CN101726322B - 包括异常期间相位信号保存的系统以及相关方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的名称是包括异常期间相位信号保存的系统以及相关方法。系统(100)包括用于接收机器的运动元件(106)的相位信号(104)的相位传感器(108)信号输入(102)；用于将所述相位信号(104)转换成数字信号(122)的模拟-数字转换器；以及用于在所述机器的操作中的异常发生期间保存所述数字信号(122)的存储系统(126)。相关的方法包括从感测机器的运动元件(106)的相位的相位传感器(108)得到相位信号(104)；将所述相位信号(104)转换成数字信号(122)；以及在所述机器的操作中的异常发生期间保存所述数字信号(122)。

Description

包括异常期间相位信号保存的系统以及相关方法
技术领域
本发明一般涉及机器状况监视。更具体地，本发明涉及在机器或传感器的操作中异常期间的相位信号捕获。
背景技术
在机械诊断和保护领域中，要求具有与机器速度有关的输出信号的传感器信号。典型地，传感器信号是由机器的运动元件(诸如转动轴)上的突出键(projecting key)或者凹口每事件产生一次的脉冲信号。在转动轴的情况中，每转通过传感器一次的凹口触发传感器。每转发生一次的事件不仅对于确定轴的速度是有用的而且对于提供用于与其它轴传感器信号相比较的相位基准也是有用的。举例来说，在所述相位基准与径向振动换能器信号之间的相位差提供了机器状况的指示。
目前，当有关于传感器信号的触发的问题时，示波器被连接到传感器的被缓存的输出并且被用来评估该问题。如果该问题是间歇的，则必需使示波器保持连接到监视系统以尝试捕获问题的再次发生。
发明内容
本公开的第一方面提供了一种系统，所述系统包含：用于接收机器的运动元件的相位信号的相位传感器信号输入；用于将所述相位信号转换成数字信号的模拟-数字转换器；以及用于在所述机器或传感器的操作中的异常发生期间保存所述数字信号的存储系统。
本公开的第二方面提供了一种方法，所述方法包含：从感测机器的运动元件的相位的相位传感器得到相位信号；将所述相位信号转换成数字信号；以及在所述机器或传感器的操作中的异常发生期间保存所述数字信号。
本公开的第三方面提供了一种系统，所述系统包含：用于接收运动元件的相位信号的相位传感器信号输入；用于将所述相位信号转换成数字信号的模拟-数字转换器；用于在异常发生期间保存所述数字信号的存储系统；用于将所述数字信号传送到远程计算机系统的通信模块；以及用于基于所述数字信号配置所述相位信号的传感器配置模块。
附图说明
图1显示了根据本发明的实施方式的用于实现异常期间相位信号保存的系统的框图。
图2显示了示出图1的逻辑部分(logic)的详细情况的框图。
图3显示了示出根据本发明的实施方式的图1的系统的操作方法的流程图。部件列表
  100   系统
  130   传感器
  102   信号输入
  104   相位信号
  106   运动元件
  108   相位传感器
  110   位置指示器
  105   放大器
  120   模拟-数字(A/D)转换器
  122   数字信号
  124   逻辑部分
  126   存储系统
  130   其它传感器
  146   远程计算机系统
  140   诊断系统
  142   通信模块
  148   配置模块
  150   信号调节器
  152   控制信号
具体实施方式
图1显示了根据本发明的实施方式用于在机器的操作中的异常期间实现相位信号保存的系统100的框图。系统100接收由传感器感测到的、指示机器的运动元件的事件发生(例如转动轴的转动)的相位信号。在一种实施方式中，响应于来自传感器的原始信号超出触发水平，信号被触发。通过使用模拟-数字(A/D)转换器转换所述信号，而存储系统在机器或传感器的操作中的异常发生期间保存所述信号。数据可以被用于多种目的，诸如对于在来自传感器的信号上执行的信号处理的配置、后处理相位信号以及来自其它传感器130的信号(例如振动信号)以提取异常期间的机器信息、或者与传感器有关的诊断和用于处理来自传感器的信号的配置。被采样的相位信号也可以被用于对于在机器异常期间与相位信号同时被捕获的来自其它传感器130的数据的后处理。后处理相位信号可以被用来纠正相位信号触发问题以及允许系统从其它传感器130提取没有因触发问题而不正确的数据。系统100允许用户得以立即查看来自相位传感器的信号以及允许用户有能力回顾异常发生时信号的状态。另外，系统100消除了对于拥有和连接额外设备以配置相位传感器处理以及调试与相位传感器有关的问题的需求。此外，系统100在问题发生时捕获诊断问题所需要的数据，而不是在问题已经发生之后设法收集所述数据。
如图1中所显示的，在一种实施方式中，系统100包括用于接收运动元件106的相位信号104的相位传感器信号输入102。相位信号104从其被发送的相位传感器108实际上可以包括可感测运动元件106的事件发生的任何形式的传感器，并且可以在诸如涡流、电感、电容和/或光(optical)的各种主体(principals)上操作。如所示出的，相位传感器108通过使用光学来操作，例如红外线、激光等等，并且感测转动轴上形成的、位置指示器110(例如反射或者非反射表面)的通过。相位信号104包括关于感测事件发生的数据，以及典型地包括用于被观察的轴的转动或者复合转动(multiple rotations)的数据。相位信号104可以通过放大器105被放大；然而，这并非在所有的实例中都是必需的。尽管相对于以转动轴形式的运动元件106来描述本发明，本发明的示教实际上可应用于任何运动元件，不管其动作是转动的、线性的或者其它。
系统100也包括用于将来自相位传感器108的相位信号104转换成数字信号122的模拟-数字(A/D)转换器120。数字信号122被输入到逻辑部分124中，如图2中所显示的，所述逻辑部分124可以包括归属于逻辑部分(resident with the logic)、用于保存数字信号122的存储系统126。具体地，存储系统126在机器或传感器的操作中的异常发生期间存储数字信号122。举例来说，异常可以包括：传感器108故障、运动元件106的操作中的变化、来自其它传感器130的报警(例如与来自数个其它传感器130中的一个的报警有关的振动)或者预先确定的时间间隔。举例来说，传感器异常(或故障)可以包括断路、短路、线性范围内的失常输出(stuck output)、振荡、回转(slew)或者已知在传感器正确操作时其物理性能之外的其它信号参数。机器异常可以包括(但不限于)：过度增大的速率、过度减小的速率、过速、速度不足、零速度、反向转动或者由其它传感器130检测到的故障状况。其它传感器(130)可以包括任何现在已知或者以后被开发的机械传感器，诸如径向振动、推力位置(thrust position)、轴向振动、机壳膨胀、不均匀膨胀、温度、压强、离心率、动力、转矩等等。在另一实施方式中(也在图1中显示)，存储系统126可以是与逻辑部分124分开的实体。在结构上，逻辑部分124可以采用各种形式中的任何一种，诸如现场可编程门阵列(FPGA)、微处理器、数字信号处理器、专用集成电路(ASIC)或者能够实行本文中所描述的功能的任何其它结构。
在操作中，存储系统126可以在一段时间之中保存数字信号122，例如作为连续的系统事件记录的部分。在另一实施方式中，存储系统126可以响应于机器的操作中的异常保存数字信号122，例如响应于来自传感器108或者另一传感器130的报警而将数字信号122保存为报警事件记录的部分。在后一种情况中，逻辑部分124识别异常并且指示存储系统126保存包括异常之前的时间缓冲的数字信号122。两种实施方式都与要求用户尝试观察另外的异常以识别问题的传统系统不同。不论如何，被保存的数字信号可以被发送到系统100或者远程计算机系统146内的归档系统(没有显示)。
参考图1和2，逻辑部分124也可以包括下列功能：用于识别异常原因的诊断系统140、用于将数字信号传送到远程计算机系统146的通信模块142以及用于通过信号调节器150配置相位信号104的信号配置模块148。诊断系统140可以包括用于基于来自相位传感器108的输入和/或来自其它传感器130的不是数字信号122的其它数据来诊断关于机械装置的问题的任何现在已知或者以后被开发的机构。举例来说，缺少相位信号104可以指示相位传感器108不起作用，或者来自相位信号104和其它传感器130的特定信号的组合可以指示另外的问题存在。就后一种情况的示例而言，相位信号104与径向振动换能器信号(来自传感器130)之间的相位差提供了机器状况的指示。
通信模块可以包括用于将诸如所述被保存的数字信号122的数据传送到远程计算机系统146的任何现在已知或者以后被开发的机构。在逻辑部分124不包括诊断系统时，远程计算机系统146可以包括用于远程分析的诊断系统。信号配置模块148可以包括用于为进一步的分析配置相位信号104的任何现在已知或者以后被开发的机构。举例来说，信号配置模块148可以分析相位信号104(或者数字信号122)以确定基于数字信号122来改善信号的方式。信号调节器150可以包括例如用来通过改变被配置的触发阀值、磁滞或释抑(hold-off)以消除相位信号104中的噪声，或者调整所述被保存的数字信号持续时间、采样率、采样数目或机器循环的数目或以别的方式修改或分离信号以允许更好的分析的机构。信号调节器150可以通过来自信号配置模块148的调节控制信号152被控制。如将根据本文描述而被理解的，虽然逻辑部分124被示为包括上文所陈述的功能中的每一个，根据本发明的示教并非所有功能都是必需的。
远程计算机系统146可以包括相位信号基于时间的波形显示器，所述波形显示器包括用户选择被显示的时间持续长度或者循环数目的能力。可选地，所述显示器可以显示其它信息，诸如触发阀值、磁滞触发点或者释抑重新触发点(hold-off retrigger point)。此外，远程计算机146可以提供对于数字信号122的归档以及与先前被存储的基线值(baseline value)的比较。
参考图3，其显示了示出系统100的操作方法的实施方式的流程图。将结合图1和2来描述图3的流程图。在过程P1中，逻辑部分124从感测运动元件106的相位的相位传感器108得到相位信号104。在过程P2中，A/D转换器120将相位信号104转换成数字信号122。在过程P3中，存储系统126在机器的操作中的异常发生期间保存数字信号122。可以在一段时间之中或者响应于异常发生保存所述数字信号。过程P4-P6是可选的过程。在过程P4中，通信模块142将被保存的数字信号传送到远程计算机系统146。在过程P5中，如在本文中所描述的，诊断系统140识别异常的原因。在一种实施方式中，识别可以包括分析来自除相位传感器108之外的另一传感器130的数据。在过程P6中，信号配置模块148基于被保存的数字信号122(经信号调节器150)配置相位信号104。
系统100允许用户得以立即查看来自相位传感器108的相位信号104以及允许用户有能力回顾异常发生时信号的状态。当有间歇的相位传感器108的问题时，这种对于信号的保存是有帮助的。系统100也消除了对于拥有和连接额外设备以配置相位传感器108处理以及调试与相位传感器有关的问题的需求。当机器和传感器难以进行连接诊断设备时(诸如当机器被置于有危险的地区时)，这尤其有帮助。举例来说，机器可以被置于有爆炸性气体存在的、对于适当的设备操作有过多的粉尘存在的、有极端的温度或者其它人类健康危害的地区。此外，系统100在问题发生时捕获诊断问题所需要的数据，而不是在问题已经发生之后设法收集所述数据。举例来说，当分析振动报警事件时，系统100提供更高的置信度。
附图中的流程图以及框图示出了根据本发明的各种实施方式的系统、方法以及计算机程序产品可能的实现的架构、功能以及操作。就此而言，流程图或框图中的每个块可以表示包含用于实现特定的一个或多个逻辑功能的一个或者更多可执行的指令的模块、段或者代码的部分。也应当注意到，在一些备选的实现中，在块中标注的功能可以不按图中标注的次序发生。举例来说，取决于所涉及的功能，连续显示的两个块事实上可以大体上同时被执行或者有时所述块可以颠倒的次序被执行。也将注意到，框图和/或流程图的每个块以及框图和/或流程图中的块的组合可以通过执行特定的功能或行为的特殊用途的基于硬件的系统或者通过特殊用途的硬件与计算机指令的组合而被实现。
在本文中，措词“第一”、“第二”以及类似措词不代表任何次序、数量或者重要性，而宁可说是被用来区分一个元件与另一个，而在本文中，措词“一”和“一个”不代表数量的限制，而宁可说是表示至少一个所指项目的存在。与数量相结合使用的修饰语“大约”将所陈述的值包括在内并且具有由上下文所确定的含义(例如包括与具体数量的度量相关联的误差度)。如在本文中所使用的后缀“s”意图是既包括其修饰的项目的单数也包括其修饰项目的复数，从而包括该项目的一个或者更多(例如金属(s)包括一个或者更多金属)。
虽然在本文中描述了各种实施方式，根据本说明书将理解，其中的要素、变化或者改进的各种组合可以由所属领域的技术人员进行，而它们都在本发明的范围之内。此外，在不背离其范围的情况下，可以进行许多修正以使具体的情况或者材料适应于本公开的示教。因而，其意图是本公开不限于用于实现此发明的、作为最佳模式被公开的一个或多个具体的实施方式，而本发明将包含落在附具的权利要求的范围内的所有实施方式。

Claims (17)

1.一种用于监视机器传感器的操作的系统，所述系统包含：
相位传感器信号输入端，用于接收机器的运动元件的相位信号，所述相位信号由所述机器传感器测量并且指示所述机器传感器的操作和所述机器的运动元件的操作；
模拟-数字转换器，用于将所述相位信号转换成数字信号；以及
存储系统，用于响应于所述机器传感器的操作期间所述相位信号所指示的所述机器传感器的异常保存所述数字信号；
其它传感器，用于与所述相位信号同时地捕获其它信号；
其中所述存储系统还配置成响应于来自所述其它传感器的报警而保存所述其它信号，以及
其中基于所保存数字信号和所述其它信号来配置所述相位信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述存储系统在包括所述异常发生的一段时间之中保存所述数字信号。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述存储系统响应于所述异常的发生而保存所述数字信号。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述存储系统归属于逻辑部分。
5.根据权利要求1所述的系统，其还包含用于将所述数字信号传送到远程计算机系统的通信模块。
6.根据权利要求1所述的系统，其还包含用于识别所述异常的原因的诊断系统。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述诊断系统将不是所述数字信号的其它数据用于识别所述异常的原因。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述存储系统将所述数字信号存储为系统事件记录以及报警事件记录之中至少一个的一部分。
9.根据权利要求1所述的系统，其还包含用于配置所述相位信号的信号配置模块。
10.一种监视机器传感器的操作的方法，所述方法包含：
从所述机器传感器得到相位信号，所述相位信号指示机器的运动元件的相位以及所述机器传感器的操作；
将所述相位信号转换成数字信号；
响应于所述机器传感器的操作期间所述相位信号所指示的所述机器传感器的异常将所述数字信号保存在存储系统中；
从其它传感器与所述相位信号同时地捕获其它信号；以及
响应于来自所述其它传感器的报警而将所述其它信号保存在所述存储系统中；
其中基于所保存数字信号和所述其它信号来配置所述相位信号。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述保存包括在以下两种情况之一保存所述数字信号：在一段时间之中或者响应于所述异常的发生。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述保存包括将所述数字信号保存为系统事件记录以及报警事件记录之中至少一个的一部分。
13.根据权利要求10所述的方法，其还包含将所保存数字信号传送到远程计算机系统。
14.根据权利要求10所述的方法，其还包含识别所述异常的原因。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述识别包括分析来自不是所述机器传感器的其它传感器的数据。
16.一种用于监视机器传感器的操作的系统，包含：
相位传感器信号输入端，用于接收机器的运动元件的相位信号，所述相位信号由所述机器传感器测量并且指示所述机器传感器的操作和所述机器的运动元件的操作；
模拟-数字转换器，用于将所述相位信号转换成数字信号；
存储系统，用于响应于所述机器传感器的操作期间所述相位信号所指示的所述机器传感器的异常保存所述数字信号；
通信模块，用于将所述数字信号传送到远程计算机系统；
信号配置模块，用于基于所述数字信号配置所述相位信号；
其它传感器，用于与所述相位信号同时地捕获其它信号；
其中所述存储系统还配置成响应于来自所述其它传感器的报警而保存所述其它信号，以及
其中基于所保存数字信号和所述其它信号来配置所述相位信号。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述存储系统在以下两种情况之一保存所述数字信号：在一段时间之中或者响应于所述异常的发生。
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