CN105209867A - 用于车辆诊断的振动分析仪 - Google Patents
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Abstract
提供了一种具有集成的传感器的振动分析仪和方法来感测车辆部件中的振动。振动分析仪包括三轴加速度计、控制器、连接器、无线接口和电池。振动分析仪接收振动数据和车辆数据，将它们打包起来，并将打包的数据传输至远程装置，比如扫描工具。振动分析仪可与远程装置或与另一振动分析仪联网。
Description
技术领域
本发明总体涉及一种振动感测装置。更特别地，本发明涉及一种集成在振动分析仪中的车辆振动传感器。
背景技术
现代车辆包括当车辆被驱动或操作时经受扭转振动的部件。扭转振动可导致部件过早损坏或在车辆中造成不需要的噪声。扭转振动的来源可以用振动分析仪来检测。
传统的振动分析仪可包括外部传感器或者位于车辆的不同部分中的多个传感器。传感器的信号可以由一通道或多通道振动分析仪接收。此外，传统的振动传感器不包括独立电池或无线通信或网络能力以汇集各种数据点。此外，传统的振动分析仪需要将振动传感器安装在测量的振动轴的平面上，因为大多数振动传感器仅在一个轴平面上操作。此外，可以从车辆的电子控制单元来获得的车辆参数(如车速、每分钟发动机转速)也是振动测试或分析的必要组成部分。
因此，需要提供一种可容易地部署且包括网络可连接性的振动分析仪。
发明内容
上述需求很大程度上通过本发明来满足，其中，在一个方面提供了一种振动分析仪，其在某些实施例中包括具有集成的振动传感器的振动分析仪。
根据本发明的一个实施例，提供了一种振动分析仪，其包括：连接器，其用于将振动分析仪连接至其他装置；三轴加速度计，其用于检测部件的振动；控制器，其用于控制振动分析仪的功能，该控制器与连接器和三轴加速度计进行通信；和壳体，其容纳连接器、三轴加速度计和控制器，该壳体可形成为类似于所述部件的一部分的形状。
根据本发明的另一实施例，提供了一种振动分析仪，其包括：连接器，其用于将振动分析仪连接至远程装置；三轴加速度计，其用于检测部件的振动；无线接口，其被构造成使得振动传感器能够与远程装置进行通信；控制器，其用于控制振动分析仪的功能，该控制器与连接器、三轴加速度计和无线接口进行通信；和壳体，其容纳连接器、三轴加速度计、无线接口和控制器中的每个的至少一部分，该壳体可形成为类似于所述部件的一部分的形状。
根据本发明的又一实施例，一种检测车辆部件的振动的方法，包括步骤：通过振动分析仪的三轴加速度计来感测部件的振动；通过振动分析仪的控制器来处理振动数据，该控制器具有包含软件的存储器；通过振动分析仪的连接器接收来自车辆的车辆数据；将振动数据与车辆数据打包；和将打包的振动数据和车辆数据通过振动分析仪的无线接口无线地传输至远程装置。
因此，已经很概括地概述了本发明的特定实施例，以使得详细说明书在此可更好地被理解，且对现有技术的贡献可被更好地领会。当然，本发明的其他实施例将在下文描述，且将形成权利要求的主题。
在该方面，在详细阐述本发明的至少一个实施例之前，应当理解，本发明在其应用方面不限于以下说明书中所提出的或附图中所示出的结构细节和部件布置方式。本发明能够具有其他实施方式，且能够以不同的方式来实践和实施。并且，还应当理解，本文所采用的措辞和术语以及摘要是为了说明性目的，且不应被看作是限制性的。
因此，本领域技术人员将理解，本公开所基于的概念可容易地用作用于实施本发明的多个目的的其他结构、方法和系统的设计基础。因此，重要的是，权利要求应被看作包括了这种等同结构，只要它们不背离本发明的精神和范围。
附图说明
图1A-C是示出了根据本发明的不同实施例的振动分析仪的侧视图。
图2是根据本发明的一个实施例的振动分析仪的部件的框图。
图3示出了根据本发明的另一实施例的振动分析仪的部件的框图。
具体实施方式
本发明现在将参照附图进行说明，其中，类似的附图标记指代类似的部件。根据本发明的一个实施例提供了一种装置，例如车辆振动分析仪，其包括加速计/振动传感器、主机接口微控制器以及有线和/或无线连接。可使用该振动分析仪的车辆的类型包括汽车、火车、飞机、船舶等。
本发明的装置的实施例示于图1A-C。特别是，图1A-C是示出了根据本发明的不同实施例的振动分析仪的侧视图。用于振动分析仪的这些各种实施例使得用户能够基于分析仪所放置的部件的形状来灵活地使用适当的(包括适当形状的)振动分析仪。在一个实施例中，振动分析仪的壳体可由成形材料(shapeformingmaterial)(如聚合物、热塑性塑料等)制成，或者是可延展的，以使得壳体可根据用户的需要来成形。例如，如果振动分析仪放置在滚圆表面、比如管道上，则振动分析仪壳体可以被弯曲，以环绕管道适配。壳体可以被构造为不影响振动分析仪的内部部件的功能，例如在部件的位置与壳体的外表面之间具有足够的空间。
图1A示出了大致矩形的振动分析仪100A的侧视图。壳体102可形成为任意形状，且在本实施例中可形成为大致矩形的形状。大致矩形的振动分析仪100A使得它能够被放置在车辆的一部分的大致平坦的表面上。振动分析仪100A被构造和配置成：沉重或重坠得足以适当地检测车辆的该部分的或待测车辆的部件的振动。在另一实施例中，振动分析仪100A可使用粘合剂、磁铁、包带、Velcro(维可牢尼龙搭扣)、非永久性胶等联接到车辆的该部分或该部件。该联接可以是永久性的或暂时性的。如果是永久性的，特定的部件就可在长的时间段上被测试，例如用于原型设计目的。
振动分析仪100A还可包括接口端口104，以便与各种连接器(如USB、FireWire、串口、并口、RS232、RS485、OBD(I和II)、以太网等)相接。接口端口104使得振动分析仪100A和另一设备(例如计算机设备)之间能够通信。在另一实施例中，接口端口104允许与计算设备通信和/或通电。通信和/或通电可以是双向的。该计算设备可包括诊断工具、远程计算机或另一振动分析仪。其他设备可包括存储设备，比如硬盘驱动器、USB驱动器、CD播放器、DVD播放器、UMD播放器或其它计算机可读介质设备。
图1B示出了大致三角形振动分析仪100B的侧视图。壳体102可形成为任意形状，且在本实施例中可形成为大致三角形的形状。大致三角形的振动分析仪100B使得它能够被放置在车辆的一部分的大致平坦的表面上或车辆中的缝隙或孔中。因为振动分析仪100B包括一尖端，因此它可被放置成使尖端处在车辆的一部分的缝隙或者孔中，从而在使用过程中保持在孔中。振动分析仪100B也被构造和配置成：沉重或重坠得足以适当地检测车辆的该部分的或待测车辆的部件的振动。在另一实施例中，振动分析仪100B可使用粘合剂、包带、磁铁、Velcro、非永久性胶等(暂时性地或永久性地)联接到车辆的该部分或该部件。
类似于振动分析仪100A，振动分析仪100B也可包括接口端口104，以便与各种连接器(如USB、FireWire、串口、并口、RS232、RS485、OBD(I和II)、以太网等)相接。接口端口104使得振动分析仪100B和另一设备(比如计算机设备)之间能够通信。
图1C示出了大致半圆形振动分析仪100C的侧视图。壳体102可形成为任意形状，且在本实施例中可形成为大致半圆形的形状。大致半圆形的振动分析仪100C使得它能够被放置在车辆的一部分的大致圆形的表面上，例如软管、管、震动部(shock)等。振动分析仪100C也构造和配置成：沉重或重坠得足以适当地检测车辆的该部分的或待测车辆的部件的振动。在另一实施例中，振动分析仪100C可使用粘合剂、包带、磁铁、Velcro、非永久性胶等(暂时性地或永久性地)联接到车辆的该部分或该部件。
振动分析仪100C也可包括接口端口104，以便与各种连接器(如USB、FireWire、串口、并口、RS232、RS485、OBD(I和II)、以太网等)相接。接口端口104使得振动分析仪100C和另一设备(例如计算机设备)之间能够通信。
在又一实施例中，振动分析仪可被配置成：部分地或完全地包绕放置有它的任何物体。通过能够部分地或完全地包绕物体，振动分析仪可置于或围绕在任何形状的物体(包括形状怪异的物体)上，使得在车辆中有可能任何振动都可被检测和确定。另外，由于能够部分地或完全地包绕任何物体，因此，与简单地放置在物体上相比，振动分析仪可更好地保持在位。
壳体102也可由能够承受它所处的恶劣环境(比如车辆)的材料制成。壳体可被配置为保护本文所述的振动分析仪100A-C的部件。
图2是根据本发明一个实施例的振动分析仪100A-C的部件的框图。在一个实施例中，振动分析仪100A-C可包括壳体102、成USB连接器形式的接口端口104、主机接口微控制器106和1/2/3轴加速度计/振动传感器108。
如前所述，壳体102可成形为用户所希望的任何形状。主机接口微控制器106可控制振动分析仪100A-C中的操作，并且包括软件以操作振动分析仪和与另一设备(比如扫描工具或计算设备)进行通信。主机接口微控制器106包括存储器(未示出)来存储软件和由振动分析仪100A-C接收的任何数据。此外，取决于所用传感器108的类型，主机接口微控制器106可包括模拟-数字转换器。主机接口微控制器106也可计算和格式化从传感器接收的数据和/或来自车辆中的电子控制单元的车辆数据。格式化的数据然后可以以可用于其他设备的格式而被发送到其他设备。
1/2/3轴加速度计/振动传感器108使得能够检测所有三个轴(x-y-z)的振动。传感器108可包括MEMS加速度计。通过所有三个轴的检测，振动分析仪100A-C可检测任何方向上的振动，并且不一定依赖于正确定向检测放置来正常工作。即，振动分析仪100A-C不是必须被放置或安装在所测量的振动轴的平面。1/2/3轴加速计/振动传感器108能够与主机接口微控制器106通信并由主机接口微控制器106控制。
在一个实施例中，接口端口104可以是允许与其他设备进行通信的USB端口。此外，该接口端口104允许可由其他设备提供的电力来为振动分析仪100A-C供电。接口端口104还允许振动分析仪100A-C与其他设备(比如扫描工具、计算设备或另一振动分析仪)联网。此外，接口端口104允许其它设备对振动分析仪100A-C进行编程或重新编程。一些编程可包括：何时发送所测量的加速度数据(高于特定阈值时)、发送频率(以匹配接收器频率)、格式化、数据分析等。
图3是根据本发明另一实施例的振动分析仪100A-C的部件的框图。在本实施例中，振动分析仪100A-C可包括壳体102、成USB连接器形式的接口端口104、主机接口微控制器106和1/2/3轴加速度计/振动传感器108、无线接口110和电池112。图3的部件类似于图2的部件，只不过增加了无线接口110和电池112。
该无线接口110允许与其他设备进行无线通信，并允许振动分析仪100A-C与计算设备或另一振动分析仪进行联网。无线接口110可在不同协议下通信，比如RF(射频)、卫星、蜂窝电话(模拟或数字)、Wi-Fi、802.15、红外线、Zigby、近场通信，局域网(LAN)、WLAN(无线局域网)或其它无线通信配置和标准。无线接口110可通过主机接口微控制器106来控制，并提供信息(分析的数据)往来于其他设备。无线接口110还可从扫描工具或联接到车辆OBD(I或II)端口的车辆通信接口接收无线车辆数据。在另一实施例中，无线接口110还可以是图2所示的振动分析仪100A-C的部件的一部分。
在一个实施例中，振动分析仪100A-C可通过接口端口104或通过无线接口110从车辆ECU(电子控制单元)接收车辆数据。接口端口104可以是任何类型的连接器，包括用于与车辆OBD(I或II)端口连接的缆线的连接器。车辆数据(比如发动机转速或车辆速度)可由主机接口微处理器106接收。车辆数据也可与从1/2/3轴加速度计/振动传感器108接收的振动数据打包。主机接口微控制器106可使用常规分析软件包来分析振动数据和车辆数据，并确定振动的来源。此外，主机接口微控制器106可确定振动是否达到或超过某一阈值，以及处在需要更换或修理车辆部件的程度。分析的数据然后可被格式化成其他设备可用的格式并发送到其他设备。
电池112可用于为振动分析仪100A-C的部件供电。电池112可以是镍镉电池、镍金属氢化物电池、锂离子电池、锂空气电池、镍氢电池等。电池根据需要可被集成或更换，或可充电。在一个实施例中，接口端口104可用于通过外部电源对电池112充电。在替代实施例中，电池112可以是图2所述的部件的一部分。
将振动分析仪100A-C彼此联网以及与扫描工具或其它计算设备联网的能力使得能够在整个车辆上部署多于一个的振动分析仪100A-C。这使得能够更快地分析和更快地定位振动。此外，振动分析仪100A-C可被编程，以仅将满足某些阈值特性的振动相关数据转发至其他设备。这降低了在测试过程中产生的假振动信号的量，并实现了更快的诊断。
在另一实施例中，振动分析仪100A-C的自测试可通过使用网络进行。两个或更多个振动分析仪100A-C可被放置在车辆的相同部分(例如车轴或管)上，并应提供类似的信号至计算装置，以用于独立的验证。如果信号是相似的(例如在某频率内)，则振动分析仪100A-C正常地工作。如果信号彼此(以预定范围)不同，则振动分析仪100A-C中的一个不正常工作，可能需要进行校准或固定。这种自测试可让技术人员确信从振动分析仪100A-C接收到的数据并确信他的诊断结果。
本文中的实施例包括集成在振动分析仪中的振动传感器。这使得能够在装置中对振动数据连同车辆数据进行感测和分析。
本发明的许多特征和优点从详细说明书中显现，且因此权利要求意图涵盖落入本发明的真实精神和范围内的本发明的所有特征和优点。另外，由于对泵领域技术人员来说容易想到许多改进和改变，因此不期望将本发明限于所示出和所描述的确切结构和操作方式，且因此，可凭借的所有合适的改进和等同替代都落入本发明的范围。
Claims (20)
1.一种振动分析仪，包括：
连接器，其用于将振动分析仪连接至其他装置；
三轴加速度计，其用于检测部件的振动；
控制器，其用于控制振动分析仪的功能，该控制器与连接器和三轴加速度计进行通信；和
壳体，其容纳连接器、三轴加速度计和控制器，该壳体能够形成为类似于所述部件的一部分的形状。
2.根据权利要求1所述的振动分析仪，其特征在于，所述连接器使得振动分析仪能够与其他装置联网。
3.根据权利要求1所述的振动分析仪，其特征在于，该振动分析仪还包括存储器，该存储器存储软件以执行振动检测功能，其中，该存储器联接控制器。
4.根据权利要求1所述的振动分析仪，其特征在于，所述连接器使得振动分析仪能够由外部电源驱动。
5.根据权利要求1所述的振动分析仪，其特征在于，所述形状形成为：该形状在测试时由所述部件的所述部分保持。
6.根据权利要求2所述的振动分析仪，其特征在于，振动分析仪能够使用另一联网的振动分析仪来进行自测试。
7.根据权利要求2所述的振动分析仪，其特征在于，所述连接器从车辆的电子控制单元接收车辆数据。
8.根据权利要求7所述的振动分析仪，其特征在于，将车辆数据与振动数据打包并分析。
9.一种振动分析仪，包括：
连接器，其用于将振动分析仪连接至远程装置；
三轴加速度计，其用于检测部件的振动；
无线接口，其被构造成使得振动传感器能够与远程装置进行通信；
控制器，其用于控制振动分析仪的功能，该控制器与连接器、三轴加速度计和无线接口进行通信；和
壳体，其容纳连接器、三轴加速度计、无线接口和控制器中的每个的至少一部分，该壳体能够形成为类似于所述部件的一部分的形状。
10.根据权利要求9所述的振动分析仪，其特征在于，所述连接器使得振动分析仪能够与其他装置联网。
11.根据权利要求9所述的振动分析仪，其特征在于，所述无线接口使得振动传感器能够与其他装置联网。
12.根据权利要求9所述的振动分析仪，其特征在于，该振动分析仪还包括存储器，该存储器存储软件以执行振动检测功能，其中，该存储器联接控制器。
13.根据权利要求9所述的振动分析仪，其特征在于，所述无线接口接收车辆数据。
14.根据权利要求9所述的振动分析仪，其特征在于，该振动分析仪还包括用于驱动振动传感器的电池。
15.根据权利要求9所述的振动分析仪，其特征在于，所述形状形成为：该形状由所述部件的所述部分保持。
16.根据权利要求11所述的振动分析仪，其特征在于，所述振动分析仪能够使用另一联网的振动分析仪来进行自测试。
17.根据权利要求9所述的振动分析仪，其特征在于，所述连接器从车辆的电子控制单元接收车辆数据。
18.根据权利要求17所述的振动分析仪，其特征在于，将车辆数据与振动数据打包。
19.一种检测车辆的部件的振动的方法，包括步骤：
通过振动分析仪的三轴加速度计来感测该部件的振动；
通过振动分析仪的控制器来处理振动数据，该控制器具有包含软件的存储器；
通过振动分析仪的连接器接收来自车辆的车辆数据；
将振动数据与车辆数据打包；和
将打包的振动数据和车辆数据通过振动分析仪的无线接口无线地传输至远程装置。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，该方法还包括步骤；
将振动分析仪的壳体成形为适配在车辆的部件的表面上。
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