CN112834210A - 采用时间同步的多个检测器监测旋转部件 - Google Patents

Abstract

一种获取具有旋转元件的机械系统(例如，具有相对于中心太阳齿轮或涡轮发动机中的叶片旋转的多个行星齿轮的行星齿轮系统)的准确振动数据，到达时间或其他机械状态的系统和方法。多个振动传感器沿着齿轮系统的外部(例如沿着系统的环形齿轮或系统的外部壳体)间隔开布置。每个振动传感器定位成使得当行星齿轮围绕中心太阳齿轮旋转时，周期性地连续检测来自每个行星齿轮的振动。使用定时和齿轮系统构造信息，可以确定在任何时间由任何一个传感器感测哪个齿轮；还确定在任何时间由特定传感器感测每个齿轮的哪个齿。该系统和方法合并来自多个传感器的振动数据，以确定每个行星齿轮的合并振动曲线。

Description

采用时间同步的多个检测器监测旋转部件

技术领域

本发明涉及评估在旋转系统(诸如运输系统)中采用的旋转机械部件的系统性能。更具体地，本发明涉及监测复杂齿轮系统(例如行星齿轮系统)或旋转涡轮叶片中的振动。

背景技术

运载器传感器和感测系统：现代运输运载器(以下称为“运载器”)包括直升机，飞机，汽车，卡车，轮船和火车。运载器通常包括电子传感器以监测运载器的性能和环境。在运载器中，一个或多个加速度计传感器可以记录指示机械系统或机电系统(例如发动机或传动装置)的性能或行为的数据。

经由运载器传感器获取的数据可以用于多种目的。例如，传感器可以监测运载器部件的实时性能，以确保部件在安全或适当的参数(例如，热量，压力，电气性能等)内进行操作。在通过传感器检测到来自预期性能范围的变化的情况下，可以使用具有适当代码的硬件处理器来调整运载器的操作以纠正问题。收集的传感器数据的另一种用途是事后分析运载器性能。事后分析可能有助于在运载器设计过程中开发运载器原型。在其他情况下，此类数据在经过一段时间分析后，可能会为已经在现场使用的运载器提供对于潜在或未决的问题的预警警报。

数据获取和处理单元：运载器感测/监测系统(VSMS)由已经安装到许多运载器(包括但不限于飞行器，例如飞机和直升机)的一个或多个独特的维护和/或安全系统形成。这些维护和/或安全系统通常需要使用多个数据获取和处理单元(DAPU)，每个数据获取和处理单元都从各种传感器收集和处理数据。示例性DAPU可以包括例如但不限于：可幸免于撞毁的驾驶舱语音和飞行数据记录器(CVFDR)；机载维护系统(OMS)；发动机监测单元(EMU)；以及健康和使用情况监测/管理系统(HUMS)。

例如，主要在机器上安装健康和使用情况监测系统(HUMS)，以便对即将发生的故障提供高级警报。在HUMS的直升机应用中，这些系统执行数据获取，处理，存储和传输，并从专用传感器(例如加速度计)中提取它们的数据。

振动监测和齿轮系统：典型的DAPU功能(例如HUMS功能)包括直升机各部分的振动健康监测(VHM)。振动传感器可用于监测整个运载器的齿轮系统中的振动量。这些振动传感器与合适的DAPU结合使用，可以确定振动特征是否保持在指定界限内，该指定界限可以由工程师在系统设计期间确定，也可以由用户经由软件构造。可以针对或不考虑齿轮/传动系安全问题，性能评估，磨损指示以及许多其他因素来指定界限。

振动特征可以包括例如但不限于：振动幅度，振动频率，频率或幅度的时间变化，幅度或频率的平均值，频率带宽，以及原始传感器振动信号的任意数量的其他参数，或源自原始信号的特性。

因为齿轮转动，所以将振动传感器安装在旋转齿轮自身上通常是不实际的，甚至是不可能的。相反，振动传感器通常安装在包含齿轮的壳体上。振动传感器可以检测壳体内齿轮附近的固定位置(相对于传感器固定)的振动。但是，这种监测仅间接记录实际齿轮本身的振动。

周转齿轮监测：此外，一些齿轮系统(在本文档中等效称为“行星齿轮系统”和“周转齿轮系统”)涉及多个齿轮，该多个齿轮参与两种移动：第一种移动是几个行星齿轮中的每一个齿轮围绕其自身的中心点转动；第二种移动是几个行星齿轮围绕共同中心轴线的空间自转/公转。

由于齿轮的这种公转，各个齿轮在齿轮系统壳体上的固定振动传感器的范围内和范围外循环地移动。因此，行星齿轮系统对准确识别/隔离振动提出了额外的挑战，这可能是由于多个齿轮中的特定齿轮引起的。与可以固定在传动系中的其他齿轮相对，在正常操作期间，行星齿轮的位置相对于固定感测位置的变化很大。仅当已知行星齿轮在传感器的范围内时才能对其进行监测。

然后，在用于行星齿轮系统的常规感测系统中，必须通过感测随着时间的多次公转的齿轮振动来建立齿轮健康状况的完整图像。这通常会导致齿轮振动的时间不精确或“模糊”重建。由于所需样本的数量以及行星齿轮箱的性质，时间平均振动信号可能需要数十分钟才能获取。此外，为了确保时间平均的样本是可比较的样本，仅在相同或可比较的“条件”下获取样本(例如，在相同或相似飞行条件下获取的信号)。这进一步限制了收集平均信号的机会。

发明内容

鉴于上述缺陷，需要一种改进的系统和方法，用于监测复杂的齿轮系统，例如一些齿轮的位置不会随着时间而固定的行星齿轮系统。改进的行星齿轮监测系统也可用于其他类型的旋转机械系统。

在实施例中，本系统和方法在齿轮箱/壳体的外部采用多个振动感测点。然后，该方法从多个传感器汇总与相同齿轮(或齿轮支承件)有关的振动信号。在周转齿轮箱中，这允许行星齿轮可以由多个振动传感器通过它们绕中心轴线的旋转来“跟踪”。

本系统和方法为可以完成齿轮的完整扫描的速度提供了益处。本系统和方法还增加了样本数量，以减少信号平均值中的噪声的影响，并为传递行星支承件振动提供了一致的负载路径。应当注意的是，即使仅间接地经由监测行星齿轮和环形齿轮也可以监测太阳齿轮；本系统和方法得益于提供用于监测太阳齿轮的一致的负载路径(因为太阳齿轮是经由传感器在相对于太阳齿轮的中心轴线的不同角度来监测的)。

根据以下详细描述和附图以及所附权利要求，本系统和方法的其他具体实施方式细节和益处，以及其他实施例和附加应用对于本领域技术人员将是显而易见的。

附图说明

本发明的实施例的有利设计由独立和从属权利要求，说明书和附图得出。在下文中，借助于附图详细地说明本发明的实施例的优选示例。结合在本文中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明，并且与说明书一起进一步用于解释本发明的原理，并使相关领域的技术人员能够制造和使用本发明。

图1示出了具有传感器的示例性运载器运输系统。

图2示出了运输运载器中的具有旋转部件的示例性内部机械元件与机械元件传感器。

图3示出了运载器感测/监测系统(VSMS)的示例性架构。

图4示出了根据传统系统在本领域中已知的示例性单传感器行星齿轮系统。

图5示出了来自运输运载器的单个振动传感器的平均振动数据的示例性信号处理。

图6是利用单个传感器进行振动感测的示例性方法的流程图。

图7示出了示例性多传感器行星齿轮系统(MSPGS)。

图8示出了来自多传感器行星齿轮系统(MSPGS)的多个振动传感器的合并振动数据的示例性信号处理。

图9示出了根据本系统和方法的信号处理和合并来自多传感器行星齿轮系统的多个振动传感器的振动数据的示例性方法的元件。

图10是利用多个振动传感器进行振动感测的示例性方法1000的流程图。

图11示出了用于监测发动机(诸如涡轮发动机或喷气发动机)中的旋转叶片的传统系统和方法，其中该监测由单个传感器执行。

图12示出了根据用于监测发动机中的旋转叶片的当前系统和方法的元件，其中该监测由多个传感器执行。

具体实施方式

虽然本文通过特定应用的说明性实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于此。

以下详细描述本质上仅是示例性的，并且无意限制本文所公开的系统和方法的元件或步骤，系统和方法的应用，以及系统和方法的用途。此外，无意将范围约束或限制于前述背景或概述或以下详细描述中提出的任何理论，或通过前述背景或概述或以下详细描述中提出的任何理论来约束或限制范围。熟悉本文提供的教导的本领域技术人员将认识到其范围内的附加修改，应用和实施例，以及本发明将具有重要实用价值的附加领域。

在整个申请中，各个实施例的描述可以使用“包含”语言，指示本系统和方法可以包括所描述的某些元件或步骤；但是本系统和方法还可以包括未描述的其他元件或步骤，或者可以结合其他实施例描述的元件或步骤，或者可以仅在附图中示出的元件或步骤，或者在本领域中众所周知的对于处理系统的功能而言是必需的元件或步骤。然而，本领域的技术人员将理解，在一些特定情况下，可以替代地使用语言“基本上由...组成”或“由...组成”来描述实施例。

为了更好地理解本教导的目的并且绝不限制教导的范围，对于本领域技术人员将清楚的是，除非另有具体说明，否则单数的使用包括复数。因此，术语“一”，“一种”和“至少一个”在本申请中可互换使用。

在该详细描述中使用的标题仅用于帮助使该文档可读且易于浏览，并且不应解释为限定或限制。

本系统和方法不限于下面描述的实施例，其仅是示例性的。而是，在所附权利要求中叙述了本系统和方法的全部范围。还将理解，所附权利要求本身是公开内容，并且本系统和方法的整个范围可以包括仅在权利要求书中叙述的元件。

运载器和传感器

图1示出了示例性运载器运输系统(“运载器”)100，在该实例中是示例性直升机100。直升机的使用仅出于说明目的，不应解释为限制性的。运输运载器(通常包括飞机，汽车，卡车，轮船，尤其是直升机)的许多元件在本领域中是众所周知的，因此本文不再描述。

运载器100可以包括通常不同类型的传感器或多个传感器105。传感器105可以具有电的，机械的，光学的和/或化学的元件，并且可以感测各种环境或运载器现象或能量。传感器105实时操作，以提供它们感测到的现象的幅度或强度的时间序列视图，实时数据作为具有变化的电压和电流的原始电信号或作为数字/数值采样数据被提供为输出。

在图1中示出了许多示例性传感器105(例如用于高度，运载器速度，运载器方向和取向，温度，压力，位置，运载器加速度等的传感器)在运载器100内或沿运载器100的示例性放置。

机械状态/属性传感器：传感器105中可以包括机械状态/属性(MSP)传感器110，例如振动传感器110，其也被称为加速度计110。(本领域技术人员将理解，如本文所使用的，与可用于检测整个运载器100的总加速度的加速度检测器类型相对，术语“加速度计”等同于“振动传感器”。)振动传感器110可以检测振动频率，振动幅度或反映振动频率和幅度的波形。在本系统和方法的替代实施例中，机械状态传感器110也可以包括其他类型的机械传感器，例如发动机叶片1115的到达时间传感器1110(见下图11)。

在本系统和方法的一个实施例中，可以采用传统的振动传感器110(例如压电传感器)。在替代实施例中，可以利用MEMS(微机电系统)振动传感器110。也可以采用其他振动传感器110。

图2示出了运载器100的示例性复杂内部机械元件200，在这种情况下为示例性直升机传动系200或齿轮系统200。但是，本系统和方法不限于直升机传动系，并且可以适用于许多运载器部件和具有机械部件的其他系统。

齿轮系统200在直升机100的内部(因此未在图1的视图中示出)，并且包括齿轮，驱动轴和可用于将动力从直升机发动机(未示出)传递至直升机旋翼(未显示)和直升机内的其他元件(例如发电机)的其他元件。齿轮通常封闭在称为齿轮箱210的外壳或壳体内。驱动轴还可以具有轴外壳220。与传动系200相关联的振动传感器110或其他机械状态传感器110可以位于齿轮箱210和轴外壳220的外部；因此，振动传感器110被适当地定位以检测沿传动系200的多个齿轮箱210处的齿轮振动537(见下面的图5)。

在附图中，仅示出了几个振动传感器110。如相关领域的技术人员将理解的，振动传感器110可以放置在传动系或其他机械元件内或与其他机械元件相关联的多个齿轮箱210中的任何齿轮箱处(例如，沿着发动机或在发动机内)。

在附图中示出的是仅与每个单个齿轮箱210相关联的一个振动传感器110。本系统和方法的实施例采用与单个齿轮箱210相关联的多个振动传感器110。

根据现有技术的示例性运载器感测/监测系统

图3示出了运载器感测/监测系统(VSMS)300的示例性架构，并且其可以与运输运载器100(诸如示例性直升机100)相关联。术语“运载器监测系统”，“运载器感测系统”，“运载器感测/监测系统(VSMS)”和“VSMS”可互换使用，并且在本文档中具有以下相同含义。VSMS 300可以包括但不限于：

(1)多个数据获取和处理单元(DAPU)307，其可以包括例如但不限于：可幸免于撞毁的驾驶舱语音和飞行数据记录器(CVFDR)307，机载维护系统(OMS)307，快速访问记录器(QAR)307以及健康和使用情况监测/管理系统(HUMS)307。DAPU 307支持记录运载器传感器数据，处理和分析传感器数据，存储原始和分析后的传感器数据，以及将原始/分析后的/存储的数据分配到飞行器显示和控制元件以及运载器外的计算机。DAPU 307用作VSMS 300的实时处理和数据存储核心；和

(2)一个或多个运载器分布式VSMS元件350以及其他元件350.n，该一个或多个运载器分布式VSMS元件350可以包括遍布运载器100分布的各种传感器105/110，包括机械状态传感器(MSP)110。

这两个都在下面立即进一步讨论。

数据获取和处理单元(DAPU)

如在图3的标注中示意性地示出的，在一个示例性实施例中，DAPU 307可以包括例如但不限于：

(a)电路卡组件(CCA)310，其在本领域中也称为母板310，其通常保持并互连各种微芯片，包括例如下面(段落(b)，(c)，(d)和(e))立即讨论的微芯片315/320/325以及总线303(段落(f))。在一些实施例中，CCA 310还可保持或安装电源318(段落(h))和/或数据存储装置320.3(段落(g))中的一个或两者。

(b)一个或多个硬件处理器315，也称为中央处理单元(CPU)315或微控制器单元(MCU)315，其提供DAPU 307的整体操作控制。这包括但不限于从传感器105接收数据，并可能经由各种专用集成电路(ASIC)325修改传感器105的一些操作。MCU 315也可以是可编程的或硬编码的，以支持本系统和方法的处理和分析功能。

(c)易失性存储器320.2(诸如动态RAM(DRAM))可以用于临时存储从传感器105接收的数据。易失性存储器320.2还可以用于临时存储来自静态存储器320.1的一些或全部代码，并且还可以用于临时存储由硬件处理器315基于从传感器105接收的数据而生成的已处理的传感器数据。

(d)用于存储非易失性操作代码的静态存储器或固件320.1，该非易失性操作代码包括但不限于操作系统代码，用于本地处理和分析来自传感器105的数据的计算机代码，以及可以专门用于使DAPU 307能够实施本文档中描述的方法以及所附权利要求范围内的其他方法的计算机代码。特别地，CPU 315可以采用存储在静态存储器320.1中的代码来实施本文档中描述的方法以及所附权利要求范围内的其他方法。

(e)接口电路325可执行各种任务，包括与传感器105的数据和控制交换，以及输入/输出(I/O)任务，网络连接操作，总线303的控制以及处理系统领域中通常已知的其他任务。接口电路325还可以控制非易失性数据存储装置320.3或与非易失性数据存储装置320.3接口。

接口电路325还可以支持诸如外部输入/输出的功能(例如，经由USB端口，以太网端口或无线通信，附图中未示出)；从各种飞行器和发动机数据总线350.1寻址和接收数据；以及驾驶舱接口面板350.3和/或远程驾驶舱控制单元(CCU)350.2。

(f)系统总线303可用于在母板310的元件之间，以及在母板310与DAPU 307的各种其他传感器，微芯片和控制器之间传输数据和消息。

(g)非易失性数据存储器320.3为传感器数据提供长期存储，该传感器数据可以包括随时间记录的一些原始传感器数据；但通常包括已处理(并因此压缩)的传感器数据。非易失性存储装置320.3可以采取以下形式：硬盘驱动器，固态驱动器(包括闪存驱动器和存储卡)，记录在磁化磁带上，存储在DVD或类似光盘上，或现在已知或有待开发的其他形式的非易失性存储装置。

(h)电源318，其可以安装在CCA 310上，或者可以是DAPU 307内的单独元件。

易失性和非易失性存储器或存储装置320.2/320.3以及CPU 315，以硬件级别实现DAPU 307的操作，并且还实现本系统和方法的操作。

上面指示DAPU 307包含内部存储器320.1/320.2。在一些实施例中，DAPU可以具有被构造为包含存储器320.1/320.2或存储装置320.3，或者在一些实施例中包含补充性，备份或附加存储器320.1/320.2或存储装置320.3的一个或多个存储器插座或存储装置插座(MCR)(未示出)或与其连接/联接，存储器320.1/320.2或存储装置320.3可以经由MCR的外部访问端口插入和移除。

端口和连接器：图3中未示出，但是存在于DAPU 307的表面上的某处可以是端口和连接器，诸如USB端口，以太网端口，以及用于将分布式HUMS元件350连接到DAPU 307的各种专用连接器和端口。一些运载器感测/监测器(VSMS)元件350可以经由无线通信(例如，机载WiFi或蓝牙连接或其他无线连接)与DAPU 307通信。DAPU 307可以具有天线和/或内部无线电路(图中未示出)以实现这种无线数据通信。

运载器感测/监测系统(VSMS)元件

图3还示出了各种示例性VSMS元件350，它们典型地是运载器100的一部分或集成到运载器100中，并经由电线，电缆，光纤或可能的无线方式连接到DAPU 307。各种示例性VSMS元件350可以包括，例如但不限于，本系统和方法采用的一个或多个传感器(诸如一个或多个叶片跟踪器105(或例如，飞行器机翼操作传感器))或振动传感器110。

监测机械现象，行为，特性或状态

该文档中公开的系统和方法主要被教导为需要感测(i)机械系统的部件的振动，或(ii)部件沿机械系统(例如运输系统)中的遍历路径到达特定点的时间。然而，相关领域的技术人员将理解，具有合适的机械属性传感器或机械状态/属性传感器(MSP传感器)的本系统和方法可用于感测机械系统内的一个或多个机械元件的其他随时间变化的机械状态，特性，现象或行为。例如，可以采用多个适当的光学传感器，电刷传感器，磁传感器，电容传感器或其他经过适当处理的传感器，以感测机械元件中出现的裂纹或“点蚀(pitting)”，及早发现出现的结构裂纹或缺陷可有助于防止机械系统的安全隐患。对于另一个示例，可以采用经过适当处理的多个适当的MSP传感器来感测机械部件位置的细微变化(例如，由于所感测部件的支撑结构元件逐渐但逐步失效)。

具有单个振动传感器的行星齿轮(周转齿轮)

图4示出了根据传统系统在本领域中已知的示例性单传感器行星齿轮系统400。单传感器行星齿轮系统(SPGS)400具有行星齿轮系统405(在本领域中也称为“周转齿轮链”405)，该行星齿轮系统405又具有附接在齿轮箱210外部的单个振动传感器110。

本文为了方便起见，在下文中行星齿轮系统/周转齿轮链405可以简称为“齿轮系统405”或“齿轮链405”。

齿轮403(或钝齿轮403)是具有切齿(或在钝齿轮的情况下，称为轮齿的插入齿)的旋转机械零件，该切齿与另一个有齿零件啮合以传递扭矩(旋转力)。齿轮通常是扁平的和圆形的，相等大小的齿在外周向上彼此相邻布置。在一些情况下，齿轮可以具有中空的圆形轮辋，并且轮齿布置在轮辋的内表面上。齿轮403和行星齿轮架440的整个布置被包含在齿轮箱壳体210内，该齿轮箱壳体210通常被维持并扣紧在运载器100内的固定位置中。

相关领域的技术人员将理解，在图4中，为简洁起见，已从齿轮403(太阳齿轮410，行星齿轮415和环形齿轮420)省略了齿。

行星齿轮系统405在本领域中是众所周知的，并且在此不提供详细的操作描述。但是将观察到，示例性行星齿轮系统405具有内部太阳齿轮410(在外周向上具有齿)；围绕太阳齿轮410对称且等距布置的四个行星齿轮415(也在外周向上具有齿)；围绕内太阳齿轮410，围绕四个相连的行星齿轮415以及围绕中心轴线或齿轮轴435对称布置的具有内齿的外中空环形齿轮420(也称为“环形齿轮”)。四个行星齿轮布置成经由行星齿轮架440的四个对称臂相连，该行星齿轮架中心地安装在齿轮轴435上。

本领域技术人员将理解，四个行星齿轮415的使用仅是示例性的，并且可采用更少(三个)或更多(四个或更多个)。

本领域技术人员还将理解，采用行星齿轮系统(例如示例性齿轮系统405)以经由行星齿轮415的旋转在太阳齿轮410和环形齿轮420之间传递扭矩和旋转速度。对于作为单元的行星齿轮415和行星齿轮架440，共同的旋转速度/方向475可以是顺时针方向(如图4所示)或逆时针方向。当行星齿轮415旋转时，维持它们彼此固定的质量中心关系，每个行星齿轮415也以转动速度/方向477绕其自身的轴线437转动，该转动方向与旋转方向475相对。

振动：旋转475和齿轮转动477两者的组合导致每个行星齿轮415产生机械振动(537，见下面的图5)。分析机械振动以确定系统健康状况并确保操作安全性。在传统系统中，单个振动传感器110位于齿轮箱210上的固定点处。随着行星齿轮415经历旋转475，每个行星齿轮415.g都在传感器110的固定位置附近连续通过。如图所示，传感器110继而可以仅在行星齿轮415.g在有效传感器角度450内时，有效地检测来自行星齿轮415.g的振动537；继而，这意味着每个行星齿轮415.g仅在行星齿轮在旋转方向475上的一个完整旋转周期所需时间的一小部分内处于振动传感器450的检测范围内。在该文档中，行星齿轮415.g在振动传感器110的感测范围内的有效角度范围450也可以适当地讨论为通过齿轮进行传感器检测的有效时间范围450。这可以简单地称为“范围450”或“有效范围450”，其中上下文明确了角度范围，时间范围或可能两者均适用。

每次行星齿轮架旋转475，每个行星齿轮415.n仅在有效传感器角度450内通过一次。每次行星齿轮415.n通过该检测点时，都会看到齿轮415.n的不同部分(即与传感器110最紧密接触的部分)，因此必须在多个旋转中建立覆盖所有齿轮齿的平均信号(由齿轮箱的几何形状确定)。行星齿轮支承件的监测也具有挑战性，因为没有到每个支承件的一致的负载路径。

广义地说，周转齿轮系统405是嘈杂的监测环境，因此，期望增加在其上创建信号平均值的样本，但同时也增加了完成振动扫描的时间。

来自单个振动传感器的合并振动数据

图5示出了平均机械状态数据(例如来自传统行星齿轮系统400的单个振动传感器110的平均振动数据)的信号处理500的一些方面。图5中示出的信号处理500是用于具有五个行星齿轮415的传统系统，出于解释的目的，五个行星齿轮415被称为行星齿轮‘A’，‘B’，‘C’，‘D’，和‘E’(通常，行星齿轮‘N’对应于图4的行星齿轮415.g)。对于具有五个行星齿轮415的示例性行星齿轮系统400，从振动传感器110获取振动数据505，该振动传感器110被定位成当行星齿轮415(“公转部件”)在传感器110的有效传感器角度450或有效传感器范围450内通过时，检测来自振动传感器110的振动537。

振动特征：由于齿轮系统400的旋转速度(经由转速计)和几何尺寸(经由来自齿轮箱制造商的信息传递)已知，因此可以将一个或多个振动特征517分配给代表齿轮系统400上的每个齿轮415.g的“齿轮数据仓”515.N。振动特征517也可以被称为振动数据样本517或振动信号样本517，并且可以指示振动强度，振动频率或两者。

图5包括两个“爆炸的振动特征”517或放大的振动特征，代表感测到的振动频率和/或强度的不同水平。对于每个行星齿轮415.A，415.B，415.C，415.D和415.E，在时间段(T)内获取多个连续的传感器数据仓515.g.t，每个均具有一个或多个振动特征517。

对于任何一个行星齿轮415.g，多个数据仓515.g.t及其振动数据样本517可以随着时间组合，以随着时间获取指示每个行星齿轮415的振动537.g的合并振动曲线520.N。振动曲线520.N反映了每个行星齿轮415的实际振动537.g。

利用单个传感器进行振动感测的方法

然而，通常，不仅期望获取每个行星齿轮415.g的近似(例如，时间平均的或代表性的)振动数据。而是，期望针对每个行星齿轮415.g的每个齿(或一系列紧密间隔的相邻齿)获取齿特定的或齿局部的振动数据505。(如上所述，齿轮齿未在图4中示出。)

同样，由于具有单个振动传感器(110)的示例性齿轮系统(410)存在已知的旋转速度(经由转速计)和系统几何形状(经由来自齿轮箱制造商的信息传递)，因此可以基于来自第一获取的时间偏移，将振动特征517分配给表示每个行星齿轮415.g上的每个齿的“齿仓”。

在每次通过时，在振动传感器110感测到振动的有效角度范围450上，给定的行星齿轮415.g向环形齿轮420呈现一组不同的齿轮齿。因此，在从每个行星齿轮415上的每个齿观察到振动特征517之前，需要行星齿轮415的许多转475。

此外，在整个振动感测处理中，通常采用信号平均来减少来自随机噪声的失真。这意味着，当仅采用一个振动传感器110时，需要来自每个齿轮415.g上的每个齿的多个振动特征517，以建立样本进行平均，从而进一步增加所需的行星齿轮转数475。

因为已知旋转速度(经由转速计)和几何形状(经由来自齿轮箱制造商的信息传递)，所以可以基于来自第一获取的时间偏移，将振动特征517分配给代表行星齿轮上的齿的“齿仓”。

如本领域中已知的，典型的行星齿轮415可以具有许多齿，其数量为几十甚至几百。但是，在示例性情况下，针对每个行星齿轮415.g，对于振动传感器数据获取的每个间隔，在齿轮齿总数中只有几个齿轮齿(例如，三(3)个齿轮齿或六(6)个齿轮齿)可见。

如下面详细讨论的，一种可以用于齿轮和齿特定振动感测的方法，诸如下面的示例性方法600。在示例性实例中，一次获取六(6)个齿轮齿的振动数据，并且在第一获取时间窗口(用于获取齿轮仓515.A.1至515.E.1的振动数据)期间，将每个齿轮齿的振动样本分配给一(1)至五(5)的齿振动仓。(例如，行星齿轮415.A可具有70个齿，因此行星齿轮415.A的振动数据被划分为编号为1到70的齿仓。)然后，可以将初始齿轮振动读数存储在齿数据仓1至6(例如，地址为A.1.1至A.1.6的齿数据仓)中。

相同的行星齿轮(例如，415.A)第二次经过传感器110时，就会知道所呈现的齿从第一获取偏移了“x”。为了该获取，将时间窗口振动样本分配给齿数据仓x+1至x+6(其可以标识为A.2.x+1至A.2.x+6)。这个处理一直持续到每个仓的平均信号显示与先前计算出的平均值的最小差为止，这由信号收敛检查确定。

利用单个传感器进行齿特定的振动感测的方法

根据图6的方法600，具有一个振动传感器110的传统系统的处理可以总结如下。

该方法从步骤605开始，在步骤605中需要从单个振动传感器110连续获取振动数据505。

在步骤610中，应用时间窗口以识别特定行星齿轮415.g，并从齿轮数据仓515.g提取每个齿的振动数据505。

该方法继续进行到步骤615，在步骤615中对数据进行重新采样以减少所存储的点数。(该步骤是实际考虑。通常会以比行星齿轮415所需的频率高得多的频率获取振动特征517，并且无关数据会产生不必要的处理开销。)

该方法继续进行到步骤625，在步骤625中将窗口化和重新采样的数据517分配给表示该数据517所属的齿轮齿的齿轮特定的齿仓。[注意，流程图600故意不使用步骤编号“620”。]

该方法继续进行到步骤630。在步骤630中，从分配给每个齿仓的所有振动信号样本517计算信号平均值。

下一步，在步骤635中，将收敛检查应用于每个齿仓。收敛检查用于将刚计算出的信号平均值与前一次迭代的信号平均值进行比较。

如果信号收敛低于构造值(意味着信号尚未收敛到足以表示稳定的信号平均值)，则需要更多的振动获取，需要返回到步骤605。如果在步骤635中信号收敛令人满意(即，高于构造的信号收敛阈值)，则接受齿仓的平均振动数据。

当所有仓的平均值被接受时，不需要进一步的振动获取来建立行星齿轮415的当前振动水平。然而，可以继续振动监测，并且重复方法600，以确定具有单个传感器的齿轮系统(400)的振动水平500的任何变化。

如上所述，周转齿轮箱405是嘈杂的监测环境。因此，对于单个传感器，可能需要较长的扫描时间并提供足够的信号平均和收敛。除其他事项外，本系统和方法还解决了该缺陷。

具有多个振动传感器的示例性行星齿轮系统

图7示出了根据本系统和方法的示例性多传感器行星齿轮系统(MSPGS)700的一个实施例。示例性多传感器行星齿轮系统700具有带有多个振动传感器110.s的行星齿轮系统705(周转齿轮链405)，在示例性实施例中，振动传感器110.s可以附接到齿轮箱210的外部。在替代实施例(未示出)中，振动传感器110.s可以直接安装在环形齿轮420的表面上。在各种实施例中，直接附接到环形齿轮420的振动传感器110.1可以安装在：

(i)环形齿轮420的外表面(即，面向远离太阳齿轮410和行星齿轮415的表面)；

(ii)环形齿轮420的内表面(面向太阳齿轮410和右齿轮415的表面)，例如在比行星齿轮415宽的环形齿轮420上，从而具有可以不与行星齿轮接触的内表面，并为振动传感器110.1提供合适的内表面；或

(iii)环形齿轮420的横向平面上的两个表面中的任一个。

尽管未在图7中示出，但是将理解，在实施例中，多个振动传感器110.s与DAPU/HUMS307通信地联接，该DAPU/HUMS 307执行本系统和方法的数据处理方法和计算。在替代实施例中(也未示出)，支持本系统和方法所需的一些或全部硬件处理元件307可以在结构上集成到具有多个振动传感器110.s的行星齿轮系统700中。

示例性行星齿轮系统705可以与图4的行星齿轮系统405相同或基本相似，并且在此不再重复对其元件的详细讨论。相关领域的技术人员将理解，图7中所示的四个行星齿轮415.g仅是示例性的，并且行星齿轮系统705可以具有更少或更多的行星齿轮415，例如但不限于三(3)个行星齿轮或五(5)个行星齿轮或更多个行星齿轮。

类似地，附图中所示的旋转方向475仅是示例性的，并且可以采用反向旋转。太阳齿轮410可以被固定，使得齿轮系统705的角度输出经由环形齿轮420传递；或者环形齿轮420可以固定在适当的位置。类似地，如本领域中已知的，可以采用多种尺寸和构造的齿轮齿(附图中未示出)，与本系统和方法一致。齿轮403(例如太阳齿轮410，行星齿轮415和环形齿轮420)的相对尺寸也是示例性的，并且仅出于说明的目的，并且不应解释为限制性的。

相关领域的技术人员将理解，在图7中，并且仅为了简化说明，齿轮403(太阳齿轮410，行星齿轮415和环形齿轮420)省略了齿轮齿。

振动：与传统系统一样，旋转475和齿轮转动477的组合导致每个行星齿轮415产生振动537。为了系统健康和操作安全，分析机械振动537以确定与系统健康和操作安全参数/极限的一致性。

在多传感器行星齿轮系统(MSPGS)700的示例性实施例中，多个振动传感器110.s部署在行星齿轮系统705的齿轮箱210的外部。每个振动传感器110.s位于齿轮箱210上的固定点。在替代实施例中，并且如上所述，多个振动传感器110.2直接固定在环形齿轮420上的指定点。当行星齿轮415经历旋转475时，每个行星齿轮415.g连续地经过多个传感器110.s的每个固定位置附近。当每个相应的行星齿轮415.g在振动传感器110.s的有效传感器角度450内时，每个振动传感器110.s又可以有效地检测来自每个行星齿轮415.g的振动。

振动传感器的数量：MSPGS 700中示出的振动传感器110的数量为八(8)个，但是该振动传感器的数量仅是示例性的而不是限制性的。可以采用更少的传感器(例如，只有两(2)个)，或者多于八个传感器(例如，十(10)个或更多个振动传感器)。在本系统和方法的一个实施例中，对于每个行星齿轮415.g，可以在齿轮箱210上部署一个振动传感器110.s。(即“s”可能等于“g”。)在替代实施例中，振动传感器110的数量可以是行星齿轮415的数量(g)的两倍，或者是行星齿轮415的数量(n)的三倍或四倍。

在替代实施例中，部署的振动传感器110的数量(s)可以是系统特定的，并且例如由所需的振动传感器110的最低数量(L)确定，以确保每个行星齿轮415.g总是由至少一个振动传感器110检测到。在又一个替代实施例中，部署的振动传感器110的数量可以大于L，以提供不同程度的感测冗余，从而在任何时候，来自至少一些行星齿轮415的振动被大于一个的振动传感器110检测到。这样的传感器冗余可以允许对振动数据进行更精确的确定，或者可以帮助补偿异常振动噪音的行星齿轮系统705，或者补偿运载器100的极易发生振动/噪音的局部内部环境。

振动传感器的定位/间距：在本系统和方法的一些实施例中，多个振动传感器110如图7所示间隔开，即，沿着与穿过齿轮箱210的横向平面(即，与太阳齿轮410，行星齿轮415和环形齿轮420的横向平面重合的平面)对准的圆形感测路径780等距；圆形路径与太阳齿轮410和环形齿轮420的中心轴线同轴。在传感器110附接到齿轮箱壳体210外部的实施例中(如图7所示)，感测路径780.1基本上沿着该外表面。在传感器110固定到环形齿轮420的替代实施例中(图7中未示出)，感测路径780.2基本上与由传感器110到环形齿轮420的附接点形成的弧重合。

在替代实施例中，沿着感测路径780的一些部分或弧可以更密集地填充有振动传感器110(意指沿着振动传感器110的整个弧)，而一些成对的相邻传感器110.s比成对的相邻振动传感器110.s彼此更紧密地隔开。例如，如果已知或预期特定弧部分将朝向预期会产生异常量的振动噪声或音频噪声的其他接近的运载器系统或以其他方式与其联接，则感测路径780的特定弧部分可以接收附加的固定位置的振动传感器110。

多个振动传感器的操作效果：在多传感器行星齿轮系统(MSPGS)700的各种实施例中，当行星齿轮415沿着环形齿轮420的内齿轮表面一致地旋转时，跨多个传感器位置采样行星齿轮振动537。然后，使用同步时间窗口来识别和分离感兴趣的各个时间段和与感兴趣的行星齿轮415.g有关的传感器数据。然后，跨多次旋转汇总和平均这些时间窗口，然后将其用作DAPU/HUMS 307条件指示器计算的输入。该方法的细节将在下面立即讨论。

在一些实施例中，使用本系统和方法的多个传感器110和时间窗口方法的组合结果具有使行星齿轮415.g相对于单个“虚拟振动传感器”显得“静止”的建设性效果；基于来自实际上是多个分离的振动传感器110.s的数据，将单个虚拟传感器的振动数据构造为(如下所述)复合物。当每个行星齿轮415.g与虚拟振动传感器之间的相对位置保持基本上恒定时，可以连续地监测齿轮箱壳体210的所有部分的振动数据(而不是像具有一个传感器的传统系统那样每次齿轮架旋转而监测一次)。

来自多个振动传感器的合并振动数据

图8示意性地示出了根据本系统和方法的信号处理800的一些方面，信号处理800可以从多传感器行星齿轮系统(MSPGS)700的多个振动传感器110.s为每个相应的行星齿轮415.g生成合并振动数据820.g。

图8所示的信号处理800用于具有五(5)个行星齿轮415(例如，行星齿轮‘A’，‘B’，‘C’，‘D’和‘E’(通常，行星齿轮‘N’对应于图7的行星齿轮415.g))的示例性系统。对于具有五个行星齿轮415的示例性行星齿轮系统700，从每个振动传感器110.s获取相应的振动数据815(s)，该振动传感器110.s被定位成当行星齿轮415在多个传感器110.s中的每一个的有效传感器角度/范围450内通过时检测来自行星齿轮415的振动537。

在图8中示出的是“部件”A，B，C，D，E。出于本系统和方法的目的，术语“部件”可以理解为行星齿轮415或特定行星齿轮415上的齿(或轮齿)(附图中未示出)。

对于多个中的每个相应的行星齿轮415.g，以及多个中的每个振动传感器110.s(或其他周期性旋转元件，如适用)，当给定行星齿轮415.g在给定传感器110.s的感测范围450.s内通过时，本系统和方法确定元件相关和传感器相关的时间范围(GDSD时间范围)。因为齿轮系统705的旋转速度(经由转速计)和几何形状(经由来自齿轮箱制造商的信息传递)已知，所以可以将振动特征517分配给“齿轮数据仓”815(s).g.t，其每个代表：(i)每个齿轮815.g的振动数据(ii)由每个传感器110.s检测到。然后，对于每个行星齿轮415.A，415.B，415.C，415.D，415.E，在连续的时间段(T)内从每个振动传感器110.s获取多个连续的传感器数据仓815(s).g.t。

对于任何一个行星齿轮415.g，并且基于来自多个振动传感器110.s的振动传感器数据仓815(s).g.t，它们的振动数据样本可以随时间进行组合以获取表示每个行星齿轮415.g或每个行星齿轮上的每个齿随时间的振动537.g的合并的振动曲线820.g。

利用多个传感器进行振动感测的处理

如上所述，期望不仅获取每个行星齿轮415.g的整体振动数据。而是，期望针对每个行星齿轮415.g的每个齿(或一系列紧密间隔的相邻齿)获取齿特定的或齿局部的振动数据505。(如上所述，齿轮齿未在图4中示出。)

振动特征：如上所述，并且由于共享的行星齿轮旋转的旋转速度475已知(经由转速计已知)，以及由于具有多个振动传感器(110.s)的示例性齿轮系统(700)的系统几何形状已知(经由来自齿轮箱制造商的信息传递)，在实施例中，可以检测来自各个齿轮齿的振动537。在替代实施例中，可以相对于整个齿轮齿中的可识别的小子集的齿来确定振动537。

然后，可以基于来自第一获取的时间偏移，将传感器特定的齿振动特征817(g)分配给代表每个行星齿轮415.g上的每个齿的“齿仓”。如上所述，类似于传统单个传感器系统的振动特征517，在各个实施例中，振动特征817(g)可以是指示每次感测到的齿轮齿的振动水平的单个值；或在感测到齿轮齿的短时间内的时间序列值；或在感测到齿轮齿时振动强度的一些其他数字表征；在替代实施例中，振动特征817(g)可以理解为在重复感测到齿轮齿的一些更长时间内的一系列振动值或振动值的波形表示。齿轮齿的传感器特定的振动特征817(g)在该文档中也可以称为“齿振动特征”817(g)。

在本系统和方法的实施例中，来自所有传感器415.1的齿轮415上的所有齿的振动特征817的整个集合可被视为整个齿轮的齿轮振动曲线820.g。在替代实施例中，齿轮振动曲线820可以通过分析或存储齿振动特征的子集，或通过一段时间的多个齿振动特征817的处理摘要(例如平均值，峰值或最小值)来确定。

相关领域的技术人员将认识到，本系统和方法的目的和效果是随着时间准确而快速地识别振动特征(可能表示行星齿轮系统705上的应力，损坏或问题的齿振动特征和/或齿轮振动特征中的任何一个或两者)的变化。

处理：根据本系统和方法，具有多个振动传感器110.g的行星齿轮系统705的数据获取的示例性处理800可能需要一些在图8中部分示出并在以下立即详细讨论的元件。示例性处理800可以例如由通信联接到多个振动传感器110.s的DAPU 307执行。DAPU 307的硬件处理器315可以根据存储在DAPU 307的存储器320中的软件来执行方法步骤。

多个振动传感器110.g中的每一个具有有效传感器范围450.g，其也可以称为“有效齿轮振动检测范围”450.g，如图7(以上)所示。在每个完整的旋转475上，每个给定行星齿轮415.g向位于环形齿轮420周围的每个振动传感器110.s呈现齿轮齿的不同子集。对于每个传感器110.s，在传感器110.s的有效角度范围450.n上检测到齿轮齿的该子集。

在本系统和方法的实施例中，行星齿轮415的单个旋转475(诸如时间段T1，T2，T3或T4中的任何一个)可足以经由多个传感器110.s观察到每个行星齿轮415上的每个齿的所有振动特征820。

在本系统和方法的实施例中，采用信号平均来减少来自随机噪声的失真。这意味着，即使在采用多个振动传感器110.s时，也可能需要在多个旋转时间段T内从每个齿轮415.g上的每个齿收集多个振动特征，以建立样本以进行平均。然而，在采用多个传感器110.s的情况下，期望可以以比传统系统所需的转数更少的行星齿轮旋转475来获取足够可靠的振动曲线820。

已知行星齿轮旋转速度(经由转速计)和几何形状(经由来自齿轮箱制造商的信息传递)。因此，对于每个振动传感器110.s，可以将振动特征817(g)分配给代表由每个传感器110.s感测到的行星齿轮上的代表齿的传感器特定的、齿轮特定的以及齿特定的齿仓，所有均基于来自第一获取的时间偏移。

如以下详细讨论的，可以将方法用于传感器特定的以及齿轮和齿特定的振动感测，例如下面的示例性方法900。在示例实例中，一次获取六(6)个齿轮齿的振动数据：

对于第一振动传感器110.1，并且在第一时间窗口(即，第一获取时间段T1的第一部分)期间，第一振动传感器可以获取表示来自齿轮415.A的振动数据的齿轮仓815.A.1的振动数据，每个齿轮齿的振动样本817(1)被分配给第一振动传感器110.1的齿振动仓一(1)至五(5)。

对于第二振动传感器110.2，并且在相同的第一时间窗口(第一获取时间段T1的相同的第一部分)期间，第二振动传感器可以获取表示来自齿轮415.B的振动数据的齿轮仓815.B.1的振动数据，其中齿轮415.B的每个齿轮齿的振动样本817(2)被分配给第二振动传感器110.1的齿振动仓七(7)至十二(12)。

对于第J振动传感器110.J，并且在相同的第一时间窗口(第一获取时间段T1的相同的第一部分)期间，第J振动传感器可以(i)首先获取表示来自齿轮415.C的振动数据的齿轮仓815.C.1的振动数据，并将齿轮415.C的每个齿轮齿的振动样本817(J)分配给第J振动传感器110.1的齿振动仓k至k+3，并且(ii)然后首先获取代表来自齿轮415.D的振动数据的齿轮仓815.D.1的振动数据，并将齿轮415.J的每个齿轮齿的振动样本817(J)分配给第J振动传感器110.J的齿振动仓k+4至k+6。

随后，对于每个振动传感器110.s，并且在第二时间窗口(第一获取时间段T1的第二部分)期间，每个振动传感器110.s将获取连续齿轮的一系列相邻齿的齿振动数据的六(6)个仓。

相关领域的技术人员将理解，以上提供的值仅是示例性的。对于每个传感器110.s，由于行星齿轮415的数量，由于旋转速度/方向475以及由于行星齿轮415，太阳齿轮410和环形齿轮420的相对尺寸，在整个旋转时间段T的任何给定部分期间以下所有内容可能会发生变化：检测到的行星齿轮415.g，以及检测到齿轮上的哪个齿。此外，有可能在一些时间段T期间，一个或多个振动传感器110可以没有检测到来自行星齿轮的振动，或者检测到来自两个连续行星齿轮的齿的振动。

然而，如图8所示，整个行星齿轮415.g或行星齿轮415.g的特定齿的完整振动曲线820.g可以由来自每个和全部振动传感器110.s的一个或多个齿轮仓(g)构成。与传统系统相比，这提高了传感器的准确性并减少了所需的旋转周期T的数量。

示例性方法元件

图9示出了根据本系统和方法的示例性方法900的一些元件，该方法900合并来自多个振动传感器的振动数据并用于多传感器行星齿轮系统的信号处理。方法900可以例如由通信地联接到多个振动传感器110.s的DAPU 307执行。DAPU 307的硬件处理器315可以根据存储在DAPU 307的存储器320中的软件来执行方法步骤。

在方法900中，例如在沿着齿轮箱壳体210或沿着旋转机械系统700的环形齿轮420的多个不同角度位置处，来自示例性旋转机械系统700的振动537被相应的多个传感器跨多个位置采样，以获取多个振动数据样本805(s)。经由固定的分布式振动传感器110(s)(110(1)，110(2)...110(M))在多个角度位置处采样数据振动数据805。同步时间窗口912.t被应用于与感兴趣的共同机械部件有关(例如，与旋转行星齿轮415.A有关)的感兴趣的分离段。

同步时间窗口912.t被限定为可能在每个传感器处的不同特定时间(t)发生的时间窗口(简短时间间隔)，但是每个同步时间窗口对应于从特定共同机械部件(例如共同旋转行星齿轮415.K(其中K是从齿轮1到齿轮G的任何特定齿轮))捕获振动数据。时间(t)由硬件处理器315计算为每个传感器位置，行星齿轮415的旋转速度475以及行星齿轮系统705的整体几何形状和空间布置的函数。

在所示的示例性情况下，该结果是行星齿轮415.A的齿轮数据805的多个仓815(传感器).齿轮_A.时间，多个仓815(s).A.t中的每一个指示以下数据：

来自特定传感器(例如，s＝传感器1、2，...M)的数据；

特定共同齿轮(在示例性情况下，g＝齿轮A)的数据；和

连续时间窗口912.t(在所示的示例性情况下，时间间隔t＝1或t＝2或t＝m)的数据，以便从每个传感器(s)＝1,2,...M捕获共同齿轮(在所示的示例性情况下，g＝齿轮A)的振动数据。

这导致捕获示例性数据仓815(s).g＝A.t。

在方法步骤950中，这些数据仓815均在行星齿轮系统的多个旋转475上重新采样；并且然后按构造的传感器特定的因子缩放所有数据仓，以确保来自每个传感器110的数据具有相似的幅度。缩放可以通过各种方法来完成，包括例如但不限于：软件数据重新缩放，调整信号增益或其他电子方式。重新缩放补偿了传感器110之间的设计和制造变化，沿着齿轮箱壳体210的传感器放置的变化，以及可能使传感器数据不同于标称传感器数据的其他因素。

在步骤955中，汇总数据仓，例如，将来自多个传感器(s)的所有数据仓805与不同时间段(t)相关联，该不同时间段(t)与给定齿轮g(例如，g＝A)相关联。在步骤960中，这些信号可以被平均。

跨多个旋转对多个时间段内来自多个传感器的数据进行汇总和平均，得出行星齿轮系统的每个齿轮415的时间平均的振动曲线820.g。然后将这些结果用作HUMS 307条件指示器计算的输入，或用作其他DAPU 307的输入。

示例性处理900的作用是使每个行星齿轮415.g看起来是“固定的”，因为每个齿轮415.g与表面上的单个“虚拟传感器”之间的相对位置保持恒定。作为进一步的结果，行星齿轮系统705的所有行星齿轮415可以连续地监测，而不是每次齿轮架旋转475监测一次。

虽然上面已经关于获取每个齿轮采样数据描述了方法800和方法900的元件，但是也可以应用具有更精确或更窄时间窗口的类似方法，以从多个传感器110.s收集特定齿轮齿的振动数据。

利用多个传感器进行齿特定的振动感测的示例性方法

在图10中示出了利用多个振动传感器110.s进行振动感测的另一示例性方法1000。方法1000可以例如通过通信地联接到多个振动传感器110.s的DAPU 307来执行。DAPU307的硬件处理器315可以根据存储在DAPU 307的存储器320中的软件指令来执行方法步骤。方法的一些步骤可以与以上呈现的传统方法600的步骤相同或相似，但是具有针对多个传感器110.s的合适的适应。方法1000还具有方法步骤1020，该方法步骤1020在方法600中没有类似或相似的步骤。

方法1000从步骤1005开始，步骤1005需要从多个振动传感器110.s中的每一个和全部振动传感器连续获取振动数据805。

在步骤1010中，对于每个传感器，应用时间窗口以识别被感测的特定行星齿轮415.g，并从齿轮数据仓815中提取每个齿的振动数据805。

该方法继续进行到步骤1015，步骤1015对数据进行重新采样以减少所存储的点数。(此步骤是实际考虑。通常以比行星齿轮415所需的频率高得多的频率获取振动特征817，并且无关数据将产生不必要的处理开销。)

该方法继续进行到步骤1020。在步骤1020中，通过构造的传感器特定的因子来重新缩放来自每个振动传感器110.s的数据，以确保来自每个传感器110.s的数据具有相似的幅度。缩放可以通过各种方法来完成，包括例如但不限于：软件数据缩放，调整信号增益或其他电子方式。重新缩放补偿了传感器100之间的设计和制造变化，沿着齿轮箱壳体210的传感器放置的变化，以及可能使传感器数据不同于标称传感器数据的其他因素。每个传感器110.s的重新缩放因子可以由系统操作员通过手动检查来自每个感测点的振动特征，并在共同行星齿轮(或每个单独的行星齿轮)的不同传感器之间进行比较来确定；或经由设计为根据合适的标准确定缩放因子的算法来确定。

该方法继续进行到步骤1025，在步骤1025中将每个传感器的窗口化和重新采样的数据817(即振动特征817)分配给表示该数据817所属的齿轮齿的齿轮特定的齿仓。

该方法继续进行到步骤1030。在步骤1030中，从所有振动特征817(1)，817(2)，...817(s)计算信号平均值，并将计算出的平均值分配给(即，存储在)每个齿轮415.g的每个齿的共同主齿仓。

下一步，步骤1035将收敛检查应用于每个齿仓。收敛检查用于将刚计算出的信号平均值与先前迭代的信号平均值进行比较。

如果信号收敛低于构造值(意味着信号尚未收敛到足以指示稳定的信号值)，则需要更多的振动获取，需要返回到步骤1005。如果在步骤1035中信号收敛令人满意(即，高于构造的信号收敛阈值)，则接受齿仓的平均振动数据817。

当接受所有齿仓的平均值时，则不需要进一步的振动获取来建立行星齿轮415的当前振动水平。然而，振动监测可以继续，并且重复方法1000，以确定具有多个传感器的齿轮系统(700)的振动水平500的任何变化。

如上所述，具有多个传感器110.1时，由于每个行星齿轮415的每个齿的有效采样率提高，收敛时间减少。因此，与单个传感器系统的扫描时间相比，具有多个传感器时，减少的扫描时间可以提供足够的信号平均和收敛。

利用多个传感器进行振动感测的示例性方法

与上面讨论的方法800、900和1000一致，利用多个传感器805(s)进行振动感测的另一示例性方法可能需要：

(1)在DAPU 307的硬件处理器315，从振动传感器110.s获取指示来自行星齿轮415的感测到的振动的时间连续的振动传感器信号/数据805。

(2)对于第一振动传感器110.1的第一振动信号805(1)，当每个行星齿轮415.g通过第一振动传感器110.1的感测范围内时，经由硬件处理器315确定一系列连续的时间窗口；基于该第一系列的时间窗口，确定第一组相应齿轮数据仓815(1).X.t，每个齿轮数据仓815(1).X.t包括仅一个特定行星齿轮415.X的振动传感器数据。

(3)对于来自第二振动传感器110.2的第二振动信号805(2)，当每个行星齿轮415.g通过第二振动传感器110.2的感测范围内时，经由硬件处理器315确定一系列连续的时间窗口；基于该第二系列的时间窗口，确定第二组相应齿轮数据仓815(2).X.t，每个齿轮数据仓815(2).X.t包括仅一个特定行星齿轮415.X的振动传感器数据。

(4)经由硬件处理器315确定第一数据仓815(1).X.t在第一时间间隔t期间发生；并且确定第二数据仓815(2).X.t在第二时间间隔t+1期间发生，其中t+1紧接着t。

(5)经由硬件处理器连接第一数据仓815(1).X.t和第二数据仓815(2).X.t，使得硬件处理器315建立行星齿轮415.X的振动曲线820.X。

针对多个时间间隔以及多个行星齿轮415.g重复以上的步骤(1)至(5)，导致每个行星齿轮415.g的时间延长的振动曲线820。

其他机械系统的旋转元件感测/监测

上面描述的本系统和方法的实施例需要使用多个振动传感器110来有效地检测来自多个旋转部件(例如多个行星齿轮115)的振动，这些旋转部件在外壳210(诸如齿轮箱)中旋转。然而，本文公开的多个传感器105和方法800、900、1000也可以适用于，对具有多个部件的其他旋转机械元件进行适当的修改，每个部件零件服从于绕轴线共享旋转，其中每个这样的部件可以受益于实时感测或检测，或需要实时感测或检测。这样的机械零件可以包括例如但不限于叶片(在发动机，涡轮或压缩机中)或围绕一个或多个齿轮或曲轴的链条。

虽然可以采用振动传感器，但是本系统和方法的附加或替代实施例可以采用其他种类的传感器(例如多个光学或视频传感器)，以监测这种时移部件的性能和操作方面。

传统发动机或涡轮叶片监测：作为示例，图11示出了传统系统和方法1100的元件1100，用于监测发动机(诸如涡轮或喷气发动机1105)中的旋转叶片1115，其中由单个传感器1110执行监测。

在传统系统1100中，每次旋转475，每个旋转叶片1115在单个感测点处经过到达时间传感器1110一次。检测到任一叶片1115.b的到达时间(t)。叶片信号1137的特性(例如，静态偏转(Δs)或共振模式下的时间变化)是基于多次叶片通过1150(即，叶片1115的多次完整的旋转)的预期同步叶片到达时间的变化(Δt)而计算的。

根据本系统和方法的发动机或涡轮叶片监测：图12示出了根据监测发动机1105中的旋转叶片1115的当前系统和方法的示例性系统和方法元件1200，其中该监测由多个到达时间传感器1110.r执行。

在示例性系统和方法1200中，通过多个隔开的到达时间传感器1110.r在围绕旋转弧的多个位置处感测叶片通过。来自每个传感器的信号：

(1)是时间窗口1212，以在每个叶片1115经过每个传感器1110.r时隔离每个叶片1115，时间窗口基于每个叶片的预期到达时间的近似范围；

(2)被处理以识别每个叶片在每次旋转时的特定到达时间；

(3)被重新采样并缩放1215以解决传感器差异；

(4)被汇总1220以跨一个或多个完整旋转为每个叶片创建组合信号1225。

然后，计算组合叶片信号1125的特性。例如，给定叶片在延长时间段内的到达时间的变化可能表示潜在的叶片翘曲或叶片附件的未决故障。

VI.一些实施例的概述；附加实施例

在具有旋转机械部件(例如行星齿轮415，叶片1115，螺旋桨或链条)的机械系统中，该旋转机械部件在壳体210中典型但不是必需的反复地穿过圆形路径(780)，本系统和方法汇总来自多个传感器110/1110的与相同齿轮，叶片或链条415/1115有关的振动信号，该多个传感器110/1110沿着旋转机械部件的运动的弧位于分布的固定感测点处。例如，在周转齿轮箱705中，这允许行星齿轮415通过旋转被“跟踪”，从而为可以完成每个齿轮415.g的完整扫描的速度提供了益处；这也增加了振动815/817样本的数量，以减少信号平均值中的噪声的影响，并为传递行星支承件振动提供了恒定的负载路径。

具有除旋转之外的空间平移的部件：尽管已经相对于旋转元件描述了本系统和方法，但是在沿着一些路径475的振动部件的放置中具有动态变化的其他机械系统可以受益于沿着已知的重复运动路径(即，相对于作为一个单元的机械系统，部件的位置随时间动态变化)的多个传感器的类似应用。

例如，机械系统可具有振动部件415/1115(其可以例如由于元件自身的局部旋转或振荡而振动)，其中该部件沿机械系统的结构中的线性路径，或者仅沿弧(而不是整个圆)，或者沿椭圆路径空间平移(即，改变位置)。也可以设想机械系统内的空间平移或部件位移的其他动态路径475。

多个传感器110.s沿着部件的动态位移的路径475的适当分布式放置可以由本文公开的方法800/900/1000/1200和本文公开的其他方法来支持，以实现更详细，更有效地监测动态移动部件的振动，位置或其他选定的时变操作属性。这些方法通常至少包括：

(i)数据时间窗口化，以从不同传感器识别/选择共同元件的数据；

(ii)对于特定共同的、动态移动的元件，对来自不同传感器的数据进行汇总；和

(iii)对于特定共同的、动态移动的元件，对来自相同传感器和/或多个传感器的(如在来自不同时间的相似时间窗口期间所感测到的)数据进行时间平均。该方法还可以包括对数据进行重新采样以降低数据密度，以及对来自不同传感器的数据进行重新缩放，以使来自不同传感器的传感器数据标准化。如上所述，可以通过例如但不限于软件处理或调整信号上的增益来实现标准化。

连续部件的监测：在替代实施例中，采用多个传感器的本系统和方法可用于为在较大系统内经受空间平移的连续部件提供改进的健康监测。例如，多个相机或光学传感器可以监测快速移动的风扇带或链条(其又可以移动多个固定齿轮或通过多个固定齿轮移动)的各部分的状况。风扇带或链条的实时“快照”感测可用于维持风扇带或链条的整个状况的连续监测。

因此，本文所公开的方法减少了建立动态移动部件的部件健康状况的准确图片所需的旋转(或其他路径遍历)的数量。例如，在行星齿轮系统705中，增加围绕齿轮箱210追踪行星齿轮415的感测位置的数量，需要更少的旋转以获取每个行星齿轮415的完整振动信号(与具有单个传感器的系统相对)。

非运输系统：尽管在本文中关于运载器的旋转元件的振动监测描述了本系统和方法，但是许多其他机械和电子机械系统也采用旋转齿轮系统和其他旋转功能元件。例如，风力涡轮和其他自动齿轮箱具有包括行星齿轮系统和叶片的旋转机械部件。所有这些系统也可以经由本系统和方法受益于振动监测。

结论

本领域技术人员特别是根据前述教导的人员可以做出本公开仍将包含的替代实施例，示例和修改。此外，应当理解，用于描述本公开的术语旨在具有描述性词语的性质，而不是限制性的。

本领域技术人员还将理解，可以在不脱离本公开的范围的情况下构造上述优选和替代实施例的各种改编和变型。因此，应理解，在所附权利要求的范围内，可以不同于本文具体描述的方式实践本公开。

上面已经借助于示出特定功能及其关系的实施方式的功能构建块描述了本发明。为了描述的方便，在本文中已经任意限定了这些功能构建块的边界。只要适当执行指定的功能及其关系，就可以限定替代边界。

例如，本发明的各个方面可以通过软件，固件，硬件(或由诸如Verilog或硬件描述语言指令的软件表示的硬件)或其组合来实施。在阅读了该描述之后，对于相关领域的技术人员而言，如何使用其他计算机系统和/或计算机架构来实施本发明将变得显而易见。

应该注意的是，本发明的各种实施例的模拟，合成和/或制造可以部分地通过使用计算机可读代码(包括通用编程语言(例如C或C++)，硬件描述语言(HDL)(包括VerilogHDL，VHDL，Altera HDL(AHDL)等)，或其他可用的编程和/或原理图捕获工具(例如电路捕获工具))来完成。

该计算机可读代码可以设置在任何已知的计算机可用介质(包括半导体，磁盘，光盘(例如，CD-ROM，DVD-ROM))中，并且可以作为计算机数据信号体现在计算机可用(例如，可读)传输介质(例如，载波或任何其他介质(包括数字，光学或基于模拟的介质))中。这样，可以在包括因特网和内联网的通信网络上传输代码。应当理解，由上述系统和技术完成的功能和/或提供的结构可以在内核(例如GPU内核)中表示，该内核体现在程序代码中，并且可以作为集成电路产品的一部分而转换为硬件。

应当理解，“具体实施方式”部分(而不是“发明内容”和“说明书摘要”部分)主要旨在用于解释权利要求。发明内容和说明书摘要部分可以阐述发明人所设想的本发明的一个或多个但不是全部示例性实施例，因此，无意于以任何方式限制本发明和所附权利要求。

本发明的进一步方面通过以下条项的主题提供：

1.一种获取在机械系统内参与周期性旋转的多个机械元件的机械状态/属性数据的方法，所述方法包括：在处理单元的硬件处理器处，从沿着表面附接的多个机械状态/属性(MSP)传感器中的每个相应的传感器，获取指示所述多个机械元件的感测到的机械属性的相应时间连续的MSP传感器信号，所述表面是所述机械元件的外部的一部分或邻近所述机械元件的所述外部，所述多个MSP传感器沿着所述机械元件的所述周期性旋转的感测路径彼此间隔开；对于来自所述多个MSP传感器中的第一MSP传感器的第一时间连续的机械数据信号：当每个相应的机械元件在所述第一MSP传感器的感测范围内通过时，经由所述硬件处理器确定第一系列的相应连续时间窗口；基于第一系列的时间窗口，确定相应的第一多个时间分隔的齿轮数据仓，所述第一多个时间分隔的齿轮数据仓中的每个包括所述多个机械元件中的仅一个相应的特定机械元件的第一机械属性传感器数据；对于来自所述多个MSP传感器中的第二MSP传感器的第二时间连续的振动信号：当每个相应的机械元件在所述第二MSP传感器的感测范围内通过时，经由所述硬件处理器确定第二系列的相应连续时间窗口；基于第二系列的时间窗口，确定相应的第二多个时间分隔的齿轮数据仓，所述第二多个时间分隔的齿轮数据仓中的每个包括仅所述一个相应的特定机械元件的第二MSP传感器数据；经由所述硬件处理器确定在第一时间间隔t内出现来自第一多个齿轮数据仓的第一齿轮数据仓；经由所述硬件处理器确定在第二时间间隔t+1内出现来自第二多个齿轮数据仓的第二齿轮数据仓，其中，所述第二时间间隔接着所述第一时间间隔t；和经由所述硬件处理器将所述第一齿轮数据仓和所述第二齿轮数据仓组合为连续的第一和第二连续齿轮数据仓，其中，所述硬件处理器建立所述一个特定机械元件的第一元件特定的机械状态/属性曲线，所述曲线指示所述一个特定机械元件在延长的时间间隔内的所述机械/状态属性，所述延长的时间间隔包括所述时间间隔t和所述时间间隔t+1。

2.根据任何在前条项所述的方法，进一步包括：对所述多个MSP传感器中的附加MSP传感器重复方法步骤，其中，所述一个特定机械元件的所述机械状态/属性曲线包括来自所述多个MSP传感器中的所有所述MSP传感器的所述一个特定机械元件的所有所述MSP数据。

3.根据任何在前条项所述的方法，进一步包括对不同于所述一个特定机械元件的第二特定机械元件执行方法步骤，其中，所述方法建立所述第二特定机械元件的第二元件特定的机械状态/属性曲线。

4.根据任何在前条项所述的方法，其中，所述机械元件是行星齿轮，并且所述传感器是振动传感器，所述振动传感器被构造为检测来自所述行星齿轮的振动，并且其中，所述方法包括在所述微处理器处，根据来自所述多个振动传感器的所述振动传感器数据，生成所述多个行星齿轮中的所述一个特定行星齿轮的振动曲线。

5.根据任何在前条项所述的方法，进一步包括：对所述多个振动传感器中的附加振动传感器重复所述方法步骤，其中，所述一个行星齿轮的所述振动曲线包括来自所述多个振动传感器中的所有所述振动传感器的所述一个特定行星齿轮的所有所述振动数据。

6.根据任何在前条项所述的方法，进一步包括：对不同于所述一个特定行星齿轮的第二特定行星齿轮执行所述方法步骤，其中，所述硬件处理器建立所述第二特定行星齿轮的第二齿轮特定的振动曲线。

7.根据任何在前条项所述的方法，进一步包括应用齿特定的时间窗口，以获取所述一个特定行星齿轮的特定齿的振动数据。

8.根据任何在前条项所述的方法，其中，所述机械元件是涡轮的多个涡轮叶片，所述MSP传感器是到达时间(TOA)传感器，所述到达时间(TOA)传感器被构造为检测TOA传感器附近的涡轮叶片的到达时间，并且所述方法包括在所述微处理器处产生所述多个涡轮叶片中的一个特定叶片的TOA曲线。

9.根据任何在前条项所述的方法，进一步包括：对所述多个TOA传感器中的附加TOA传感器重复所述方法步骤，其中，所述一个特定叶片的所述TOA曲线包括来自所述多个TOA传感器的所有所述TOA传感器的所述一个特定叶片的所有所述TOA数据。

10.根据任何在前条项所述的方法，进一步包括：对不同于所述一个特定叶片的第二特定叶片执行所述方法步骤，其中，所述硬件处理器建立所述第二特定叶片的第二叶片特定的TOA曲线。

11.根据任何在前条项所述的方法，进一步包括：缩放来自所述MSP传感器的所述MSP数据，以补偿所述多个MSP传感器中的机械/状态属性检测中的传感器特定的或传感器位置特定的变化。

12.一种获取在机械系统内参与周期性旋转的多个机械部件的振动数据的方法，所述方法包括：在硬件处理器处，从沿着表面附接的多个振动传感器中的每个相应的传感器，获取多个时间连续的振动传感器信号，所述表面是所述机械元件的外部的一部分或邻近所述机械元件的所述外部，所述多个振动传感器沿着所述机械元件的所述周期性旋转的路径彼此间隔开，每个相应的振动传感器信号指示由所述多个振动传感器中的每个相应的振动传感器检测到的来自所述多个旋转机械部件的连续检测到的振动；经由所述硬件处理器，将相应的同步时间窗口应用于所述多个振动传感器信号中的每一个，以识别每个相应的机械部件的相应组的相关联的振动数据仓；和经由所述硬件处理器，汇总与旋转的所述多个机械部件中的每个特定机械部件相关联的所述振动数据仓，以产生旋转的所述多个机械部件中的所述每个相应的机械部件的多个相应的振动曲线。

13.根据任何在前条项所述的方法，其中：所述相应的同步时间窗口是一组传感器特定的时间窗口，当单个机械部件在单个振动传感器的感测范围内时，每个时间窗口跨越感测时间段；所述组中的每个同步时间窗口与不同的传感器相关联；并且每个同步时间窗口出现在不同的特定时间；其中，每个振动传感器在所述组中的其相关联的时间窗口期间，检测所述组中的所有所述时间窗口所共有的单个指定的机械部件的连续振动数据。

14.根据任何在前条项所述的方法，进一步包括将所述同步时间窗口计算为每个振动传感器的位置，所述机械部件的旋转速度以及机械部件的几何形状和空间布置的函数。

15.根据任何在前条项所述的方法，进一步包括在所述机械部件的多次旋转中重新采样所述振动数据仓。

16.根据任何在前条项所述的方法，进一步包括在多个时间段内，对从跨所述机械部件的多次旋转的单个传感器获取的重新采样的振动数据仓取平均，以获取多个旋转部件中的每个相应机械部件的时间平均的振动曲线。

17.根据任何在前条项所述的方法，进一步包括通过传感器特定的因子来缩放所述传感器特定的数据仓，其中，来自每个振动传感器的振动数据相对于其他振动传感器被标准化。

18.根据任何在前条项所述的方法，其中，所述机械部件是行星齿轮，并且所述传感器是振动传感器，所述振动传感器被构造为检测来自所述行星齿轮的振动，并且其中，所述方法包括在所述微处理器处产生每个行星齿轮的振动曲线。

19.根据任何在前条项所述的方法，进一步包括应用齿特定的时间窗口，以获取每个特定行星齿轮的特定齿的振动数据。

20.一种获取在机械系统内参与周期性旋转的多个叶片的到达时间(TOA)数据的方法，所述方法包括：在硬件处理器处，从沿着所述叶片的外壳附接的多个到达时间(TOA)传感器中的每个相应的传感器，获取多个TOA信号，所述多个TOA传感器沿着所述叶片的所述周期性旋转的路径彼此间隔开，每个相应的TOA传感器信号指示在特定TOA传感器处特定叶片的检测时间；经由所述硬件处理器，将相应的同步时间窗口应用于所述多个TOA信号中的每一个，以在每个相应的TOA传感器处识别每个相应叶片的相应组的相关联的准确到达时间，所述时间窗口基于每个相应叶片的预期到达时间；和经由所述硬件处理器，汇总与旋转的所述多个叶片中的每一个叶片相关联的所述到达时间，以产生旋转的所述多个叶片中的每一个相应叶片的多个到达时间曲线。

Claims (10)

1.一种获取在机械系统内参与周期性旋转的多个机械元件的机械状态/属性数据的方法，其特征在于，所述方法包括：

在处理单元的硬件处理器处，从沿着表面附接的多个机械状态/属性(MSP)传感器中的每个相应的传感器，获取指示所述多个机械元件的感测到的机械属性的相应时间连续的MSP传感器信号，所述表面是所述机械元件的外部的一部分或邻近所述机械元件的所述外部，所述多个MSP传感器沿着所述机械元件的所述周期性旋转的感测路径彼此间隔开；

对于来自所述多个MSP传感器中的第一MSP传感器的第一时间连续的机械数据信号：

当每个相应的机械元件在所述第一MSP传感器的感测范围内通过时，经由所述硬件处理器确定第一系列的相应连续时间窗口；

基于第一系列的时间窗口，确定相应的第一多个时间分隔的齿轮数据仓，所述第一多个时间分隔的齿轮数据仓中的每个包括所述多个机械元件中的仅一个相应的特定机械元件的第一机械属性传感器数据；

对于来自所述多个MSP传感器中的第二MSP传感器的第二时间连续的振动信号：

当每个相应的机械元件在所述第二MSP传感器的感测范围内通过时，经由所述硬件处理器确定第二系列的相应连续时间窗口；

基于第二系列的时间窗口，确定相应的第二多个时间分隔的齿轮数据仓，所述第二多个时间分隔的齿轮数据仓中的每个包括仅所述一个相应的特定机械元件的第二MSP传感器数据；

经由所述硬件处理器确定在第一时间间隔t内出现来自第一多个齿轮数据仓的第一齿轮数据仓；

经由所述硬件处理器确定在第二时间间隔t+1内出现来自第二多个齿轮数据仓的第二齿轮数据仓，其中，所述第二时间间隔接着所述第一时间间隔t；和

经由所述硬件处理器将所述第一齿轮数据仓和所述第二齿轮数据仓组合为连续的第一和第二连续齿轮数据仓，其中，所述硬件处理器建立所述一个特定机械元件的第一元件特定的机械状态/属性曲线，所述曲线指示所述一个特定机械元件在延长的时间间隔内的所述机械/状态属性，所述延长的时间间隔包括所述时间间隔t和所述时间间隔t+1。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：

对所述多个MSP传感器中的附加MSP传感器重复方法步骤，其中，所述一个特定机械元件的所述机械状态/属性曲线包括来自所述多个MSP传感器中的所有所述MSP传感器的所述一个特定机械元件的所有所述MSP数据。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括对不同于所述一个特定机械元件的第二特定机械元件执行方法步骤，其中，所述方法建立所述第二特定机械元件的第二元件特定的机械状态/属性曲线。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述机械元件是行星齿轮，并且所述传感器是振动传感器，所述振动传感器被构造为检测来自所述行星齿轮的振动，并且

其中，所述方法包括在所述微处理器处，根据来自所述多个振动传感器的所述振动传感器数据，生成所述多个行星齿轮中的所述一个特定行星齿轮的振动曲线。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括：

对所述多个振动传感器中的附加振动传感器重复所述方法步骤，其中，所述一个行星齿轮的所述振动曲线包括来自所述多个振动传感器中的所有所述振动传感器的所述一个特定行星齿轮的所有所述振动数据。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括：

对不同于所述一个特定行星齿轮的第二特定行星齿轮执行所述方法步骤，其中，所述硬件处理器建立所述第二特定行星齿轮的第二齿轮特定的振动曲线。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括应用齿特定的时间窗口，以获取所述一个特定行星齿轮的特定齿的振动数据。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述机械元件是涡轮的多个涡轮叶片，

所述MSP传感器是到达时间(TOA)传感器，所述到达时间(TOA)传感器被构造为检测TOA传感器附近的涡轮叶片的到达时间，并且

所述方法包括在所述微处理器处产生所述多个涡轮叶片中的一个特定叶片的TOA曲线。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括：

对所述多个TOA传感器中的附加TOA传感器重复所述方法步骤，其中，所述一个特定叶片的所述TOA曲线包括来自所述多个TOA传感器的所有所述TOA传感器的所述一个特定叶片的所有所述TOA数据。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括：

对不同于所述一个特定叶片的第二特定叶片执行所述方法步骤，其中，所述硬件处理器建立所述第二特定叶片的第二叶片特定的TOA曲线。

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