CN101726331B - 有效同步多个跨越多个传感器输入的测量的方法及系统 - Google Patents

Abstract

有效同步多个跨越多个传感器输入的测量的方法。公开了一种同步多个跨越多个传感器(12)的测量的系统。该系统与高灵活性的硬件体系结合来实施算法，该硬件体系通常包含对应地来自多个传感器的多个传感器(12)输入、多个模拟信号调理电路(16)、位于传感器输入(12)和模拟信号调理电路之间的开关阵列(14)，其使多个传感器输入(12)能够被发送到模拟信号调理电路(16)中的任一个，或同时发送到模拟信号调理电路中的任何组合。该算法为所有配置的传感器查看所有配置的测量，以确定哪些测量应当被并行地执行。若这些模拟信号调理路径可用，则在被启用的传感器中共有的任何测量在其它测量消耗模拟信号调理路径时被同时执行。

Description

有效同步多个跨越多个传感器输入的测量的方法及系统

技术领域

本发明通常涉及一种数据采集系统，尤其是一种有效同步多个跨越多个传感器输入的测量的方法。 

背景技术

对机械装置例如泵、压缩机和发动机的振动和温度测量能够在机械装置的状况方面提供有价值的信息，并且能够帮助估计在机械装置需要被检查或更换之前，机械装置能够运行多长时间。但是对于许多小型机器，永久地装载振动监测装备的费用是不能被调整的。对于这些机器中的一些，使用便携数据采集器来执行定期的测量比完全不监控地运行机器要更好。为了调整携带有便携数据采集器的技术员走动并执行定期测量的费用，每台机器的测量持续时间必须被尽可能地最小化。 

因为有许多类型的机器，每一个都有不同的故障模式，因此，为了执行许多不同的测量而设计一种灵活有效的便携数据采集器是一种挑战。 

因此，希望能够从多个传感器同时取得数据，同时执行多个测量，并且能够处理多种不同的测量类型。如果一种特殊的机器需要较少的传感器输入通道，则设计一种便携数据采集器来利用未使用的通道的线路去同时执行更多的测量就能够导致每台机器减少总测量时间。 

发明内容

在一个实施例中，提供了一种同步多个跨越多个传感器的测量的方法。该方法包括从测量类型列表中选择第一测量；将分别来自多个传感器中的一个或多个的多个输入信号中的一个或多个对应地发送到多个信号调理电路中的一个或多个，以能够实现第一测量的执行；确定所述多个信号调理电路中是否有可用的，以执行来自测量类型列表中的第二测量；当所述多个信号调理电路中的一个或多个可用，且留下足够的信号调理电路来执行第二测量时，则从测量类 型列表中选择第二测量；将分别来自所述多个传感器中的一个或多个的所述多个输入信号中的一个或多个分别发送到可用于实现第二测量的执行的所述多个信号调理电路中的一个或多个，其中，当没有剩余的附加信号调理电路执行另一个测量时，第一测量和第二测量被同时并行地执行。 

在另一个实施例中，提供了一种同步多个跨越多个传感器的测量的方法。该方法包括从测量类型列表中选择第一测量；将分别来自多个传感器中的一个或多个的多个输入信号中的一个或多个对应地发送到多个信号调理电路中的一个或多个，以能够实现第一测量的执行；确定所述多个信号调理电路中是否有可用的，以执行来自测量类型列表中的第二测量；当所述多个信号调理电路中的一个或多个可用，且留下足够的信号调理电路来执行第二测量时，则从测量类型列表中选择第二测量；将分别来自所述多个传感器中的一个或多个的所述多个输入信号中的一个或多个分别发送到可用于实现第二测量的执行的所述多个信号调理电路中的一个或多个，其中，当没有剩余的附加信号调理电路执行另一个测量时，第一测量和第二测量被同时并行地执行；其中，所述多个信号调理电路中的每个输出被调理的信号，该被调理的信号被馈送到模拟数字转换器，对于所述多个信号调理电路中的每个的模拟数字转换器的数字输出信号被馈送到处理装置。 

在另一个实施例中，提供了一种用于同步多个跨越多个传感器的测量的系统。该系统包括多个传感器，该多个传感器被设计用来实现需要被执行的测量类型列表中的一个或多个测量的执行；多个信号调理电路，其与所述多个传感器中的每个进行信号通信，所述多个信号调理电路中的一个或多个被配置用来分别从所述多个传感器中的一个或多个对应地接收多个输入信号中的一个或多个，以执行来自测量类型列表中的第一测量；与所述多个信号调理电路进行信号通信的处理装置，该处理装置包括算法，该算法用来确定所述多个信号调理电路中是否有可用的，以执行来自测量类型列表中的第二测量，且当所述多个信号调理电路中的一个或多个可用，且留下足够的信号调理电路来执行第二测量时，从测量类型列表中选择第二测量；其中，处理装置将分别来自所述多个传感器中的一个或多个的所述多个输入信号中的一个或多个分别发送到系统中可用的所述多个信号调理电路中的一个或多个，以实现第二测量的执行，当没有剩余的附加信号调理电路执行另一个测量时，第一测量和第二测量被同时并 行地执行。 

在另一个实施例中，提供了一种同步多个跨越多个传感器的测量的系统。该系统包括多个传感器，该多个传感器被设计用来实现需要被执行的测量类型列表中的一个或多个测量的执行；多个信号调理电路，其与所述多个传感器中的每个进行信号通信，所述多个信号调理电路中的一个或多个被配置用来分别从所述多个传感器中的一个或多个对应地接收所述多个输入信号中的一个或多个，以执行来自测量类型列表中的第一测量；至少一个或多个开关，其被配置用来将分别来自所述多个传感器中的一个或多个的所述多个输入信号分别发送到所述多个信号调理电路中的一个或多个，以执行第一测量和第二测量；和与所述多个信号调理电路进行信号通信的处理装置，该处理装置包括算法，该算法用来确定所述多个信号调理电路中是否有可用的，以执行来自测量类型列表中的第二测量，且当所述多个信号调理电路中的一个或多个可用，且留下足够的信号调理电路来执行第二测量时，从测量类型列表中选择第二测量；其中，处理装置利用所述至少一个或多个开关来将分别来自所述多个传感器中的一个或多个的所述多个输入信号中的一个或多个分别发送到在系统中可用的所述多个信号调理电路中的一个或多个，以实现第二测量的执行，当没有剩余的附加信号调理电路执行另一个测量时，第一测量和第二测量被同时并行地执行。 

从以下描述结合考虑附图，这些及其它优点和特点将会变得更显而易见。 

附图说明

本发明的主题被详细地指出，且基于对详细说明的概括，在权利要求中被清楚地要求。从以下的详细描述结合考虑如下的附图，本发明的前述和特点以及优点是显而易见的，在附图中： 

图1是根据本发明的一个示范实施例的系统的示意图，该系统实施用来同步很多个跨越多个传感器输入的测量的算法； 

图2是根据本发明的一个示范实施例的多个被配置用来从测量类型列表中执行不同测量的传感器的示范表格； 

图3是根据本发明的一个示范实施例的示范表格，该表格阐明了多个信号调理电路如何被用来对图2的表格中示出的多个传感器执行所有的测量；和 

图4是根据本发明的一个示范实施例的方法的流程图，该方法用来同步很 多个跨越多个传感器输入的测量。 

通过参考附图的例子，详细的描述解释了本发明的实施例和优点及特点。 

具体实施方式

示范的实施例针对的是用来同步多个跨越多个传感器的测量的系统和方法。此外，在这些实施例中，所述系统与高灵活性的硬件体系结合来实施算法，该硬件体系通常包含对应地来自多个传感器的多个传感器输入、多个模拟信号调理电路、位于传感器输入和模拟信号调理电路之间的开关阵列，其使多个传感器输入能够被发送到模拟信号调理电路中的任一个，或同时发送到模拟信号调理电路中的任何组合。这就允许了模拟信号调理电路被独立地使用，以并行地执行测量。在示范的实施例中，该算法为所有配置的传感器查看所有配置的测量，以确定哪些测量应当被并行地执行。若这些模拟信号调理路径可用，在被启用的传感器中共有的任何测量，在其它测量消耗模拟信号调理路径时被同时执行。 

参考附图，图1是根据本发明的一个示范实施例的简化示意图，示出了用来有效地同步很多个跨越多个传感器输入的测量的数据采集系统10的基本元件。系统10包括多个传感器12、一个或多个开关14、多个信号调理电路16、处理装置18和在多个调理电路16与处理装置18之间的多个模拟数字转换器20。 

依据一个实施例，通过一个或多个开关14的操作，多个传感器12中的每一个被选择性地耦合到多个信号调理电路16中的每一个。换句话说，位于多个传感器12和多个信号调理电路16之间的一个或多个开关14，使对应地来自多个传感器12的传感器输入信号能够被发送到多个信号调理电路16中的一个或多个，用于一个或多个测量类型的执行。传感器输入信号被描述为信号线22。 

依据一个非限制性的示范实施例，多个传感器12中的每一个可以是许多不同类型的检测设备(举例来说，振动传感器、加速计、速度传感器或其它)中的任一个，对于所述检测设备来说，信号调理电路被配置用来实现许多不同测量类型(举例来说，非集成、集成、包络(enveloping)、直流耦合、交流耦合、带通滤波等)中的至少一个的执行。在一个实施例中，多个传感器12中的每一个都与其它的不同。当然，多个传感器12中的每一个可以是许多不同类型的传 感器中的一种，且可以类似于依据其它示范实施例的系统10中使用的另一一个或多个的类型。图1示出了四个能够实现许多类型测量的执行的传感器12。然而，应当明白的是，取决于应用，任何数量的传感器都能被用来实现多种测量类型的执行，只要传感器的数量不超过系统10中可用的信号调理电路16的数量。传感器、信号调理电路和测量类型的数量应当不被局限于这里列出的例子，除了信号调理电路的数量应当大于或等于传感器的数量，以应付每个传感器要求相同的测量类型且因此所有的传感器必须同时被测量的情况以外。在不需要对所有的传感器同时进行相同的测量的情况下，限制将是一个特定的测量只能对与信号调理通道16的数量对应的数量的传感器输入12执行一次，以允许有比信号调理通道16多的传感器输入12。 

依据一个实施例，一个或多个开关14被配置来将多个传感器12中的每一个的传感器输入信号22发送到多个信号调理电路16中的一个或多个。在一个实施例中，一个或多个开关14中的每一个都是单极、多投开关，依据一个非限制性的示范实施例，所述单极、多投开关被配置用来在处理装置18的控制下将对应地来自多个传感器12的传感器输入信号22中的任一个发送到信号调理电路16中的一个或多个。在另一个实施例中，单独的微处理器(未示出)基于需要被执行的测量类型来控制开关的操作或切换发送(switch routing)。图1示出了四个与多个信号调理电路16中的每一个相关联的开关，用来将对应地来自多个传感器14的传感器输入信号22中的任一个发送到信号调理电路16中的一个或多个。然而，应当明白的是，取决于应用，任何数量的开关都能与多个信号调理电路16中的每一个或者一个或多个相关联，而且不应当被局限于示出的配置。 

多个信号调理电路16中的每一个都被配置用来从多个传感器12中的一个接收传感器输入信号22，以调理和采样传感器输入信号22来产生被调理的信号。多个信号调理电路16中的每一个被配置用来在处理装置18或单独的处理器的控制下执行不同的测量类型。多个信号调理电路16中的每一个可以是用来执行许多不同测量类型中的一个的任何常规调理电路。依据一个示范实施例，多个信号调理电路16中的两个或更多是同时操作或并行地执行测量的，这有效地加速了数据采集。在一个实施例中，被发送了传感器输入信号的多个信号调理电路16中的每一个都可操作地并行地执行测量。 

依据一个示范实施例，多个模拟数字转换器20被配置用来从多个信号调理电路16对应地接收被调理的信号。多个模拟数字转换器20被进一步配置用来将被调理的信号转换为数字信号，依据一个非限制性的示范实施例，所述数字信号均被馈送到处理装置18进行进一步的处理。当然，依据其它示范实施例，模拟数字转换器20的输出可以被馈送到单独的处理器。可以想到的是多个模拟数字转换器20对应地是信号调理电路16的组成部分。应当明白的是，模拟数字转换器的数量可以根据应用而改变，且不应当被局限于示出的配置。例如，单个模拟数字转换器可以被用来将模拟数据转换为数字数据。 

处理装置18可以是任何常规的处理器，诸如现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、或者适合于从多个模拟数字转换器20接收数字数据并对其进行处理的通用微处理器。依据一个示范实施例，处理装置18配置模拟数字转换器以不同的采样率采样传感器输入信号。处理装置18被进一步配置用以控制系统10的操作。然而，可以想到的是与处理装置18分开地使用或连同处理装置18使用另一个处理器来处理一个或多个开关14的操作。 

依据一个示范实施例，处理装置18与以上描述的高灵活性的硬件体系相结合来实施算法，例如图4所示及以下描述的，以确定哪些测量类型应当被并行地执行。这样的算法确定测量类型列表中的哪些测量应当通过多个信号调理电路16被并行地执行。在操作中，该算法选择在最大数量的被启用的传感器中共有的第一测量为通过系统中可用的多个信号调理电路16被执行。如果在第一测量顺序中，多个信号调理电路中的一个或多个是可用的，则来自测量类型列表中的另一个测量被选择为通过可用的信号调理电路与第一被选择的测量同时被执行。选择的第二测量应当是在下一最大数量的被启用的传感器中共有的。如果没有足够的信号调理电路可用于适应第二测量，则在下一最大数量的被启用的传感器中共有的另一个测量被选择。当没有附加信号调理电路可用或者在第一测量顺序中没有其他的测量能够被执行时，第一测量顺序被执行。这个同步很多个跨越多个传感器输入的测量的方法将通过下面的例子被更详细地描述。 

现在请参考图2，一个示范表格被示出，以更好地通过例子的方式说明上面所描述的算法。在这个例子中，四个传感器被配置，以实现需要被执行的不同的测量类型的执行。测量类型中的一些在多个传感器之间是共有的。例如，测量类型1必须对所有四个可用的传感器执行。 

图3是一个示范表格，示出了四个信号调理电路如何能被用来对图2的示范表格中示出的所有被启用的传感器执行测量。这个表格示出了具有7个测量类型的所有15个测量以四个有效的测量顺序或迭代(iteration)被执行。这个表格通过使用上述的算法被实现，依据一个实施例该算法被数字处理器18实施。 

现在请参考图4，依据一个示范实施例的一种同步很多个跨越多个传感器输入的测量的方法现在将被讨论。 

在步骤100，开始操作。 

在步骤102，设置系统10内的信号调理电路的总数中剩余的信号调理电路的数量。在图2和图3示出的例子中，当操作开始时，系统10内的信号调理电路的总数中剩余的信号调理电路的数量为4。 

在步骤104，把测量类型列表分类，并找到需要对最大数量的被启用的传感器执行的测量类型。在图2和图3示出的同样的例子中，需要对最大数量的被启用的传感器执行的测量类型是测量类型#1。 

在步骤106，从剩余的测量类型的列表中清除上述测量类型。使用图2和图3示出的相同的例子，测量类型#1将会被从列表中清除。 

在步骤108，将上述测量类型添加到将会在这个测量顺序或迭代上被执行的测量列表中。使用图2和图3示出的相同的例子，测量类型#1将会被在第一测量顺序上执行。 

在步骤110，从剩余的信号调理电路的数量减去这个测量类型需要的传感器的数量。在图2和图3示出的相同的例子中，因为有4个信号调理电路和4个被用来实现测量类型#1的执行的传感器，因此，将不再有可用的信号调理电路了。 

在步骤112，为每个将被用来执行这个测量的传感器建立信号路径。这是通过使用一个或多个开关14将来自会被用来执行这个测量的多个传感器12中的每一个的传感器输入信号22发送到多个信号调理电路16的一个或多个来实现的。继续使用相同的例子，来自传感器#1的传感器输入信号通过开关A被发送到信号调理电路A；来自传感器#2的传感器输入信号通过开关B被发送到信号调理电路B；等等。 

在步骤114，确定仍然需要被执行的测量类型的列表是否为空。继续使用相同的例子，回答将会是否。 

然而，如果步骤114的回答是是，则在步骤116执行为这个迭代配置的所有测量。 

在步骤116之后，在步骤118确定仍然需要被执行的测量类型列表是否为空。如果回答是是，则在步骤120得到结论，所有的测量都被执行了。如果回答是否，则回到步骤102继续运行。 

当步骤114的回答是否时，在步骤122确定是否有任何剩余或可用的信号调理电路。 

如果步骤122的回答是否，则继续进行到步骤116。如果回答是是，则在124通过从需要对最大数量的传感器执行的测量开始，对剩余测量的列表分类。 

在步骤126，确定剩余的信号调理电路的数量是否足以对所有必需的传感器执行这个测量。如果步骤126的回答是是，则继续进行到步骤106。使用上述相同的例子，在第二测量顺序，将会有1个可用的信号调理电路来执行测量类型#5，其仅需要1个传感器来实现这样的测量的执行。因此，测量类型#5将会连同测量类型#3一起被包括在第二测量顺序中。 

然而，如果步骤126的回答是否，则在步骤128确定在测量类型的列表上是否有任何剩余的测量来进行估计。如果步骤128的回答是是，则在步骤130移动到需要下一最大数量的传感器的测量类型列表上的测量。否则，如果步骤128的回答是否，则继续进行到步骤116。 

上述步骤被执行直到测量类型列表上的所有测量都被完成为止。使用上述描述的步骤，所有的测量能够以3个有效测量顺序被执行。 

上述描述的示范系统和方法能够使用户将多个跨越多个传感器输入的测量相关联，其通过当可能时利用多个信号调理电路有效地加速了测量。 

虽然仅结合了有限数量的实施例来详细描述本发明，但是应当容易理解的是，本发明不局限于这些公开的实施例。更确切地说，本发明能够被修改以并入任意数量的迄今未描述但与本发明的精神和范围相当的变型、改变、替代或等效布置。另外，虽然本发明的多种实施例已经被描述，但是要明白本发明的各方面可能仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明不被前述的描述所限制，而仅被所附权利要求的范围所限制。 

部件列表： 

10.数据采集系统 

12.传感器 

14.开关 

16.信号调理电路 

18.处理装置 

20.模拟数字转换器 

22.传感器输入信号。 

Claims (15)

1. 一种用于同步多个跨越多个传感器的测量的方法，包含：

从测量类型列表中选择第一测量；

将分别来自多个传感器中的一个或多个传感器的多个输入信号中的一个或多个对应地发送到多个信号调理电路中的一个或多个，以实现第一测量的执行；

确定所述多个信号调理电路中是否有可用的，以执行来自测量类型列表中的第二测量；

当所述多个信号调理电路中的一个或多个可用且留下足够的信号调理电路来执行第二测量时，从测量类型列表中选择第二测量；以及

将分别来自所述多个传感器中的一个或多个传感器的所述多个输入信号中的一个或多个分别发送到可用地来实现第二测量的执行的所述多个信号调理电路中的一个或多个，其中，当没有剩余的附加信号调理电路执行另一个测量时，第一测量和第二测量被同时并行地执行。

2. 如权利要求1所述的方法，其中，选择的第一测量是最大数量的所述多个传感器之间共有的，且选择的第二测量是下一最大数量的所述多个传感器之间共有的。

3. 如权利要求1所述的方法，其中，所述多个信号调理电路中的每个输出被调理的信号。

4. 如权利要求3所述的方法，其中，来自所述多个信号调理电路中的每个的被调理的信号被馈送到处理装置。

5. 如权利要求3所述的方法，其中，来自所述多个信号调理电路中的每个的被调理的信号被馈送到模拟数字转换器。

6. 如权利要求5所述的方法，其中，对于所述多个信号调理电路中的每个的模拟数字转换器的数字输出信号被馈送到数字处理器。

7. 如权利要求1所述的方法，其中，一个或多个开关被配置用来将分别来自所述多个传感器中的一个或多个传感器的所述多个输入信号发送到所述多个信号调理电路中的一个或多个，以执行第一测量和第二测量。

8. 如权利要求7所述的方法，其中，一个或多个开关的开关操作是被数字处理器控制的。

9. 一种用于同步多个跨越多个传感器的测量的系统，包括：

多个传感器，该多个传感器被设计用来实现需要被执行的测量类型列表中的一个或多个测量的执行；

多个信号调理电路，其与所述多个传感器中的每个进行信号通信，所述多个信号调理电路中的一个或多个被配置用来分别从所述多个传感器中的一个或多个传感器对应地接收多个输入信号中的一个或多个，以执行来自测量类型列表中的第一测量；以及

与所述多个信号调理电路进行信号通信的处理装置，该处理装置实施算法，该算法用来确定所述多个信号调理电路中是否有可用的，以执行来自测量类型列表中的第二测量，且当所述多个信号调理电路中的一个或多个可用，且留下足够的信号调理电路来执行第二测量时，从测量类型列表中选择第二测量；

其中，处理装置将分别来自所述多个传感器中的一个或多个传感器的所述多个输入信号中的一个或多个分别发送到所述系统中可用的所述多个信号调理电路中的一个或多个，以实现第二测量的执行，当没有留下附加信号调理电路来执行另一个测量时，第一测量和第二测量被同时并行地执行。

10. 如权利要求9所述的系统，其中选择的第一测量是最大数量的所述多个传感器之间共有的，且选择的第二测量是下一最大数量的所述多个传感器之间共有的。

11. 如权利要求9所述的系统，还包括一个或多个开关，所述一个或多个开关被配置用来将分别来自所述多个传感器中的一个或多个传感器的所述多个输入信号分别发送到所述多个信号调理电路中的一个或多个，以执行第一测量和第二测量。

12. 如权利要求11所述的系统，其中，所述一个或多个开关的开关操作是被数字处理器控制的。

13. 如权利要求9所述的系统，其中，所述处理装置是数字处理器。

14. 一种用于同步多个跨越多个传感器的测量的系统，包括：

多个传感器，该多个传感器被设计用来实现需要被执行的测量类型列表中的一个或多个测量的执行；

多个信号调理电路，其与所述多个传感器中的每个进行信号通信，所述多个信号调理电路中的一个或多个被配置用来分别从所述多个传感器中的一个或多个传感器对应地接收所述多个输入信号中的一个或多个，以执行来自测量类型列表中的第一测量；

至少一个或多个开关，其被配置用来将分别来自所述多个传感器中的一个或多个传感器的所述多个输入信号分别发送到所述多个信号调理电路中的一个或多个，以执行第一测量和第二测量；和

与所述多个信号调理电路进行信号通信的处理装置，该处理装置实施算法，该算法用来确定所述多个信号调理电路中是否有可用的，以执行来自测量类型列表中的第二测量，且当所述多个信号调理电路中的一个或多个可用，且留下足够的信号调理电路来执行第二测量时，从测量类型列表中选择第二测量；

其中，处理装置利用所述至少一个或多个开关来将分别来自所述多个传感器中的一个或多个传感器的所述多个输入信号中的一个或多个分别发送到在所述系统中可用的所述多个信号调理电路中的一个或多个，以实现第二测量的执行，当没有留下附加信号调理电路执行另一个测量时，第一测量和第二测量被同时并行地执行。

15. 如权利要求14所述的系统，其中，选择的第一测量是最大数量的所述多个传感器之间共有的，且选择的第二测量是下一最大数量的所述多个传感器之间共有的。

Images