了用于远程监视机器110振动的远程监视系统100。图1a的实施例可以包括在工厂，仓库和需要使用机器的其它设施中。该远程监视系统100可以包括振动检测单元120和反射片130。振动检测单元120可以包括控制模块150和发射询问光束145的光学模块160。控制模块可以包括通用目的的计算机，特定目的的计算机，微处理器，其它可编程数据处理装置，或计算机可读存储器，其能够命令计算机或其它可编程数据处理装置依照本发明运行。

询问光束145可以是电磁波束。电磁波束可以是激光束或其它任何能够用于检测机器振动的适当的能量波束。在示例性实施例中，光学模块160是由Polytec，Inc.of Tustin，California制造的振动计。本领域的普通技术人员将会意识到光学模块160可以是可操作用于询问光束的发送和接收的设备中的任何设备和系统。

振动检测单元120可以位于可操纵来监视机器的振动的任何位置。在示例性实施例中，该振动检测单元120连接在设施天花板上的构架上。在另一个实施例中，该振动检测单元120可以安装在可移动系统上，该可移动系统被定位以允许光学模块160向希望的位置发射电磁波束。图1b和1c示出了固定在可移动系统上的光学模块160的示例性实施例，以允许光学模块160询问定位在视施中各种位置上的机器。如图1b所示，光学模块160可以固定在位于该设施的天花板附近上的传动装置(train)162上。传动装置162可以与设施的天花板上的或附近的轨道164对接。传动装置162可以相对于轨道164移动，这样可以相对于任一希望的机器或机群定位传动装置。传动装置162可以经人工操作或电力导引在轨道上移动。如图1c所示，光学模块160可以固定在移动车(cart)166上，这个车可以在设施的地板上移动。移动车166可以直接放在地板上，或可以在轨道上(未示出)。在图1c的实施例中，移动车166包括轮脚168，从而使得该移动车166能够在地板上转圈。移动车166可以经人工或电力导引来移动。

光学模块160可以在一个或多个旋转和/或平移自由度上确定方向。本领域技术人员将意识到这里可以设想应用任何数目的角度自由度。可对光学模块160进行调节以控制所发射的询问光束145的特性，这里包括但不限制于对光束的焦距、功率和相重性的调节。可以在软件程序控制下机电地执行该调节，或由操作者人工来执行。控制模块150控制光学模块160的光束指示方向，以及对光学模块160的其它调节，如所发射的询问光束145的焦距。控制模块150还可以接收与光学模块160的操纵相关的外部命令，并且控制模块150还可以向外部的或远程分析设施报告解调后的振动数据。可以将光学模块旋转以使得询问光束正对着基本固定表面上的反射目标，以进行光学模块对振动的诊断检查。

远程监视系统100的反射片130可以固定在机器110上。该反射片130可以固定在机器110的任何位置上。还可以将多个反射片固定在机器的多个位置上，以用于对机器的不同部件或不同位置进行振动监视。

反射片130可以是一个回归反射片，其接收垂直或非垂直入射角的询问光束，并沿着相同的或相近的入射角反射该询问光束145。在一个示例性实施例中，反射片130可操作用于反射相对垂直于反射片130表面的向量偏离了几十度的询问光束145。在一个示例性实施例中，反射片130是一个回归反射带。该回归反射带可以很容易固定在机器上，并允许以与入射光束的入射角相同或相近的角度反射光束。本示例性实施例中的回归反射带可以是商业上可获得的带，其包括但不局限于由Reflexite Americas of New Britian，Connecticut出售的反射带或为本发明设计的或特别制造的带子。在另一个实施例中，反射片130包括至少一个角隅棱镜反射器。对于本领域技术人员来讲，将意识到可以使用任何反射片以沿着发射光束的相同或相近的入射角来反射光束，其包括但不局限于镜子或其它类型的回归反射片。

光学模块160可以向固定在机器110上的反射片130发射询问光束145。该询问光束145传输至固定在被监视机器110的外壳上的反射片130处。反射片130接收询问光束145并将询问光束反射作为振动调制光束170。振动调制光束170沿着与询问光束145相同或相近的路径返回至光学模块160。由于机器的振动以及固定其上的反射片的依次振动，振动调制光束170将携带机器110的振动信息。

为了确定机器的振动，在光学模块160中对振动调制光束170进行解调，并恢复机器振动数据。振动模块160还可以包括光学滤波器以过滤环境辐射，该辐射在振动调制光束170的窄带光谱范围之外。对本领域技术人员来讲，解调振动调制光束是公知的，并且本领域技术人员将会意识到，可以使用任何适当的方法或系统来解调该振动调制光束以确定其中包含的振动信息，包括多普勒位移解调。

振动检测单元120可以进一步包括振动隔离单元180，该单元可以减轻结构上承受的振动以免干扰包含在振动调制光束170中的振动数据。振动隔离单元180可以安装在振动检测单元120和其宿主结构之间。振动隔离单元在本领域中是公知的并且是市场上可以买得到的。其基于一种技术或多种技术的组合，包括但不局限于弹簧和梁柱隔离装置，气囊以及粘弹性阻尼材料。

振动检测单元的部件可以集合在一个系统中或可以包括独立的部件。在一个示例性实施例中，光学模块160和控制模块150是一起安装在一个设施中的独立部件。在另一个实施例中，光学模块160和控制模块150是一个集成系统。而在另外一个实施例中，振动检测单元的部件没在不同的位置上。例如，光学模块160可以位于容纳要监视的机器的房间中，控制模块150可以位于一个单独的房间中或完全独立于该设施的位置上。

如图2的实施例所示，振动检测单元120可以用于监视多个机器110中每个机器的振动。反射片130可以固定在多个被监视的机器上。光学模块160的角度和/或平移指示位置可以通过位于控制模块150中的软件控制系统来控制或通过电机控制来手动控制。光学模块160可以旋转多个角度以使得询问光束对准被监视机器的反射片。在另一个实施例中，光学模块160可以进一步安装在至少一个轨道上(未示出)以允许该光学模块160相对于多个机器直线平移，从而优化询问光束145在被监视机器的反射片130上的入射角度。本领域技术人员将会明白，这里可以预见任何用于定位光学模块160使得它能够将询问光束145发射到反射片130的装置。

在工厂或其它地方，光学模块160和固定在机器上的反射片130之间的路径可能被阻塞。图2示出了一种情况，其中障碍物210阻碍从光学模块160发射的询问光束145直线传输到反射片130。光束反射器220可以用于绕过障碍物在反射询问光束。可以调节光束反射器220，使得询问光束145从光学模块160重定向到反射片130。该光束反射器220可以固定在接近反射片130和光学模块160的任何位置上。在一个示例性实施例中，光束反射器220利用连接单元(attachment unit)225连接至如工厂天花板的构架上。连接单元225可以包括光束反射器振动隔离单元230。光束反射器220还可以包括远程控制旋转器单元以改变询问光束145的入射和反射角度，进而监视多个机器。本领域技术人员将意识到，这里可以预料到任何允许将询问光束绕过障碍物重定向到反射片130的系统。

图3示出了在容纳多个被监视机器的设施310和远程分析设施320之间的双向通信链路330。远程分析设施320用于分析振动数据以确定解决关于机器振动的策略。通信链路330可以基于卫星，光纤，陆上，无线电，有线链路，因特网或其它数据传输设施。远程分析设施320可以包括任何处理器驱动设备，如个人电脑、膝上型电脑、手持式计算机等等，以及可以进一步包括存储器、输入/输出(“I/O”)接口和网络接口。存储器可以用于存储数据文件和多种计算机可执行程序，如操作系统(“OS”)和数据分析程序。

远程分析设施320可以利用数据分析程序对来自至少一个设施的一个或多个机器的振动数据进行分析。数据分析程序可以包括对振动数据的统计分析。在一个实施例中，远程分析设施可以确定与多个设施中的机器的特定模式或厂商相关的统计信息。在另一个实施例中，远程分析设施可以确定一个特定设施中的所有机器的统计信息。本领域技术人员将意识到，本发明并不局限于前述统计分析，而是涵盖与多个机器相关的任何统计分析。

对本领域技术人员来说可以想到本发明的多种改变和其它实施例，本发明适于具有前面说明和附图所提出的益处。因此，可以理解本发明并不局限于所公开的特定实施例，旨在将其改进以及其它实施例都包含在所述权利要求的范围内。尽管这里使用了特定术语，但它们用于一般和说明性的意义，而不是用于限制。

部件列表

100  远程监视系统

110  机器

120  振动检测单元

130  反射片

145  询问光束

150  控制模块

160  光学模块

162  传动装置

164  轨道

166  移动车

168  轮脚

170  振动调制光束

180  振动隔离单元

210  障碍物

220  光束反射器

225  连接单元

230  振动隔离单元

310  设施

320  远程分析设施

330  通信链路

Claims (10)

1、一种用于对机器(110)的振动进行监视的系统，包括：

固定在机器(110)上的反射片(130)；和

包括光学模块(160)的振动检测单元(120)，其中光学模块(160)发射询问光束(145)到反射片(130)，并且反射片(130)反射振动调制光束(170)至振动检测单元(120)，其中振动检测单元(120)的光学模块(160)解调该询问光束(145)以确定机器(110)的振动。

2、如权利要求1所述的系统，其中询问光束(145)包括激光束。

3、如权利要求1所述的系统，进一步包括光束反射器(220)，操作用于接收来自于光学模块(160)的询问光束(145)并将该询问光束(145)反射至反射片(130)，以及操作用于接收由反射片(130)反射来的振动调制光束(170)并将该振动调制光束(170)反射至振动检测单元(120)。

4、如权利要求1所述的系统，其中光学模块(160)可以由控制模块(150)确定方向，以便能够将询问光束(145)对准固定在机器(110)上的反射片(130)。

5、如权利要求4所述的系统，进一步包括多个机器，其中光学模块(160)可以由控制模块(150)确定方向，以将询问光束(145)发射到多个机器中的至少一个。

6、如权利要求5所述的系统，其中光学模块(160)可以由控制模块(150)确定方向，以将询问光束(145)远程发射到多个机器中的至少一个。

7、如权利要求6所述的系统，其中光学模块(160)在至少一个角度中可以旋转。

8、如权利要求1所述的系统，其中光学模块(160)包括处理器，用于解调振动调制光束(170)。

9、如权利要求1所述的系统，其中光学模块(160)固定在传动装置(162)上，该传动装置可在轨道(164)系统上移动，而轨道系统固定在容纳机器(110)的设施(310)的天花板上。

10、如权利要求1所述的系统，其中光学模块(160)固定在装配车(166)上，该车可以在容纳机器(110)的设施(310)的地板上移动。

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