CN117705263A - 用于检测构件的振动的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于检测构件(1)的振动的方法、计算机程序和装置(10)，其中，由与所述构件(1)机械接触的第一麦克风(2)来检测第一振动信号，其中，由与所述构件(1)没有机械接触的第二麦克风(3)来检测第二振动信号，其中，根据所述第一振动信号并且根据所述第二振动信号来确定结果信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于检测构件的振动的方法和装置以及一种用于执行该方法的计算单元和一种用于执行该方法的计算机程序。
背景技术
状态监测(Condition Monitoring)是一种用于确保机器和系统的关键构件的可靠性和最佳功能性的重要工具。尤其是对于维护策略(维护、维修和大修(Maintenance,Repair and Overhaul)，MRO)来说，定期检测机器状态可以提供重要信息。
在所谓的结构声分析中，检测构件中的振动，以便能够得出关于当前状态的信息。为此，可以使用压电加速度传感器，然而这些压电加速度传感器由于其高成本而限制了该方法的应用范围。
发明内容
按照本发明，提出了具有专利独立权利要求的特征的一种用于检测构件的振动的方法和装置以及一种用于执行该方法的计算单元和一种用于执行该方法的计算机程序。有利的设计方案是从属权利要求以及随后的描述的主题。
具体而言，本发明涉及一种用于检测构件的振动的方法，其中，由与该构件机械接触的第一麦克风来检测第一振动信号，由与该构件没有机械接触的第二麦克风来检测第二振动信号，而且其中，根据第一振动信号并且根据第二振动信号来确定结果信号。
在本发明的范围内，提出了一种例如用于借助于麦克风来对构件进行状态监测(ConditionMonitoring)的经改进的并且成本低廉的可能性，其中，至少根据两个以不同方式检测到的振动信号来确定结果信号。有利地，代替复杂的压电传感器，可以利用麦克风来实现本发明，尤其是MEMS麦克风(MEMS：微机电系统)，诸如以微系统技术的电容式麦克风。
MEMS麦克风价格低廉，并且通常配备有I2S接口。利用MEMS麦克风可以轻松实现44kHz的采样率，并且因此可以改善振动检测的分辨率和质量。不同于此，例如，当前的MEMS加速度传感器具有I2C接口，在快速模式下，利用该I2C接口只能实现2.6kHz的采样率。
也已经表明：仅通过MEMS麦克风对空气声的检测来进行状态监测(ConditionMonitoring)通常在对机器噪声和环境噪声的区分方面会失败。因而，本发明尤其是涉及在考虑干扰性空气声的情况下检测构件的结构声。主要目标是：在没有干扰性空气振动的情况下确定构件的振动信号。在这种情况下，使用两个MEMS麦克风，其中，第一MEMS麦克风与该构件机械接触，并且因此检测空气声和结构声，作为第一振动信号。另一方面，与该构件没有机械接触(脱离)的第二MEMS麦克风只检测空气声，作为第二振动信号。接着，借助于适合的计算或处理方法，根据两个振动信号，确定结果信号，该结果信号尤其可以被用于该构件的状态监测。
在一个设计方案中，根据所检测到的第一振动信号来确定第一频率信号，并且根据所检测到的第二振动信号来确定第二频率信号。尤其是通过将如快速傅里叶变换(Fast-Fourier-Transformation，FFT)或离散傅里叶变换(Diskret-Fourier-Transformation，DFT)那样的数学方法应用于第一振动信号并且应用于第二振动信号，执行这种对频率信号的确定。在这种情况下，获得第一频率信号以及第二频率信号，该第一频率信号由空气声的频率分量和该构件的结构声的频率分量组成，该第二频率信号仅由空气声的频率分量组成。
在一个设计方案中，该结果信号被确定为第一频率信号与第二频率信号的差信号。通过求该差信号，将包含在两个频率信号中的空气声的频率分量彼此相减，并且确定仅由该构件的结构声的频率分量组成的结果信号。
在另一设计方案中，首先，根据所检测到的第一振动信号并且根据所检测到的第二振动信号，确定差分振动信号。然后，尤其是将如快速傅里叶变换(FFT)或离散傅里叶变换(DFT)那样的数学方法应用于该差分振动信号会得到只由该构件的结构声的频率分量组成的结果信号。
在一个设计方案中，为了检测振动信号，尤其是使用MEMS麦克风。MEMS麦克风成本低廉，由于高采样率而提供良好的分辨率，并且由于其紧凑的结构类型而可以被非常好地布置到各种构件结构上。
在一个设计方案中，使用由该构件的结构声的频率分量组成的该结果信号，用于该构件的状态分析(状态监测(ConditionMonitoring))。通过对结构声的频率分量的分析，可以非破坏性地很容易标识在主要是关键构件处的薄弱点。
按照本发明的计算单元，例如计算机系统或结构声测量设备或状态分析系统，被设立为、尤其是以程序技术方式被设立为：执行按照本发明的方法。
尤其是当执行的控制设备还被用于其它任务并且因而总归存在时，按照本发明的方法的以具有用于执行所有方法步骤的程序代码的计算机程序或计算机程序产品的形式的实现方案也是有利的，因为这引起了特别低的成本。尤其是，适合于提供该计算机程序的数据载体是磁存储器、光存储器和电存储器，诸如硬盘、闪速存储器、EEPROM、DVD以及其它等等。通过计算机网络(因特网、内联网等等)来下载程序也是可行的。
本发明的其它优点和设计方案从说明书以及随附的附图中得出。
易于理解的是，上文所提到的并且随后还要阐述的特征不仅能以分别被说明的组合，而且能以其它组合或者单独地来应用，而不脱离本发明的保护范围。
本发明依据实施例在附图中示意性示出并且在下文参考附图详细地予以描述。
附图说明
图1示出了用于检测构件的振动的装置的示意图；
图2a示出了按照本发明的用于确定结果信号的方法的根据第一流程的实施例的流程图；
图2b示出了按照本发明的用于确定结果信号的方法的根据第二流程的另一实施例的流程图。
具体实施方式
图1示出了用于检测构件1的振动的装置10的示意图，该装置被设立用于执行按照本发明的方法的实施例。为了检测第一振动信号，第一麦克风2与构件1发生机械接触配合5，使得该第一麦克风检测构件1的结构声连同空气声，作为第一振动信号。例如可以借助于第一麦克风2与构件1的适合的粘贴或螺旋拧紧来进行该机械接触配合5。为了检测第二振动信号，第二麦克风3不与构件1机械接触(脱离)，使得该第二麦克风仅检测空气声1，作为第二振动信号。
根据构件1的结构声振动的预期频率，第二麦克风的脱离可以通过选择适合的阻尼元件4(例如弹性体或螺旋压缩弹簧)或者通过将第二麦克风3布置在距构件1的一定距离处(其间有空气)来实现。同样，防止构件1与第二麦克风3之间的振动传递的任何布置都是适合的。
例如可以使用MEMS麦克风，作为麦克风，因为这些MEMS麦克风由于其紧凑的结构类型可以与构件机械接触配合地布置以及也可以脱离构件地布置，并且具有大带宽。
为了确定结果信号，向计算单元6移交所检测到的第一振动信号和所检测到的第二振动信号。
图2a和图2b分别以框图描述了对结果信号的示例性确定的流程，而且随后参考图1来予以描述。在此，图2a作为框图示出了用于确定结果信号的第一方法。
在块100中开始该方法。在块101中由第一麦克风2来检测第一振动信号，并且同时在块102中由第二麦克风3来检测第二振动信号。
然后，第一振动信号借助于信号传输103被传输给计算单元6，并且第二振动信号借助于信号传输104被传输给该计算单元。
在块105中，计算单元6根据第一振动信号来确定第一频率信号并且根据第二振动信号来确定第二频率信号。尤其是通过将如快速傅里叶变换(FFT)或离散傅里叶变换(DFT)那样的数学方法应用于所检测到的第一振动信号并且应用于所检测到的第二振动信号，执行这种对第一频率信号和第二频率信号的确定。
在块106中，计算单元6通过求第一频率信号与第二频率信号之差来确定差信号，作为结果信号。该结果信号仅还包含构件1的结构声的频率分量。
在块109中，使用仅还包含构件1的结构声的频率的该结果信号，用于其它目的，尤其是构件1的状态分析。
图2b示出了用于确定结果信号的第二方法。
在块100中开始该方法。
在块101中由第一麦克风来检测第一振动信号，并且同时在块102中由第二麦克风来检测第二振动信号。然后，第一振动信号借助于信号传输103被传输给计算单元6，并且第二振动信号借助于信号传输104被传输给该计算单元。
在块107中，计算单元6通过求第一振动信号与第二振动信号之差来确定差分振动信号。
在块108中，计算单元6尤其是通过将适合的数学方法(例如FFT或DFT)应用于该差分振动信号来确定频率信号，作为结果信号。该结果信号仅还包含构件1的结构声的频率分量。
在块109中，使用仅还包含构件1的结构声的频率的该结果信号，用于其它目的，尤其是构件1的状态分析。
Claims (10)
1.一种用于检测构件(1)的振动的方法，
其中，由与所述构件(1)机械接触的第一麦克风(2)来检测(101)第一振动信号，
其中，由与所述构件没有机械接触的第二麦克风(3)来检测(102)第二振动信号，
其中，根据所述第一振动信号并且根据所述第二振动信号来确定(106、108)结果信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述第一振动信号来确定(105)第一频率信号并且根据所述第二振动信号来确定(105)第二频率信号，其中，尤其是通过快速傅里叶变换或者通过离散傅里叶变换来确定所述第一频率信号和所述第二频率信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述结果信号被确定(106)为所述第一频率信号与所述第二频率信号的差信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述第一振动信号并且根据所述第二振动信号来确定(107)差分振动信号，而且其中，根据所述差分振动信号来确定(108)频率信号，作为结果信号，其中，尤其是通过快速傅里叶变换或者通过离散傅里叶变换来确定所述频率信号。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一麦克风(2)和/或所述第二麦克风(4)是MEMS麦克风。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，使用(109)所述结果信号，用于所述构件(1)的状态分析。
7.一种计算单元(6)，所述计算单元被设立为执行根据上述权利要求中任一项所述的方法的所有方法步骤。
8.一种计算机程序，所述计算机程序包括指令，在通过计算机来执行所述程序时，所述指令促使所述计算机来执行根据权利要求1至6所述的方法。
9.一种计算机可读数据载体，在其上存储有根据权利要求8所述的计算机程序。
10.一种用于检测构件(1)的振动的装置(10)，所述装置具有：第一麦克风(2)，所述第一麦克风与所述构件(1)机械接触；第二麦克风(3)，所述第二麦克风与所述构件没有机械接触；和根据权利要求7所述的计算单元(6)。
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