CN104121936A - 具有数字输出的动态传感器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种数字传感器，其提供了表明机器或过程的动态特性的数字输出。所述传感器可为单轴或者多轴加速度计或者其测量传感器。所述传感器在机器监测应用中可为免持和无线的。整合的磁性安装帮助了免持式的数据收集。在传感器存储器中累积的数字数据可在从传感器传输到远程分析器之前或之后被选择性地抽取。无线通信用于上传测量设定至传感器并从传感器中下载数据至手持式分析器或者远程计算机。动态数字数据流的分析和解释在数据下载之后执行。

Description

具有数字输出的动态传感器及其使用方法

相关申请

本申请要求以下共同待决美国临时专利申请的优先权：于2013年4月29号提交的申请号为61/816,980的“具有数字输出的动态传感器”，于2013年4月29号提交的申请号为61/817,001的“使用具有数字输出的动态传感器的远程分析服务”，于2013年9月16号提交的申请号为61/878,320的“使用具有数字输出的动态传感器的远程分析服务”以及于2013年11月11号提交的申请号为61/902,499的“用于具有数字输出的动态传感器的方法和装置”，以上临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及数字数据收集和处理。更具体地，本发明涉及一种免持无线机器/过程测量传感器，所述传感器感应动态特性并将其转换成通常会被传送至另一设备用于进一步处理、分析和解译的数字动态波形信息。

背景技术

已知的机器分析器系统在专利US5,633,811(Canada)，US2012/0041695(Baldwin)，US5,895,857(Robinson)，US6,889,553(Robinson)，US7,142,990(Bouse)，US8,174,402(Bouse)，US6,138,078(Canada)，US8,219,361(Leigh)以及US7,493,220(Leigh)中得到阐述。在这些现有的系统中，模拟传感器和至机器分析器的模拟输入端之间的模拟能量和通信链接由连续的固定长度的线缆所提供。模拟传感器信号得到预处理并在相对较高的采样率上被转化为数字数据，产生的数字数据得到进一步的处理以在需要的有用频率上获得波形数据。

这些现有系统中的模拟传感器线缆不仅受限而且繁冗。线缆在传感器和分析器之间的精密电子和机械连续性不能中断而使其受限。线缆的繁冗之处在于它会成为限制机动性和移动范围的物理障碍，并且因打结、扭曲、缠绕或需要时却不缠绕而使得管理员感到沮丧。专利US6,435,902(Robinson)描述了一种转座，以实现限制线缆移动的目的。在线缆可能会带来对机器的损坏以及照成生产损失时，在两移动表面之间的有限空间内固定线缆。某些线缆通过使用类似于弹簧的线圈制造以提供延伸性，进而弥补以上所述的某些问题。即使采用这些防范措施，在线缆一端上与机械系统接触或者安装在机械系统上的传感器和同一线缆的另一端上手持分析器之间使用线缆是不方便的。对于在线系统，线缆和导线管的安装可以是耗时和昂贵的。因为存在机器系统的衔接、转换或旋转，安装线缆是困难和不现实的。

发明内容

本文描述的实施例通过实施具有存储器、模数转换、包括抽取和选择性抽取的数字数据处理、数字输出以及至接收数字数据的分析器的数字数据传输的动态传感器克服了现有技术的缺陷。不同的实施例通过远程分析服务器、手持分析器、在线分析器、计算机工作站或者加工控制系统传递数字数据以供分析。处理后的数字数据可临时存储在传感器的存储器中，知道其被传送到另一设备。数据传输可每次在与收集数据大概相同的时间框架内传输一个测量波形。可选地，具有其它信息的数据可从多个波形中收集，并成批地存储在存储器中，然后在一段相对较长的时间间隔后或者在一个稍后的时间点上传输。延迟的批量信息、序列信息或者路径(有时被称为一个循环)信息可在每一含有多次测量的协议或者文件格式上传输。分析器进一步处理从数字传感器传输过来的数字输出数据。分析器的进一步处理通常包括对测量信息的分析和解译。

在一些实施例中，测量设定指令在测量开始之前的某些时间上被传输到数字传感器中。新的测量设定指令可在每一新测量开始之前与传感器进行沟通。监控机器或过程的动态特性的测量通常为连续的模拟测量区间的数字波形表示。为取代在每一新测量之前将新的测量设定信息传输给数字传感器，可传输一份路径文件或者其它可编程文件以提供覆盖多个测量的测量设定指令，比如提供来自用户或者可编程逻辑器所选择的一个序列、路径、批量或者选择列表的多个测量设定。某些实施例采用了近场通信，比如Bluetooth^TM或者其它无线协议，以提供与数字传感器的双向通信。

本发明的一个优选实施例提供了用于收集与一个或者多个机器或过程相关的动态测量数据的便携式数字传感器。此实施例的便携式数字传感器包括动态模拟传感器、模拟信号处理电路、模数转换电路、抽取处理器、存储设备、数字信号处理电路、通信接口以及电源。所有这些部件优选地位于一个便携式外壳中，所述外壳被配置为用于免持和无线数据收集。动态模拟传感器基于对一个或者多个机器或过程的动态特性的测量生成模拟传感器信号。模拟信号处理电路在将模拟信号转化成数字信号之前对模拟信号进行预处理。模数转换电路在某一采样率上对模拟传感器信号进行过采样以生成过采样动态数字测量数据。抽取处理器被编程为从过采样动态数字测量数据中获得至少两个同步数据集，包括来自过采样动态数字测量数据的滤波和非选择性抽取的第一数据集，以及来自过采样动态数字测量数据的滤波和选择性抽取的第二数据集。存储设备存储同步数据集直至它们被传输至外部设备。数字信号处理电路控制便携式数字传感器收集过采样动态数字测量数据以及在存储设备中在多个具有与每一数据组相关的信息的数据组中存储同步数据集。通信接口将配置设定从外部设备传输到存储设备并将同步数据集从存储设备传输到外部设备。电源为便携式数字传感器供电以收集并存储动态数字测量数据，以及在存储设备中保留同步数据集直至它们被送至外部设备。

在一些实施例中，抽取处理器选择性地被编程为从过采样动态数字测量数据中获得第一、第二和/或第三同步数据集。第一同步数据集由对过采样动态数字测量数据的滤波和非选择性抽取所生成，第二同步数据集由对过采样动态数字测量数据的滤波和选择性抽取所生成。第三同步数据集由对过采样动态数字测量数据的滤波和无抽取所生成。

在另一方面，本发明的一个实施例提供了使用单便携式数字传感器在多个与一个或者多个机器或过程相关的并沿着测量路径的测量位置上收集过采样动态数字测量数据，并在远离所述测量位置的位置上分析所述动态数字测量数据的方法。此实施例的方法包括以下步骤：

(a)执行数据库设置向导应用程序以在测量数据库中存储关于多个测量位置中每一个的设定信息；

(b)在所述多个测量位置上连接安装垫片；

(c)在测量人员携带的移动显示设备上显示路径指令，所述路径指令根据测量顺序将测量人员引向多个测量位置；

(d)在所述多个测量位置中一个上的安装垫片上连接便携式数字传感器；

(e)激活所述便携式数字传感器以收集动态数字测量数据并将其存储在所述便携式数字传感器内的存储器中；

(f)所述便携式数字传感器生成为测量人员指明在此测量位置上的数据收集已完成的指示信号；

(g)从所述安装垫片上移除便携式数字传感器；

(h)根据测量顺序在下一测量位置上的安装垫片上连接便携式数字传感器；

(i)重复步骤(e)到步骤(h)直至测量路径上的多个测量位置中每一个上的动态数字测量数据均已收集和存储；

(j)从便携式数字传感器中将动态数字测量数据上传到数据分析计算机；以及

(k)在数据分析计算机上使用软件分析所述动态数字测量数据。

在另一方面，本发明的一个实施例提供了一种使用多个便携式数字传感器在多个与一个或者多个机器或者过程相关的测量位置上收集动态数字测量数据的方法，其中所述多个便携式数字传感器中的每一个均具有通信接口。此实施例的方法包括以步骤：

(a)将多个便携式数字传感器对接到具有多个与多个便携式数字传感器的通信接口相连接的接口的扩展坞上；

(b)将时序同步信号通过通信接口从所述扩展坞传输到多个便携式数字传感器中的每一个上；

(c)基于所述时序同步信号，将每一便携式数字传感器的内部时钟和其它便携式数字传感器的内部时钟同步；

(d)从扩展坞上移除便携式数字传感器；

(e)在多个测量位置上将便携式数字传感器连接至与机器或者过程相关联的表面上；

(f)开始每一便携式数字传感器在一测量周期上的动态数字测量数据收集，并在存储器中存储与时间戳相关联的每一便携式数字传感器的动态数字测量数据；

(g)从所述测量位置上移除便携式数字传感器；

(h)将每一便携式数字传感器对接到扩展坞上；

(i)通过通信接口从每一便携式数字传感器中将动态数字测量数据下载到外部数据分析设备中；以及

(j)基于时间戳对多个便携式数字传感器收集的动态数字测量数据进行时间同步处理。

在另一方面，本发明的一个实施例提供了一种便携式数字传感器和转速计的扩展坞。所述扩展坞包括多个接口端口、同步时钟、电源以及处理器。接口端口接收便携式数字传感器和转速计内的接口并与其电连接。同步时钟生成时序同步信号以通过接口端口将所述时序同步信号传输至便携式数字传感器和转速计。电源通过接口端口为便携式数字传感器和转速计中的电池充电。处理器控制来自便携式数字传感器和转速计中的存储设备的测量数据的下载并控制至便携式数字传感器和转速计的测量设定参数的上传。

在另一方面，本发明的实施例提供了一种生成用于数据收集过程中的测量指令的测量设置系统。所述测量设置系统包括存储与一个或者多个机器或者过程相关的测量位置的测量设定信息的测量数据库。所述测量数据库还存储由至少一个便携式数字传感器在所述测量位置上收集的动态数字测量数据。该系统还包括与所述测量数据库相连接的数据库设置向导处理器。所述数据库设置向导处理器生成上传至便携式数字传感器的配置设定。所述数据库设置向导处理器还生成路径指令，根据所需顺序引导操作者在测量位置上放置便携式数字传感器的，并使用便携式数字传感器在每一测量位置上手机动态数字测试数据。

在另一方面，本发明的实施例提供了一种使用被配置为固定连接到活动机器或者机器或过程中的活动部件上的单个便携式数字传感器收集动态数字测量数据的方法。此实施例的方法包括以下步骤：

(a)将便携式数字传感器固定连接至活动机器或者活动部件上；

(b)在所述活动机器或者活动部件位于第一位置时，激活所述便携式数字传感器以收集动态数字测量数据并将其存储在便携式存储器中的存储器内；

(c)在所述活动机器或者活动部件的运行过程中所述活动机器或者活动部件移出所述第一位置；

(d)在所述活动机器或者活动部件的运行过程中所述便携式数字传感器周期性地收集动态数字测量数据并将其存储在存储器中；

(e)在所述活动机器或者活动部件的运行过程中所述活动机器或者活动部件返回所述第一位置；

(f)将动态数字测量数据从所述便携式数字传感器中上传到数据分析计算机；以及

(g)在所述数据分析计算机上使用软件分析所述动态数字测量数据。

附图说明

通过参考以下具体描述并结合附图，本发明的其它实施例将趋于明显，附图中的零件并未按比例画出以更清楚地示出各种细节，其中的附图标记在数个示意图中由始至终指向类似的部件，其中：

图1A、1B和1C描绘了根据本发明的三个实施例的动态数字传感器及其安装装置的物理结构；

图2描绘了根据本发明的一个实施例的动态数字传感器的功能框图；

图3A、3B和3C描绘了根据本发明的可选实施例的动态数字传感器的功能框图；

图4描绘了根据本发明的一个实施例的用于处理动态数字数据的并行现场可编程门阵列的功能框图；

图5描绘了根据本发明的一个实施例的附着至机器的多个传感器和一个转速计的功能框图；

图6描绘了根据本发明的一个实施例的连接至接口集线器的多个传感器和一个转速计的功能框图；

图7描绘了根据本发明的一个实施例的测量设置系统的功能框图。

具体实施方式

图1A描绘了根据一个优选实施例的动态数字传感器10的物理结构。传感器10包括优选地一侧小于50mm并具有多边形横截面的外壳12。设计外壳时考虑到对小尺寸、小质量、高刚度、可忽略的松动、弱阻尼、易于安装及拆卸、造型美观、人机工程、良好的可制造性、内在安全性、成本低廉、稳健性、强度和弹性、传感器各部件的材料兼容性以及在预期的检监测和存储环境中使用的适用性的需要。非圆形的几何结构有利于设计出数字传感器外壳12的小、轻、紧凑并刚性的结构。矩形的设计更加有利于打包矩形结构的设备，比如电子设备或者印刷电路。线性磁铁适用于此几何结构，在其中设有加固物的拐角中，紧固构件连接能够帮助装配。在某些情况下，倒角、去角或者通过其它方式圆化外壳12的矩形实施例的拐角，以此将其截面形状从方形改为具有四条长边和四条短边的八角形，是有好处的。具有非圆形形状的不变横截面的几何结构适用于塑料或者金属的射出成型。对于合并了无线通信技术的实施例而言，在底部采用金属并在顶部的一些或者全部区域上采用塑料以供无线信号穿过外壳12是有益处的。

外壳12的一个示例性功能特征为人体工程学，其中外壳12的外部设计适用于帮助传感器10在机器上免持运行的定向和放置。举例来说，优选的多轴传感器配置中含有注册定向，以促成多轴定向中的可重复并有意义的测量。外壳12的另一个示例性功能特征为外壳上的环形物，用于连接线缆或者闩锁连杆。这样的结构可用于帮助在不同的位置上安装免持传感器10，比如在造纸机上安装。开始时小心地拖曳线缆以将传感器10临时固定到用于抵达机器上某一位置的连杆。当传感器到位，细绳或者闩锁会被释放以从连杆上分离传感器，以此使得测量无需带来明显的寄生质量。

传感器10优选地包括用户界面设备，其包括用户输入设备14和显示设备16。用户输入设备14可以是姆指旋轮、接触按钮、触摸板、接近传感器或者其它的能够接收并解译人机输入的设备。显示屏16可以是液晶显示屏(LCD)或者发光二极管(LED)显示屏，其优选地位于外壳12的上表面。在某些实施例中，输入设备14和显示屏16合并为触摸屏。

图2描述了传感器10的一个优选实施例的功能框图，除了以上所讨论的外部部件外，其还包括一个或者多个传感器24、模拟信号处理电路26、模数转换(ADC)电路28、抽取处理器29、数字信号处理电路30、存储器32、可包括无线接口18a和/或有线接口端口18b的数据通信接口18、位置测定电路34以及电源36。传感器24可为单轴或者三轴压电传感器或者微机电系统(MEMS)传感器。如下文所述，数据抽取处理器29可提供数据过滤和多种不同的数据抽取格式。在某些实施例中，抽取处理器29为数字信号处理电路30的一个组件。无线接口18a可包含Wi-Fi，Bluetooth^TM，红外数据通信(IrDA)以及近场通信(NFC)等无线通信协议中的一种或者多种，以与其它设备通信，比如与数据分析器、耳机、移动计算设备或者操作者附近的信号源通信。在某些实施例中，用户输入设备14可由使用有线或者无线通信技术实施的远程控制器所补充、补全或者替代。

有线数据接口端口18b，比如USB端口、火线端口或者其电子数据接口，可用在车间的安全区域内，或者在危险区域汇中被覆盖或者禁用。在某些实施例中，有线数据接口端口18b用于在传感器10与匹配的端口物理连接时传输能量和数据通信，比如在传感器10与扩展坞40(见图6和7)、手持模块、充电电路、同步电路或者其它电子设备对接时。

传感器10的优选实施例包括机械安装接口，以将传感器10附加到被监测的设备上。在某些实施例中，所述机械安装接口包括位于外壳12内或上的整合的磁性元件。整合的磁性元件的不同的可能结构如图1A、1B和1C中的附图标记20a、20b和20c分别所示。这样的结构在外壳12和钢材表面之间的夹持力。示出的还包括可选的钢或磁垫块22a、22b和22c，具有对应的几何对齐方向。垫块22a、22b和22c可安装、固定或者粘贴在轴承箱、电机外壳或者其它机器表面上，比如通过机械紧固、点焊、环氧胶粘剂或者其它适用于将振动能量从机器传递至传感器10的接合方式。举例来说，钢垫块22a、22b和22c通常具有常见的锥形或者矩形的截面，旨在精确地与传感器10上的磁性结构20a、20b和20c相匹配，以此使得磁通量回路由钢垫块所完成。这提供了传感器10相对于机器轴线在特定测量点位置上的可重复安装与对齐。此结构还在传感器10的接触面之间，在整合的磁性元件20a、20b和20c和钢垫块22a、22b和22c的附近，提供了极好的物理接合。

留意到，整合的磁性元件20a的优选结构在传感器10安装在钢垫块22a、22b和22c上时提供了闭环低泄漏的磁通路。钢垫块22a、22b和22c优选地为具有统一横截面的铁磁体材料，带有特意的不对撑性，以鼓励正确的随机器部件的X-Y-Z定向，进而提供良好的磁通路，并提供机械振动和压力波信息的良好机械传输。本领域的技术人员能理解，存在着许多实现用于信号传输、传感器定向以及快速释放的固定安装的方式。举例来说，人们可将磁通量路径设置为使其在结构20a和20b的整合的磁柱之间穿过，以此使得北磁极位于钢垫块的一侧并使得对应的南磁极位于另一侧。可选地，磁通量的全部或者一部分可水平地从如20c的传感器柱处通过并进入钢垫块22c，再从此处进入传感器10的平坦底部。从图1A，1B和1C所示的振动中能够看到，机械与信号的定向以及机械连接能够通过使用水平、垂直以及有角接触结构中的锥形或者直角形接口实现。

与申请号为6,892,581的美国专利(Robinson‘581)相比，这些安装结构提供了使用大体上平坦的磁性接触平安装面的优势。为取代在单一平表面上磁性柱与安装垫的接触，本发明的实施例在多个表面上提供3点或者更多点的接触，比如在梯形、楔形物、鲁尔接口端或者其它类型的锁定锥形物的锥形表面上。一个优选的实施例包括如图1B所示的简单梯形垫块22b。连同稳固的机械对准一起固定角配准可得到插销和键槽或者其它几何结构的帮助，其中一零件上的突起构件和与其对准并相对的零件上的凹槽相对齐。在一些实施中，可视标志，比如标记，也能帮助操作者在匹配的表面之间正确对齐。

在优选的实施例中，测量设置指令在测量开始前的某个时刻被传输到数字传感器10。新的测量设置指令在每次新测量之前就被传输至数字传感器10。监测机器或者过程的动态特性的测量通常为连续的模拟测量区间的数字波形表示。作为在每次新测量之前将新的测量设置信息传输给数字传感器10的替代，路径文件或者其它可编程文件的一部分可被送至数字传感器10以提供覆盖多个测量的测量设置指令，比如测量设置的顺序、路径、批量或者选择列表，其中用户或者程序逻辑器可从多个选择中挑选。如上所述，近场通信，比如Bluetooth^TM或者其它类型的无线协议，优选地用于与数字传感器10的双向通信。

不同的实施例采用了在数字传感器10中执行的模数转换(ADC)步骤，传感器10可能位于远离将分析测量数据的分析器的位置。这个ADC步骤生成通常是数字波形的数字数据，其至少一部分被传输至分析器。数字数据传输使得分析和解译能够在与感应动态特性的模拟表示的地点和时间不同的地方和时间上进行。通过同步传感器时钟和时间戳数字波形文件，本发明不同的实施例使得分析器能够在远端地点从多个传感器10中重建大致上同时发生的数据流。传感器10的优选实施例解决了现有线缆不方便和带来负载的问题，并使得传感器和分析并解译来自传感器的动态信号信息的分析器之间的新的空间上暂时的分离成为可能。

信号分析器可包括便携式数据收集器、便携式分析器、控制系统、在线分析器、移动通信设备、远程服务器、远程托管的虚拟分析器、基于网络的服务器、基于网络的网站或者一个或者多个其中处理器被编程为通过对数字传感器10多生成的传感器信号信息进行解析以分析和帮助操作者的其它装置。

在本文描述的不同实施例中，通信接口18可被配置为接收并传输控制系统通信协议。举例来说，可使用无线HART^TM协议。在某些实施例中，可使用HART^TM4-20mA有线连接。这种有线方式提供了电源，通常高达4mA/24V，并潜在地能够达到12mA/24V。于此所描述的数字传感器10通过控制系统，比如DeltaV^TM或者Ovation^TM，可接收并传送数据。

根据本发明的实施例可采用许多不同类型的状态传感元件。在不限制这些实施例的情况下，本文使用设置在X、Y和Z正交轴线方向上的压电加速计传感元件作为例子对此进行描述。某些实施例规定了手提式状态监测和数据收集，比如使用周期性连接到机器上以收集表明机器状态的机械状态信息的手持式数字传感器。

如前所述，数字传感器10可在不使用线缆连接传感器10和主分析器的情况下使用。在某些实施例中，将来自传感器10的数字信息远距离运输至远程存储元件，用于进一步的处理、分析和解析，这通常采用以下技术手段中的一种或多种：

-从传感器10至外部设备的无线数据传输；

-将在其存储器中带有数据的传感器10从现场位置物理运输至数据通过无线媒介传输至外部设备的另一位置；

-将传感器10从现场位置物理运输至另一设备处，其中数据通过至传感器的物理连接被进一步传输至数据接口，比如外部设备上的USB端口。

举例来说，数字传感器10可使用无线通信接口18a传输数据。典型地，数字波形信号被传输至手持式分析器或者非手持式振动分析器。在大多数情况下，此无线传输是无损的数字传输，即使传输率是间歇性的并且并不具有与传感器的信号完全相同的时序。数字传感器10中的存储器32通常用于累积数字数据，用于后续的带延迟或者不带延迟的数据传输。使用无损协议的延迟交付处理可克服延迟问题。举例来说，人们可以携带传感器10和手持式数据收集器从一测量位置移动至另一测量位置，在手持式数据收集器中累积测量信息，比如测量波形。可选地，人们可以携带传感器10从一测量位置移动到另一测量位置，同时将测量信息，通常是测量波形，无线传输至数据收集器的存储器或者至未被携带的另一外部设备中，由此至与带有存储器的计算机相连的无线网关中。

本发明一个优选的实施例使用数字传感器10和手持式数据收集器之间的连接或链接或配对过程。举例来说，通过使用Bluetooth^TM，传感器可与手持式机械分析器配对，比如与被修改为通过Bluetooth^TM通信线路接受数字数据的CSI模块2140配对。一旦配对成功，分析器和传感器10则保留建立的用于有效地传输和分析测量的通信线路。

当前标准的通信协议，比如Bluetooth^TM，可以是窄带的并且不像采用硬连接数字或模拟技术那么严格地受到时序的约束。此外，因使用跨信道和相位信息的精确机械振动分析的需要，在多个传感器中实现同步也是个挑战。这些当前数字通信的限制被期望能在未来的技术发展中得到改变。举例来说，Bluetooth^TM当前在音域频率传输中得到高度的发展。因音频的限制，必须在存储器中缓冲应力波以及过采样的数据以及其它超声波频率范围的数据，由此实现在大于实时的时间间隔上的数据传输。然而，接近实时的无线传输率可通过在实际数据收集中间使用延迟时间实现，比如在将传感器10从一个位置移动至另一位置时，或在获取下一数据之前的设置时间期间。在无线传输率与传感器实际上进行测量的实时数据率相比相对较低的情况下，传输多个表明可接受传感器的移动的状态标识，并报告和分析数据值，比如全局振动值，报告“好数据”或“坏数据”或“再测试”标识，报告数据块错误校验或者错误修正，比如校验和，报告文件信息，比如文件大小，并且给出进行不同测量的建议，是有益的。对某些确实有效地胜过传统蓝牙协议的，并考虑到高频率、并行测量和同步时序的非标准无线通信协议或者其它电磁频率范围的信号通信协议的期望是合乎情理的。

作为另一个例子，数字传感器10可产生多个测量波形，例如，并未被完全分析或解译的测量集，并将这些波形存储在传感器的存储器32中。许多数字测量集可在存储器32中累积。在此例子中，操作者可携带数字传感器从一个测量位置移动到另一测量位置，在存储器32累积多个测量集。可选的，如果测量集被存储在存储32中，传感器则可在一个位置停留一段延长的时间，以积攒多个周期性的测量集或者长波形，比如来自那个位置的瞬态数据聚集波形。此测量期间的时间跨度可基于电力和存储容量确定。

此优选实施例的数字传感器10通常刚好在测量点上的数据收集活动之前被配置或重新配置。传感器配置或重配置可在现场通过优选的通信途径执行，比如通过近场通信(NFC)、IrDA通信、接近检测器、用户输入设备14、定时协议或者其它输入技术，以选择并开始程序化的测量序列。

基于路径的数据收集在现有技术中是已知的，因此协议，比如路径文件格式，用于从主计算机传输与数据库和测量设置和附加信息相关的信息至与模拟传感器通过线缆相连的手持式数据收集器中。然后，现场中收集的数据被添加到路径文件格式中，在现场中升级，并被传送回主计算机。

与现有技术中的模拟传感器相反，数字传感器10可用于与便携式分析器无线通信，而所述便携式分析器则与运行有能够按路线发送文件的机械分析程序的计算机通信。在优选的实施例中，路径文件提供了引导操作者在预设的路径上(或者勘察、循环或顺序)通过数字传感器10收集状态监测数据的提示。举例来说，操作者可从第一机器出发至第二机器再至第三机器。在每一机器处操作者使用数字传感器10从每一机器上的多个测量位置收集测量序列。每一测量位置的配置可在协议中规定，比如路径文件格式，这样可通过使用对应每台机器上的每一个测量位置的正确的测量设置来收集每个测量值。在每个测量点处，近场通信或者其它手段可用于选择或者改变首选测量设置。测量数据被收集，并被临时存储在传感器的存储器中，再被无线传输至便携式分析器，并被存储在反转器的存储器中。在此例中，以无损的形式并在与收集时间大概相同的时间上将数据从数字传感器无线传送至便携式分析器。

在前面的例子中，数字传感器10的存储器临时保存数据，直至至手持或者其它设备的无损文件传输得以执行。可选地，长时间持续记忆体，比如闪存或者其它类型的持续记忆体。用于保存数据，直至数据通过无线或者物理连接连接传输至手持设备、其它本地设备或者远程设备，其上测量数据得到进一步处理、分析和解译。

在某些实施例中，数字传感器10被配置为直接或者间接地从主计算机接收路径文件，比如计算机运行的机械分析软件，带有或者不带有手持设备，而所述手持设备具有显示器以帮助在整个数据收集过程中引导操作者。

存在着数种操作者在基于路径的数据收集过程中能够用到的数据收集类型或者模式。这三种类型包括路径上数据、路径外数据和瞬时数据。路径上数据从路径中或者在地点列表上的测量点上收集。路径外数据，又被称为“工作”数据，从预设的位置或者预设路径的测量设置之外的位置收集。瞬时数据为路径外数据或工作数据的一种特别类型，其通常在跨越变化着的状态的相对较长的间隔上收集，比如跨越机器启动、关闭、负荷变化、速度变化或者工艺条件变化。所有这些路径数据的模式可通过使用被传送至传感器10的配置设定以及数字传感器10实现，其中这些配置设定通常来自数据收集器。

启动和滑行试验是数字传感器测量进行期间常见瞬态全速工作的例子。在过渡工况中改变速度和负荷和热生长条件经常会导致大数字传感器输出摆幅，甚至在正常的良性机器工作期间也是如此。对在瞬态事件发生期间从数字传感器收集的数字数据信息进行的人类解译和可编程逻辑器解译均可带有对关于瞬态工作状态的警觉和解释，比如意识到速度、负荷和温度的改变。因此，对于数字传感器10而言，记录时间戳、触发计数或者其它时间注册信息使得数据在分析器中得到按时间顺序的和空间的叠加编译是非常重要的。这规定了机器状态信息和数字传感器信息的合作，而无论数据是由人类逻辑或者可编程逻辑器所解译。

数据收集器或者其它手持式分析器通常具有操作者在现场中能够轻易观看的强健显示器。这样的一种分析器通常还具有在基于路径的数据收集期间允许操作者提供针对提示的输入和回复的多功能人机界面。这些界面特点要远远贵于与数字传感器10相关的显示设备16。因此，系统设计人员通常希望特定的用户输入，比如注释、路径外工作设定以及测量点配置或者重配置，能够通过使用手持分析器的界面完成，而不是使用数字传感器的显示器16。

某些时候路径文件与手持式数据收集器或者其它移动设备一起使用。在这种情况下，移动设备通常包括昂贵的显示器以及其它可用于在涉及路径次序时引导或者指示操作者的用户界面。所述设备可用于通过数字传感器10的近场通信帮助操作者设置传感器。这可通过显示或者利用其他方式确认与路径、列表或者其它测量点标识相关的测量来帮助操作者。这也可用于从数字传感器通过无线或者总线中枢传输来接收至少一部分处理测量信息。

在一些实施例中，路径文件信息直接或者间接地传输至数字传感器，无需具有昂贵的显示器的手持或者其它类型的移动设备。在这些实施例中，数字传感器10配有位置确定电路34(图2)，其实施RFID标签或者条形码、GPS定位、三角法或者其它位置感知技术的近场通信。举例来说，操作者可使用打印的位置列表引导手提式的数据收集过程并在不同测量点上使用RFID以识别路径文件中的测量位置。测量位置识别使得带有路径文件的可编程数字传感器自确定正确的数据收集配置设定车改为可能。

举例来说，操作者可使用位置识别技术在车间内的特定空间位置上，或者在机器的测量位置点上，识别特定的机器。使用RFID标签(或者其它位置标识)识别机器，传感器中的可编程逻辑器可预知第一测量将会在第一测量点上进行，第二测量在第二测量点上进行，等等。路径上的每一测量点的测量设置信息可包括过采样的数字采样率，F_MAX，分辨率的线数，采样间隔(比如，连续测量值收集之间的时间)，优选的模拟处理技术、优选的数字处理过滤方法，抽取方法的优选数字处理形式，等等。

如前所述，数字传感器10的一些实施例包括位置确定电路34(图2)，其可含有能够在从非常接近(少于1cm)到相对较远(数米)的一定距离内读取识别和其它信息的RFID读取器电路。RFID是一种传统的带有在身份沟通程序的任一侧进行电磁感应能量收集的方法。定制方法的一个示例为执行使用Bluetooth^TM或者Wi-Fi无线协议或者其它无线协议的射频识别的功能等同物，其不依赖于如使用RFID标签时常用的感应电能传输。

使用RFID通信具有数个优势：(1)读/写存储器的可用性；(2)在通信的一侧获得电力供应；(3)无线通信；(4)可远距离机器解译数据和其它信息，即使存在染料、油脂。泥浆或者其它杂物；(5)典型地，通过铁氧体或者溜出间隙将RFID标签直接设置在金属表面；(6)无需接触需监测的资产或者RFID标签；(7)无需移除上盖或者连接器；以及(8)不需要复杂或者昂贵的底层架构来支撑多个设备之间或者RFID标签和设备之间的通信。

在一些实施例中，近场通信用于从一个动态数字传感器10中将数据或者其它信息传送到另一个动态数字传感器10，或者从一个的不同设备中传输至动态数字传感器10。传输的数据可包括速度信息，其稍后会被动态数字传感器10的可编程逻辑器所解译以进一步确定或者选择采样率，F_MAX，线数，等等。传输的数据还可用于触发数据收集或者动态数据收集的其它方面的开始或者结束，用于远程分析数据收集过程。

传统或者定制的RFID方法可支持集中化和分散化的数据以及其它信息的通信。位置识别、区域识别、机器识别、测量点识别以及样本记录识别可与在现场中收集的数据相关，所以这些数据可在集中化的数据库中与已经位于数据库中的各自的分层或者关系型数据相关联。分散式数据可储存于所述位置、区域、机器、测量点或者使用数据存储结构的样本记录中，比如存储器中，以使得操作者能够在现场中机器读取设备来收集机器可读信息并进一步在现场中使用和解译所述信息。用于存储分布在现场的分布式机器可读数据的两个结构示例包括存储设备，比如读/写RFID标签，以及打印有一维和/或二维条形码的纸标签。

数字传感器10的优选的实施例可被配置为在原位上保留一段延长的时间，以收集数倍于单一测量点上收集的数据。在这种情况下，路径文件格式或者其它协议可在主计算机运行的机器分析软件中被配置，这样就可以在初始数据收集被触发后，每天一次在24小时的时间间隔上收集测量数据。此后，当操作者将传感器10放置在测量点上并触发传感器10开始数据收集时，它会，举例来说，每天一次收集X、Y、Z和PeakVue^TM数据直至它被给予不同的指令。操作者可周期性地从留在原地的数字传感器上收集数据，或者置换数字传感器以将数据从传感器的存储器中下载到至主计算机或服务器的存储器中。所述计算机或者服务器可以是当地的或者是位于远端的位置，比如位于远程分析服务地点。

在一些实施例中，数字传感器10被编程为用于有限次连续测量，比如100次测量，并在测量点上保留一定的时间，比如90天。在这些实施例中，数字传感器10实现“位移指示器”的功能，其中在机器运行时，数字传感器10在预定的间隔上积累测量集，并跨越相对较长的时间段。不时通过总线中枢或者无线设备下载数字传感器10收集的数据。举例来说，数字传感器10可附加到一活动的机器上，所述机器离开服务区域，执行工作并返回服务区域或者在一个非常晚的时候移动到另一服务地点。在此实施例中，传感器10可被移除或者留在原地来下载表明了在机器离开时到底发生了什么的测量历史数据。此历史可以是正确操作或者不正确操作或者滥用机器系统的记录。如这样的记录可用于支持或者反驳保修索赔，解释损坏产生的原因，或者证明机器能够在一定压力或者曝光下维持运作。通过此种方式累积带时间戳的数字数据，所述数据能够轻易地与其它在同一时间间隔上收集的信息相关联，用于完成分析、解译和解释。

数字传感器10的可选实施例在图3A、3B和3C中如块T、T2和T3分别所示。附加到这三个块的每一上的是代表与机器或者过程感应接触的块SC。块ED代表外部设备的结构。在传感器块T、T2和T3以及外部设备块ED中的块代表的是功能部件。T1UI、T2UI、T3UI和EDUI代表各自的人机界面部件。T1EI、T2EI、T3EI和EDEI代表各自的电子接口部件。T1MEM、T2MEM、T3MEM和EDMEM代表各自的存储器部件。T1P、T2P、T3P和EDP代表各自的电源部件。T1PROG、T2PROG、T3PROG和EDPROG代表各自的程序/固件部件。T1CPU、T2CPU、T3CPU和EDCPU代表各自的处理器或者中央处理单元部件。T1DC、T2DC、T3DC和EDDC代表各自的数字电路部件。T1ADC、T2ADC和T3ADC各自的模数转换部件。T1AC、T2AC和T3AC代表各自的模拟预处理电路部件。T1S、T2S和T3S代表各自的传感器和感应部件。T1MNT、T2MNT和T3MNT代表各自的安装或者其它连接部件。T2L和T3L代表各自的链接或者线缆或者其它连接部件。PWR代表电力连接部件。COM代表电子接口通信部件。

尽管传感器10的优选实施例具有单个外壳，在可选的实施例中，比如T2和T3，传感器或者传感器的一部分绳系至容纳一些部件的一部分的第二外壳，这些部件可以是，比如，无线设备、天线、电源或者中央处理单元。图3B和3C描绘了具有与生成机器或者过程的感应接触SC的安装结构T2MNT和T3MNT的绳系传感器T2S和T3S。尽管只有一个传感器在每一幅图中得到显示，然而采用多个绳系传感器作为图3A中的传感器T1S的替代、添加和补充也是可能的。

人类解译的视觉、听觉或者触觉感知设备，比如T1UI或T2UI或T3UI，可与外壳相关联或者被设计成为外壳，以帮助操作者进行数据收集或者允许操作者在传感器安装到机器上时能够容易地区分多个传感器和它们的情况。举例来说，可采用红色、绿色、蓝色、黄色和黑色的传感器外壳。在一些实施例中，可采用几何图案或者其它可识别的结构。这些东西在机器上的第一、第二和第三落点帮助操作者，比如电机驱动的泵，其中存在着的多个用于放置传感器的位置，比如电机外侧、电机内侧、泵内侧以及泵外侧的位置点。这些视觉设备还在通过机器定向或者安装垫的传感器对齐或者其它定向操作上给予帮助。相关的感知设备，比如耳机、皮带夹或者手持或者固定的设备，可通过使用近场通信(NFC)、IrDA、无线电信号、电容、磁通量或者其它传输类型来传输无线信号进而物理上将感知设备从传感器外壳上分隔开。

传感器T1S、T2S或T3S可为测定快速改变的机器或者过程的特性的动态传感器。快速改变的特性的例子包括机械振动、电机电流信号以及事件信号。动态特性的例子包括加速度振动、速度振动、位移振动、声频发射、超声波发射、超声波振动、应力波、音速振动、电气电流以及电气电压。非动态特性的例子包括以相对较低速度改变的温度或者RMS电压。

定位一个或者多个动态传感器T1S、T2S和T3S以生成与机器或者机器部件之间的感应接触。示例性的动态传感器为单轴加速度传感器，比如利用压电材料制成的加速度计。这样的传感器优选地被设计为监测有用的频率范围和振幅范围以确定特定的特性，比如所需的机器振动或者应力波特性。使用超过一个动态传感器的例子为3个互相正交(比如三轴的)的加速度传感器。加速度计的三轴阵列可包括3个压电式传感器或者可能的MEMS加速度计阵列。动态传感器的其它例子包括电流钳以及其它电流或者电压信号分析传感器、速度传感器、涡流探针以及其它类型的位移传感器、声频发射传感器以及其它类型的超声波传感器、麦克风或者其它类型的音速传感器、测压元件、应变计、压力传感器以及用于描绘电气或者机械或者机电设备的动态特性的其它传感器。动态传感器的优选实施例用于状态监测和测定，比如正常和不正常的运转，或者如与失衡、未对准、部件受冲击、松动、软支撑、润滑不足、轴弯曲、部件滑动以及摩擦界面相关的故障。传感器T1S、T2S或者T3S可由机械接口T1MNT、T2MNT或T2MNT装入或者通过其它方式固定到外壳上，以实现所需的感应接触，比如进而接收并作为应答而测量所需的高频或者低频振动。

在ADC之前采用模拟信号预处理电路T1AC、T2AC、T3AC在动态模拟传感器信号被转化为数字信号之前对所述信号进行预处理。在优选的实施例中采用多个ADC前模拟信号处理程序，比如振动分析处理、PeakVue^TM振动分析预处理以及在于2014年4月16号提交的申请号为14/252,943的美国专利里描述的选择性抽取方法的预处理，所述专利的全部内容通过引用并入本文。由一个程序或者另一个，或者首先由一个程序然后再由另一个执行ADC前预处理根据其预期用途而选择。

ADC部件T1ADC、T2ADC、T3ADC可在默认或者指定的固定频率采样率FSampling-Rate上运行，并优选地采用高阶S-D，SAR或者另一噪音整形技术。

在优选的实施例中，ADC组件在固定的频率上进行过采样，其中在固定的频率采样率上对测量信号进行预处理、模数处理以及ADC后处理。这些数据在传感器存储器中使用先进先出(FIFO)、后进先出(LIFO)、采样与保持或者其它合适的技术进行缓冲，以收集并传输一组完整的带时间戳的采样率频率数字2014年4月23日19:55:55，用于在手持式分析器或者其它分析器中的处理。在某些实施例中，在传感器10安装在机器上的适当位置时，使用蓝牙、Wi-Fi或者其它无线通信协议以包的形式缓冲并传输采样率频率数据。在另一实施例中，晚些时候通过至分析器的有线或者无线连接采样率频率数据存储并传输全部的采样率频率数据以用于后续的处理和分析。为减少传输的文件大小，一些实施例包括抽取处理器29以任意地或者有选择地抽取数据，包括在申请号为14/252,943的美国专利中描述的过采样分析。

数字处理电路T1CPU、T2CPU、T3CPU执行来自ADC的信号的实时后处理。在优选的实施例中采用了多个处理程序，比如振动分析的数字处理、PeakVue^TM振动分析的数字处理以及抽取或者选择性抽取技术的数字处理。通过一个或者另一程序，或者首先通过一个然后再通过另一个程序，执行ADC后处理可根据预期用途的需要而选择。下方的表1比较了如加速度计的模拟传感器(行A)和如本文所描述的数字传感器(行B)和数字分析器(行C)。需要留意的是，在ADC所生成的数字数据流上执行后处理和抽取步骤可在数字传感器10中或者在单独的数字分析器中执行。此“TBD”选项是有意并可选的。

表1.解释模拟传感器信号信息的处理

优选的完成振动信号信息的模拟预处理(T1AC,、T2AC、T3AC)、模数转换(T1ADC、T2ADC、T3ADC)以及后处理(T1DC、T1CPU、T2DC、T2CPU、T3DC、T3CPU)的电路装置在公开号为2012/0041695A1的名为“整合的振动测量与分析系统”(INTEGRATEDVIBRATION MEASUREMENT AND ANALYSIS SYSTEM)(在下文中简称为Baldwin)的美国专利中得到公开，所述专利通过引用于此全文并入。模拟预处理或者数字ADC后处理可提供振动信号的数学翻译，比如通过一个或者多个不同的程序或者综合程序取得需要的位移、速率或者加速信号。

在一些实施例中，数字传感器10可作为具有一个或者多个并行存储记录的数字记录器工作，所述并行存储可以是闪存。包含在一个或者多个存储记录里的数据可被送到CPU处理器或DSP处理器中用于进一步的分析。在一个优选的实施例中，进一步的处理在现场可编程门阵列(FPGA)的并行的通道中执行，比如在在图4所示的FPGA98中执行，模拟信号在ADC92a、92b、92c、92d、92e、92f、92g和/或92i之前引入。特别是，在采用3轴加速度计(X、Y和Z轴)，并需要测量的所有3个轴的抽取的振动速率数据，并需要Z轴的PeakVue^TM信号或者其它选择性抽取信号的情况下，数据抽取器118在此实施例中得到应用。

在优选的实施例中，存储器T1MEM、T2MEM、T3MEM存储可编程逻辑器、路径文件信息、数字数据以及其它信息。此存储器并非必须要处在一个设备中，而是可以分散到与数字传感器10相关联的多个部件或者多个电路中。所述存储器可存储来自不同测量点的大量数据，或者可用于短时间内缓冲数据直至所述数据在每次测量置后下载至其它具有另一存储空间的另一设备。作为最低限度，存储器用于在设定的采样率上积累数据，稍微有点独立于较低并可能间歇的传输率。这适应了手提式批量USB数据传输或者近似实时无线Bluetooth^TM数据传输。存储器T1MEM、T2MEM、T3MEM克服了Bluetooth^TM标准技术规格的一些技术缺陷，尤其克服了那些与交付无损数据、时序限制的考虑、传输的连续性、传输率、数据包、扩展频谱操作、通信中断、排队、错误校验和校正以及其它导致通信速度和时序产生变化的项目相关的问题。

通信接口T1EI、T2EI、T3EI可实施为蓝牙、Wi-Fi、IrDA或者其它无线通信协议，以将数据传送到不同的主平台，包括手持设备。一些实施例还包括物理电气接口，比如USB端口，以提供数据通信和/或电力。

中央处理单元T1CPU、T2CPU、T3CPU使得设计系统的灵活性和提供操作者可选的选择变得容易。可编程逻辑器固件T1PROG、T2PROG、T3PROG在存储器中被编程为控制中央处理单元T1CPU、T2CPU、T3CPU解释来自用户输入T1UI、T2UI、T3UI的指令，用户输入T1UI、T2UI、T3UI将用户的输入转化为指令，比如“开”、“关”、“开始测试”、“重置”、“上电”和“断电”。所述固件能够用于在正常和PeakVue^TMLite ADC前和ADC后处理之间做出选择。所述固件可规定自动化或者选择性控制一个或者多个以下项目：缓冲存储器操作、无线电传输操作、无线电接收操作、消息协议或者解释操作、消息回复操作、电源管理操作、校准或者再校准操作、验证操作、自检操作以及电池测试操作。优选实施例的固件固设在单次可编程设备中，尽管可重复编程存储器或者其它可重复编程集成电路设计在可选的实施例中也可得到应用。

电源T1P、T2P、T3P优选地位于传感器外壳内并为传感器的其它部件提供电力。在一些实施例中，电源为可拆除的电池。一些实施例则采用了可充电的电源，比如可充电池电容。电池或者电容的大小、容量、循环寿命以及存储寿命根据预期的用途而选择以满足需要。在可选的实施例中，电源包括能量采集电源，以至少满足电力需求的一部分，其中可用的机械或者热能或者光子或者其它电磁能量被收集并被转化为电能。还从外部电源中至少周期地供给数字传感器10电能，比如从AC电力线、DC电力线、回路电源或者能量采集器中。电源布置和选择可由对小质量、高刚性、不会松动以及可接受衰减的需求所驱动。一些实施例包括了外部电源，比如位于另一外壳中的电源。

一些实施例包括自动化安装检测能力，比如可解释信号的可编程逻辑器，其中所述信号表明传感器10已经稳固地附加到机器上并已做好获取数据的准备。这些实施例含有感应技术，比如电容、可导、振动、磁性、热量或者其它感应技术，以检测与机器部件之间的接触或者人类手臂的释放以适应自动化检测并应用可编程逻辑器以触发逻辑行为。

一些实施例包括物理安装接口T1MNT、T2MNT、T3MNT，以实现免持操作。举例来说，专利号为6,598,479和6,892,581的美国专利均描述了集成的磁性结构，其可连同或不连同安装垫使用以发送可接受的数据频率范围，此结构带有极好的易用性，以上专利均通过引用全文并入本文。这样的安装设计结构考虑到了易用性、布置的可重复性、信号传输以及需要的传感器结构。以上所述的专利解决了多轴传感器结构的问题。

一些实施例含有传感器落点检测能力。当提供如图1A、1B和1C所示的磁性传感器安装结构时，落点检测功能可采用磁通量感应技术，比如使用与DSP单元30(图2)相连的霍尔效应感应设备53，其固件检测磁通量的变化，比如在传感器10与铁磁体机器部件耦合或者与图1A、1B和1C所示的铁磁体安装垫22a、22b、22c耦合时，通过封闭开放式磁通线为出现的变化。

数字传感器10的优选实施例提供了标准化和校验后的输出。使数字传感器成为可互换的是合适的，这样在类似的测量条件下一个传感器可提供类似的输出至另一个传感器。举例来说，对于模拟传感器而言这是常见的做法，比如对于具有标称输出(比如100mV/g的分辨率)的加速度计，并且对于供货商而言连同存储器一起提供校准曲线使得用户能够做出调整以补偿传感器在标称值和实际值之间的差异也是常见的。校准证书可报告实际的传感器已经得到测试进而可给出大致上线性的响应，比如87mV/g。此信息可用于减少传感器至传感器再现性上的差异。数字传感器10的优选实施例具有电子元件的容差，使得传感器电路的数字处理部分在可接受的容差内是可重复和可再现的。数字传感器通常给出每加速度g上的数字振幅值或者此类相关的测量值，而不是mV/g。此外，根据某些实施例，模拟压电传感器测量被测试并通过使用模拟或数字调整而得到补偿，以微调数字传感器的输出，使得传感器出厂后均可具有位于偏离数据表指定的标称输出的期望偏差范围内的指定输出。这使得对数字传感器输出的进一步补偿不再是必须的，这对传统模拟传感器而言也是常见的做法。

使用数字传感器10的优选实施例的操作者可将一个传感器按顺序放置在数个不同的机器位置上。可选地，操作者可将多个传感器以及可能的转速计放置在一台机器上，进行交叉、同时或者周期性的数据收集。图5描绘了机器38的示意图，机器38具有位于如电机的驱动部件的外置轴承位置上的测量位置A，位于驱动部件附件的内置轴承位置上的测量位置B，具有位于如泵的被驱动部件附件的内置轴承位置上的测量位置C，位于被驱动部件附件的外侧位置上的测量位置D，以及转速计T安装在可监测到速度，比如转轴速度的位置。操作者可按顺序将数字传感器10放置在位置A-B-C-D，在每一位置上收集数据，或者操作者可将多个传感器10放置多个位置。

在一些实施例中，数字传感器10可被图5所示的转速计T所替代，并提供其功能。对于一些实施例，数字传感器10可提供作为加速度计、倾角计、编码器、转速计、振动加速度测量传感器或者以上的结合的功能。在这些实施例中，在数字传感器10固定至转子或者转轴并在所述转子和转轴转动时，数字传感器10收集数据。举例来说，数字传感器10带磁性地安装在或者通过其它方式固定到管磨机、无介质磨机、半无介质磨机或者其它类型的滚磨机或者研磨机上的转子壳体的外表面上。这样的传感器连接在美国专利6,874,364中得到了介绍，所述专利通过引用全文并入本文。此外，来自加速度计的信号可被传感器10所解释以指明准确的角度方向，如美国专利6,873,931所述，所述专利通过引用全文并入本文。这些实施例的转速计信号信息、速度信息、角度信息、加速度信息或者编码器信息可带有同步时间戳地存储在存储器中。这样的信息可通过无线或者有线的途径传输至其它安装转子或者转轴上的数字传感器10，或者所述信息可无线地通过同步协议传输到另一个位置上的接收器，以按照需要满足应用关于时间同步的要求。

应当理解，绕水平轴线运行的传感器10会自然地在距离顶部位置90°和270°的角度上产生经过0g加速度的+/-1g的加速度信号。此信号会具有通常已知的，或者被期望位于一个窄波段内的运行速度频率，对运行速度位于窄波段内的的期望可用于找出并追踪此实施例的角编码器信号。角位置的导数能够提供角速率，而二次导数则能够取得角加速度。数字传感器10作为角编码器的的应用在追踪往复式发动机或压缩机的转动轴加速和减速的改变上是特别有用的，在所述发动机或者压缩机内在每次轴旋转的期间阀门的打开和关闭都会对扭力加速度产生数次影响。此类旋转传感器的电力可通过内部或外部能量采集得到供应或者补充，比如通过Southampton,UK的Perpetuum Ltd.生产的VEH振动能量采集设备。在某些例子中，从检测与轴上或者转子上安装的用于编码转速计信号、角位置、角速度、角加速度或者其它振动信息的数字传感器相关的参照物的旋转坐标系中的重力加速度改变的相同设备中获得电能也是可行的。

图8描绘了扩展坞40，其包括总线中枢42以及操作模块44。在一个优选的实施例中，总线中枢42为USB集线器。在可选的实施例中，总线中枢42为火线集线器或者其它为多个传感器提供通信接口并为驱动传感器和为它们的电池充电提供电力的通信集线器。传感器(由“A”、“B”、“C”and“D”所表示)以及转速计T均插入USB集线器42中，USB集线器42则与操作模块44电气并可通信地连接。操作模块44包括同步时钟46，用于对传感器收集的数据进行时间同步，如下所述。同步时钟46可与其它时钟或者脉冲-间隔-脉冲信号同步，比如与GPS信号、来自NIST标准时钟的时序信号或者其它准确的时钟信号同步。操作模块44包括电源48，为连接的传感器的电池提供充电电压。操作模块44还包括处理器50，控制来自传感器存储器的测量数据的下载并控制送至传感器的测量设置参数的上传。如图7所示，一些实施例的扩展坞与通信网络56相连，比如与互联网相连，通过通信网络56扩展坞与数据库设置向导处理器54相连。

尽管图5和与6描绘了4个磁性安装的传感器的使用，本发明的实施例还可采用少于或者多余4个的传感器。在采用多个传感器的情况下，多个同时生成的波形之间的同步可通过对并行的波形进行条带化或者时间戳处理而完成。这些波形可保留在波形文件中，而所述波形文件则被传输用于进一步的处理。

在一个示例性的实施例中，操作模块安装在机器38的适当位置上(A、B、C、D)，按下每一传感器的开关，数据则被收集和存储在每一传感器的存储器内。如果数据记录超出可用的存储融来给你，则先进先出(FIFO)或者其它逻辑手段可用于管理存储限制。在传感器收集收据后，操作者收集传感器并将它们接入总线中枢40的充电/通信端口，其中数据被操作模块42所解压、同步和分析。

操作模块42和总线中枢40规定了微妙范围内的多个传感器和转速计的同步。一旦同步成功，每一传感器或者转速计仍然保持自己的时钟，因此同步数据收集可通过时间戳、计步或者其它时序追踪方式实现。在一些实施例中，数据由独立的传感器和转速计所收集，然后对内部时钟进行同步，以此同步已经完成的、正在进行的以及将会发生的并行数据收集，而不是在数据收集之前对时序进行同步。通过这种方式，任何数量的同步和同时的并行测量在在多个存储设备中实现。

在一些实施例中，传感器基于与USB集线器40的连接得到同步脉冲或者同步时间。这使得能够调整每一传感器并赋予它们时间戳，或者将时间间隔与每一传感器生成的数据流或者波形记录相关联或者发表。稍后，当多个数据流或者波形在数据库或者分析器中集合时，数据流或者波形可在可预测的错误公差内按时间顺序对齐，不管是否有在数据传输期间或者之后可能出现的延迟或者时间差。在另一个实施例中，触发脉冲、同步信号或者从一个传感器到另一传感器或从USB集线器40或其它主设备到传感器的信号经过可用于基于存储和带宽限制同步数据。

一些实施例提供了数据收集或者数据保持的开始和停止的无线触发。使用无线通信协议，比如蓝牙或者Wi-Fi，来自其它传感器、手持设备分析器或者在线设备的无线通信可用于触发，通常瞬间地或在大约与所需时间相同的时间上所有的传感器和转速计的所有通道的，数据收集的开始或者停止或者控制存储缓冲。一般地，这需要所有传感器和转速计在开始数据收集的触发完成之前与机器感应接触。然而，存在着数种情况，其中触发，比如同步步骤，可被偏置为早于或者晚于数据收集开始或者停止，提供的媒介，比如一个或者多个存储缓冲器，在至少一个有用的测量间隔上累积数据。对于振动分析，有用的间隔通常基于有用的最大频率F_MAX以及一定数量的平均值与重叠率。

在所有传感器和转速计的准确的时钟同步已经完成的实施例中，由操作者按下的物理按键可初始化收据收集，大概在一个测量设定时间之后。在另外的实施例中，每一传感器可通过感知材料、振动状态或者其它可被传感器所感知的特性检测其安装位置。当传感器和转速计被触发以开始不同时间间隔上的数据收集时，它们通常会继续收集数据并将收集的数据发送到缓冲存储器中，持续至少一个预设的时间间隔或者至操作者触发传感器或转速计终止收集数据。

一些实施例包括初始化程序，为初始化手持数据收集程序中使用传感器10的数据收集过程做出准备。当使用不带有手持式数据收集器的数字传感器10时，此程序尤为重要。所述初始化程序可包括以下步骤中的一个或者多个：

a.基于优先权、严重程度、危急程度、可靠性或者其它选择逻辑识别一组或者一系列待使用数字传感器监测的机器。

b.在安装有设备的现场中携带照相机和夹纸记录板或者记事本和关于机器的注意事项走动。

i.对铭牌信息进行拍照和/或记录铭牌的信息，这包括转速星系、设备信息以及操作信息。

ii.对测量数据有可能被收集的位置进行拍照或者了解诶所述位置，以及了解机器部件，比如轴承箱、联轴器、皮带和变速箱，以及其它动力分配装置、驱动器和被驱动部件。

iii.如果需要的话在每一个测量位置准备一个表面。例如，建议清洁或者打磨一个位置，比如，轴承箱上测量垫块可物理连接的水平测量点位置。

iv.对每一垫块进行拍照，拍下足够的垫块周围区域，这样新的操作者就能够通过使用这些相片的至少一部分而容易地区分每一测量点位置。

v.在检查和巡视的过程中，附上或者记下操作者可能会用到的位置识别标记。所述位置识别标记可为RFID标签、条形码或者其它可辨识的标记，这些标记能够被操作者发现，并被操作者或传感器中的近场通信所解释，或者均可被两者解释。这些位置识别标记可位于测量点位置、部件、机器或者一组机器的附近或之上又或者通过其他方式与其相关联。

vi.建议一数据收集路线设置的逻辑序列并将此逻辑序列输入至计算机、门户网站或者其它设备，其中路径文件或者其它配置文件提供了数据收集程序和正确地配置供操作者在使用数字传感器的手持数据收集程序中使用的数字传感器设置信息的结构。

vii.记录安全信息和其它有帮助的信息，供操作者安全地、有效果地和高效率地执行一个基于路径的数据收集程序。

viii.按部就班地实施这些事项构成一个程序，比如路径文件，借此使用计算机化的设备确保高可重复性的步骤得到一致的执行，不会漏掉任何步骤，并确保操作者通过使用数字传感器容易地并一致地实行涉及操作者判断和弹性的步骤。

c.在一些实施例中，在执行手持数据收集时，远程分析门户网站与操作者互动。远程分析网站为测量路径规划的类型建议合适的步骤并提示操作者输入走动的结果，输入来自走动的相片、注释以及其它观察结果，并逻辑上构建会引导操作者使用可用的工具完成巡视的程序，这些工具包括手持数据收集器、带有显示器的另一移动电子设备、夹纸记录板或者其它，以引导操作者使用数字传感器完成巡视。

在一些实施例中，“全局读数”可连同数字传感器10一起使用。作为于此使用的术语，除详细的数字波形数据，“全局读数”还包括实时计算出的标量值。在一些实施例中，全局读数在数字传感器10中计算，并在其存储器中存储。全局读数可具有操作者选择的性质。在一个例子中，一个全局读数可以是宽频谱的低频部分的全局RMS。在另一例子中，一个不同的全局读数可以是宽频谱的高频部分的全局RMS。典型地，选择全局读数以反映有意义的测量，比如机器运行或机器非运行状态标识，或者机器常态指示范围或者机器报警指示范围。全局读数以及其它实时计算的标量值读数可通过可辨识的可视信号，比如LED指示，送达操作者，和/或它们可通过无线通信或者通过其它方式，比如连同测量记录或测量集一起传输，送出数字传感器10外部。

在一些实施例中，基线波文件、基线测量集或者基线频谱文件可连同数字传感器10一起使用。这样的基线可记录并存储在数字传感器中，因此传感器或者其它设备可容易地从基线频谱中使用传感器收集的其它数据对数据、全局值或者其它标量值进行比较。举例来说，基线可以是通过数字传感器但前或者历史上收集的多个测量值的平均值。基线看保持在数字传感器中或从其它设备读入传感器中。基线可用于传感器内报警、触发特定的数据收集或者测量配置/重新配置或者数学处理，比如减法、加法、乘法、除法或者其它方式的数据值比较。

在一些实施例中，通告报警状态的处理通过使用直接或者间接来自数字传感器10的输出实现。这样的一种报警状态可基于来自低电池电压、测量提醒、可能的失效测量序列、可能的错误电路运行或者其它警告或者提醒状态的可编程跳脱指示。通告通常通过使用数字传感器中的可编程的逻辑器实现，所述数字传感器触发一些与操作者之间不同形式的通信，比如LED运行的改变、近场通信消息或者声音或者振动，这可来自传感器或者其它以某种方式由数字传感器逻辑器触发的设备。

在一些实施例中，数字传感器10留在原地的实施可使用无线通信从传感器将标量值传输至其它设备。所述其它设备可以是操作者携带的靠近位于静止的机器上的传感器的手持式数据收集器，或者所述其它设备可以是放置于静止位置上的数据收集设备，而移动设备则在此位置附件移动。在这些实施例中，传感器以及其它设备的物理接近触发至少一部分数据从传感器的存储器中传输至其它设备。除了测量信息，从数字传感器的存储器中输出的信息还包括关于可用电池寿命以及传感器的可用存储的信息，因此可对所述传感器进行充电或者将其存储器中的数据转出以防止有用数据或者其它信息的丢失。

在一些实施例中，声音文件可从由数字传感器10创建的波形文件或者波形文件集中产生。声音文件可以是外差的或者如果需要可通过其它途径处理，以将超出范围的频率信息带入人类的听觉范围内。声音文件信息可从波形信息中提取并通过一个或者多个扬声器可听见地播出，比如通过能接收无线信号的耳机拨出，所述无线信号可以是蓝牙信号，因此操作者可互相比较声音信号。在一个优选的实施例中，声音文件首先从数字传感器10无线传输到移动设备，然后声音信息从所述移动设备无线传输至扬声器或者耳机。此过程移除了无损信号内容中的延迟。操作者可在之后倾听找出来自类似测量点的类似信号中的不同。操作者还可倾听模式、影响或者调制，并对对它们进行比较以辨识可感知的相同点和不同点。

在一些实施例中，数字传感器10使用来自数字传感器的波形文件信息驱动闪光灯信号。举例来说，数学处理，比如相关或者自相关，可用于识别波形文件内的频率模式。在一些情况下，时域信息可被转化为频域信息。无论怎样的技术被选择，在数字传感器内识别的特性频率可被传输到闪光灯，并且所述特性频率和/或其谐波可用于驱动所述闪光灯闪烁，以找出机器部件是否与此精确频率相匹配。

一些实施例采用跳过处理(skip processing)数据收集，其中两个或者更多的数据收集间隔由一时间间隔所分开。举例来说，微处理器指令可在时间“A”上从第一点开始的第一间隔期间提示第一数据收集，并在时间“B”上从第二点开始的第二间隔期间提示第二数据收集。跳过处理可包括3个或者更多的间隔，所述间隔可互相重叠或者可由大的时间间隔所隔开。在一些实施例中，跳过处理被实施为节省存储。在一些实施例中，跳过处理用于监测多个机器状态，比如向前移动或者向后移动，压缩或者拉张，基线测量以及服务中测量，第一速度和第二速度，或者第一负荷和第二负荷。跳过处理适用于在无结构供电的情况下后台测量冲击锤产生的振动，并适用于与来自冲击锤的机械冲击相关的带电测量。跳过处理还可用于累积来自对应的采样点的路径的一系列测量值。跳过处理可用于累积与“A”相关的第一组测量值或着分析指令，并适应与“B”相关的第二组测量值或者分析指令，以此类推。

在一些实施例中，通过跳过处理收集的数据从数字传感器10通过无线方式(蓝牙、Wi-Fi、IrDA)或物理连接传输至主分析器。因为数据收集率，比如F_{Sampling-Rate}，通常为非常高的频率，比如～100kHz，而且无线传输率可在相对较低的速率上实现，跳过处理的优势在于无线方式，比如蓝牙、Wi-Fi或者IrDA可在跳过的间隔期间用于从数字传感器的存储器中传输数据至主机。这使得相对较高频率的数据分析可在主机中执行，而不是在数字传感器中执行。有线连接上的数据传输，比如USB、火线或者其它高速数据传输协议，某些时候快于提供的无线数据传输，实施与数字传感器的有线连接也是很方便的。“拇指驱动器传感器”使得通过物理连接传输大量数据的有线实施成为现实，即使无线通信用于指示和触发数据收集过程的一个或者多个方面。

简化的数据收集是一些实施例的重要特征，其中机载的缓冲存储器或者连接到数字传感器10的缓冲存储器用于累积一组完整的F_{Sampling-Rate}数据。对于简化的振动数据收集，过采样的数字数据在一采样率上在触发的间隔或者持续时间上收集。简化的数据收集的触发的持续时间是选择的、输入的或者默认的。选择可从一个列表中做出，比如0.1、0.5、1、2、5、10、20、40、60、180秒。输入值可键入通信设备中，比如分析器或者其它移动设备，并通过无线、有线或者其它通信媒介传输到传感器中。默认持续时间可以是满足具有可接受使用标准的一定范围应用的值，所述可接受使用标准考虑了以人为本的设计、电池寿命、内存等等因素。在复杂性上超过简化的数据收集的下一步骤通常涉及数据压缩步骤，比如抽取步骤或者选择性数据缩减步骤，其可要求采样持续时间的选择、说明或者默认设置，这通常基于关于有用机器的信息。

优选的实施例涉及简化的指令，比如在多个不同机器上在固定持续时间上全采样率数字数据的收集。举例来说，3秒的固定收集时间可被确定对于绝大部分机器而言都是足够的，但也可能有一小部分速度较慢的机器被排除在外。低速机器可涉及在较长时间段上收集数据，比如30秒，并可能使用有区别的或者其它不同数据收集设备或者数据收集设定。此“标准化的”或者“简化的”数据收集方法旨在使得所述过程变得简单和傻瓜式。通过这样的方式，可收集到远远超要需要的数据，这简化了数据收集过程。然而，额外的数据需要更多的资源，用于数据收集、存储和传输至远程的服务器，而且数据在远程服务器必须扽到进一步的处理以提供有用的信息。典型地，在远程服务器上的进一步处理将数据集减少至分析实际上需要的那一部分。

当代的图像分析器，比如红外相机和可见光相机，可被配置用于巡视，并可被编程为解释和分析由数字传感器10的多个不同实施例所收集的数字数据。在一个实施例中，操作模块44(图6)包括图像分析器，比如美国专利7,561,200(Garvey)所述的图像分析器，所述专利通过引用全文并入本文中。

当数字传感器10的优选实施例与远程分析活动联合使用时，在一个位置上收集数据，并在另外一个位置上分析数据。除了传输测量数据文件，路径文件协议以及其它传输文件可用于在远程分析计算机(或者远程分析师)和数据传感器或者其它与数字传感器的操作者相关联的设备之间双向或者单向交流额外的有意义的信息。额外的有意义的信息的例子包括注释、观测、发现、传感器标识、操作者标识、机器标识、测量点标识、测量配置信息以及基线数据。

优选的实施例旨在为操作者提供机器附近的有用应用，比如车间维护技术员使用数字传感器10在预设的路径上收集数据。举例来说，参见表2的序列，其中数字传感器10的优选实施例可用于远程分析服务，以此使得技术人员能够接近机器收集数据。分析数据的分析师可位于远离机器的位置上，分析结果的接收者可能位于另一个位置。表2仅作为例子出现并不应被认为是本发明所执行步骤的全方位的或独占的次序。

表2：使用本发明的远程分析服务

远程分析功能扩展了提供卓越的机械状态监测的机会，尤其是使用能够进行动态数据分析的传感器后，比如振动分析、电机磁通量或者电流分析、应力波分析，以及使用人类视觉和/或使用带有可视和/或热敏成像传感器的图像设备的分析。这些功能在其中有经验的分析师休假或者离职的生产车间到其中不方便设置有经验的分析师的生产车间中都能用到。

如图7所示，一些实施例包括存储和分析使用数字传感器10收集的数据的测量数据库52。数据库设置可通过数据库设置向导处理器54实现，其可通过通信网络56，比如互联网，访问。适用于帮助操作者创建用于存储和分析机械状态测量数据、发现、观测结果、建议和纠正措施的测量数据库的数据库设置向导的一个现有技术中的例子在美国专利6,192,325(“Piety‘325”)中得到描述，所述专利通过引用全文并入本文。一个商业上的例子为AMS套装的数据库向导软件模块：艾默生过程管理的机器健康管理者软件(Machinery Health^TMManager software from Emerson Process Management)。本发明的实施例至少在以下方面区别于这些供参考的现有技术：

-数据收集通常包括标准化大批量数据的收集，晚些时候它在被存储到远程服务器后被格式化以用于分析。

-F_MAX以及分辨率的线数，如果用到，可应用在远程服务器中而不应用于限制数据收集。

-本发明的实施例通常收集标准化的数据包和信息，实际上其时间和数量均大于所需要的。

-在许多例子中，过采样的数据并不会被减少到被分析信息的数量，直到它在远程服务器中得到处理。

-专家系统，比如或DLI’s Expert Alert，通常不会被执行，直到数据被远程分析服务器所接收。

在数据库设置向导处理器54上执行的编程的逻辑活动优选地采用Piety‘325中描述的部件，包括设计室、部件仓库、知识库以及推理引擎，这样操作者则被引导经过标准化的程序创建数据库。

数据库设置向导处理器54的优选实施例包括生成文件以引导操作者通过路径的可编程逻辑器，所述文件被某人在车间现场打印出来或者上传至具有显示器的电子设备，比如PDA、平板电脑或智能电话。此数据库设置向导处理器54优选地在车间现场为操作者生成一组信息以为车间现场的数据收集做出准备。举例来说，数据库设置向导处理器54可提供一个有效地指示操作者在哪里贴上用于安装数字传感器10的碳钢垫块的表格或者文件。安装垫的可选应用，比如钢垫块22a、22b、22c(图1A-1C)，用于在建议的位置上由具有少量或者丰富经验的操作者可重现数据的目的。

本发明优选的实施例是具有高度扩展性的，这样车间和公司则可从较小预算开始并迅速增长。这由标准化、低成本设备以及改进的服务效率所推动，其使用了高可重复并可预测步骤的可编程逻辑器以及使用了检查和解释异常结果的人类分析。需要人类分析的异常通常包括“全红(everything went red)”的情况，这在遇到超出常见情况的应用时经常会出现。举例来说，当标准化的远程分析服务遭遇非常规测量时，在大量测量上警报器经常被触发。这有可能需要操作者注意，操作者必须检查数据以归类出哪些是远程分析程序的错误而那些是机器的错误。举例来说，粉碎机的变速箱可由客户代表所选择。如果这样一种机器与知识库中或推理引擎中的所有记录不同，数据块设置向导处理器54可提示人们建立并帮助人们建立数据库。

一些实施例可涉及为服务用户提供硬件的服务提供者。如果服务的报酬是基于用途、付费或者其它可测量的特征，服务提供者已经借出的硬件设备可随后自动去激活，如果这些费用、付款或者用途得不到满足。举例来说，付费的支持服务，如果在基于付费的支持服务下在90天或者1000个测量内，借出的设备没有在被归还或者安放，没有延展或者续费的情况下设备可自动变得不可用。类似于此的“关闭”特征在工厂可被编程写入设备。可选地，客户会发现网站不提供远程分析服务，因此，实际上，序列化的设备不会再工作，因为主机网站不会与未能付予服务提供者报酬或者因其它原因未能履行义务的客户代表或者操作者接触。

采矿、建造、钻井、石油和天然气领域。数字传感器10的一些实施例对于采矿、建造、钻井、石油和天然气应用特别有用，包括但不局限于，输送带、钻头、矿山自卸车、装载机、铲土机、索斗挖掘机、水力旋流器、无介质磨机、部分无介质磨机、其它滚磨机或研磨机、连续采煤机、轨道车、履带式和轮式车辆、风机、压缩机、电动机、发动机、动力传输系统、变速箱、液压装置、变压器以及断路器。对于这些应用领域，数字传感器10的优势来自以下特征：

整合的磁性安装-磁性安装结构20a-20c以及22a-22c使得稳固、快速和简单的放置和移除变得简单并提供了极好的从目标对象表面至数字传感器10内的传感器的物理信号传输路径。

小、坚固、紧凑、经测试并得到认证的封装-外壳12促进了评级的(比如危险或者其它)并可信赖的服务。

电池驱动或者线路供电驱动-数字传感器10可用于方便和不方便抵达的位置。在某些应用中它们可长时间保留在远处，而在其它应用中它们可在数据被收集和存储在存储器中后立刻被收起。

存储一个或者多个测量的存储器-存储器32使得基于路径的数据收集变得容易，留在原地或者在数据收集后收起，其还使得段距离或长距离上的无线信息传输变得容易。

数字数据-模拟数据被收集、转换成数字信息并存储在存储器中的事实，使得数据可在多个位置间传输并稍后在另一地点以无损的方式重新组装。

无线-因为数字传感器10的优选实施例为无线的，它们可在没有模拟线缆限制的情况下安装和运行。这对于以上所述的应用而言是个极大的优势。举例来说，在选转的滚磨机和研磨机中，数字传感器可安装磨机的壳体上，比如使用安装垫22a-22b，与整合的磁铁20a-20c配合。这样的传感器可通过无线手段，比如通过蓝牙、Wi-Fi或者其它途径，将数据传输到接收器，所述接收器进一步将数字输出信号直接或者间接传输到控制一个或者多个处理方面的控制工作站。在这个例子中，数字传感器10可使用可选择的抽取技术以识别与控制进程和/或控制系统相关的一个或者多个移动材料处理特性。

免持-数字传感器10的优选实施例的免持特征使其对于许多危险的或者其它类似的困难应用中的使用而言是非常有吸引力的。举例来说，传感器可放置在机器上，然后在所述机器移动的同时收集数据，再然后在机器停止移动后移除传感器，这是非常方便和安全的。

开始移动和退回和持续移动-在以上所述的许多应用中，存在着开始移动和退回的情况，比如输送带、铲土机、磨机、卡车、轨道车等等。数字传感器10的实施例对于这些操作者在一个位置而机器向操作者驶来的应用尤其是方便并合适的。可选地，操作者可周期性地去到设备的位置。

车队服务应用(Fleet service application)-数字传感器10的实施例尤其有利于车队服务应用，这是许多以上命名的应用和其它应用的一个方面。基于路径的数据收集技术可高效地用于车队服务应用或者可针对车队服务应用进行修改。车队服务通常暗示着多个类似服务下的类似的应用需要通过在车队里收集的数据进行管理、学习和维护。标准化，可重复性，可配置性，可重配置性，以及从由多个不同操作者执行的相同任务中去除人为错误，使得数字传感器10尤其适用于车队应用。

危险环境中的安全性-数字传感器10的优选实施例通常不需要在数据收集期间带有电缆或者连接或者打开。如果需要连接，比如与USB端口连接，这可在安全的环境中完成，比如在使用爆炸物的区域外完成。数字传感器10的自给的、评级的、多点的数据收集功能使其尤其适用于危险环境。当需要配套工具引导操作者走过数据收集路径并对操作者的进度做出注释时，此工具可为独立的安全性评级设备，比如打印的纸件检查清单和记号笔。

直观-数字传感器10的令其在挖矿、建造、石油钻塔和其它其中操作者的现场经验与内行的非破坏性测试的技术人员的经验不同的地方对操作者特别有帮助的一个特征在于，数字传感器10可有目的地和直观地使用。操作者可简单地将其放置在一个测量点上并等候LED或者外壳上的其它显示装置指示什么时候才需要拆下传感器10并移去下一测量点。可对待数字传感器10进行的测量进行具体地预配置，因此在测试路径上仅需要少量的操作者知识和输入。

选择性抽取-如本文其它地方所述，数字传感器10令其尤其适用于以上所列出的应用的一个特征在于其可选择性抽取过采样的数字数据的能力。抽取处理在于过采样数字信号内找出因果关系事件上是非常有用的，因此一个属性或者标量值可被报告，对因果关系事件的特征进行描述。识别因果关系事件的能力，比如识别冲击、摩擦、误动作、中断、停止或开始，或者许多其它非参数原因中的一个，在以上所提及的应用中是非常有用的。

远程-使用数字传感器10的优选实施例，监测，分析和控制等特征可在远程执行。通过消除模拟信号传输线路，本发明的优选实施例提供了先前不可用的远程监控，远程分析来自传感器和独立来源的数据(比如来自处理信号传送器)，以及远程处理、机器和部件控制的选择。来自数字传感器10的数字数据可非常快地分布在世界上的任何地方。在现有的带线缆监测系统中，一根模拟线缆的中断会摧毁其运行。然而，通过使用传感器10提供的数字数据传输，信号以带有重试和错误校验的包的形式发出，提供了恰当的用于决定和控制的时间框架内的一组全面的通常无损的数据。

出于例证和说明的目的，本文提供了以上对本发明优选实施例的描述。这些描述并不是无遗漏的，其目的并不在于将本发明限制在所公开的具体方式内。根据以上教示，明显的修改或变型是可能的。所述实施例的挑选和说明致力于提供对本发明的原理及其实际应用的最好例证，并因此使得本领域的技术人员能够在不同实施例中使用本发明并具有不同的变型，只要其适合于预期的具体使用。当根据公平、合法和公正地授予本发明权利要求的权利的范围进行解读时，所有这些修改和变型均落入本发明的权利要求书所定义的保护范围内。

Claims (45)

1.一种收集与一个或多个机器或过程相关的动态测量数据的便携式数字传感器，所述便携式数字传感器包括：

动态模拟传感器，基于对一个或多个机器或过程的动态特性的测量生成模拟传感器信号；

模拟信号处理电路，在将模拟信号转化成数字信号之前对模拟信号进行预处理；

模数转换电路，在一采样率上对模拟传感器信号进行过采样以生成过采样动态数字测量数据；

抽取处理器，被编程为从过采样动态数字测量数据中获取至少两个同步数据集，所述至少两个同步数据集包括产生于过采样动态数字测量数据的滤波和非选择性抽取的第一数据集，以及来自过采样动态数字测量数据的滤波和选择性抽取的第二数据集；

存储设备，存储所述至少两个同步数据集直至所述至少两个同步数据集被传输至外部设备；

数字信号处理电路，控制便携式数字传感器收集过采样动态数字测量数据以及在存储设备中在多个数据组中连同与每一数据组相关的信息存储所述至少两个同步数据集；

通信接口，将配置设定从外部设备传输到存储设备并将所述至少两个同步数据集从存储设备传输到外部设备；

电源，为便携式数字传感器供电以收集并存储动态数字测量数据，以及在存储设备中保留所述至少两个同步数据集直至所述至少两个同步数据集被送至外部设备；

便携式外壳，其中设置有动态模拟传感器、模拟信号处理电路、模数转换电路、抽取处理器、数字信号处理电路、存储设备、通信接口以及电源，所述外壳被配置为用于免持和无线数据收集。

2.根据权利要求1所述的便携式数字传感器，其中所述外壳进一步包括可快速拆卸的安装装置，所述安装装置包括从由平面连接设备和锥形连接设备组成的群组中选择的连接和对齐安装装置。

3.根据权利要求1所述的便携式数字传感器，其中所述外壳进一步包括接收与细长连杆相连的线缆、闩锁或者挂钩的环形物，用于将便携式数字传感器放置在难以够着的测量位置。

4.根据权利要求1所述的便携式数字传感器，其中所述锥形连接设备包括具有对准特征的圆锥表面。

5.根据权利要求1所述的便携式数字传感器，其中所述锥形连接设备包括：

第一大体上平坦的外表面，产生与附着至机器表面或者过程相关表面上的安装垫的第一大体上平坦的接触表面之间的紧密接触；以及

在第一角度上从外壳的第一大体上平坦的外表面上延伸的第二外表面，产生与安装垫的第二接触表面之间的紧密接触，其中所述第二接触表面在所述第一角度上从安装垫的第一大体上平坦的接触表面上延伸。

6.根据权利要求5所述的便携式数字传感器，其中所述第一角度为直角。

7.根据权利要求5所述的便携式数字传感器，其中安装装置的第一和第二外表面包括磁性材料，而安装垫的第一和第二接触表面则包括磁性受吸材料。

8.根据权利要求5所述的便携式数字传感器，其中安装装置的第一和第二外表面包括磁性受吸材料，而安装垫的第一和第二接触表面则包括磁性材料。

9.根据权利要求5所述的便携式数字传感器，其中所述外壳的可快速拆卸的安装设备包括第三外表面，所述第三外表面在第二角度上从外壳的第一大体上平坦的外表面上延伸，产生与安装垫的第三接触表面之间的紧密接触，其中所述第三接触表面在第二角度上从安装垫的第一大体上平坦的接触表面上延伸。

10.根据权利要求9所述的便携式数字传感器，其中，

所述外壳的第二外表面与外壳的第一大体上平坦的外表面沿着第一大体上的直线相交；以及

所述外壳的第三外表面与外壳的第一大体上平坦的外表面沿着第二大体上的直线相交。

11.根据权利要求10所述的便携式数字传感器，其中第一大体上的直线与第二大体上的直线平行。

12.根据权利要求10所述的便携式数字传感器，其中所述第一大体上的直线与第二大体上的直线不平行，所述外壳的第一大体上平坦的外表面为梯形，以及所述安装垫的第一大体上平坦的接触表面为梯形。

13.根据权利要求1所述的便携式数字传感器，其中，

所述存储设备存储：

路径文件，指明多个测量位置的路径信息，在所述测量位置上便携式数字传感器收集动态数字测量数据；

配置设定，与所述测量位置中的每一个相关联；以及

同步数据集，来自从所述测量位置中的每一个上收集的动态数字测量数据，以及

所述通信接口包括通过外壳访问的通用串行总线(USB)接口，所述USB接口传输与多个测量位置相关联的同步数据集至外部设备。

14.根据权利要求1所述的便携式数字传感器，其中，

所述通信接口包括无线射频接口，生成含有所述配置设定的至少一部分和同步数据集的至少一部分的无线信号，以及

所述外壳的至少一部分包括无线信号能够通过的材料，

借此所述数字传感器从无线数字数据收集器处接收所述配置设定的至少一部分并将同步数据集的至少一部分传输给无线数字数据收集器。

15.根据权利要求1所述的便携式数字传感器，进一步包括：

所述数字信号处理电路生成指令信号以及状态指示器信号；以及

与数字处理电路电通信的显示设备，所述显示设备基于所述指令信号和状态指示器信号为便携式数字传感器的操作者显示可视化指令和状态指示器，

其中所述可视化指令提示操作者执行以下一个或者多个动作：

将数字传感器连接至多个测量位置中特定的一个上；

激活数字传感器以在连接数字传感器之后开始在所述测量位置中特定的一个上收集过采样动态测量数据；

继续进行数字传感器在下一个测量位置上的数据收集；

确认位置感知或者位置识别；以及

其中可视化状态指示器为操作者表明了以下一个或者多个状态：

便携式数字传感器已经为所述测量位置中特定的一个上的数据收集做好了准备；

在所述测量位置中特定的一个上的数据收集正在进行中；

在所述测量位置中特定的一个上的数据收集已经完成；

所述存储设备已经存满或者就要存满；

所有测量位置上的收据收集已经完成；

所述数字传感器没有稳固地连接到机器表面或者过程相关表面上；以及

测量表明正在受到监控的机器或者过程没有运行、没有正常地运行或者没有在预期的范围内运行。

16.根据权利要求1所述的便携式数字传感器，其中：

所述通信接口从外部设备中接收路径信息，所述路径信息指明了测量位置的路径，在所述路径上便携式数字传感器将要收集动态数字测量数据；

所述存储设备存储路径信息；以及

所述数字信号处理电路在存储设备中访问所述路径信息以控制数字传感器在多个测量位置上收集动态数字测量数据。

17.根据权利要求16所述的便携式数字传感器，其中所述路径信息使所述测量位置中的每一个与基于先后顺序的动态数字测量数据内的数据组中对应的一个相关联，其中所述数据组在所述先后顺序上依照路径信息收集。

18.根据权利要求1所述的便携式数字传感器，进一步包括用户输入设备，操作者操作所述用户输入设备以生成输入信号进而使得数字传感器开始收集动态数字测量信号。

19.根据权利要求1所述的便携式数字传感器，其中，

所述存储设备存储跳过处理配置设定，所述跳过处理配置设定表明将要在延长时段上收集动态数字测量数据期间内的第一组持续时间，以及将要在延长时段上不收集数据期间内的第二组持续时间；以及

所述数字信号处理电路从存储设备中加载跳过处理配置设定并控制便携式数字传感器在第一组持续时间上收集动态数字测量数据并且在第二组持续时间上不收集动态数字测量数据。

20.根据权利要求1所述的便携式数字传感器，其中，

所述动态模拟传感器包括多轴传感器以同时生成基于多个轴线上的一个或者多个机器或者过程的动态特性的测量的多个模拟传感器信号；

所述数字信号处理电路控制数字传感器收集与多个轴线相关的动态测量数据并在存储设备中在多个数据组中连同指明所述多个数据组是同时收集的时序信息存储同步数据集。

21.根据权利要求1所述的便携式数字传感器，进一步包括：

连接检测传感器，生成指明外壳已经连接至机器表面或者过程相关表面的连接信号，所述连接检测传感器从由电容传感器、电感传感器、传导传感器、霍尔效应传感器、振动传感器、磁性传感器、温度传感器以及光学传感器组成的群组中选出；以及

所述数字信号处理电路仅在连接信号已经生成后控制数字传感器开始数据收集过程或者为操作者给出提示。

22.根据权利要求1所述的便携式数字传感器，其中所述模数转换电路在固定频率采样率上在足以生成表明机器或者过程的多个特性的预设的固定采样持续时间上对动态模拟传感器信号进行过采样，以此消除与单独测量多个特性相关的多个安装步骤。

23.根据权利要求22所述的便携式数字传感器，其中所述预设的固定采样持续时间为3秒。

24.根据权利要求1所述的便携式数字传感器，进一步包括：

位置确定电路，从位于测量位置上的标识器设备中读取标识信息，所述标识信息唯一地标识所述标识器设备所处的测量位置；以及

数字信号处理电路使用所述标识信息从存储设备中加载与由所述识别信息所标识的测量位置唯一地相关联的配置设定。

25.根据权利要求24所述的便携式数字传感器，其中所述标识器设备包括无线射频识别(RFID)标签或者条形码，以及所述位置确定电路包括RFID标签读取器或者条形码读取器。

26.根据权利要求1所述的便携式数字传感器，其中：

所述存储设备存储与留在原地的测量位置相关的留在原地配置设定，所述留在原地配置设定指明了在数字传感器在至少一个留在原地的测量位置上在延长的时间段上被留在原地时收集动态测量数据的数据收集持续时间；以及

所述数字信号处理电路从存储设备中加载留在原地配置设定，并控制数字传感器在数据收集持续时间上收集动态测量数据并在所述数据收集持续时间之间的时间段上不收集动态测量数据。

27.根据权利要求26所述的便携式数字传感器，其中所述存储设备存储留在原地配置设定，其指明了数字传感器在延长的时间段上收集动态测量数据的确定次数。

28.根据权利要求1所述的便携式数字传感器，其中所述数字信号处理电路包括多个并行的现场可编程门阵列(FPGA)通道，以在运行时提供一个或者多个以下功能：

适应性地改变数据分析方法；

完成便携式数字传感器在现场中的重配置；

在高通和低通数字滤波中切换；

遵从多通道比较。

29.根据权利要求1所述的便携式数字传感器，其中所述通信接口可操作于使用控制系统通信协议与控制系统相通信，其中通过所述通信接口从控制系统传输电力至便携式数字传感器。

30.根据权利要求1所述的便携式数字传感器，其中所述外壳具有多边形的横截面。

31.根据权利要求30所述的便携式数字传感器，其中所述外壳具有从由矩形、五边形、六边形和八边形组成的群组中选出的横截面。

32.根据权利要求1所述的便携式数字传感器，其中在任何过采样动态数字测量数据的处理或者抽取之前，所述通信接口从存储设备中将过采样的动态数字测量数据传输至外部设备。

33.根据权利要求1所述的便携式数字传感器，其中，所述数字信号处理电路将过采样的动态数字测量数据编排成多个连续的采样间隔数据集，并选择性地在每一采样间隔数据集内对过采样的动态数字测量信号进行抽取，以生成对应所述采样间隔数据集的标量值，以及

在过采样的动态数字测量数据的选择性抽取之后，所述通信接口将所述标量值从存储设备处传输到外部设备。

34.根据权利要求1所述的便携式数字传感器，其中，

所述通信接口包括无线射频接口，以生成含有被分成数据包的同步数据集的无线信号，所述数据包在不进行动态数字测量数据收集的期间内的时间段上经过所述通信接口传输，

其中所述数据包在外部设备中重组以构成所述同步数据集，以此实现无损数据传输。

35.根据权利要求1所述的便携式数字传感器，其起到转速计、倾角计或者编码器的作用，其中，

可便携的外壳被配置为牢固地连接至机器或者过程的转动部件上，

动态模拟传感器包括微机电系统(MEMS)传感器，生成模拟传感器信号以表明便携式传感器连接的转动部件的角方向，以及

电源包括能量收集电路，基于便携式数字传感器在连接到转动部件时的转动生成电能。

36.一种收集与一个或多个机器或过程相关的动态测量数据的便携式数字传感器，所述便携式数字传感器包括：

动态模拟传感器，基于对一个或多个机器或过程的动态特性的测量生成模拟传感器信号；

模拟信号处理电路，在将模拟信号转化成数字信号之前对模拟信号进行预处理；

模数转换电路，在一采样率上对模拟传感器信号进行过采样以生成过采样动态数字测量数据；

抽取处理器，被选择性编程为从过采样动态数字测量数据中获取第一、第二和第三同步数据集中的一个或者更多个，其中，

第一同步数据集由对过采样动态数字测量数据的滤波和非选择性抽取所生成，

第二同步数据集由对过采样动态数字测量数据的滤波和选择性抽取所生成，

第三同步数据集由对过采样动态数字测量数据的滤波和无抽取所生成；

存储设备，存储第一、第二和第三同步数据集中的一个或者更多个，直至第一、第二和第三同步数据集中的一个或者更多个被传输至外部设备；

数字信号处理电路，控制便携式数字传感器收集过采样动态数字测量数据以及在存储设备中存储第一、第二和第三同步数据集中的一个或者更多个；

通信接口，将配置设定从外部设备传输到存储设备并将第一、第二和第三同步数据集中的一个或者更多个从存储设备传输到外部设备；

电源，为便携式数字传感器供电以收集并存储动态数字测量数据，以及在存储设备中保留第一、第二和第三同步数据集中的一个或者更多个直至同步数据集被送至外部设备；

便携式外壳，其中设置有动态模拟传感器、模拟信号处理电路、模数转换电路、抽取处理器、数字信号处理电路、存储设备、通信接口以及电源，所述外壳被配置为用于免持和无线数据收集。

37.一种使用单个数字传感器沿着一测量路径在与一个或多个机器或过程相关联的多个测量位置上收集动态测量数据并在远离所述多个测量位置的位置上分析所述动态测量数据的方法，所述方法包括：

(a)执行数据库设置向导应用程序以在测量数据库中存储关于多个测量位置中每一个的设定信息；

(b)在所述多个测量位置中的每一个上连接安装垫片；

(c)在测量人员携带的移动显示设备上显示路径指令，所述路径指令根据测量顺序将测量人员引向多个测量位置；

(d)在所述多个测量位置中的一个上的安装垫片上连接便携式数字传感器；

(e)激活所述便携式数字传感器以收集动态数字测量数据并将其存储在所述便携式数字传感器内的存储器中；

(f)所述便携式数字传感器生成为测量人员指明在此测量位置上的数据收集已完成的指示信号；

(g)从所述安装垫片上移除便携式数字传感器；

(h)根据测量顺序在多个测量位置中的下一个测量位置上的安装垫片上连接便携式数字传感器；

(i)重复步骤(e)到步骤(h)直至测量路径上的多个测量位置中的每一个上的动态数字测量数据均已收集和存储；

(j)从便携式数字传感器中将动态数字测量数据上传到数据分析计算机；以及

(k)在数据分析计算机上使用软件分析所述动态数字测量数据。

38.一种使用多个便携式数字传感器在与一个或多个机器或过程相关的多个测量位置上收集动态数字测量数据的方法，其中所述多个便携式数字传感器中的每一个均具有通信接口，所述方法包括：

(a)将多个便携式数字传感器中的每一个对接到具有多个与多个便携式数字传感器的通信接口相连接的接口端口的扩展坞上；

(b)将时序同步信号通过通信接口从所述扩展坞传输到多个便携式数字传感器中的每一个上；

(c)基于所述时序同步信号，将每一便携式数字传感器的内部时钟和其它便携式数字传感器的内部时钟同步；

(d)从扩展坞上移除便携式数字传感器；

(e)在多个测量位置上将便携式数字传感器连接至与机器或者过程相关联的表面上；

(f)开始多个便携式数字传感器中的每一个在一测量周期上的动态数字测量数据收集，并在存储器中存储与时间戳相关联的每一便携式数字传感器的动态数字测量数据；

(g)从所述多个测量位置上移除所述多个便携式数字传感器；

(h)将所述多个便携式数字传感器中的每一个对接到扩展坞上；

(i)通过通信接口从每一便携式数字传感器中将动态数字测量数据下载到外部数据分析设备中；以及

(j)基于时间戳对多个便携式数字传感器收集的动态数字测量数据进行时间同步处理。

39.根据权利要求38所述的方法，其中，

步骤(a)包括将多个便携式数字传感器接入扩展坞上的多个接口端口；以及

步骤(b)包括从扩展坞处通过多个接口端口将时序同步信号传输至所述多个便携式数字传感器中的全部。

40.根据权利要求38所述的方法，进一步包括在多个数字传感器与扩展坞对接时通过一个或者多个接口端口为多个便携式数字传感器的电池提供电力。

41.一种便携式数字传感器和转速计的扩展坞，所述扩展坞包括：

多个接口端口，接收便携式数字传感器和转速计中的接口并与其电连接；

同步时钟，生成时序同步信号以通过所述接口端口将所述时序同步信号传输至便携式数字传感器和转速计；

电源，通过所述接口端口为便携式数字传感器和转速计提供电力以为所述便携式数字传感器和转速计中的电池充电；

处理器，控制来自便携式数字传感器和转速计中的存储设备的测量数据的下载并控制至便携式数字传感器和转速计的测量设定参数的上传。

42.一种生成将用于数据收集过程中的测量指令的测量设置系统，所述测量设置系统包括：

测量数据库，存储与一个或多个机器或过程相关的测量位置的测量设定信息，以及存储由至少一个便携式数字传感器在测量位置上收集的动态数字测量数据；

数据库设置向导处理器，与所述测量数据库相连接并生成：

上传至便携式数字传感器的配置设定；

路径指令，根据所需顺序引导操作者在测量位置上放置便携式数字传感器，并使用便携式数字传感器在每一测量位置上收集动态数字测试数据。

43.根据权利要求42所述的测量设置系统，进一步包括：

扩展坞，接收至少一个便携式数字传感器，所述扩展坞通过通信网络与数据库设置向导处理器相通信；

所述数据库设置向导处理器通过所述通信网络将配置设定传输至扩展坞进而上传到至少一个便携式数字传感器中。

44.根据权利要求42所述的测量设置系统，其中所述数据库设置向导处理器生成路径指令，如以下之一或者更多：

上传至具有显示器的便携式计算设备的路径文件，其中在每一测量位置上收集动态数字测量数据时在需使用的便携式计算设备的显示器上为操作者显示路径指令；以及

打印出的路径指令，供操作者在每一测量位置上收集动态数字测量数据时使用。

45.一种使用被配置为固定连接到活动机器或者机器或过程的活动部件上的单个便携式数字传感器收集动态数字测量数据的方法，所述方法包括：

(a)将便携式数字传感器固定连接至活动机器或者活动部件上；

(b)在所述活动机器或者活动部件位于第一位置时，激活所述便携式数字传感器以收集动态数字测量数据并将所述动态数字测量数据存储在便携式存储器中的存储器内；

(c)在所述活动机器或者活动部件的运行过程中所述活动机器或者活动部件移出第一位置；

(d)在所述活动机器或者活动部件的运行过程中所述便携式数字传感器周期性地收集动态数字测量数据并将其存储在存储器中；

(e)在所述活动机器或者活动部件的运行过程中所述活动机器或者活动部件返回所述第一位置；

(f)将动态数字测量数据从所述便携式数字传感器中上传到数据分析计算机；以及

(g)在所述数据分析计算机上使用软件分析所述动态数字测量数据。