CN114838800A - 传感器装置、线性设备和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于线性设备的传感器装置。该传感器装置具有至少一个用于测量线性设备的振动信号的传感器。形式为微控制器的控制单元与传感器连接。控制单元设计为，使得根据传感器的原始信号获知线性设备的加速度。此外，控制单元设计为，使得控制单元检验加速度的至少一部分的积分是否超过加速度界限，其中该加速度界限可以适应性地被调整。在超过加速度界限时，控制单元评估线性设备的刚刚测量的移动的所检测的加速度。

Description

传感器装置、线性设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于线性设备的传感器装置，以便监控线性设备的状态。本发明还涉及一种具有这种传感器装置的线性设备和一种利用该传感器装置执行的方法。

背景技术

从现有技术已知了一种MEMS（微机电系统）。微机电系统可以用于探测加速度、转速、磁场和环境条件、如气压、温度和湿度。在此例如，解决了汽车领域的应用、例如电子稳定性程序或气囊的触发。此外还使用在消费类应用中、例如智能手机和平板电脑的领域中。表示物联网的一部分领域的工业4.0此外解决了设备、部件和设施的数字化和网络化。例如可以探测马达的磨损的传感器用作基础。基于传感器数据的数据分析，能够实现有针对性的预测性的维护，并且可以减少计划外的停机。

尤其地，针对工业环境中的传感器已知三种测量方法：连续测量、在时间间隔中的测量或根据源自控制系统的触发器的测量。连续测量会导致大量的数据量，并且包含大量无关的数据来评估。此外，在连续测量中不利的是，这会导致持续的能量耗费。因此，这不适用于无线系统。在时间间隔方式的测量中，传感器以预设的持续时间在预设的间隔内进行测量。在此有利的是避免大的数据量。然而，这仅适用于静止过程中的应用、例如在具有恒定的转速的马达中的应用。这种类型的测量不适用于具有可变的过程的应用、例如在机床中的应用。第三方法特别可靠地利用控制器（机器触发器）的直接信号来运行，该信号触发传感器中的测量。利用该方法，传感器只提供相关的数据。通过控制系统提供触发信号导致在应用传感器时的高的设备技术方面的耗费，因为必须在硬件侧执行控制命令，并且在传感器中需要附加的电子设备。这种方法不适用于无线的传感器，并且对于有线的传感器来说是比较耗费的。

发明内容

与此相对，本发明的任务在于，提供一种用于线性设备的传感器装置，利用传感器装置能够以在设备技术方面简单的方式并且廉价地实现线性设备的状态监控。此外应该提供传感器装置的线性设备（Linearvorrichtung）。此外应该提供一种方法，该方法利用传感器装置执行，并且利用该方法能够实现对线性设备的在设备技术方面简单的和廉价的监控。

该任务在传感器装置方面根据权利要求1的特征，在线性设备方面根据权利要求13的特征，并且在方法方面根据权利要求14的特征解决。

本发明的有利的扩展方案是从属权利要求的主题。

根据本发明，传感器装置设置用于线性设备、尤其是滚珠丝杠传动装置或轮廓轨道引导装置（Profilschienenfuehrung）。传感器装置具有至少一个传感器、例如振动和/或加速度传感器。传感器用于测量线性设备的加速度和振动。此外，传感器装置具有至少一个控制单元、尤其是微控制器。控制单元与传感器连接，用以进行通信。控制单元优选设计为，使得它基于振动和/或加速度评估是否存在线性设备的可运动的部件的有效的移动（Fahrt）。此外，可适应性地调整的界限可以设置用于从测量信号导出的物理参量、例如加速度、尤其是被识别为有效的移动的加速度。控制单元此外可以设计为，使得在通过物理参量达到和/或超过界限（Huerde）时，对被视为有效的移动的测量信号进行评估。通过检验是否存在有效的移动并且附加地通过检验界限，实现了明显减少数据量以及通信流量和计算耗费。

传感器装置因此可以根据振动和/或加速度获知是否存在线性设备的有效的或期望的移动，即例如引导部件（例如在导轨上的引导架的形式）的移动。因此，例如，只有在识别移动之后才能对测量信号进行比较耗费的评估，由此可以推断出线性设备的状态。换句话说，在资源耗费低的情况下，首先根据振动和/或加速度来确定是否需要对传感器信号进行更耗费的评估，用以评估移动。此外有利地，由于界限，仅考虑线性设备的不同的移动的检测到的测量信号的一部分，用以进一步评估，这进一步明显减少了数据耗费。由于可适应性地调整的界限，例如可以在过少评估的移动的情况下降低该界限，或者相反地，在比较多地评估的移动的情况下提高该界限。这优选由控制单元、尤其是根据一个或多个标准自动进行。因此有利地，借助适应性的界限，仅有限的数量的有效的移动用于评估，以便减少数据量、通信和计算耗费。

优选地，可适应性地调整的加速度界限设置为界限。控制单元设计为，使得在达到和/或超过由传感器检测到的物理参量（形式为加速度、尤其是有效的移动或加速度的至少一部分的积分）的至少一部分的加速度界限时，在尤其是有效的移动的时间中，加速度由控制单元使用，用于进行评估或进一步的评估。

控制单元有利地设计为，使得当如上面所阐述的那样，在尤其是有效的移动期间达到和/或超过适应性的界限时，将适应性的界限、尤其是加速度界限尤其提高一个特定的值。备选地或附加地可以设置的是，控制单元设计为，使得控制单元降低适应性的界限、尤其是加速度界限，尤其是降低一个特定的值，如果在预定的数量的尤其是有效的移动中没有达到和/或超过适应性的界限的话。因此，可以以简单的方式提供适应性的界限或加速度界限。

如上面已经阐述的那样，控制单元可以设计为并且传感器可以布置为，使得控制单元根据传感器的测量信号获知线性设备的振动。可想到的是，测量信号构造为振动信号。证实的是，从测量信号获知振动在设备技术方面是非常简单的，并且需要很少的耗费、例如计算耗费。

在本发明的优选的实施方式中，附加地可以设置加速度阈值。控制单元优选设计为，使得在达到和/或超过该阈值时，控制单元获知和/或评估振动。如上面阐述的那样，可以根据振动确定是否存在移动。从由传感器输出的测量信号获知加速度，以便确定达到和/或超过例如引导部件的加速度、加速度阈值。因此存在利用两个不同的参量、即加速度和振动的两级的控制。只有在两级控制之后，控制单元才对例如引导架（Fuehrungswagen）的移动执行比较耗费的评估或调查，尤其首先关于界限或加速度界限。因此，控制单元评估测量信号的与故障相关的数据的概率是很低的。因此，虽然基于两级的控制，但评估耗费还是略高的，因为识别出更多数量的错误移动或干扰，可以节省数据和能量。还可以想到的是首先评估振动，并且然后根据加速度阈值执行评估。首先，考虑加速度阈值的优点在于，例如，传感器可以在超过加速度阈值之后输出中断信号，这在下面更详细地阐述。

在本发明的另一设计方案中，传感器装置构造为模块。在此，模块优选设计为，使得它可以固定在线性设备上、尤其是线性设备的可移动的引导部件上。模块化的设计与振动评估以及需要时也与加速度阈值的评估的组合导致的是，传感器装置具有比较低的资源需求、即低的能量耗费和低的计算耗费。传感器装置的硬件部件、例如控制单元和能量源因此可以以比较紧凑和节省空间的方式设计，并且适用于模块化的布置。

因为控制单元必须具有比较低的计算能力，因为基本上只评估有效的移动，所以控制单元可以优选在设备技术方面简单地构造为微控制器。

为了评估振动，优选根据传感器的测量信号或原始信号计算一个或多个振动特征。例如，可以由传感器的测量信号形成平均值。也可想到的是，从测量信号、尤其是原始信号或频谱的离散值或范围分别形成平均值，其中相应的平均值可以表示振动特征。备选地或附加地可想到的是，从测量信号或从传感器的测量信号的离散部分检测二次均值或均方根（RMS）作为振动特征。可以利用比较少的计算耗费获知这种振动特征。因此，可以简单地使用一个或多个振动特征，以便例如通过类似于移动开始的加速度干扰轮廓图将有效的移动与错误识别区分开。

控制单元优选设计为，使得可以根据振动特征识别增加的振动，以便从中推断移动或有效的移动。因此，例如在识别的启动阶段之后可以评估振动特征的增加。

在本发明的另一设计方案中可以设置的是，控制单元设计为，使得在达到和/或超过振动阈值时，移动被识别为有效的。由此，利用极其简单的标准能够实现执行评估。例如，控制单元评估振动或至少一个振动特征是否达到或超过振动阈值。在本发明的另外的实施方案中，可以由控制单元根据至少一个调整特征来调整振动阈值。例如，如果太多的错误移动被识别为有效的移动，那么可想到的是，减小振动阈值。也可想到的是，在线性设备静止时最初获知振动阈值。当例如在移动期间或在另外的静止时测得更小的振动或更小的振动特征时，例如可以减小振动阈值。

在本发明的另一设计方案中，控制单元优选设计为，使得控制单元根据滤波器，从测量信号中提取线性设备的可运动的部件的加速度。因此，例如，在检验振动之后可以获知加速度，尤其是如果识别出有效的移动的话。例如，低通滤波器适用于作为滤波器。可想到的是，加速度是离散化的。此外，尤其离散化的加速度特征可以由被过滤的加速度形成。这些加速度特征例如根据振动特征、尤其是通过平均来形成。控制单元优选根据该加速度或这些加速度特征来检验是否达到和/或超过界限或加速度界限。为此，如已经提到的那样，优选使用在加速度的一部分、例如启动阶段的积分中。优选地，将至少一个振动特征或多个振动特征和/或至少一个加速度特征或多个加速度特征利用滑动平均值（gleitenderMittelwert）进行平均，由此减少特征的波动。由此能够进行更简单的评估。

传感器可以设计为，使得可以测量沿至少一个测量轴线的振动。优选地，测量轴线沿线性设备的可运动的引导部件的移动方向延伸。证实的是，由此可以检测可靠的测量信号。

传感器装置优选构造为微机电系统（MEMS）。

在优选的实施方式中，传感器可以设计用于尤其通过中断发生器输出中断信号或阻断信号或斜阻断（Slope-Interrupt）。这优选当达到和/或超过加速度和/或振动阈值时进行。换句话说，在超过特定的测量的加速度后可以输出中断信号。控制单元优选设计为，使得通过中断信号激活或接通控制单元。因此，可以进一步节省能量。与由控制器输出的触发（机器触发）相比，这种由传感器触发的触发可以在设备技术方面简单地实现。

特别优选地，可以由控制单元适应性地调整加速度和/或振动阈值。例如，如果尽管有加速度阈值和/或振动阈值，但引导部件的运动被识别为不相关的移动，那么可以降低一个或多个阈值。相反可想到的是，如果实际上不存在错误识别，那么可以提高一个或多个阈值。优选地，加速度阈值和/或振动阈值的大小取决于移动的数量，尤其是在特定的时间段期间，控制单元将这些移动识别为已执行的移动。为了评估部件状态，并非所有识别的有效的移动都是一样好地适用的；同时，基于部件的常见的使用寿命，也不需要对每个移动进行评估。为了减少数据量并且优化状态评估，因此，对移动进行进一步评估。这借助加速度轮廓图的评估实现。根据记录的移动的数量和质量连续自动调整评估标准。

在优选的解决方案中，为控制单元设置至少一个关断标准。在达到关断标准时，控制单元被关断或去激活，并且然后例如可以通过传感器的中断信号重新被激活。作为关断标准例如可以设置特定的时间段，在该特定的时间段中，加速度和/或振动低于阈值或相应的阈值。中断信号因此可以从静止状态激活控制单元。换言之，控制单元根据至少一个预设的条件进入静止或睡眠状态。

在本发明的另一设计方案中可以设置的是，传感器装置具有自身的能量源。在这种情况下，传感器的中断信号是极其有利的，因为传感器装置可以以极其节能的方式运行。与现有技术相比，通过一个阈值或多个阈值进一步减少要花费的计算耗费，这附加地导致节能。因此，可以使用比较小的且节省空间的能量源。

在本发明的另一设计方案中可以设置的是，由控制单元连续检测传感器的测量信号。在超过加速度和/或振动阈值时，控制单元然后可以基于振动、尤其是至少一个振动特征评估是否存在线性设备的移动、尤其是有效的或期望的移动。当存在外部的能量供应装置时，这样的系统是非常有利的。

根据本发明设置了一种线性设备，其具有根据前述方面中的一个或多个的传感器装置。传感器装置可以具有形式为引导架的引导部件。引导部件可以在引导构件上被引导，其中该引导构件可以是导轨。引导架优选具有壳体，该壳体具有传感器装置。例如，传感器装置尤其是作为模块布置在引导架的沿纵向方向指向的侧面上。还可想到的是，模块化的传感器装置搭接或部分包围或完全包围导轨，其中传感器装置优选不与导轨直接接触。备选地可以设置的是，引导部件作为螺母并且引导构件是引导主轴。模块化的传感器装置则可以布置在螺纹螺母上。在此，传感器装置例如轴向地布置在螺纹螺母上，也就是说例如布置在螺纹螺母的在轴向方向上沿引导主轴指向的端侧上。传感器装置可以搭接并且部分包围或完全包围引导主轴，其中传感器装置优选不与引导主轴直接接触。

根据本发明设置了一种方法，该方法利用根据前述的方面中的一个或多个的传感器装置来实施。

公开了一种用于线性设备的传感器装置。传感器装置具有至少一个用于测量线性设备的振动信号的传感器。微控制器形式的控制单元与传感器连接。控制单元设计为，使得根据传感器的原始信号获知线性设备的加速度。此外，控制单元设计为，使得控制单元检验加速度的至少一部分的积分是否超过加速度界限，其中该加速度界限可以适应性地被调整。在超过加速度界限时，控制单元评估线性设备的刚刚测量的移动的所检测的加速度。

附图说明

本发明的优选的实施例随后借助示意性的附图详细阐述。其中：

图1a和1b分别以立体图示出了根据实施例的具有传感器装置的线性设备，

图2以时间幅度图示出了图1a和1b的线性设备的传感器的原始信号和线性设备的由此获知的加速度轮廓图，

图3以时间幅度图示出了在线性设备的引导部件中的不同的速度的情况下的图2的加速度轮廓图的片段，

图4以时间幅度图示出了加速阶段中的不同的加速度轮廓图的示例，

图5以测量数量幅度图示例性示出了图1a和1b的线性设备的加速度轮廓图，

图6以流程图简化地示出了用于识别图1a和1b的线性设备的有效的移动的方法，

图7以时间加速度图示出了传感器的原始信号和由此获知的加速度轮廓图，

图8以测量数量加速度图示出了图1a和1b的线性设备的引导部件的加速度和被过滤的加速度的离散的图示，

图9以测量数量振动图示出了图1a和1b的线性设备的引导部件的振动和被过滤的振动的离散的图示，

图10以简化的流程图示出了图1a和1b的线性设备的控制单元的测量方法，

图11以时间幅度图示出了传感器的原始信号和由此获知的加速度轮廓图，

图12示出了用于适应性地调整阈值的方法，

图13以表格示出了对图1a和1b的线性设备的多个移动的评估，并且

图14以示意图示出了图1a和1b的线性设备的引导部件的被识别的移动和被评估的移动的比较。

具体实施方式

图1a示出了具有导轨2的线性设备，引导架4可轴向移动地布置在导轨上。传感器装置6固定在引导架4的沿轴向方向指向的端侧上。传感器装置从引导架4伸出并且在此凸出超过导轨2。传感器装置6构造为模块，并且具有封闭的模块壳体。模块壳体通过固定器件固定在引导架4的端侧上。引导架4具有远离导轨2尤其径向指向的固定面8。该固定面位于一个平面内。在此，传感器装置6布置在平面和导轨2之间。因此，传感器装置 6 位于固定空间的外部，该固定空间此外通过固定面8撑开。构造为微控制器的控制单元10布置在传感器装置6的模块壳体中，这在图1a中由方框示意性示出。此外可选地，在模块壳体中设置数据存储器12和/或通信装置14和/或能量源16、例如电池或蓄电池。相对于能量源16备选地或附加地可想到的是，设置用于能量和/或数据传输的电缆接头。利用通信设备14优选可能的是，将数据无线传输到外部的控制单元和/或“云”中。此外，传感器装置6具有传感器18，传感器同样示意性地示出为方框。在此，传感器是振动传感器。该振动传感器可以测量多个轴线中的振动。针对移动识别，传感器18至少测量沿移动方向、即沿导轨2的方向的振动。

根据图1b示出了线性设备的另外的实施方式。该线性设备具有引导主轴20，在引导主轴上布置有螺纹螺母22。螺纹螺母22与引导主轴20的螺纹嵌接。在螺纹螺母22的沿轴向方向指向的侧面上布置有传感器装置6。该传感器装置关于部件根据图1a设计。传感器装置6的模块壳体搭接引导主轴20。

在实施方式中，图1a和1b的线性设备是所谓的“Always-on”系统，其具有外部的能量供应装置。该系统设计为，使得其识别形式为引导架4或螺纹螺母22的引导部件的移动开始。为此，线性设备的振动以连续高水平地采样的方式通过传感器18测量和评估。如果振动超过特定的确定的振动阈值，和/或尤其加速度和/或振动超过特定的确定的加速度阈值，那么开始对引导部件4、22的运动的评估。在此首先评估是否涉及引导部件4、22的移动开始或涉及干扰振动。在移动开始时，引导部件4、22仍处于加速过程中。可以通过升高的特定于移动的振动水平来评估移动是否适合用于随后的监控测量。因此，可以为测量排除无效的移动和其他的干扰，并且仅将有效的移动用于进一步评估。振动水平的评估例如以如下方式进行，即检验是否达到和/或超过振动阈值，其中振动阈值可以适应性被调整。在识别移动开始之后，如果识别出有效的移动，那么可以评估移动。

通常，并非所有有效的、识别的移动都同样好地适用于评估部件状态或线性设备。通常，由于线性设备的使用寿命，也不需要对每次移动进行评估。为了减少数据量并且优化状况评估，例如在对移动进行全面评估之前，执行移动的进一步的评估。这优选借助对加速度轮廓图的评估进行，这将在下面更详细地被阐述。评估标准可以根据记录的移动的数量和质量连续自动被调整。

作为“Always-On”系统的备选方案可想到的是，设置所谓的“低功率”系统。例如，该系统利用电池运行，并且具有蓄电池。该系统优选可以具有睡眠模式。 “低功率”系统具有用于尤其是形式为微控制器的控制单元的“唤醒”功能。参见图1a，传感器18在此设计为，使得传感器在所谓的低功率模式中节约能量地具有比较低的采样率。当出现特定的加速度，或例如由于特定的冲击(Ruck)超过或达到加速度阈值时，或当出现特定的振动，或超过或达到振动阈值时，传感器18在此输出中断信号。中断信号激活或唤醒控制单元10。控制单元然后可以开始传感器18的高采样的测量。采样率在此比在输出中断信号之前更大。该解决方案导致的是，即耗费密集型的、高度采样的加速度测量仅在以明显的加速度移动时才开始。在激活控制单元10之后，对移动进行评估。如果输出中断信号，那么引导部件4、22仍处于加速过程中。在此可以检验，由传感器18检测到的振动是否达到或超过振动阈值。因此，可以通过升高的特定于移动的振动水平来评估移动是否适用于后续的监控测量。因此，可以排除无效的移动和其他的测量干扰，并且尽可能仅使用有效的移动来进行进一步评估。随后，根据加速度轮廓图评估有效的移动的相关性，并且释放移动以供进一步处理。如果有效的检测的移动的数量是太高的或太低的，那么调整用于中断信号的识别阈值、例如加速度或振动阈值。因此，它在此是智能的适应性的识别阈值。用于预选移动的加速度和/或振动阈值在此可以不同于用于中断信号的加速度和/或振动阈值。

通过适应性的阈值可以显著减少要处理的数据量。

还可想到的是，中断信号通过另外的传感器信号，例如由与传感器18连接的光栅产生。然而，附加的传感器的应用通常是特定于使用领域的，并不特别适用于线性设备，因为线性设备使用在不同类型的机器中并且用于不同的过程。因此，直接从传感器18输出中断信号是极其有利的。换句话说，极其有利的是将传感器构造为，使得其在具有低的采样率的低功率模式下，基于超过特定的振动阈值或加速度阈值输出中断信号。

图2示出了图1a的传感器18的原始信号24。在此，关于时间t绘制原始信号24的幅度A。通过控制单元10，从原始信号24中提取加速度轮廓图26。因此，加速度轮廓图是引导部件4、22的检测到的移动的加速度轮廓图26，参见图1a和1b。在使用低通滤波器的情况下进行提取。此外，加速度轮廓图可以被分为五个阶段。根据图2，将停机设置为阶段1。阶段2涉及加速或启动阶段。阶段3设置移动阶段，尤其是具有恒定的速度的移动阶段。阶段4表示制动阶段，并且阶段5表示直至停机水平的停止阶段。在加速的阶段2中，引导部件4、22开始移动并且加速，直到达到目标速度。加速持续时间和加速度越长，达到的速度或转速就越高。根据图3，示例性示出了多个转速，它们通过不同长度的加速阶段实现。根据图3，关于时间t示出三个不同的加速阶段的幅度A。在第一加速阶段28中，根据图3，发生最短的加速，这导致大约50转/分钟的转速，尤其是图1b中的引导主轴20的转速。持续时间长于第一加速阶段28的第二加速阶段30导致大约300转/分钟的转速。第三加速阶段32持续时间最长，并且因此导致大约1000转/分钟的转速。

根据图4示例性示出了加速阶段中的不同类型的加速度轮廓图。在此，关于时间t绘制加速度的幅度A。根据图4示出了四个不同的加速度轮廓图34至40。

根据图2，引导部件4、22在阶段3中达到其目标速度。然后，引导部件以该速度进一步运动。在实践中，并非在所有移动中都存在这样的阶段。根据图2的阶段4是制动阶段。在此，速度降低，并且引导部件4、22（参见图1a和1b）到达其目标位置。在该阶段4中，与起始阶段2相比，加速度轮廓图26具有相反的特性。然而，轮廓图形状不必是相同的。

图5示出了加速度轮廓图42的另一实施方式。关于测量点n绘制加速度轮廓图的幅度A。加速度轮廓图42具有加速阶段44。在“低功率”系统中，这导致传感器18输出中断信号。此外，根据图5，可以识别随着移动结束而结束的制动阶段46。从加速阶段44的开始到制动阶段46的结束，这是引导部件4、22的有效的移动48。在制动阶段46之后的特定的时间或测量点n之后，两个另外的加速阶段50和52由图1a的传感器18识别，另外的加速阶段在“低功率”系统中导致的是，传感器输出中断信号。然而，这些加速度是干扰而不是有效的移动的加速度。因此，加速阶段50和52是无效的移动54的一部分。因此，基于加速阶段50和52输出的中断信号不是由移动开始触发，而是由移动结束或冲击触发。因此，图1a的控制单元10必须能够区分引导部件4、22的有效的和无效的移动开始。有效的移动的识别以多个阶段、即尤其是图2的阶段2至5的识别为前提。这些阶段2、5可以借助加速度轮廓图被识别，这在图6中阐述。

在根据图6的流程图中，在输入方框56中设置的是，图2的加速度轮廓图26、即通过低通滤波器过滤的原始信号24设置为输入参量。在接下来的步骤58中，检验是否存在最小的加速度，或在图2的加速阶段2中是否超过加速度阈值。如果没有超过加速度阈值，则在步骤60中中断评估，并且丢弃加速度轮廓图。如果超过加速度阈值，则在步骤62中探测到启动。然后，在步骤64中，检验是否存在沿反方向的加速度，参见图2。如果不是这种情况，则在步骤66中停止评估，并且丢弃加速度轮廓图。如果存在相反的加速度，则在步骤68中将加速度轮廓图或移动识别为有效的。

引导部件4、22（参见图1a和1b）的一些运动可以导致类似于移动轮廓图的加速度，但并不表示有效的或真实的移动。为了改进移动识别的稳定性并且避免干扰轮廓图（其例如在图5中利用附图标记54示出），除了加速度轮廓图的信息以外，还评估振动特征或原始信号24中的振动，参见图2。这优选以如下方式进行，即评估各个阶段（其例如在图2中示出），以便避免错误的移动识别。

图1a的控制单元10的算法在此不取决于加速度轮廓图26（参见图2）的形状，并且也不需要具有恒定的速度的阶段，参见图2中的阶段3。

根据图7，如在图2中的图示中那样示出了原始信号60。从原始信号获知加速度轮廓图62。加速度轮廓图62在此涉及两个移动。前进在此在零和四秒之间运动，后退在六和十秒之间运动。原始信号60由控制单元10根据图8离散化，并且以绘制在横坐标上的窗口或框架F的形式被观察。在此，在纵坐标上示出加速度特征。在图9中，来自图7的原始信号60同样以窗口F的形式离散地示出，其中在此示出了振动。在纵坐标上示出振动特征。根据图8和9，原始信号60因此由控制单元10逐个窗口地被分析。针对每个窗口F计算的加速度特征64因此在图8中示出，并且振动特征66在图9中示出。例如，原始信号60被划分或切割成窗口，尤其是相同大小的窗口。相应的窗口F因此通常具有来自原始信号60的多个测量值（例如分别256个）。相应的窗口F的相应的加速度特征64和相应的振动特征66因此优选是相应的窗口中的测量值的面积，即一种积分，或测量值的总和。换言之，根据加速度轮廓图62计算的加速度特征的示例是在相应的窗口F内的离散化的信号64下方的面积。优选地，振动特征66通过形成原始信号60的平均值，尤其通过形成频谱的平均值或RMS值来构造。振动特征现在用于区分有效的移动和错误识别。这以如下方式进行，即在识别出假定的启动阶段后评估振动特征的升高。

为了减少图8和9中的特征64、66的波动，利用滑动平均值形成这些特征。由此，根据图8产生加速度特征68，并且根据图9产生振动特征70。“指数加权移动平均法（EWMA）”用于进行平均。在每个新的步骤或每个新的窗口中，为此借助最后一个平均值µ_i-1更新当前的平均值µ_i：

µ_i=αx_i+(1-α) µ_i-1，

在此，x_i是当前的窗口的特征，并且α∈[0,1]是加权参数。α的更高的值为最后计算的窗口的特征（例如最后的

特征）提供与明显更早计算的窗口相比更大的权重。这明显减少了特征64、66的波动。

图10以简化方式示出了图1a的控制单元10的算法。在步骤72中，图1a的传感器18被接通。参见图2，在步骤74中绘制原始信号24。随后，在步骤76中检验传感器18是否第一次被接通。如果是这样的情况，那么在步骤 78 中检测具有数量M的窗口。由此计算出最小的振动阈值80，并且返回到步骤76。如上面已经阐述的那样，控制单元10的算法用于避免对移动的错误识别，尤其由于不期望的与移动类似的运动、加速度和振动特征。如果振动特征在假定识别的启动阶段后升高，那么移动被识别为有效的：

Avg_vib>ß×min_vib，其中ß> 1。

Avg_vib在此表示相应的振动特征70，并且min_vib表示振动阈值。如果在假定的启动阶段后，振动特征没有增大，那么移动被视为是无效的。这可以借助最小的振动阈值（min_vib）确定。该最小的振动阈值没有被固定编程。因此，在开始运行时第一次接通传感器之后，即在步骤78中记录M个窗口之后，利用停机测量或在第一移动期间计算。如果发现比在第一开始运行移动中更小的振动阈值，那么更新该最小的振动阈值。为了简单起见，在图10中示出的流程图中没有示出该更新。因为传感器18不是第一次开启，所以利用步骤88继续。在此检测N个窗口。为了识别移动开始、尤其是启动阶段，算法等待足够高的加速度。为此，存在两个可能性。在第一可能性中获知，N个窗口的加速度面是否超过确定的加速度阈值（图5中的加速度面86），其中这尤其设置用于“Always On”系统。作为第二可能性输出传感器18的中断信号，其中这尤其设置用于“低功率”系统。根据图10，现在进一步示例性地描述“Always On”方法。为了识别启动，现在在步骤88中检测窗口N，以便计算出加速度面86，其在图5中示例性地示出。当加速度面86大于预设的加速度阈值时，识别有效的移动启动，这在步骤90中被获知。在此使用以下公式：

abs(Avg_Acc)>min_acc，

其中abs(Avg_Acc)是加速度特征68的绝对值。Avg_Acc必须大于加速度阈值min_acc。获知加速度面86的符号，以便识别移动方向。这在用于识别制动阶段的另外的方法中是需要的。在超过预设的加速度阈值之后，在下一步骤92中识别有效的移动启动，并且检测符号。如果在步骤90中没有识别出有效的移动启动，那么从步骤88开始重复该方法。

根据图10，在步骤92之后，在步骤94中执行对窗口F的评估。在步骤96中检验移动结束。为此，利用阶段4和5检验制动阶段和停止阶段，例如参见图2。制动阶段的识别借助图7中的加速度特征68来实现。根据图7，移动结束在此示出与移动开始相比相反的特性。当加速度特征68超过预设的加速度阈值时，控制单元10的算法识别制动阶段，其中这在步骤98中被检验：

Avg_acc < -dir × min_acc。

dir在此是加速度面86的符号，例如参见图5。如果满足该方程，那么利用制动，参见图2中的阶段4，根据步骤100继续。如果不满足该方程，那么在步骤102中检验图9的振动特征70是否低于振动阈值。如果不是这种情况，那么利用步骤94继续，并且检查下一窗口。如果是这种情况，那么在步骤104中丢弃该移动，并且将其视为无效的。如果在步骤100中已确定制动，那么在步骤94和96之后，在步骤101中检验停止阶段。因此，这仅在识别制动阶段后进行。在该停止阶段中，引导部件4、22（参见图1a和1b）停止，并且加速度和振动特征68、70（参见图8和图9）降低：

Avg_Acc→0和/或Avg_Vib<min_vib。

如果在步骤101中存在停止阶段，那么在步骤103中识别移动结束，并且返回到步骤88。如果在步骤100中没有识别停止阶段，那么返回到步骤94并且检查下一窗口。

图10中的算法不取决于图1a的传感器18相对于重力矢量的定向（竖直、水平或倾斜）地起作用。从每个窗口中的信号中减去重力加速度的偏置值或DC偏置。DC偏置的获知在传感器18开始运行时，在静止位置中，在安装在引导部件4、22上之后执行。为了清楚起见，没有在图10中示出DC偏置修正。

图11示出了来自图2的图像，其中在启动阶段中附加地画入加速度面104。在许多情況监控或预测性的维护应用中，不需要经常进行测量，因为此类应用中的缺陷、例如在线性设备的部件中的材料疲劳或磨损会逐渐发生。例如，带有中断信号的算法识别线性设备的大部分的移动。但是，在许多应用或机器中，例如每天的移动的次数可能是极其高的。这导致在控制单元10中的不需要的通信流量、大的数据量以及大的计算和存储耗费。借助备选的阈值、尤其是加速度界限形式的适应性的界限，控制单元仅使用有限的数量的有效的移动来进行评估。虽然该算法识别所有有效的移动，但仅使用最快的且因此具有最大的信噪比的移动来进行评估。如图11所示的那样，在启动阶段（启动和加速）中考虑加速度面104，以便评估移动并且选择最佳的移动。没有固定编程的加速度界限用于根据加速度面104的移动的评估和选择。加速度界限是适应性的，并且在传感器使用寿命中反复调整。该加速度界限的初始值例如可以从识别的第一移动、即在第一移动中的加速度面获知。也可想到具有固定或随机的值的初始化。该加速度界限然后利用移动的加速度轮廓图被调整，尤其是连续被调整。这在图12中更详细地阐述。

根据图12示出了适应性的加速度界限的功能。如果在步骤106中检测到有效的移动，那么在步骤108中，将加速度面104与适应性的加速度界限进行比较。如果加速度面104等于或大于适应性的加速度界限，那么该移动被考虑用于根据步骤110进行进一步评估。然后，在步骤112中提高适应性的加速度界限。否则，该移动在步骤114中被丢弃，并且计数值被递增。在下一步骤116中，检验计数值是否达到预设的值。如果不是这种情况，那么在步骤118中增加计数值，如前面所描述的那样。如果达到计数值，那么降低加速度界限。在步骤120中，当达到最大的计数值时或当根据步骤108，识别的移动比适应性的加速度界限更快时，重置计数值。为了简单起见，在图12中未示出计数值的重置。

根据图13，根据数字示例阐述适应性的加速度界限的功能。在此，加速度界限（adapt_th）的初始值是160，最大的计数值（counter）为5。加速度界限以10的步长（Δth）被调整。第一移动具有150的加速度面（acc_area），其小于适应性的加速度界限（adapt_th）。因此，移动被丢弃（采用=0），并且计数值（Counter）递增。这同样适用于第二移动，因此将计数值提高到2。第三移动具有与适应性的加速度界限相同的加速度面。因此使用该移动（采取=1）。然后，重置计数值，并且递增适应性的加速度界限（adapt_th=160+Δth=170）。在第八移动中，计数值达到最大值（在此为5），并且再次调整加速度界限（adapt_th=170-Δth =160）等。从图13中可以看出，接受评估的移动（采用=1）不取决于加速度的绝对值。评估基于移动的当前的特性。

根据图14示出了实际的示例。第1天至第5天绘制在横坐标上。从0到800的计数的移动显示在纵坐标上。利用附图标记120示出接受的移动。并且利用附图标记122示出识别出的移动。可看到的是，接受的移动120的数量小于全部被识别的移动122的数量，其中两者之间的差随着时间的推移而升高。

附图标记列表

2导轨

4引导架

6传感器装置

8固定面

10控制单元

12数据存储器

14通信装置

16能量源

18传感器

20引导主轴

22螺纹螺母

24、60原始信号

26、34、36、38、40、42、62加速度轮廓图

28、30、32、44、50、52加速度阶段

46制动阶段

48有效的移动

54无效的移动

56输入方框

58、72、74、76、78、80、82、84、88、90、92、94、96、100、101、102、103、106、108、110、112、114、116、118、120步骤

64、66特征

68、70平均的特征值

86、104加速度面

120接受的移动

122识别的移动。

Claims (14)

1.一种用于线性设备（4、6；20、22）的传感器装置，所述传感器装置具有至少一个用于测量线性设备（4、6；20、22）的加速度和/或振动的传感器（18）和至少一个控制单元（10），所述控制单元与传感器（18）连接，其中所述控制单元（10）设计为，使得所述控制单元根据传感器（18）的测量信号获知线性设备（2、4；20、22）的振动和/或加速度，并且其中所述控制单元（10）设计为，使得所述控制单元基于振动和/或加速度评估是否存在线性设备（4、6；20、22）的能运动的部件（4、22）的有效的移动，其中设置有用于被识别为有效的移动的从测量信号导出的物理参量的能适应性地调整的界限，其中所述控制单元（10）设计为，使得所述控制单元在通过物理参量达到和/或超过界限时，对被视为有效的移动的测量信号进行评估。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述界限是加速度界限，并且其中所述物理参量是从传感器（8）的测量信号获知的加速度。

3.根据权利要求2所述的传感器装置，其中在达到和/或超过加速度（26）的至少一部分的加速度界限时，或达到和/或超过加速度（26）的至少一部分的积分（104）的加速度界限时，被视为有效的移动的测量信号由控制单元（10）使用，用以进行评估。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器装置，其中设置有用于移动识别的加速度阈值，并且其中所述控制单元（10）设计为，使得在达到和/或超过加速度阈值时，所述控制单元（10）对振动进行评估。

5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中所述传感器装置构造为模块，并且其中所述模块设计为，使得其能够固定在线性设备（2、4；20、22）上。

6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中所述控制单元（10）构造为微控制器。

7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中所述振动通过至少一个振动特征（66、70）评估，其中至少一个振动特征（66、70）是传感器（18）的测量信号（24、60）的平均值。

8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中所述控制单元（10）设计为，使得基于振动特征（66、70）或振动进行评估，使得在通过振动特征（66、70）或振动达到和/或超过振动阈值时，移动被识别为有效的。

9.根据权利要求8所述的传感器装置，其中所述振动阈值能够由控制单元（10）进行适应性地调整。

10.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中所述传感器（18）设计用于，当达到和/或超过一个或所述加速度阈值时输出中断信号，其中所述中断信号激活控制单元（10）。

11.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中所述传感器（18）的测量信号（24、60）连续地或在连续的计时中由控制单元（10）检测，并且其中在超过一个或所述加速度阈值和/或一个或所述振动阈值时，控制单元（10）基于振动特征（68）或振动来评估是否存在所述线性设备的移动。

12.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中所述控制单元（10）设计为，使得当达到和/或超过适应性的界限时，所述控制单元提高所述适应性的界限，和/或当在预定的数量的移动中没有达到和/或超过所述界限时，所述控制单元降低所述适应性的界限。

13.一种线性设备，所述线性设备具有根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置（6）。

14.一种利用根据权利要求1至12中任一项所述的传感器装置（6）执行的方法。

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