CN107179418B - 使用多重处理路径的速度检测技术 - Google Patents

Abstract

使用单一信号产生运动体的两个速度测量。传感器产生具有一系列脉冲的复合信号，其中每个脉冲当运动体上的传感元件运动经过传感器时产生。传感器调节单元解耦所述复合信号以产生第一受制约子信号，该第一受制约子信号只有对应着所述复合信号交流分量的交流信号，和产生对应着复合信号的第二受制约子信号。计时器/计数器输入单元通过确定第一受制约子信号中脉冲的计数和第一时间周期或一个脉冲的时间周期，计算第一速度测量值。所述第二受制约子信号传输到ADC且以一采样率采样以产生一经采样第二受制约子信号。采集单元，通过确定在第二时间周期或单个脉冲的时间上、经采样第二受制约子信号中的脉冲的计数来计算第二速度测量值。

Description

使用多重处理路径的速度检测技术

技术领域

本发明涉及机械状态监测领域。更具体地，本发明涉及运动机械的速度测量。

背景技术

追踪和测量旋转机械比如风扇和发动机的旋转速度，有着许多重要的应用。例如，速度测量可以用于检测和分析机械故障状态，比如由于磨损、使用不当、不均匀载荷、异物积累等等导致的机械不平衡或不对齐。同样地，可以通过振动分析来发现机械中的裂缝或其他故障，而速度测量用于分析振动。为了准确地监测机械，所需的速度测量应可靠、准确、可验证且对特定的应用场合有足够的解析度(例如，采样速度)。

本发明是一种用于检测和测量机械转速的方法和装置，其提供详细准确且证实的、可操作和可分析的数据可。

发明内容

以上和其他需求是通过使用单一信号产生运动体的两个速度测量的装置和方法满足。所述装置包括配置在主体上的一元件，其随着该主体运动能被传感器检测到。并且，一传感器置于靠近主体的位置，其被配置为随着主体运动检测所述元件并产生复合信号，该复合信号具有至少一个脉冲，但是优选的是具有一系列脉冲，其中当所述传感元件运动并且被传感器检测到时产生每个脉冲。所述传感器传输所述复合信号到一传感器调节单元。所述传感器调节单元解耦复合信号以产生第一受制约子信号和对应于所述复合信号的第二受制约子信号。所述子信号的每一个具有交流分量和直流分量中的任一者或两者。可选地，每个子信号可以代表所述复合信号的一部分(例如，顶部和底部)。

计时器/计数器具有产生时钟节拍的时钟，接收通过所述传感器调节单元传输的第一受制约子信号，且基于在第一受制约子信号中的至少一个脉冲的计数和在脉冲期间的第一时间或者基于时间测量期间的脉冲数确定第一速度测量值。模拟-数字转换器(ADC)用于接收通过所述传感器调节单元传输的第二受制约子信号和以一采样率对所述第二调节子信号进行采样来产生经采样的第二受制约子信号。数据采集单元接收所述经采样第二受制约子信号。所述经采样第二受制约子信号储存在存储器中然后处理电路基于在第二受制约子信号的至少一个脉冲的计数和脉冲期间的第二时间或者基于时间测量期间的脉冲数，计算第二速度测量值。

根据所述方法，运动体有一元件，其可以在所述运动体运动时通过一传感器检测到。所述传感器可以是电涡流传感器、霍尔效应传感器、光传感器，或其他类型的传感器。所述传感器产生具有一系列脉冲的复合信号，其中每个脉冲在所述传感元件运动经过传感器时产生。所述复合信号传输到一传感器调节单元，其解耦复合信号以产生第一受制约子信号和第二调节子信号。在某些实施例中，所述第一受制约子信号只有对应所述复合信号交流分量的交流信号。在其他一些实施例中，所述第一受制约子信号同样可以包括直流分量。所述第二受制约子信号对应所述复合信号且可以具有交流和直流分量中的任一者或两者。

所述第一受制约子信号传输到计时器/计数器输入单元，其基于在第一受制约子信号的至少一个脉冲的计数和脉冲期间的第一时间或者基于时间测量期间的脉冲数，计算第一速度测量值。所述第二受制约子信号传输到模拟-数字转换器(ADC)且以一可配置或可调节采样率来采样以产生经采样第二受制约子信号。一匹配采样频率是96000Hz。所述经采样第二受制约子信号传输到数据采集单元，其基于在第二受制约子信号的至少一个脉冲的计数和脉冲期间的第二时间或者基于时间测量期间的脉冲，计算第二速度测量值。在某些实施例中，计算第一速度测量值的步骤是基于在所述第一受制约子信号中的多重脉冲的计数，和计算第二速度测量值的步骤是基于在所述第二受制约子信号中的多重脉冲的计数。

在某些实施例中，所述方法另外储存第一或较低触发标准在所述数据采集单元的存储器中，并且检测在第一受制约子信号中的脉冲、或检测在第二受制约信号中的脉冲，或者只有当第一标准满足时两者都检测。例如，只有当所述脉冲的幅度或持续时间满足指定的标准时。所述方法另外储存第二或较高触发标准在所述数据采集单元的存储器中，并且检测在所述第一受制约子信号中的脉冲，或检测在所述第二受制约子信号中的脉冲，或者只有当第二标准满足时两者都检测。再次地，如果需要，所述较高触发标准可能需要幅度和持续时间两者。所述触发标准可以被自动修改。例如，所述标准可以是自动调节的以响应在信号中的噪声的出现或在信号中的直流偏移的出现。在其他一些实施例中，所述输入信号可以被调节以响应在信号中的噪声或调节所述信号到触发标准(例如，直流偏移)。触发指令，比如触发标准可以从外部输入接收。

所述较高和较低触发标准同样可以二者择一地使用。换言之，所述较低触发标准可以用在低噪声的时间段。因此，每当所述复合信号达到或者超过较低触发标准时对脉冲进行计数。然而，在检测到的高水平噪声的出现中，所述较高触发标准可以被使用且只有当所述复合信号达到或者超过较高触发标准时对脉冲进行计数。再次，所述较高触发标准和所述较低触发标准可以有振幅和持续时间两者的要求。

在其他一些实施例中，所述第一受制约子信号使用第一触发水平分析以致只有在所述第一受制约子信号达到或超过第一触发水平时脉冲被计数。所述第二受制约子信号使用一第二触发水平分析以致只有在所述第二受制约子信号达到或超过第二触发水平时脉冲被计数。监测所述第二受制约子信号的噪声，且第一触发水平和第二触发水平当在第二受制约子信号中的脉冲超过一预定水平时被升高到更高的第三触发水平和第四触发水平。

所述数据采集单元计数第二时间周期上的检测到的脉冲，且基于在第二受制约子信号的至少一个脉冲的计数和脉冲期间的第二时间或者基于时间测量期间的脉冲数，计算速度。此外，所述数据采集单元可以在数字域产生一系列脉冲表示和对应着在第二受制约子信号中的脉冲因而达到了所述较高触发要求和较低触发要求两者，或者所述触发标准要求的一个或任何一个，如预期的。所述在数字领域的一系列脉冲可以传输到其他设备以用在其他计算中，或者所述一系列脉冲可以转变到模拟域且再次传输到其他设备。

一较高或较低触发标准可以从所述数据采集单元传输到所述计时器/计数器，且所述计时器/计数器配置为响应所述触发标准和只有所述复合信号达到较高和较低触发标准两者的条件时将计数复合信号中的脉冲。作为一种选择，所述计时器/计数器可以配置为只有在复合信号的振幅达到或者超过所述较低触发标准时计数所述复合信号中的脉冲。作为一种选择，所述计时器-计数器可以配置为只有在复合信号的振幅达到或者超过所述较高触发标准时计数所述复合信号中的脉冲。这个后面的配置可以使用在所述复合信号的高噪声水平被检测到时。

在某些实施例中，所述方法包括在计时器/计数器中为第一受制约子信号提供第一触发标准，和在数据采集单元中为第二受制约子信号提供第二触发标准的步骤。然后处理第二受制约子信号(比如，数字化处理)，调节第二触发标准，或者两者都进行，响应第二受制约子信号中的噪声的出现。并且基于第二受制约子信号的处理来处理第一受制约子信号。最后，所述方法包括在第一受制约子信号中基于第一触发标准来计数脉冲，以致每当第一受制约子信号满足第一触发标准时脉冲被计数，和(还包括)在第二受制约子信号中基于第二触发标准来计数脉冲，以致每当第二受制约子信号满足第二触发标准时脉冲被计数。相应地，所述信号在速度计算前可以被数字化处理。另外，所述信号可以在初始速度计算之后被处理以改善所述速度计算，且然后所述速度再次被计算。所述处理可以重复很多次以改善数据。此外，所述两种速度计算可以相互比较。基于这个比较，例如如果有超过一定数量的差异，警告可能会产生或所述信号可以被进一步处理。

在选择性实施例中，设备和方法被提供用于使用单一信号产生运动体的振动测量值和速度测量值。

所述装置包括配置在主体上的一元件，其随着该主体运动能被传感器检测，该传感器比如是距离或振动传感器。并且，一传感器置于靠近主体的位置，其被配置为随着主体运动检测所述元件并产生复合信号，该复合信号具有至少一个脉冲，但是优选的是具有一系列脉冲，其中当所述传感元件运动并且被传感器检测到时产生每个脉冲。所述传感器传输所述复合信号到一传感器调节单元。所述传感器调节单元解耦复合信号以产生第一受制约子信号和对应于所述复合信号的第二调节子信号。所述子信号的每一个具有交流分量和直流分量中的任一个或两者。可选地，每个子信号可以代表所述复合信号的一部分(例如，顶部和底部)。

计时器/计数器具有产生时钟节拍的时钟，接收通过所述传感器调节单元传输的第一受制约子信号，且基于在第一受制约子信号中的至少一个脉冲的计数和在脉冲期间的第一时间或者基于时间测量期间的脉冲数确定速度测量值。模拟-数字转换器(ADC)用于接收通过所述传感器调节单元传输的第二受制约子信号和在一采样率对所述第二调节子信号进行采样以产生经采样的第二受制约子信号。数据采集单元接收所述经采样第二受制约子信号。所述经采样第二受制约子信号储存在存储器中且然后处理电路被用来分析所述运动体的振动。

根据所述方法，运动体有一元件可以随着所述运动体运动通过一传感器检测。所述传感器可以是电涡流传感器、霍尔效应传感器、光传感器，或其他类型的传感器。所述传感器产生具有一系列脉冲的复合信号，其中每个脉冲在所述传感元件运动经过传感器时产生。所述复合信号传输到一传感器调节单元，其解耦复合信号以产生第一受制约子信号和第二调节子信号。在某些实施例中，所述第一受制约子信号只有对应所述复合信号交流分量的交流信号。在其他一些实施例中，所述第一受制约子信号同样可以包括直流分量。所述第二受制约子信号对应所述复合信号且可以具有交流和直流分量中的任一个或两者。

所述第一受制约子信号传输到计时器/计数器输入单元，其基于在第一受制约子信号的至少一个脉冲的计数和脉冲期间的第一时间或者基于时间测量期间的脉冲数，计算第一速度测量值。所述第二受制约子信号传输到模拟-数字转换器(ADC)且在一可配置或可调节采样率被采样以产生经采样第二受制约子信号。匹配采样频率是96000Hz。所述经采样第二受制约子信号传输到数据采集单元，其基于在第二受制约子信号的至少一个脉冲的计数和脉冲期间的第二时间或者基于时间测量期间的脉冲数，计算第二速度测量值。在某些实施例中，计算速度测量值的步骤是基于在第一受制约子信号中的所述多脉冲的计数。

在某些实施例中，所述方法另外储存第一或较低触发标准在所述数据采集单元的存储器中，并且检测在所述第一受制约子信号中，或在所述第二受制约信号中的脉冲，或者只有当第一标准满足时两者都进行。例如，只有当所述脉冲的振幅或持续时间满足指定的标准时。所述方法另外储存第二或较高触发标准在所述数据采集单元的存储器中，并且检测在所述第一受制约子信号中，或在所述第二受制约子信号中的脉冲，或者只有当第二标准满足时两者都进行。再次，如果需要，所述较高触发标准可能需要振幅和持续时间两者。所述触发标准可能被自动修改。例如，所述标准可以是自动调节的以响应在信号中的噪声的出现或在信号中的直流偏移的出现。在其他一些实施例中，所述输入信号可以被调节以响应在信号中的噪声或调节所述信号到触发标准(例如，直流偏移)。触发命令，比如触发标准可以从外部输出接收。

所述较高和较低触发标准可以二者择一地使用。换言之，所述较低触发标准可以用在低噪声的时间段。因此，每当所述复合信号达到或者超过较低触发标准时对脉冲进行计数。然而，在检测到的高水平噪声的出现中，所述较高触发标准可以被使用且只有当所述复合信号达到或者超过较高触发标准时对脉冲进行计数。再次，所述较高触发标准和所述较低触发标准可以有振幅和持续时间两者的要求。

在其他一些实施例中，所述第一受制约子信号使用第一触发水平分析以致只有在所述第一受制约子信号达到或超过第一触发水平时脉冲被计数。所述第二受制约子信号使用第二触发水平分析以致只有在所述第二受制约子信号达到或超过第二触发水平时脉冲被计数。监测所述第二受制约子信号的噪声，且第一触发水平和第二触发水平当在第二受制约子信号中的脉冲超过预定水平时被升高到更高的第三触发水平和第四触发水平。

所述数据采集单元计数第二时间周期上的检测到的脉冲，且基于在第二受制约子信号的至少一个脉冲的计数和脉冲期间的第二时间或者基于时间测量期间的脉冲数，计算速度。此外，所述数据采集单元可以在数字域产生一系列脉冲，表示和对应着在第二受制约子信号中的脉冲，其达到了所述较高触发要求和较低触发要求两者，或者所述触发标准要求的一者或任一者，依照要求。所述在数字领域的一系列脉冲可以传输到其他设备以在其他计算中使用，或者所述一系列脉冲可以转换到模拟域且再次传输到其他设备。

一较高或较低触发标准可以从所述数据采集单元传输到所述计时器/计数器，且所述计时器/计数器配置为响应所述触发标准和只有所述复合信号达到较高和较低触发标准两者的条件时会计数复合信号中的脉冲。二者择一地，所述计时器/计数器可以配置为只有在复合信号的幅度达到或者超过所述较低触发标准时计数所述复合信号中的脉冲。二者择一地，所述计时器/计数器可以配置为只有在复合信号的幅度达到或者超过所述较高触发标准时计数所述复合信号中的脉冲。这个后面的配置可以在所述复合信号的一高噪声电平被检测到时使用。

在某些实施例中，所述方法包括在计时器/计数器中为第一受制约子信号提供一第一触发标准，和在数据采集单元中为第二受制约子信号提供一第二触发标准的步骤。然后处理第二受制约子信号(比如，数字化处理)，调节第二触发标准，或者两者都进行，以响应第二受制约子信号中的噪声的出现。并且基于第二受制约子信号的处理来处理第一受制约子信号。最后，所述方法包括基于第一触发标准来计数第一受制约子信号中的脉冲，以致每当第一受制约子信号满足第一触发标准时脉冲被计数，和基于第二触发标准来计数第二受制约子信号中的脉冲，以致每当第二受制约子信号满足第二触发标准时脉冲被计数。相应地，所述信号在速度或振动测量确定前可以数字化处理。另外，所述信号可以在初始速度计算之后被处理以改善所述速度计算，然后所述速度或振动再次确定。所述处理可以重复很多次以改善数据。

附图说明

结合附图参考详细描述将使本发明的其他实施例变得直观，其中的元件未按比例绘制，以便更清楚地显示细节，在若干视图中相同的附图标记表示同样的元件，且其中：

图1所示为根据本发明一实施例的系统，用于采用单一传感器信号产生运动体的至少两个速度测量；

图2是显示复合信号且包括高低触发标准的图表；

图3所示为旋转体且放置接近该旋转体位置的多个用于检测运动的传感器；

图4所示为含有组合信号和触发组件的输入信号；

图5所示为直流解耦的仅振动信号(vibration-only signal)；

图6所示为无振动叠加的触发信号；和

图7所示为经过内插和过滤的仅振动信号。

具体实施方式

下面内容描述了用于使用单一传感器信号产生一运动体的至少两个测量速度的装置的各种实施例。该装置例如可以用在检测旋转速度，以用于分析机器中的振动。所述装置使用两个分开的内部处理路径来检测和测量速度，其中从一单个传感器接收的相同信号得出这两种测量结果。可添加额外的多个传感器，其中每一个传感器使基于该传感器产生的一单一信号的多个速度测量值能被计算。比较来自这些多传感器所得到的速度测量值，可以考虑要获得的有关运动体的附加信息和要加强的数据。

参考图1，装置100包括一元件102，比如一凹槽、齿、触发标志、金属薄片或其他类似装置，元件102置于移动体104，比如是发动机的转轴、齿轮、泵、风扇等等，之上。元件102在主体104运动时被一传感器1检测。例如，传感器1由于运动体104的振动、旋转或平移可以检测到元件102的运动。传感器1可以包括霍尔效应传感器、电涡流传感器、光传感器等等。在其他情形中，可以使用电动式传感器或其他模拟输入源。通过传感器1捕获主体104的运动，且该运动表现为一复合信号(也就是，原始传感器数据)，该复合信号由传感器响应主体的运动而产生。当传感元件接近传感器1，比如当元件置于一旋转轴上，旋转通过传感器时，在复合信号中产生脉冲。因此，在旋转轴或运动体接近所述元件的相对恒定或重复的运动的情形中，该运动以一系列脉冲的形式表现在复合信号中。可以通过这些脉冲与时间测量的关联(计数)来计算速度。特别地，可以基于每一个时间周期的脉冲数量或者一定数量的脉冲发生所需的时间来计算速度。

将来自传感器1(或其他模拟输入源)的复合信号传输到模拟传感器调节单元3且通过它进行模拟处理。模拟传感器调节单元3的主要工作是使来自传感器1的数据适应测量系统100以沿着两条处理路径计算速度。这包括将信号调节到一合适的电压范围。

此外，模拟传感器处理单元3的另一功能是分离复合信号至两个或更多的子信号。在一个具体实施例中，使复合信号直流解耦以产生第一受制约子信号，该子信号只具有对应复合信号交流分量的交流信号。然而，在其他一些实施例中，第一受制约子信号同样可以有直流分量。传感器调节单元3同样可以从所述信号提取错误脉冲和其他失真。

传感器调节单元3将第一受制约子信号馈到数字信号处理器6或微控制器的计时器/计数器输入单元6.1中。数字信号处理器6包括计时器/计数器6.1，其对第一受制约子信号中的脉冲进行计数，还对内部生成的时钟节拍(也称为时间脉冲)进行计数。为了确定速度，计时器/计数器输入单元6.1通过时钟节拍的数量来划分脉冲的数量，或反之亦然，并产生与速度对应的数字速度数。重复地计算所述数字速度数，并重复地将其传输到数字信号处理单元7.2。计时器/计数器可以用几种不同的方法计算速度。例如，它可以对单一脉冲上的计时器周期的数量进行计数。当速度增大，脉冲的持续时间将减小，因此，脉冲的持续时间与速度对应。因此，通过一个常数除以用单一脉冲计数的时钟节拍数量，计算出数字速度数。可选地，和更精确地，可以通过对指定时间的脉冲数量进行计数并由脉冲数量除以时间来计算出数字速度数。还将该脉冲数乘以一常数来反映设备的物理状态，并产生一个与速度对应的数量。同样地，可以通过对指定数量脉冲中的节拍数进行计数，然后用一常数除以节拍的计数来计算数字速度数。再次，选定所述常数，使得该除法计算结果产生与基于设备物理配置速度对应的数字速度数。

数字信号处理器6使用数字信号处理单元7.2运行应用程序7，该信号处理单元7.2使用由计时器/计数器6.1产生的数字速度数来计算所述运动体的速度。微处理器可以以数字形式输出速度，以用在其他处理装置，或者微处理器可以使用脉冲输出产生应用程序来产生模拟输出脉冲信号，该应用程序控制脉冲输出数字接口来产生与速度对应的模拟输出脉冲信号。可以控制模拟脉冲输出信号的相位，通过使用由计时器/计数器输出单元6.1产生相位计时信号来匹配由模拟传感器调节电路产生的传感器信号脉冲的相位。例如，可以从计时器/计数器输出数字速度数，以与第一复合信号中检测到的每个脉冲的前沿或后沿有一已知的相位关系。在这个情形中，微处理器可以基于来自计时器/计数器6.1的每个数字速度数的到达时间来控制接口6.4的模拟输出脉冲信号的相位。

使用计时器/计数器输出单元6.1来采样直流耦解信号的一优势在于，数字信号处理器/微处理器6的计时器/计数器输出单元6.1获得高解析度。一般而言，沿着模拟路径相对于沿着数字路径可以实现高得多的解析度。事实上，通过计时器/计数器单元产生的数字速度数的比率可以接近微处理器6的内置处理器时钟。这个提高了速度测量解析度，其用于高速信号是特别有益的。然而，一个缺点是使用这个处理方法时不能获得与传感器状态有关的信息。计时器/计数器输入单元6.1只有最小模拟前端。可以保证的是传感器输入幅度处在需要用于高/低检测的可接受范围内，且支持边缘触发。然而，无法从所述信号获得关于原始信号幅度的实时信息。在很大程度上，没有触发标准调节或用于传感器管理的调节可以由基于由计时器/计数器输出6.1获得的信息来实现。在某些情形中，然而，只能通过添加小直流偏移到所述信号以达到触发标准，所以这样的小调节有时可能是必需的。

然而，此发明的优势是使用两个或更多的处理路径或方法来测定速度，其在相同的时间提供可获得的信息相比于从使用只有一单一处理路径获得的信息具有更宽范围。因此，如下文将讨论的，本系统100通过使用第二个单独的处理方法来计算速度，从而克服了上述的局限性。这两种处理方法是互补的，因为使用一方法计算速度的优势克服了使用另一方法计算速度的劣势。

传感器调节单元3产生与复合信号对应的第二受制约子信号，其可以含有交流分量和直流分量中的一者或两者。第二受制约子信号从模拟传感器调节单元3传输到模拟-数字转换器(ADC)4。ADC以可配置(也就是，可调节)的采样率对信号进行采样。例如，在一实施例中，系统100工作采样率为96000Hz。然而，在其他实施里中，可能使用更高或更低的采样率，但优选更高的采样率是。

在第二受制约子信号被从模拟信号转换为数字信号之后，数字采集单元6.2可以用来对经采样的数据执行额外的处理步骤。因此，使用数字采集单元6.2的优势是能够在数字信号处理单元7.2中实现各种滤波和其他算法。对比使用计时器/计数器输入单元6.1基于直流解耦信号来计算速度，其用于高速信号是尤其有用，而使用采集单元6.2非常适合测量包括下至直流的低速频率输入。

通过这个路径获得的信号包含直流信息，且这个直流信息可以用于传感器管理和触发标准设定。例如，可以观测直流电平或直流+交流电平可以来确定信号的各种特性，比如，绝对传感器输入范围以及信号的最大峰值和最小峰值。此外，同样可以监测交流信号，然后可以确定交流峰-峰值、最大峰值和最小峰值。

并且，所述直流信息允许触发标准设定和噪声信号预处理，目的是避免不正确的或有缺陷的测量。例如，如果一信号包括噪声或异常传感器数据(例如，其他附近机械)，噪声可能被解读为一脉冲导致错误的速度计算。通过设定一个或者多个触发标准设定，一定数量的噪声可以从所述信号数据剔除，或所述信号其他不需要的部分可以被过滤出，目的是改善数据和由此产生的速度计算。这种类型的处理有助于获得更多准确速度计算。这些触发标准设定可能包括，例如，设定最小脉冲幅度或持续时间以具备成为脉冲的条件，并使其包括在速度计算中。如果所述数据没有满足触发标准设定或条件，那部分数据不考虑为是脉冲，并从速度计算中排除。这些设定在数字域完成，所以它们是完全可控的且可以在运行期间更改。

由于计时器/计数器6.1的局限性，此类型的数据操作，包括触发标准设定、滤波等等，一般不能在通过计时器/计数器6.1分析的数据上执行。然而，通过采集单元6.2获得的数据可以用来确定应该被执行的合适的数据操作步骤，其然后可以在通过计时器/计数器分析的数据上执行。换言之，来自计时器/计数器6.1的测量信息可以用来改善来自采集单元6.2的测量信息，反之亦然。例如，因为计时器/计数器6.1只检测在输入信号的边缘的转变，它对信号电平变化是不敏感的，但是具有来自采集单元6.2的速度信息，可以为计时器/计数器设定特定的滤波器和触发标准。用在调节由计时器/计数器6.1分析的数据(也就是，模拟数据)的处理步骤与用在调节由计时器/计数器6.2分析的数据(也就是，数字数据)的处理步骤是不同的。然而，应用于模拟数据的处理步骤可以是基于应用于数字数据的处理步骤。例如，模拟数据的某一部分可以被抑制或增加，或直流偏移可以应用于所述数据。在其他例子中，如果发现第二受制约子信号中的噪声的一个单元的起因来自邻近机器，采集单元6.2可以被编程以过滤出第二受制约子信号中的噪声的1个单元。还可以假定噪声的相同电平出现在第一受制约子信号中，所以可以在沿着那条路径，在计算速度前通过数字信号处理单元7.2，将相似的过滤应用于第一受制约子信号中。

装置100的某一实施例提供一数字输入(可选触发)5，其从一外部输入2接收信息。可选触发5可以用作为一处理输入或作为一触发输入来修改系统的行为以响应信号数据。处理输入可以是指示系统使用不同参数设定的数字开关，该参数设定可以用于设定机器不同的操作状态。所述参数设定例如例如可以包括在警告前或故障检测通知发出前允许的最大速度。另一可以被调节的参数设定是测量时间设定。通过调节这个参数，使用者可以在一较低响应时间和一较高响应时间之间选择。

在这个特殊情形中，系统有二元逻辑，其功能如ON/OFF开关，可以用来打开或关闭的机器的某些特性。参考图2，此特定系统的逻辑包括“高”和“低”状态(例如，24V逻辑)和可以根据它是否在“高”或“低”状态改变系统的行为。外部输入已经被用于在-2V和-18V之间的可接受电压范围的35％来设定第一或较低触发标准和在该可接受电压范围的70％设定第二或较高触发标准。如果第二受制约子信号的电压不超过35％的阈值，该系统是在“低”状态。另一方面，如果第二受制约子信号的电压至少等于70％的阈值时，该系统是在“高”状态。

此逻辑可以用于提供关于旋转设备的各种信息。例如，它可以用于表明是否有一脉冲。脉冲只有在所述系统处于“高”状态时才可以被计数。如果电压读数在指定范围外，所述系统可能关闭。例如，触发“高”或“低”状态可以使系统被关闭。这对于防止不安全操作状况是有益的，比如发动机转动太慢或太快。除了关闭系统或者取代关闭系统之外，如果检测或触发一个“高”或“低”状态，可能会触发警报。

在上文所述方式中经过处理和滤波之后，第二受制约子信号从采集单元传输到数字化处理单元7.2。数字信号处理单元7.2然后基于在第二时间周期上的经采样第二受制约子信号的计数来计算第二速度测量值。所述系统可以进一步配置为在速度计算被算出之后执行某些后处理步骤。这些步骤可以被执行以改善速度计算或选择最好的速度计算或基于速度计算进行额外的发现。所述系统可以包括反馈回路，其中基于后处理数据对速度计算进行重新计算。

在一个实施例中，数字信号处理单元7.2可以配置为提供警告信息，或基于预编的标准接收或拒绝一速度计算。数字信号处理单元7.2可以配置为比较第一速度测量值和第二速度测量值且当第一速度测量值和第二速度测量值与一预先设定的大小不同时产生一错误信号。例如，如果两个速度计算通过一定量(例如，1rpm或更多)，或通过一定比例(比如，1％或更多)发生变化，数字信号处理单元7.2可以被编程以输出一个错误信号，并采取一些其他进一步的动作，比如停止运动体或重新运行速度计算。数字信号处理单元7.2可以另外配置为比较第一速度测量值和第二速度测量值且然后当第一第二信号测量与一预先设定的大小不同时产生一错误信号，且然后选择速度测量值中的一个作为基于预先设定标准的正确测量值。例如，数字信号处理单元7.2可以被编程为选择出计算的最高或最低速度值。作为一种选择，可以使用一可选的触发/数字输入5输入一预期的速度值，且所述速度可能是最接近预期值的那一个。在其他的一些实施例中，数字信号处理单元7.2可以使用速度计算的积分或导数，以确定运动体的位移或加速度。

在以上所述中，只用单一传感器来确定运动体的速度。然而，图3是一稍微更复杂的版本，其包括一额外的传感器，该传感器可以使用多处理路径来确定速度。虚线化的线条强调第二传感器是可选的，且对于此系统100的常规操作不是必需的。所述两个传感器的每一个分别配置为当齿轮的齿部经过传感器时检测这些齿部。可理解地，这导致了在每一复合信号中的脉冲数量是使用单一传感器时的两倍。因此，所述系统被配备来为额外的传感器进行补偿。同样地，所述系统被配备为在多元件(比如，齿部)出现的情形中进行补偿。

一旦使用两个或更多传感器获得速度测量值，该信息可以相互关联以揭露与系统相关的额外信息。例如，可以使速度测量值相互关联以确定旋转方向、主体是否静止，等等。在其他例子中，当第二传感器的数据可以用来测量位移或振动的时候，一个传感器的数据可以用来测量速度。然后可以对这两个测量进行相互关联以揭露任何趋势或模式。在旋转机械的维护中，此方法在诊断或预防一潜在问题时是特别有益的。所述系统基于通过每一传感器产生的信号可以输出不同类型的信息。例如，当来自第二传感器的信号数据可以用来计算机械的位移或振动的时候，来自一个传感器的信号数据可以用来产生速度或加速度测量。

在一选择性实施例中，来自单一传感器的数据可以用来导出使用每个处理路径的不同类型的测量。例如，可以通过采集单元6.2计算出振动，和可以通过计时器/计数器6.2计算出速度。传感器输入信号例如来自身上带有触发标志的旋转轴。同样地，传感器输入信号组合了振动信息和触发信息两者，如图4中所示。在信号中的恒定低水平振动信息将被认为是噪声，且可以从脉冲中分离，所述脉冲可以用来计算速度。可以调节第一触发电平(或输入信号本身)，使得输入信号中的尖峰的边缘被认为是一脉冲。旋转轴经过传感器导致出现这些尖峰。在图6中，已移除振动信息且只留下尖峰或脉冲。计时器/计数器6.1可以使用此信号来推导出速度。另一方面，相同信号可以被馈入采集单元6.2以计算振动信息。使用数字信号处理，比如简单滤波或线性插值的不同例程，可以应用于剔除或减少原始信号中的触发脉冲，如图5所示。图7展示了如图5所示的经插值和滤波后的相同信号数据。使用此信息，可以通过采集单元6.2确定旋转体的振动特性。

所述系统提供数字脉冲输出发生器6.4，其用于产生输出脉冲信号。在多数情形中，所述输出脉冲信号反映旋转设备的速度。然而，可以修改该信号以提供所述设备的工作周期。

本发明的优选实施例的前述描述已经被提出，目的是起说明和描述作用。它们不是为了穷举或限制本发明所公开的明确形式。根据以上教义，显著的修改或变化是可能的。所述实施例被选择和描述，以试图提供本发明原理的最佳说明和其实际应用，并由此使本领域技术人员在适合于预期的特定用途中能够在各种实施例里和有着各种修改时利用本发明。当依照公平、合法和公正享有的宽度解释时，所有这些修改和变化都落在通过所附的权利要求书确定的范围之内。

Claims (24)

1.一种使用单一信号产生运动体的两个速度测量的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

提供运动体，在所述运动体上配置有一元件，该元件可以在运动体运动时由一传感器检测到；

在所述运动体运动时用一传感器感应所述元件，且产生具有一系列脉冲的复合信号，其中当感应元件运动经过所述传感器时产生每个脉冲；

传输所述复合信号到一传感器调节单元，并且(1)用所述传感器调节单元解耦所述复合信号，以产生对应于所述复合信号的配置用于计时器/计数器输入单元的第一受制约子信号，以及(2)使用所述传感器调节单元产生对应于所述复合信号的配置用于模拟-数字转换器(ADC)的第二受制约子信号；

传输所述第一受制约子信号到计时器/计数器输入单元，基于在第一受制约子信号中的至少一个脉冲的计数和脉冲期间的第一时间或者基于时间测量期间的脉冲数，计算第一速度测量值；

传输所述第二受制约子信号到模拟-数字转换器，并以一采样率对所述第二受制约子信号进行采样以产生经采样的第二受制约子信号；和

传输所述经采样的第二受制约子信号到数据采集单元，并基于在第二受制约子信号中的至少一个脉冲的计数和脉冲期间的第二时间或者基于时间测量期间的脉冲数，计算第二速度测量值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一受制约子信号包括与所述复合信号的交流分量对应的交流信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述采样率是能够调节的。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，计算第一速度测量值的步骤是基于所述第一受制约子信号中多个脉冲的计数，和计算第二速度测量值的步骤是基于所述第二受制约子信号中多个脉冲的计数。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：提供一第一触发标准，并且只有在所述第二受制约子信号达到第一触发标准时，检测第一受制约子信号中或第二受制约子信号中或这两者中的脉冲。

6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括以下步骤：提供一第二触发标准，并且只有在所述第二受制约子信号达到第一触发标准和第二触发标准时，检测第一受制约子信号中或第二受制约子信号中或这两者中的脉冲。

7.根据权利要求6所述的方法，包括以下步骤：自动修改第一受制约子信号或调节第一触发标准或第二触发标准，以响应噪声的出现或所述复合信号中直流偏移的出现。

8.根据权利要求1所述的方法，其中：

使用一第一触发电平分析所述第一受制约子信号，使得只有在所述第一受制约子信号达到或超过第一触发电平时对脉冲进行计数；

使用一第二触发电平分析所述第二受制约子信号，使得只有在所述第二受制约子信号达到或超过第二触发电平时对脉冲进行计数；和

监测所述第二受制约子信号的噪声，且当第二受制约子信号中的噪声超过一预先设定的电平时，将第一触发电平和第二触发电平升高到更高的第三触发电平和第四触发电平。

9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

在所述计时器/计数器中为所述第一受制约子信号提供第一触发标准；

在所述数据采集单元中为所述第二受制约子信号提供第二触发标准；

处理第二受制约子信号，调节第二触发标准，或都进行处理第二受制约子信号和调节第二触发标准，以响应第二受制约子信号中噪声的出现；

基于第二受制约子信号的处理来处理第一受制约子信号；

基于第一触发标准对第一受制约子信号中的脉冲进行计数，使得每当第一受制约子信号满足第一触发标准脉冲时，对脉冲进行计数；和

基于第二触发标准对第二受制约子信号中的脉冲进行计数，使得每当第二受制约子信号满足第二触发标准脉冲时，对脉冲进行计数。

10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：从一外部输入接收触发命令以设定触发标准。

11.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：在计算第二速度测量值前，数字化处理第二受制约子信号。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括以下步骤：计算第一速度测量值前，基于第二受制约子信号的数字化处理来调节第一受制约子信号。

13.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在计算第一速度测量值前调节第一受制约子信号的步骤。

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括在计算第二速度测量值前基于第一受制约子信号的调节来数字化处理第二受制约子信号的步骤。

15.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：比较第一速度测量值和第二速度测量值，如果所述速度测量值与指定数量不同则执行一警报响应。

16.一种使用单一信号产生运动体的至少两个速度测量的装置，其特征在于，所述装置包括：

配置在主体上的元件，该元件在运动时能被传感器检测到；

置于接近所述主体的一个传感器，该传感器配置为当该主体运动时检测所述元件并产生带有一系列脉冲的复合信号，其中当感应元件运动经过所述传感器时产生每个脉冲，且传输所述复合信号到一传感器调节单元；

传感器调节单元，用于(1)解耦所述复合信号以产生第一受制约子信号和(2)产生与复合信号对应的第二受制约子信号，该复合信号可以含有交流分量和直流分量的其中一者或两者；

计时器/计数器，所述计时器/计数器具有产生时钟节拍的时钟，所述计时器/计数器配置为接收通过所述传感器调节单元传输的第一受制约子信号，且具有一电路，用于基于第一受制约子信号中的至少一个脉冲的计数和在脉冲期间的第一时间或者基于时间测量期间的脉冲数来确定第一速度测量值；

模拟-数字转换器(ADC)，用于接收通过所述传感器调节单元传输的第二受制约子信号和以一采样率对所述第二受制约子信号进行采样以产生一经采样的第二受制约子信号；

数据采集单元，用于接收所述经采样第二受制约子信号和具有存储器用于储存所述经采样的第二受制约子信号；和

处理电路，用于基于在第二受制约子信号中的至少一个脉冲的计数和脉冲期间的第二时间或者基于时间测量期间的脉冲数来计算一第二速度测量值。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，第一受制约子信号包括与所述复合信号的交流分量对应的交流信号。

18.根据权利要求16所述的装置，进一步包括一触发存储器，其配置为接收和储存来自数字触发输入接收的第一触发标准，其中所述处理电路只有在所述第二受制约子信号的幅度至少与第一触发标准相等时对第二受制约子信号中的脉冲进行计数。

19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述触发存储器进一步配置为接收和储存来自数字触发输入接收的第二触发标准，其中所述处理电路只有在所述第二受制约子信号的幅度至少与第一触发标准和第二触发标准相等时对第二受制约子信号中的脉冲进行计数。

20.根据权利要求16所述的装置，进一步包括数字脉冲输出发生器，用于基于至少一个第一受制约子信号或至少一个第二受制约子信号来产生脉冲输出信号。

21.根据权利要求16所述的装置，其中所述处理电路配置为比较第一速度测量值和第二速度测量值，且用于当第一速度测量值和第二速度测量值与预先设定的大小不同时产生一错误信号。

22.根据权利要求16所述的装置，进一步包括：

置于接近所述主体的第二传感器，该第二传感器配置为当该主体运动时检测所述元件并产生带有一系列脉冲的复合信号，其中当感应元件运动经过所述传感器时产生每个脉冲，且传输所述复合信号到一传感器调节单元；

第二传感器调节单元，用于(1)解耦第二复合信号以产生第三受制约子信号，该第三受制约子信号只具有与第二复合信号交流分量部分对应的交流信号，和(2)产生对应第二复合信号的第四受制约子信号，该第二复合信号含有交流分量和直流分量的其中一者或两者；

第二计时器/计数器，该第二计时器/计数器具有产生时钟节拍的时钟，所述计时器/计数器配置为接收通过所述传感器调节单元传输的第三受制约子信号，且具有一电路，用于基于第三受制约子信号中的至少一个脉冲的计数和在脉冲期间的第三时间或者基于时间测量期间的脉冲数来确定第三速度测量值；

模拟-数字转换器(ADC)，用于接收通过所述传感器调节单元传输的第四受制约子信号和以一采样率对所述第四受制约子信号进行采样以产生一经采样的第四受制约子信号；

数据采集单元，用于接收所述经采样第四受制约子信号和具有一存储器用于储存所述经采样的第四受制约子信号；和

处理电路，用于基于第四受制约子信号的至少一个脉冲的计数和脉冲期间的第四时间或者基于时间测量期间的脉冲数来计算一第四速度测量值。

23.根据权利要求16所述的装置，其中所述处理电路配置为比较第一速度测量值和第二速度测量值，且用于当第一速度测量值和第二速度测量值与预先设定的幅度不同时产生一错误信号，和选择第一速度测量值和第二速度测量值中的一个作为基于预先设定标准的正确测量值。

24.一种使用单一信号产生运动体的两个测量值的方法，所述方法包括以下步骤：

提供运动体，所述运动体上配置有一元件，该元件可以在运动体运动时由一传感器检测到；

在所述运动体运动时用一传感器感应所述元件，且产生具有一系列脉冲的复合信号，其中当所述感应元件运动经过所述传感器时产生每个脉冲；

传输所述复合信号到一传感器调节单元，并且(1)用所述传感器调节单元解耦所述复合信号，以产生一对应于所述复合信号的配置用于计时器/计数器输入单元的第一受制约子信号，以及(2)使用所述传感器调节单元产生对应于所述复合信号的配置用于模拟-数字转换器(ADC)的第二受制约子信号；

传输所述第一受制约子信号到计时器/计数器输入单元，基于在第一受制约子信号中的至少一个脉冲的计数和脉冲期间的第一时间或者基于时间测量期间的脉冲数，计算一速度测量值；

传输所述第二受制约子信号到一模拟-数字转换器，并以一采样率对所述第二受制约子信号进行采样以产生经采样的第二受制约子信号；和

传输所述经采样的第二受制约子信号到一数据采集单元，并计算振动测量值。

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