CN110337581B

CN110337581B - 用于非接触式磁致伸缩传感器振摆补偿的方法和系统

Info

Publication number: CN110337581B
Application number: CN201780087023.2A
Authority: CN
Inventors: 布莱恩·霍华德; 丹托·卢; 莱尔·特恩博; 大卫·埃里克·福克纳
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2017-01-27
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2021-11-19
Anticipated expiration: 2037-12-21
Also published as: US20200166418A1; WO2018140180A1; US10473535B2; EP3574296A1; CN110337581A; EP3574296A4; US20180217011A1

Abstract

一种用于测量传导目标材料中的应力的应力感测系统包括定位在所述传导目标材料附近的至少一个传感器。所述传感器被配置为测量所述传导目标材料中的应力并将指示所述测量的应力的信号传输到控制器。所述控制器与所述传感器通信耦合。所述控制器被配置为从所述传感器接收所述信号，确定所述信号中对应于所述传导目标材料的振摆的振摆部分，从所述振摆部分确定振摆图案波形，并且从所述信号中减去所述振摆图案波形。

Description

用于非接触式磁致伸缩传感器振摆补偿的方法和系统

背景技术

传导材料具有磁致伸缩性能，其导致材料在施加磁场的情况下改变形状，反之亦然。当施加力到传导材料时，材料的磁性能诸如磁导率改变。磁致伸缩传感器可以感测磁导率的变化，并且由于该变化与施加到传导材料的应力的量成比例，因此可以使用得到的测量结果计算应力的量。

靠近移动传导材料诸如旋转轴的固定磁致伸缩传感器感测在磁致伸缩传感器和传导材料(例如，机械振动)之间限定的气隙的磁导率，并且感测传导目标的传导材料性能(例如，振摆(runout))以及透磁率的变化。然而，由于施加到传导材料的应力导致的磁导率变化与传导材料的机械振动和振摆相比可能很小，使得难以精确测量传导材料中的应力。在一些情况下，振摆和/或机械振动导致信号噪声，该信号噪声可能具有大于应力信号振幅的振幅，从而完全遮蔽应力信号。

发明内容

本文描述的主题整体涉及传导材料中的应力感测，并且更具体地，涉及用于减少扭矩信号中可归因于振摆和机械振动的振摆和/或机械噪声的方法和系统。

在一个方面，提供了一种用于测量传导目标材料中的应力的应力感测系统。该应力感测系统包括定位在传导目标材料附近的至少一个传感器。该传感器被配置为测量传导目标材料中的应力并传输指示测量的应力的至少一个信号。该系统还包括与传感器通信耦合的至少一个控制器。该控制器被配置为从传感器接收应力信号，确定应力信号中对应于传导目标材料的振摆的振摆部分，从振摆部分确定振摆图案波形，并且从应力信号中减去振摆图案波形。

在另一方面，提供了一种用于减少应力感测系统的振摆和振动噪声的计算机实现的方法。该方法包括从至少一个应力传感器接收至少一个信号。该信号指示传导目标材料中的应力。另外，该方法包括确定信号中对应于传导目标材料的振摆的振摆部分。此外，该方法包括从振摆部分确定振摆图案波形，并且从应力信号中减去该振摆图案波形。

在又一方面，提供了一种非暂时性计算机可读介质，其包括用于减少应力感测系统的振摆和振动噪声的计算机可执行指令。应力感测系统包括计算装置，其中当由计算装置执行时，计算机可执行指令使计算装置从至少一个应力传感器接收至少一个信号。该信号指示传导目标材料中的应力。计算机可执行指令使计算装置确定信号中对应于传导目标材料的振摆的振摆部分，并且从信号的振摆部分确定振摆图案波形。此外，计算机可执行指令使计算装置从信号中减去振摆图案波形。

附图说明

在参考附图阅读以下具体实施方式后，将更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点，附图中相同的符号在整个附图中表示相同的部分，其中：

图1是用于感测传导目标材料中引起的应力的示例性应力感测系统的示意图；

图2是由控制器从图1所示的应力感测系统的传感器头接收的示例性扭矩信号的示意曲线图；

图3是在重采样图2所示的扭矩信号的一部分之后的示例性同步振摆扭矩信号部分的示意曲线图；

图4是对图3所示的同步扭矩振摆信号进行平均之后的示例性时间同步平均的振摆图案的示意曲线图；

图5是零应力振摆图案波形和补偿扭矩信号波形的示意曲线图；

图6是第一补偿扭矩信号波形、第二补偿扭矩信号波形和平均补偿扭矩信号波形的示意图；

图7A 和图7B 是有助于从图2所示的扭矩信号减少或消除由于振摆和机械振动引起的信号噪声的示例性方法的框图；以及

图8是图1所示应力感测系统的控制器的框图。

除非另外指出，否则本文提供的附图旨在示出本公开的实施方案的特征。相信这些特征适用于包括本公开的一个或多个实施方案的各种系统。因此，附图并不旨在包括本领域普通技术人员已知的实践本文公开的实施方案所需的所有常规特征。

具体实施方式

在以下说明书和权利要求中，将会提及多个术语，这些术语应被定义为具有以下含义。

除非上下文清楚地另外指示，否则单数形式“一(a)”、“一(an )”和“该”包括复数含义。

“任选的”或“任选地”意指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括事件发生的情况和事件未发生的情况。

除非另外指出，否则如本文所使用的近似表述诸如“一般地”、“基本上”和“大约”表示如此修饰的术语可以仅应用于近似程度，如本领域普通技术人员所认识到的，而不是绝对或完美的程度。可应用近似表述来修饰任何定量表达，所述定量表达可在不造成与其相关的基本功能变化的情况下允许改变。因此，由一个或多个术语诸如“大约”、“大致”和“基本上”修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似的表述可对应于用于测量值的仪器的精确度。在此以及整个说明书和权利要求书中，确定了范围限制。除非上下文或表述另有指示，此类范围可以被组合和/或互换，并且包括其中包含的所有子范围。

另外，除非另外指出，术语“第一”、“第二”等在本文中仅用作标签，并不旨在对这些术语所指的项施加次序、位置或等级的要求。此外，例如，对“第二”项的引用不要求或排除存在例如“第一”或较低编号的项或“第三”或更高编号的项。

如本文所用，短语“磁导率”包括与材料所在的磁场相比材料内部磁通量的相对增加或减少。

如本文所用，术语“振摆”包括其中变化的材料状况(例如，表面缺陷、局部应力等)引起与材料中的实际应力无关的应力信号变化的状况。

如本文所用，术语“处理器”、“计算机”和“控制器”以及相关短语例如“处理装置”和“计算装置”不限于仅本领域中称为计算机的那些集成电路，而是广义地指微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路(ASIC)和其他可编程电路，并且这些术语在这里可以互换使用。在本文描述的实施方案中，存储器可以包括但不限于计算机可读介质诸如随机存取存储器(RAM)以及计算机可读非易失性介质诸如快闪存储器。或者，也可以使用软盘、光盘-只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)和/或数字通用盘(DVD)。而且，在本文描述的实施方案中，附加输入通道可以是但不限于与操作员接口相关联的计算机外围设备诸如鼠标和键盘。或者，也可以使用其他计算机外围设备，其可以包括例如但不限于扫描仪。此外，在示例性实施方案中，附加输出通道可以包括但不限于操作员接口监视器。

此外，如本文所用，术语“实时”包括相关联事件发生的时间、测量和收集预先确定的数据的时间、处理数据的时间以及系统对事件和环境的响应的时间的至少一者。在本文描述的实施方案中，这些活动和事件基本上立即发生。

如本文所用，术语“非暂时性计算机可读介质”旨在表示以用于在任何装置中短期和长期存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块和子模块或者其他数据)的任何方法或技术实现的任何有形的基于计算机的装置。因此，本文描述的方法可以被编码为体现在有形的非暂时性计算机可读介质(包括但不限于存储装置和/或存储器装置)中的可执行指令。当由处理器执行时，此类指令使处理器执行本文描述的方法的至少一部分。此外，如本文所用，术语“非暂时性计算机可读介质”包括所有有形计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机存储装置，包括但不限于易失性和非易失性介质，以及可移动和不可移动介质诸如固件、物理和虚拟存储、CD-ROM 、DVD，以及任何其他数字源诸如网络或互联网，以及尚待开发的数字装置，唯一的例外是非暂时性的传播信号。

本公开提供了可以与扭矩传感器一起使用以减少和/或消除与旋转轴的扭矩无关的振摆和机械振动信号的技术。具体地讲，本公开中的实施方案可以用于确定振摆信号图案并将其从扭矩传感器接收的扭矩信号中去除。另外，本公开提供了可用于组合来自两个或更多个扭矩传感器的振摆补偿扭矩信号以校正轴的机械振动的实施方案。扭矩传感器通常感测在扭矩传感器和旋转轴之间限定的气隙的磁导率和材料性能变化。在一个实施方案中，所描述的技术包括监测轴的旋转速度并接收对应于轴的零应力状况(即当轴在没有负载的情况下旋转时)的扭矩传感器信号。在其他实施方案中，所描述的技术可包括监测已经受到应力的轴的旋转速度并接收对应于轴应力的扭矩传感器信号。从扭矩传感器接收的信号可以有助于识别轴振摆图案。然后可以从接收自扭矩传感器的随后的扭矩信号中去除识别的轴振摆图案。从扭矩信号中去除振摆和振动信号可有助于提高确定轴扭矩的准确性。其他实施方案在本公开的范围内。

图1是用于感测传导目标材料12中引起的应力的示例性应力感测系统10的示意图。在示例性实施方案中，应力感测系统10包括传导目标材料12、通常用14表示的第一传感器头和通常用16表示的第二传感器头。或者，应力感测系统10可包括两个以上的传感器头。在示例性实施方案中，传导目标材料12可以是例如但不限于可旋转轴或转子。第一传感器头14和第二传感器头16可包括例如但不限于应力传感器，并且特别地，磁致伸缩扭矩传感器。在这样的实施方案中，应力感测系统10可以是扭矩感测系统。或者，应力感测系统10可以是能够感测任何类型传导目标材料中的应力的任何类型的应力感测系统。在示例性实施方案中，第一传感器头14可以定位在可旋转轴12附近，使得气隙18限定在传感器头14和可旋转轴12之间。另外，第二传感器头16可以定位在可旋转轴12附近，使得在传感器头16和可旋转轴12之间限定气隙20。应力感测系统10还包括至少一个速度传感器22，用于感测可旋转轴12的旋转。速度传感器 22可以包括例如但不限于

转速计或其他每转一次或每转多次事件参考。Keyphasor可包括例如用于识别可旋转轴12的每转的开始和完成的接近度开关。第一传感器头14和第二传感器头16 以及速度传感器22可以耦合到控制器24，该控制器包括用于供应电流的电源部件26，所述电流是生成用于感测可旋转轴12中的应力的磁通量所必需的。

在一些另选实施方案中，附加传感器(未示出)例如但不限于接近度、磁场和/或温度可以定位在可旋转轴12附近。接近度传感器可用于监测分别在可旋转轴12和传感器头14和16之间限定的气隙18 和20。磁力计可用于监测背景磁场例如但不限于地球的磁场和外来电磁干扰(EMI)。另外，温度传感器可用于监测温度变化，包括周围环境、第一传感器头14和第二传感器头16和/或可旋转轴12。气隙 18和20中的间隙变化、背景EMI和/或温度变化可能影响由第一传感器头14和第二传感器头16的一个或多个检测线圈(未示出)接收的数据信号。通过监测气隙18和20、温度变化和背景EMI，可以通过控制器24显著减小各种效果的量级。

在示例性实施方案中，电源部件26可以包括例如但不限于电池、无线电源装置和/或有线电源装置中的至少一个。在一个另选实施方案中，电池可以通过控制器24向传感器头14和16以及速度传感器22传输电力。在另一另选实施方案中，无线电源装置可包括使得能够操作本文所述的应力感测系统10的任何电源，诸如但不限于感应电源。无线电源装置可以与传感器头14和16以及速度传感器22 分开定位。或者，无线电源装置可定位在使得应力感测系统10能够如本文所述起作用的任何位置。此外，在另一另选实施方案中，有线电源装置可被配置为经由一根或多根电力电缆(未示出)将电力直接传输到传感器头14和16以及速度传感器22。此外，在其他另选实施方案中，无线和有线电源装置可以包括电池，该电池可以用于在电力故障期间将电力传输到应力感测系统10。在这样的另选实施方案中，在应力感测系统10的正常操作期间，电池可处于备用模式。

如图1所示，在示例性实施方案中，可旋转轴12包括轴系统，该轴系统包括垂直轴“A”和水平轴“B”。第一传感器头14和第二传感器头16以预先确定的径向角度α彼此分开定位。在示例性实施方案中，径向角度α为180°，由设置在轴“B”上位于可旋转轴12相对侧的第一传感器头14和第二传感器头16限定。或者，径向角度α可以是大于0°且小于360°的任何预先确定的角度。此外，如上所述，应力感测系统10可包括两个以上的传感器头。在这样的实施方案中，每个传感器头可以与相邻传感器头以大于0°且小于360°的预先确定的径向角度间隔开。例如，但不限于，在一个另选实施方案中，应力感测系统10可以包括围绕可旋转轴12以90°角等距间隔开的四个传感器头。在示例性实施方案中，速度传感器22定位在轴“A”上，与第一传感器头14和第二传感器头16基本等距。或者，速度传感器 22可定位在围绕可旋转轴12的任何位置，使得应力感测系统10能够如本文所述起作用。

图2是在一段时间期间即在时域中由控制器24从传感器头诸如传感器头14或16(如图1所示)接收的示例性扭矩信号28的示意曲线图。虽然关于时域描述了本文描述的数据信号和曲线图，应当注意，所描述的操作可以同等地应用于频域。在示例性实施方案中，如上所述，应力感测系统10在接收扭矩信号28时监测可旋转轴12( 如图1所示)的旋转速度。在可旋转轴12的每次旋转期间，速度传感器22向控制器24(如图1所示)提供旋转信号(未示出)诸如超过预先确定的阈值的电压尖峰。在一个实施方案中，可以假设轴速度在旋转信号的每个阈值尖峰之间是恒定的，并且因此，可以使用线性插值技术将可旋转轴12的角位置估计为每个阈值尖峰之间的时间段的函数。如本文所述，对应于可旋转轴12的零应力状况(即当轴在无负载情况下旋转时)的扭矩信号28的一部分(通常用30表示)可用于隔离同步振摆信号30(如图3所示)。如曲线图的放大部分所示，随着可旋转轴12的旋转速度增加，扭矩信号部分30以均匀间隔的时间间隔示出。因此，扭矩信号部分30的峰值之间的间隔随着旋转速度的增加而变窄。可能难以从这样的时域中的扭矩信号部分30确定可旋转轴12的振摆的规律性。

如图2所示，扭矩信号28具有输出值，该输出值在约0时间单位和约175时间单位之间的时间段期间一般在约-0.2输出单位和约 -.06输出单位之间循环。在一个实施方案中，输出单位可以包括例如但不限于伏特，并且时间单位可以包括例如但不限于秒。或者，输出单位可包括由传感器头14和16输出的任何类型的输出单位。另外，时间单位可包括使得应力感测系统10能够如本文所述起作用的任何时间单位。在示例性实施方案中，在约175时间单位处，扭矩信号28的输出值范围增加。在示例性实施方案中，约0时间单位和约 175时间单位之间的时间段对应于可旋转轴12的零应力状况。在一些实施方案中，从其他传感器接收的附加数据和/或辅助测量结果例如但不限于耦合到可旋转轴12的发电机的输出，可用于确认和/或验证可旋转轴12的零应力状况。在示例性实施方案中，扭矩信号28在约0时间单位和约175时间单位之间的输出值指示例如但不限于由可旋转轴12缺陷造成的可旋转轴12的振摆和/或机械振动。在示例性实施方案中，扭矩信号28可以由控制器24以时间为基础收集或接收。然而，扭矩信号28需要被转换成相对于可旋转轴12的角位置的同步扭矩信号。

图3是在控制器24(如图1所示)将扭矩信号部分30(如图2所示) 重采样到对应于可旋转轴12(如图1所示)的角域之后的示例性同步振摆扭矩信号部分32的示意曲线图。在示例性实施方案中，对应于可旋转轴12的零应力状况的扭矩信号部分28可由控制器24用于确定同步振摆扭矩信号部分32。例如但不限于扭矩信号部分30对应于约70时间单位和约140时间单位之间的时间段，如图2所示。在另选实施方案中，控制器24可以使用扭矩信号28的任何部分(包括不对应于可旋转轴12的零应力状况的部分)。在示例性实施方案中，可旋转轴12的振摆通常相对于可旋转轴12的角位置是固定的。然而，扭矩信号部分30可以由控制器24以时间为基础收集或接收，这在本文中称为相对于可旋转轴12的角位置是异步的。因此，扭矩信号部分30可以由控制器24转换成相对于可旋转轴12的角位置的同步扭矩振摆信号32。这有助于将同步扭矩振摆信号32与由附加传感器头诸如传感器头14和16(如图1所示)接收的对应数据信号(未示出)进行平均。在示例性实施方案中，同步扭矩振摆信号32对应于可旋转轴12的五转。或者，可以使用可旋转轴12的少于或大于五转确定同步扭矩振摆信号32。如图3所示，同步扭矩振摆信号32的峰值之间的间隔通常是均匀间隔的。因此，可以从这种角域中的同步扭矩振摆信号32确定可旋转轴12的振摆图案的规律性。

图4是在由控制器24(如图1所示)对同步扭矩振摆信号32(如图 3所示)进行平均之后的示例性时间同步平均的振摆图案40的示意曲线图。在示例性实施方案中，通过使用同步扭矩振摆信号32对可旋转轴12(如图1所示)的多转进行平均，可以减小或消除同步扭矩振摆信号32中的噪声和/或变化。如上所述，在示例性实施方案中，同步扭矩振摆信号32对应于可旋转轴12的五转。对应于每转的信号数据可以与对应于其他转的每个的信号数据组合并且被平均以近似可旋转轴12的振摆图案。可旋转轴12的近似振摆图案由时间同步平均的振摆图案40示出。在另选实施方案中，可旋转轴12的任何转数可与同步扭矩振摆信号32组合使用以确定时间同步平均的振摆图案40 。

图5是振摆图案波形50和补偿扭矩信号波形52的示意曲线图。在示例性实施方案中，时间同步平均的振摆图案40可以通过控制器 24(如图1所示)转换回时域以生成振摆图案波形50，并且可以从扭矩信号28中减去以生成补偿扭矩信号波形52。如图5所示，当将补偿扭矩信号波形52与扭矩信号28(如图2所示)进行比较时，基本上消除了由于可旋转轴12(如图1所示)振摆引起的转到转变化。在示例性实施方案中，补偿扭矩信号波形52由控制器24实时生成。例如，在一个实施方案中，在可旋转轴12的启动或初始旋转期间，零应力状况下的扭矩信号28可由控制器24接收或收集。在另选实施方案中，控制器24连续地从传感器头14和16(如图1所示)接收扭矩信号28。在示例性实施方案中，可以实时地确定振摆图案波形50并且随后从扭矩信号28中去除该振摆图案波形。或者，在一个实施方案中，可旋转轴12可在零应力状况下旋转，并且控制器24可确定振摆图案波形50并将其存储在存储器中以供将来例如在将来某个时间当可旋转轴12在非零应力状况下旋转时与扭矩信号28一起使用。

图6是第一补偿扭矩信号波形62的第一曲线图60、第二补偿扭矩信号波形66的第二曲线图64和平均补偿扭矩信号波形70的第三曲线图68的示意图。在示例性实施方案中，通过平均多个传感器头诸如传感器头14和16(如图1所示)的扭矩信号，可以减小或消除由于可旋转轴12的机械振动引起的第一补偿扭矩信号波形62和第二补偿扭矩信号波形66中的噪声。例如，如图6所示，第一补偿扭矩信号波形62和第二补偿扭矩信号波形66分别包含部分由于可旋转轴 12的机械振动引起的噪声。因此，虽然第一补偿扭矩信号波形62和第二补偿扭矩信号波形66两者都测量可旋转轴12中的应力，但它们不提供信号。在示例性实施方案中，控制器24(如图1所示)可以组合第一补偿扭矩信号波形62和第二补偿扭矩信号波形66，并且通过应用常规的平均技术确定平均补偿扭矩信号波形70。因此，平均补偿扭矩信号波形70提供指示可旋转轴12中的应力的波形，其中从波形中基本上减小或消除了振摆和机械振动噪声。这有助于提供对应于可旋转轴12的具有增加的准确性的扭矩测量结果。此外，在振摆和机械振动噪声可具有比扭矩数据更大的振幅的情况下，平均补偿扭矩信号波形70有助于将扭矩数据与这种振摆和机械振动噪声区分开。

图7A 和图7B 是有助于从扭矩信号28(如图2所示)减少或消除由于振摆和机械振动引起的信号噪声的示例性方法700的框图。在示例性实施方案中，方法700包括从应力感测系统10的一个或多个传感器头14和16(如图1所示)接收702扭矩信号28。确定704信号中对应于可旋转轴12的振摆的部分。例如，确定信号28的振摆部分包括通过找到由控制器24(如图1所示)接收的旋转信号(未示出)中的阈值越过或尖峰估计706可旋转轴12的速度。可以通过将线性插值应用于旋转信号中的相邻阈值越过或尖峰之间的时间段估计可旋转轴12 的角位置。在一个实施方案中，选择708扭矩信号28的零应力部分( 如图2所示的扭矩信号部分30)。在另一个实施方案中，扭矩信号28 的任何部分可以由控制器24选择。在示例性实施方案中，扭矩信号部分30被重采样710到对应于可旋转轴12的角域。从扭矩信号部分30提取712时间同步平均的振摆图案40。在一些实施方案中，通过将对应于可旋转轴12的单次旋转的扭矩信号部分30的多个部分一起进行平均生成时间同步平均的振摆图案40。时间同步平均的振摆图案40被转换714到时域以生成振摆图案波形50。在一些实施方案中，时间同步平均的振摆图案40被转换到频域。在示例性实施方案中，从扭矩信号28减去716振摆图案波形50，以生成基本上不含与可旋转轴12的振摆相关的噪声的补偿扭矩信号波形52。在具有多于一个的传感器头诸如传感器头14和16(如图1所示)的实施方案中，来自多个传感器头的信号被一起平均718，以便于降低至少部分与可旋转轴12的机械振动相关的噪声。

图8是可用于操作应力感测系统10(如图1所示)的控制器24的框图。在示例性实施方案中，控制器24可以是通常由应力感测系统 10的制造商提供用于控制应力感测系统10的操作的任何类型的控制器中的一种。控制器24可以至少部分地基于来自操作人员的指令执行操作以控制应力感测系统10的操作。由控制器24执行的操作通常包括控制传感器头14和16(如图1所示)和速度传感器22(如图1所示)的功率输出，并且接收来自传感器头的扭矩信号诸如扭矩信号28 (如图2所示)。控制器24还可以执行本文描述的各种操作以便于确定平均补偿扭矩信号波形70(如图6所示)。

在示例性实施方案中，控制器24通常包括存储器装置72和耦合到存储器装置72的处理器74。处理器74可以包括一个或多个处理单元诸如但不限于多核配置。处理器74可以是允许控制器24如本文所述起作用的任何类型的处理器。在一些实施方案中，可执行指令可存储在存储器装置72中。控制器24可被配置为通过编程处理器 74执行本文描述的一个或多个操作。例如，可以通过将操作编码为一个或多个可执行指令并在存储器装置72中提供可执行指令来编程处理器74。在示例性实施方案中，存储器装置72可以是能够存储和检索信息诸如可执行指令或其他数据的一个或多个装置。存储器装置72可以包括一个或多个计算机可读介质诸如但不限于随机存取存储器(RAM)、动态RAM、静态RAM、固态盘、硬盘、只读存储器 (ROM)、可擦除可编程ROM、电可擦除可编程ROM或非易失性RAM存储器。上述存储器类型仅是示例性的，并且因此不限于可用于存储计算机程序的存储器类型。

存储器装置72可被配置为存储任何类型的数据，包括但不限于扭矩信号28和振摆图案波形50。在一些实施方案中，处理器74可以基于数据的年龄从存储器装置72移除或“清除”数据。例如，处理器74可以覆写与后续时间或事件相关联的先前记录和存储的数据诸如振摆图案波形50。除此之外或作为另外一种选择，处理器74可以移除超过预先确定的时间间隔的数据。另外，存储器装置72可以包括但不限于足够的数据、算法和命令，以便于监测传感器头14和16 ，且特别是由应力感测系统10生成的扭矩信号28。

在一些实施方案中，控制器24包括耦合到处理器74的呈现接口 76。呈现接口76可向用户78呈现信息，诸如但不限于振摆图案波形 50、补偿扭矩信号波形52、平均补偿扭矩信号波形70和应力感测系统10的操作状况。在一个实施方案中，呈现接口76可包括耦合到呈现装置(未示出)的显示适配器(未示出)。呈现装置可包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、有机LED(OLED)显示器或“电子墨水”显示器之类的装置。在一些实施方案中，呈现接口76可包括一个或多个呈现装置。除此之外或作为另外一种选择，呈现接口76可以包括音频输出装置(未示出)诸如但不限于音频适配器或扬声器(未示出)。

在一些实施方案中，控制器24可包括用户输入接口80。在示例性实施方案中，用户输入接口80可以耦合到处理器74并且可以从用户78接收输入。用户输入接口80可以包括例如但不限于键盘、指示装置、鼠标、触笔、触摸敏感面板诸如但不限于触摸板或触摸屏，和/或音频输入接口诸如但不限于传声器。单个部件诸如触摸屏可以用作呈现接口76和用户输入接口80的呈现装置。

在示例性实施方案中，通信接口82可以耦合到处理器74并且可被配置为与一个或多个其他装置诸如传感器头14和16通信耦合，并且在作为输入通道执行时相对于此类装置执行输入和输出操作。例如，通信接口82可以包括但不限于有线网络适配器、无线网络适配器、移动电信适配器、串行通信适配器或并行通信适配器。通信接口 82可以从一个或多个远程装置接收数据信号或将数据信号传输到一个或多个远程装置。例如，在一些实施方案中，控制器24的通信接口82可以向传感器头14和16或速度传感器22传输数据信号/从其接收数据信号。

呈现接口76和通信接口82能够提供适合与本文描述的方法一起使用的信息，诸如向用户78或处理器74提供信息。因此，呈现接口 76和通信接口82可以称为输出装置。类似地，用户输入接口80和通信接口82能够接收适合与本文描述的方法一起使用的信息，并且可以称为输入装置。

与已知应力感测系统相比，本文描述的应力感测系统和方法可用于在从扭矩传感器接收的扭矩信号中识别和减少或消除归因于传导目标材料的振摆和/或机械振动的信号噪声。具体地讲，本文描述的应力感测系统和方法可以帮助在传导目标材料处于零应力状况下时测量来自每个传感器头的输出诸如电压，并且从测量的输出信号中确定传导目标材料的振摆图案。振摆图案可以在传导目标材料的若干转上进行平均，以便于降低信号中的噪声，然后可以从原始信号中减去以基本上从扭矩信号中去除振摆噪声。来自若干个扭矩传感器的扭矩信号可以被平均，以便于减少或去除归因于传导目标材料的机械振动的噪声。因此，与已知应力感测系统相比，所描述的应力感测系统和方法可用于提供具有增加的准确性的对应于传导目标材料的扭矩测量。此外，在振摆和机械振动噪声可具有比扭矩信号更大的振幅的情况下，本文描述的应力感测系统和方法可用于将扭矩数据与这种振摆和机械振动噪声区分开。

本文描述的系统和方法的示例性技术效果包括以下中的至少一个：(a)确定扭矩信号中的振摆和机械振动噪声；(b)识别扭矩信号中的振摆图案；(c)去除减少振摆图案对扭矩信号的影响；和(d)从扭矩信号中去除或减少传导目标材料的机械振动的影响。

虽然仅结合有限数量的实施方案对本公开进行了详细描述，但应容易理解，本公开不限于这些公开的实施方案。相反，可以对本公开进行修改以并入之前未描述但与本公开的精神和范围相称的任何数量的变型、变更、替代或等效布置。另外，虽然已经描述本公开的各种实施方案，但是应理解，本公开的方面可以仅包括所述实施方案中的一些。因此，本公开不应被视为受到前述描述限制，而是仅受所附权利要求的范围限制。

本文描述的方法和系统不限于本文描述的具体实施方案。例如，每个系统的部件和/或每个方法的步骤可以与本文描述的其他部件和/ 或步骤独立和分开地使用和/或实践。另外，每个部件和/或步骤也可以与其他组件和方法一起使用和/或实践。

一些实施方案涉及使用一个或多个电子或计算装置。此类装置通常包括处理器或控制器诸如通用中央处理单元(CPU)、图形处理单元 (GPU)、微控制器、精简指令集计算机(RISC)处理器、专用集成电路 (ASIC)、可编程逻辑电路(PLC)和/或能够执行本文描述的功能的任何其他电路或处理器。本文描述的方法可以被编码为体现在计算机可读介质(包括但不限于存储装置和/或存储器装置)中的可执行指令。当由处理器执行时，此类指令使处理器执行本文描述的方法的至少一部分。以上实例仅是示例性的，并且因此并不旨在以任何方式限制术语处理器的定义和/或含义。

尽管本公开的各种实施方案的具体特征可能在一些附图中示出而在其他附图中未示出，但这仅是为了方便起见。根据本公开的原理，附图的任何特征可以结合任何其他附图的任何特征来参考和/或要求保护。

本书面描述使用实例来公开本实施方案，包括最佳模式，并且也使本领域的任何技术人员能够实践本实施方案，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何所涵盖的方法。本公开的可以取得专利的范围由权利要求界定，并且可包括本领域的技术人员可以想到的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求的字面意义无实质差别，则此类实例也旨在涵盖于权利要求的范围内。

Claims

1.一种用于测量传导目标材料中的应力的应力感测系统，所述应力感测系统包括：

定位在所述传导目标材料附近的至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置为测量所述传导目标材料中的应力并传输指示所测量的应力的至少一个信号；

被配置为感测所述传导目标材料的旋转并发送表征所感测的所述传导目标材料的旋转的旋转信号的至少一个速度传感器；以及

与所述至少一个传感器通信耦合的至少一个控制器，所述至少一个控制器被配置为：

从所述至少一个传感器接收所述至少一个信号；

选择所述至少一个信号的对应于所述传导目标材料的零应力状况的零应力部分；

将所述零应力部分重采样到对应于所述传导目标材料的角域；

提取所述零应力部分的样本部分以限定所述至少一个信号的时间同步的振摆图案，所述样本部分包括所述零应力部分的对应于所述传导目标材料的单次旋转的第一部分，其中所述零应力部分的所述样本部分包括所述零应力部分的第一部分和第二部分，所述零应力部分的所述第一部分和所述第二部分分别对应于所述传导目标材料的第一旋转和第二旋转；

从所述至少一个速度传感器接收所述旋转信号；

基于所述旋转信号确定所述至少一个信号的对应于所述传导目标材料的振摆的振摆部分；

从所述振摆部分确定振摆图案波形，所述确定包括对所述零应力部分的所述第一部分和所述第二部分进行平均；

通过从所述至少一个信号减去所述振摆图案波形来生成补偿扭矩信号波形；以及

提供所述补偿扭矩信号波形，

其中所述至少一个传感器包括第一传感器和第二传感器，并且所述至少一个信号分别包括第一信号和第二信号，所述至少一个控制器被配置为将所述第一信号和所述第二信号一起进行平均以减少归因于机械振动的信号噪声。

2.根据权利要求1所述的应力感测系统，其中被配置为确定所述至少一个信号的振摆部分的所述至少一个控制器还包括被配置为基于所述旋转信号估计所述传导目标材料的旋转速度的所述至少一个控制器。

3.一种用于减少应力感测系统的振摆和振动噪声的计算机实现的方法，所述方法包括：

从至少一个应力传感器接收至少一个信号，所述至少一个信号指示传导目标材料中的应力；

接收表征感测的所述传导目标材料的旋转的旋转信号；

提供所述补偿扭矩信号波形，

其中从至少一个应力传感器接收至少一个信号包括从第一应力传感器接收第一信号并且从第二应力传感器接收第二信号，所述方法还包括对所述第一信号和所述第二信号一起进行平均以减少可归因于所述传导目标材料的机械振动的信号噪声。

4.根据权利要求3所述的计算机实现的方法，其还包括旋转所述传导目标材料，包括：

在零应力状况下旋转所述传导目标材料，其中所述传导目标材料不受外部应力；以及

对所述传导目标材料施加外部应力，使得所述传导目标材料在非零应力状况下旋转。

5.根据权利要求4所述的计算机实现的方法，其中接收至少一个信号包括在所述零应力状况和所述非零应力状况下接收所述至少一个信号。

6.根据权利要求3所述的计算机实现的方法，其还包括估计所述传导目标材料的旋转速度。

7.根据权利要求3所述的计算机实现的方法，其中确定振摆图案波形还包括将所述至少一个信号的所述时间同步的振摆图案转换到时域。

8.一种非暂时性计算机可读介质，其包括用于减少应力感测系统的振摆和振动噪声的计算机可执行指令，所述应力感测系统包括计算装置，其中当由所述计算装置执行时，所述计算机可执行指令使所述计算装置：

接收表征感测的所述传导目标材料的旋转的旋转信号；

从所述至少一个信号的所述振摆部分确定振摆图案波形，所述确定包括对所述零应力部分的所述第一部分和所述第二部分进行平均；

提供所述补偿扭矩信号波形，

其中从至少一个应力传感器接收至少一个信号包括从第一应力传感器接收第一信号并且从第二应力传感器接收第二信号，方法还包括对所述第一信号和所述第二信号一起进行平均以减少可归因于所述传导目标材料的机械振动的信号噪声。

9.根据权利要求8所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述计算机可执行指令使所述计算装置估计所述传导目标材料的旋转速度。

10.根据权利要求8所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述传导目标材料处于零应力时间段和非零应力时间段，其中确定所述振摆部分包括所述计算机可执行指令使所述计算装置选择所述至少一个信号的对应于所述传导目标材料的所述零应力时间段的零应力部分。

11.根据权利要求10所述的非暂时性计算机可读介质，其中确定所述振摆图案包括所述计算机可执行指令使所述计算装置：

将所述零应力部分重采样到对应于所述传导目标材料的角域；以及

提取所述零应力部分的第一部分以限定所述至少一个信号的时间同步的振摆图案，所述零应力部分的所述第一部分对应于所述传导目标材料的单次旋转。