CN104729575A - 电气设备状态监测用的处理系统和测量装置及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于电气设备的状态监测的处理系统、测量装置以及使用该处理系统和该测量装置的系统。所述处理系统包括便携装置与处理模块。所述便携装置包括插孔和A/D转换器，所述插孔具有音频信号母端和麦克风信号的母端并且可以与插头适配，所述A/D转换器适用于把从所述插孔的所述麦克风信号母端接收的传感器数据模拟信号转换成传感器数据数字信号并将其发送到处理模块。所述处理模块适用于根据所述传感器数据数字信号所表示的传感器数据确定电气设备是否存在故障。通过使用带有插孔的便携装置作为数据收集器，有助于使工业环境中的测量更简单且不复杂，减少恶劣工业环境对测量操作的限制。

Description

电气设备状态监测用的处理系统和测量装置及其系统

技术领域

本发明涉及用于电气设备状态监测的处理系统、测量装置及其系统的领域。

背景技术

通常地，电气设备的物理量的测量需要传感器和相应的数据收集器。所述电气设备例如指电动机，发电机等。所述电气设备的物理量例如包括加速度、磁场、电流、电压、温度等。来自传感器的模拟信号通过数据收集器模拟/数字转换器转换成数字信号。然后数字信号通常被传送到PC或任何的能够从信号中提取信息的处理单元。在现有的技术中，数据收集器和处理单元由移动电话机替代。当代的移动电话机配备有耳机输入/输出插槽和内嵌的模拟/数字转换器。而且，当代的移动电话机还配备有强大的处理单元。

然而，在工业环境下进行测量时，把传感器连接到数据收集器然后通过笔记本电脑观测测量的可视化结果总是很复杂。复杂化是例如由于工业环境可能很脏，没有能够放置笔记本电脑和数据收集器的工作台，或者甚至地上都没有足够的地方来放设备。此外，当我们一只手把握着传感器的时候，如果还要用手拿着计算机，那么会很难开始由PC用户界面的测量。

发明内容

因此，本发明的目的在于使数据收集器（例如传感器）和用于电气设备故障检测的数据处理系统的连接变得容易。

根据本发明的一个方面，提供一种用于电气设备的状态监测的处理系统，包括：便携装置与处理模块。所述便携装置包括插孔和A/D转换器。所述插孔具有音频信号母端和麦克风信号的母端，并且该插孔被配置为能与插头适配。所述A/D转换器适用于将所述插孔的所述麦克风信号母端接收的传感器数据模拟信号转换成传感器数据数字信号，并将其发送到处理模块。所述处理模块适用于根据所述传感器数据数字信号所表示的所述传感器数据确定所述电气设备是否存在故障。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于电气设备的状态监测的测量装置。该装置包括：传感器，该传感器适用于测量所述电器设备的物理量并将其转换成传感器数据模拟信号；插头，该插头具有音频信号公端和麦克风信号公端，并且被配置为与便携装置的插孔适配。其中，所述传感器适用于把所述传感器数据模拟信号通过所述插头的所述麦克风信号公端发送到所述便携装置的所述插孔。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于电气设备状态监测的系统，该系统包括：处理系统和测量装置，其中，所述处理系统中的所述插孔是所述处理系统中的所述插孔；所述处理系统中的所述插头是所述处理系统中的所述插头；所述插头的音频信号公端、麦克风信号公端和共同/接地公端分别与所述插孔的所述音频信号母端、麦克风信号母端和共同/接地母端接触。

通过使用带插孔的便携装置作为数据收集器，能够捕捉到的传感器数据，例如模拟加速度信号、模拟磁信号、模拟电压信号、模拟电流信号、模拟温度信号等，并且能够在处理系统的屏幕（如移动电话机屏幕）上做到可视化。整个数据收集器都可以由便携装置所替代。内嵌的便携设备A/D转换器的复用允许为不同目的创建处理。例如，可以创建低电平状态监测系统，在移动电话机上测量和分析振动。当工程师没有随身携带大的数据收集器而只有一个传感器时，便携设备（他无论如何都会带的移动电话机）更容易使用并能够对关心的目标（电器设备）的状态作出相对快速的评估。因此，它有助于使工业环境中的测量更简单且不复杂，减少恶劣工业环境对测量操作的限制。

附图说明

以下，将结合附图中所例示的优选的典型实施例对本发明的主题内容做进一步详细的说明，其中：

图1示出了根据本发明实施例的用于电气设备的状态监测的处理系统;

图2A示出了根据本发明实施例的TRS（尖端、环、套筒）型插孔;

图2B示出了根据本发明实施例的TRS（尖端、环、套筒）型插头;

图3A示出了根据本发明实施例的TRRS（尖端、环、环、套筒）型插孔；

图3B示出了根据本发明实施例的TRRS（尖端、环、环、套筒）型插头；

图4示出了根据本发明实施例的测量装置;

图5A示出了根据图1的处理系统所收集到的电气设备的振动的传感器数据的波形;

图5B示出了图5A的波形的频谱。

附图中使用的附图标记及其含义汇总在附图标记列表中。原则上，图中相同的部分使用同一个的附图标记。

具体实施方式

图1示出了根据本发明实施例的用于电气设备的状态监测的处理系统。该处理系统1包括便携装置10。便携装置10可以是手持式或可佩戴的设备，例如移动电话、平板电脑、个人数字助理等。便携装置10包括插孔100、D/A转换器101、处理模块102和A/D转换器103。A/D转换表示模拟到数字的转换，D/A转换表示数字到模拟的转换。

图2A示出了根据本发明实施例的TRS（尖端、环、套筒）型插孔。图2B示出了根据本发明实施例的TRS（尖端、环、套筒）型插头。如图2A所示，TRS型插孔100包括音频信号母端20、麦克风信号母端21和共同/接地母端22。如图2B所示，插头40（在此情况下为TRS型插头）包括音频信号公端23、麦克风信号公端24和共同/接地公端25。音频信号公端23是所述尖端，它进一步远离套筒，所述套筒是麦克风信号公端24。麦克风信号公端24是环形的，并且被配置在音频信号用公端23和共同/接地公端25之间。套筒直接连接到机壳上。该TRS型插头40与TRS型插孔100适配。TRS型插头40从右侧“进入”TRS型插孔100中，TRS型插头40的音频信号用公端23、麦克风信号公端24和共同/接地公端25分别与TRS型插孔100的音频信号母端20、麦克风信号母端21和共同/接地母端22接触。

图3A示出了根据本发明实施例的TRRS（尖端、环、环、套筒）型插孔。图3B示出了根据本发明实施例的TRRS（尖端、环、环、套筒）型插头。如图3A所示，TRRS型插孔100包括左音频信号母端30、右音频信号母端31、麦克风信号母端32和共同/接地母端33。如图3B所示，TRRS型插头40包括左音频信号公端34、右音频信号公端35、麦克风信号公端36和共同/接地公端37;左音频信号公端34是所述尖端，它进一步远离套筒，所述套筒是麦克风信号公端36。右音频信号公端35和麦克风信号公端36都是环形，彼此相邻地配置在中间且在左音频信号公端34和共同/接地公端37之间。套筒直接连接到机壳上。插头40（在此情况下为TRRS型插头）与TRRS型插孔100适配。TRRS型插头40从右侧“进入”TRRS型插孔100中，TRRS型插头40的左音频信号公端34、右音频信号公端35、麦克风信号公端36和共同/接地公端37分别与左音频信号母端30、右音频信号母端31、麦克风信号母端32和共同/接地母端33接触。

回到图1，A/D转换器103能够把从插孔100的麦克风信号母端21、32接收的传感器数据模拟信号转换成传感器数据数字信号，并把它发送到处理模块102。处理模块102能够基于由所述传感器数据数字信号表示的传感器数据进一步确定所述电气设备中是否出现故障。确定故障的例子将在下文中说明。如果传感器需要功率来进行操作，则处理模块102能够向D/A转换器101发送指示传感器的功率水平的传感器功率数字信号，从而D/A转换器101能够把传感器功率数字信号转换为传感器功率模拟信号，并通过插孔100的音频信号母端20、30、31馈送给传感器。

通过把带有插孔的便携装置作为数据收集器，能够捕捉到传感器数据，如模拟加速度信号、模拟磁信号、模拟电压信号、模拟电流信号、

模拟温度信号等，并且能够在处理系统的屏幕（如移动电话机屏幕）上做到可视化。整个数据收集器都可以由便携装置替代。内嵌的便携设备A/D转换器的复用允许为不同目的创建处理。例如，可以创建低电平状态监测系统，在移动电话机上测量和分析振动。当工程师没有随身携带大的数据收集器而只有一个传感器时，便携设备（他无论如何都会带的移动电话机）更容易使用并能够对关心的目标（电器设备）的状态作出相对快速的评估。因此，它有助于使工业环境中的测量更简单且不复杂，减少恶劣工业环境对测量操作的限制。

优选地，如图1所示，处理模块102能够被配置在便携装置10中。例如，对移动电话机而言，除了便携装置10的上述部件之外，便携装置10还可以进一步引入与能够处理计算机程序的处理模块102。现今如移动电话机这样的便携装置已经非常普遍，其便于携带而且对于工业环境是必不可少的。使用本发明提出的系统不需要其他数据收集工具和笔记本电脑，工程师能够在任何地方测量，直接在移动电话机上分析，并通过便携装置的人机界面（HMI）看到结果。把移动电话机作为数据收集器的复用能够创建安装在移动电话机上的完整的信号处理或诊断系统。此外，本领域技术人员可以理解，处理模块102可以在与便携装置10分离的设备中实施，例如在个人计算机上实施或使用云计算。

图4示出了根据本发明实施例的测量装置。如图4所示，测量装置4包括插头40、线缆41和传感器42。该插头40已经有所阐述，根据图2B和图3B有TRS和TRRS两种类型；为避免冗余，其详细描述省略。传感器42是转换器，其测量所述电气设备的物理量，如加速度、磁场、电压、电流、温度等，并把所述物理量转换成观察者或仪器能够读取的传感器数据模拟信号。传感器42可以是加速度计、磁力计、电流探测器、电压探测器或温度传感器。传感器42通过产生通常为电信号或光信号形式的具有函数关系的输出来响应输入量。如果传感器42需要用于操作的功率输入，那么根据本发明的实施例，该功率输入是传感器功率模拟信号，该传感器功率模拟信号由处理系统1的便携装置10，通过其插孔100的音频信号母端20、30、31，同类型插头40的音频信号公端和线缆41的功率线馈送到传感器42的功率端子。传感器42根据测试的物理量所生成的传感器数据模拟信号从传感器40经由线缆41的信号线，插头40的麦克风信号公端24、36以及插孔100的麦克风信号母端21、32传送到处理系统1的便携装置10上。因此，传感器能够被处理系统的便携装置馈送的功率驱动，并且能够通过利用插孔和插头的接口将传感器数据模拟信号发送到处理系统的便携装置。这有助于使工业环境中的测量更简单且不复杂，减少恶劣工业环境对测量操作的限制。

根据本发明实施例，模拟传感器功率是用于驱动传感器42的直流功率。例如，处理系统1的便携装置10的插孔100的音频信号母端20、30、31输出的输出电压信号是+/-5V。

根据本发明的实施例，传感器数据模拟信号的频率范围在A/D转换器103的频率范围内。以移动电话机作为便携装置为例，大部分移动电话机中的A/D转换器103能够记录具有至少40kHz的采样频率的信号，从而允许有较大的测量频率范围。

为了通过插头和插孔把传感器连接到便携装置，装置的阻抗应调整。根据本发明的实施例，需要调整的值包括：处理系统1的便携装置10的插孔100的音频信号母端20、30、31和地之间的阻抗；测量装置4的同类型插头40的音频信号公端23、34、35和地之间的阻抗；处理系统1的便携装置10的插孔100的麦克风信号母端21、32和地之间的阻抗；测量装置4的插头40上的麦克风信号公端24、36和地之间的阻抗。例如，大部分移动电话机的左（或右）音频信号的母端和地之间的阻抗为33Ω。麦克风和地面之间所测量的阻抗约为640Ω。通常情况下，品质较好的耳机的阻抗值在5KΩ～20KΩ之间。传感器最好具有在5KΩ～20KΩ之间的阻抗，以保证信号测量的高品质。

图5A示出了根据图1的处理系统所收集到的电气设备的振动的传感器数据的波形;图5B示出了图5A的波形的频谱。本领域技术人员应当理解，基于频谱分析，例如通过把故障相关的频率的振幅与设定的阈值相比较，可以检测电气设备的故障。

虽然基于一些优选的实施例描述了本发明，但本领域技术人员应当理解，本发明的范围决不仅限于所述实施例。在不脱离本发明的精神和构思，任何变化和修改都是具有本领域的普通知识和技能的人员的理解范围内，因此，都属于本发明所附的权利要求书所限定的范围。

Claims (16)

1.一种用于电气设备的状态监测的处理系统，包括便携装置和处理模块，

所述便携装置包括：

插孔，该插孔具有音频信号母端和麦克风信号母端，并且该插孔能够与插头适配，和

A/D转换器，该A/D转换器适用于把从所述插孔的所述麦克风信号母端接收的传感器数据模拟信号转换成传感器数据数字信号，并将该传感器数据数字信号发送到处理模块；

所述处理模块适用于根据所述传感器数据数字信号所表示的传感器数据确定所述电气设备是否存在故障。

2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于：

所述便携装置还包括D/A转换器;

所述处理模块还被配置成向所述D/A转换器发送传感器功率数字信号，从而所述D/A转换器能够把所述传感器功率数字信号转换成传感器功率模拟信号，并将该传感器功率模拟信号通过所述插孔的所述音频信号母端馈送给所述传感器。

3.根据权利要求1或2所述的处理系统，其特征在于：所述处理模块布置在所述便携装置中。

4.根据权利要求1或2所述的处理系统，其特征在于：

所述插孔的所述音频信号母端和地之间的阻抗值，所述插头的所述音频信号公端和地之间的阻抗值，所述插孔的所述麦克风信号母端和地之间的阻抗值，所述插头的所述麦克风信号公端和地之间的阻抗值，被调整为传感器和地之间的阻抗值。

5.根据权利要求3所述的处理系统，其特征在于：所述传感器功率模拟信号是用于驱动所述传感器的直流功率。

6.根据权利要求1或2所述的处理系统，其特征在于：所述传感器数据模拟信号的频率范围在所述A/D转换器的频率范围内。

7.根据权利要求1或2所述的处理系统，其特征在于：所述插孔是TRRS型或TRS型。

8.根据权利要求1或2所述的处理系统，该处理系统是移动电话机。

9.一种用于电气设备的状态监测的测量装置，包括：

传感器，该传感器适用于测量所述电气设备的物理量并将其转换成传感器数据模拟信号，和

插头，该插头具有音频信号公端和麦克风信号公端，并且该插头配置成与便携装置的插孔适配；

其中，所述传感器适用于把所述传感器数据模拟信号通过所述插头的所述麦克风信号公端发送给所述便携装置的所述插孔。

10.根据权利要求9所述的测量装置，其特征在于：

所述传感器还适于由通过所述便携装置的插孔馈送到所述插头的音频信号公端的传感器功率模拟信号驱动。

11.根据权利要求9或10所述的测量装置，其特征在于：

所述插孔的所述音频信号母端和地之间的阻抗值，所述插头的所述音频信号公端和地之间的阻抗值，所述插孔的所述麦克风信号母端和地之间的阻抗值，所述插头的所述麦克风信号公端和地之间的阻抗值，被调整为传感器和地之间的阻抗值。

12.根据权利要求10所述的测量装置，其特征在于：

所述传感器功率模拟信号是用于驱动所述传感器的直流功率。

13.根据权利要求9或10所述的测量装置，其特征在于：

所述传感器数据模拟信号的频率范围在所述A/D转换器的频率范围内。

14.根据权利要求9或10所述的测量装置，其特征在于：所述插头是TRRS型或TRS型。

15.根据权利要求9或10所述的测量装置，其特征还在于：所述传感器是加速度计、磁力计、电流探测器、电压探测器或温度传感器。

16.一种用于电气设备状态监测的系统，包括：

根据权利要求1-2中任意一项所述的处理系统;

根据权利要求9-10中任意一项所述的测量装置;

其中：

根据权利要求1-2中任意一项所述的处理系统中的所述插孔是根据权利要求8-9中任意一项所述的处理系统中的所述插孔;

根据权利要求1-2中任意一项所述的处理系统中的所述插头是根据权利要求8-9中任意一项所述的处理系统中的所述插头；

插头的音频信号公端、麦克风信号公端、及共同/接地公端分别与所述插孔的音频信号母端、麦克风信号母端、及共同/接地母端接触。