CN210270089U - 电机的状况监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电机的状况监测装置。状况监测装置附连到电机的主体，以用于向邻近电机的便携式装置传达电机的状况。状况监测装置包括用于测量电机的电气参数和机械参数的传感器。处理器从传感器接收测量值，且确定电机的状况。不管状况监测装置的运行状态如何，传感器中的至少一个传感器为激活的。至少一个传感器将确定状况监测装置的取向。处理器将从至少一个传感器接收状况监测装置的取向的测量值，且使一个或多个其它传感器变成激活的，以改变状况监测装置的运行状态。

Description

电机的状况监测装置

技术领域

本主题大体上涉及监测用在工业系统中的电机的状况，且特别地涉及一种电机的状况监测装置。

背景技术

工业系统可用于监测且控制在工业工厂中执行的一个或多个任务。多种工业(诸如汽车工业、冶金工业、化学工业、石油化学工业以及发电工业)可利用工业系统来减少人工监测。一个或多个电机可用在工业系统中。作为示例，电动机可用在工业系统中，以运行泵来将水供给到热电厂中的锅炉。

在工业系统中，可使用状况监测装置来监测电机的状况。状况监测装置包括一个或多个传感器，其测量涉及电机的运行的一个或多个参数。这些参数可与便携式装置共享，以用于进一步的处理。为了运行状况监测装置的多种传感器、处理器以及其它电子构件，电池可作为电源而设在状况监测装置中。

状况监测装置可在制造场地处安装在电机上。然而，为了在制造场地与安装场地之间的运输期间延长电池寿命，可使在状况监测装置的内部的电路系统进入休眠模式。与激活模式或通电模式相比，在该模式下，电路消耗大致三分之一的功率。此外，从制造场地到安装场地的运输可涉及空中行程，且监管要求可命令状况监测装置在飞行期间不应通电。在这样的情况下，休眠模式有助于减小状况监测装置干扰飞机的通信和导航系统的可能性。进一步，甚至在试车之后，状况监测装置的运行状态也可能必须基于运行状况而在休眠模式与激活模式之间切换。

常规地，为了使状况监测装置在休眠模式与激活模式之间切换，在状况监测装置上提供物理开关/下压按钮。通过拨动开关，状况监测装置从休眠模式切换到激活模式。然而，这样的开关和按钮往往易于磨损和撕裂，且可有时出故障。而且，这样的开关和按钮在电机的运行期间可被意外地下压，且可导致状况监测的中断。进一步，如果未正确地设计和装配这样的开关和按钮，则它们可降低状况监测装置的进入(ingress)防护。

实用新型内容

本实用新型提供一种电机的状况监测装置，其用于与便携式装置关于所述电机的状况进行通信，其中，所述状况监测装置附连到所述电机的主体，且所述便携式装置邻近所述电机，所述状况监测装置包括：

a. 多个传感器，其用于测量所述电机的电气参数和机械参数；

b. 一个或多个处理器，其配置成从所述多个传感器接收测量值，且基于所接收的测量值来确定所述电机的状况；以及

c. 网络接口，其用于向所述便携式装置传达所述电机的状况；以及

其中，不管所述状况监测装置的运行状态如何，所述多个传感器中的至少一个传感器配置成激活的，并且其中，所述至少一个传感器进一步配置成确定所述便携式装置的取向；并且，所述一个或多个处理器配置成从所述至少一个传感器接收所述状况监测装置的取向的测量值，且基于所述所接收的测量值而使所述多个传感器中的一个或多个其它传感器变成激活的，以改变所述状况监测装置的所述运行状态。

附图说明

参照以下描述和附图，将更好地理解本主题的特征、方面和优点。不同附图中的相同参考标号的使用指示类似的或同样的特征和构件。

图1示出了描绘根据本主题的实施方式的状况监测装置的工业系统，状况监测装置用于与便携式装置关于电机的状况进行通信。

图2示出了描绘根据本主题的实施方式的状况监测装置的框图。

具体实施方式

本主题涉及监测工业系统中的电机的状况。利用本主题的系统，电机的状况监测装置的运行状态可基于由状况监测装置无线地测量的数据而改变。这消除了对任何物理下压按钮的需要。这还有助于提高状况监测装置在其于电机运输期间处于休眠模式时的安全性。

在本主题的实施方式中，提供了一种电机的状况监测装置，其用于与便携式装置关于电机的状况进行通信。状况监测装置附连到电机的主体。状况监测装置包括：多个传感器，其用于测量电机的电气参数和机械参数；以及一个或多个处理器，其用以从多个传感器接收测量值，且基于所接收的测量值来确定电机的状况。状况监测装置还包括网络接口，其用于向便携式装置传达电机的状况。

进一步，不管状况监测装置的运行状态如何，多个传感器中的至少一个传感器配置成激活的。至少一个传感器进一步配置成测量关于状况监测装置的机械参数，并且，一个或多个处理器配置成从至少一个传感器接收机械参数的测量值，且基于所接收的测量值而使多个传感器中的一个或多个其它传感器变成激活的。因而，可基于机械参数的测量值(而不是使用物理下压按钮或其它这样的机构)来安全地改变状况监测装置的运行状态。

参照以下描述、所附权利要求书和附图，将更好地阐释本主题的以上和其它特征、方面和优点。

图1示出了根据本主题的实施方式的描绘状况监测装置102的工业系统100，状况监测装置102用于与便携式装置104关于电机106的状况进行通信。

状况监测装置102可实施为包括多个传感器、一个或多个处理器、存储器、网络接口等的计算装置。便携式装置104可为例如智能手机、个人数字助理(PDA)、膝上型电脑、平板电脑等。电机106可为例如电动机、发电机等。

在一个实施方式中，状况监测装置102附连到电机106的主体，以用于与便携式装置104关于电机106的状况进行通信。当便携式装置104邻近电机106时，可执行这样的通信。电机106的状况可包括被监测的且用于控制电机的运行的多种参数(诸如关于电机的电流、电压、功率、磁场、振动、温度以及噪声等)的值。

最初，状况监测装置102可处于第一运行状态，且可能必须切换到第二运行状态。例如，在电机106的试车之前，状况监测装置102的运行状态可设定为低功率状态(其也被称为休眠模式)。将状况监测装置102置于休眠模式有助于减少运输期间的电池消耗，且有助于满足空中行程期间的监管要求。为了改变状况监测装置102的运行状态，状况监测装置102可测量机械参数或电气参数。在一个示例中，为了测量机械参数或电气参数，状况监测装置102的至少一个传感器可处于始终开启的模式，即不管状况监测装置102的运行状态如何，至少一个传感器可为激活的。

在示例中，机械参数为状况监测装置的取向。至少一个传感器为加速度计，且检测状况监测装置的取向。至少一个传感器检测状况监测装置的取向以预先确定的时间窗口从第一取向到第二取向且然后回到第一取向的改变。相应地，为了唤醒状况监测装置，现场人员在预先确定的时间窗口(诸如15秒窗口)内上下翻转状况监测装置。

在另一示例中，机械参数可为例如便携式装置104 在其邻近状况监测装置102时所生成的振动信号或声信号。在一个示例中，便携式装置104可生成振动信号或声信号，可使用信号幅度和频率来使振动信号或声信号映射为位。例如，智能手机可产生一序列的弱振动和强振动，然后其可映射为位、摩尔斯码或其它编码方案，以产生然后由至少一个传感器测量的型式。可通过使用多个众所周知的方案来将信息编码到机械参数中。这在下文中使用多个示例来进一步示出。

在一个示例中，便携式装置104使用幅度转变键控方案，以用于将信息编码到机械参数中。例如，移动电话使用在给定频率下的小幅度的振动来对0进行编码，且使用大幅度的振动来对1进行编码。类似地，在另一示例中，便携式装置104可使用频率转变键控方案，以用于将信息编码到机械参数中。例如，某一频率可映射为0，且另一预先确定的频率可映射为1。本领域技术人员可注意到，虽然已示出两个这样的编码方案，但也可使用在本领域中众所周知的其它技术。

因而，现有的通信协议中的技术(诸如，使用用于消息的具体结构(例如，前同步码、有效载荷和循环冗余检查)和有效载荷的加密)可用于将数据从便携式装置104传输到状况监测装置102。

在一个示例中，机械参数测量值还可包括嵌入的数据，状况监测装置102可使用该数据，以确定将改变状况监测装置102的运行状态，且相应地运行状态可改变成一个或多个激活的运行模式。机械参数测量值中的嵌入的数据还可包括用于提高的安全性的数据，诸如用于便携式装置104的确认、状况监测装置102的确认、便携式装置104的位置的确认、操作者的确认等的数据。

参照图2而进一步描述了用于改变状况监测装置的运行状态的实施方式，图2示出了状况监测装置的示例性框图。虽然已参照运行状态从休眠模式到激活模式的改变而描述了示例，但将理解到，本主题可用于使运行状态在任何第一状态与任何第二状态之间改变。

如在图2中显示的那样，示例性的状况监测装置102包括能量源202、多个传感器204-1、204-2、204-3…204-n(统称为传感器204)、一个或多个处理器206以及网络接口208。

在示例中，能量源202可包括电池。在另一示例中，状况监测装置102还可由外部电源供电。传感器204可用于测量电机106的多种参数，包括电气参数和机械参数。例如，传感器204可包括磁场传感器、振动传感器、声传感器和温度传感器中的一个或多个。磁场传感器可测量磁场。类似地，振动传感器可测量振动型式；声传感器可测量声信号；以及温度传感器可测量其附近的温度。所测量的参数可为电机106和/或便携式装置104的参数。

一个或多个处理器206(在下文中被称为处理器206)配置成从传感器204接收电机106的参数的一个或多个测量值。处理器206可基于所接收的测量值来确定电机106的状况。进一步，网络接口208配置成用于向便携式装置104传达电机106的状况。

最初，状况监测装置102可处于第一运行状态。在一个示例中，第一运行状态可为低功率模式(诸如休眠模式)。为了使状况监测装置102能够切换到第二运行状态，传感器204中的第一传感器(诸如传感器204-1)可为低功率传感器，其可始终开启且是激活的，而不管状况监测装置102的运行状态如何。

传感器204-1可为例如振动传感器或声传感器，且相应地，传感器204-1所测量的机械参数可为振动型式或声型式。例如，振动传感器可为加速度计，其保持开启，且持续地监测在状况监测装置102周围的振动型式。在测量到高于预先确定的阈值的振动值之后，加速度计配置成向处理器206中的处理器发送包括振动型式测量值的信号。处理器可处理信号，以确定信号中嵌入的数据是否对应于切换状况监测装置102的运行状态的信号，且可基于该处理来改变状况监测装置102的运行状态。将理解到，便携式装置104可通过使机械参数的幅度、频率和持续时间中的一个或多个变化来生成对应于如本文提到的机械参数的信号。

在一个示例中，为了确保运行状态不会由于噪声或其它意外信号而发生改变，传感器204-1可配置成当所测量的机械参数位于值的指定带(诸如，范围为从低g到高g(g为由于重力而产生的加速度)的带)内或遵循具体的型式时向处理器发送信号。因而，在运输期间，任何下落或意外下降不会激活状况监测装置102。

在一个示例中，为了进一步确保状况监测装置102不会从休眠模式被意外地激活，传感器204-1可配置成当状况监测装置102呈预先限定的取向(诸如水平取向)时测量机械参数。在运输和运行期间，状况监测装置102呈竖直取向的可能性高。然而，在安装之前可将状况监测装置102置于水平取向，以用于激活状况监测装置102。可由传感器204中的第二传感器来检测取向。

在示例中，机械参数为状况监测装置的取向。第二传感器为加速度计，且检测状况监测装置的取向。第二传感器检测状况监测装置的取向以预先确定的时间窗口从第一取向到第二取向且然后回到第一取向的改变。相应地，为了唤醒状况监测装置，现场人员在预先确定的时间窗口(诸如15秒窗口)内使状况监测装置翻转。

因而，例如在运输期间，随机的振动或声信号将不会触发传感器204-1。而且，当状况监测装置102呈预先限定的取向时测量机械参数有助于进一步节省能量，因为检查传感器的取向比测量振动型式耗费更少的能量。

在一个示例中，当第一传感器204-1为加速度计时，第一传感器204-1还可充当第二传感器以检测状况监测装置102的取向，且当取向为水平的时，可开始测量机械参数。在另一示例中，当第一传感器204-1为声传感器时，第二传感器204-2(诸如加速度计)可持续地监测状况监测装置102的取向，且在状况监测装置102被置于水平取向之后，可使第一传感器204-1测量声信号。

在另一实施例中，为了改变运行状态，使便携式装置104与状况监测装置102接近或接触，且使得便携式装置104生成呈特定型式的机械参数。特定型式充当用于检验是否将改变状况监测装置102的运行状态的嵌入的数据。

在检测到机械参数值高于预先确定的阈值之后，第一传感器204-1例如在预先确定的时间段内测量机械参数，且将所测量的机械参数传输到处理器206。处理器206检验所测量的机械参数中的特定型式，且基于检验结果来唤醒一个或多个其它处理器和传感器，由此激活其它运行特征。

在一个示例中，机械参数测量值还用于在激活状况监测装置102的其它运行特征之前执行额外的确认步骤(诸如用户确认或位置检验)。相应地，处理器206配置成基于该确认而逐渐地增加状况监测装置102所消耗的功率，以用于将状况监测装置的运行状态改变成不同的激活模式。

例如，当机械参数测量为高于阈值时，状况监测装置102的运行状态可从休眠模式改变成第一激活模式。在执行第一确认步骤之后，运行状态可改变成确认额外的数据的第二激活模式。不同的激活模式可对应于测量机械参数所用的不同的采样频率。因而，当执行各确认步骤时，较高的采样频率可用于激活状况监测装置102的进一步的传感器和运行特征，由此逐渐地增加功率消耗。

为了提取确认数据，机械参数信号可首先在状况监测装置102处转换成位串。然后，可在位串中标识对应于数据的位型式。可使用被称为前同步码的预先限定的位串来指示位型式的开始端。该前同步码包括可在位串中找到的某个位序列。

在示例中，前同步码可标识为存储在状况监测装置102中的特定的位串(诸如“001001 001”)。在标识前同步码之后，状况监测装置102可测量预先确定的数目的位。预先确定的数目也可存储在状况监测装置102中。例如，预先确定的数目可为1000个位。因此，当测量机械参数时，状况监测装置102标识所测量的机械参数的位串中的前同步码“00 001 001”，以标识位型式的开始端。此后，状况监测装置102检测位串中的在前同步码之后的位的数目，以标识位型式的末尾端且相应地对数据进行解码。

在实施方式中，代替位的数目，基于状况监测装置102中所包括的定时器来标识位型式的末尾端。因而，状况监测装置102可标识位型式的开始端，且继续在预先确定的时间段或特定数目的脉冲内记录位型式。

因而通过机械参数测量而接收的数据可用于在状况监测装置102的运行状态改变之前执行确认步骤。在一个示例中，确认数据可存储在至少一个传感器上，确认数据随后与通过机械参数测量而接收的数据比较。

此外，可在状况监测装置102的存储器的内部加载证书、加密密钥以及其它类型的涉及安全性的信息，以便在状况监测装置102的运行状态改变之前启用额外的安全性措施。

在一个示例中，确认步骤可对应于确认在机械参数信号中编码的数据，该数据来自安装在状况监测装置102上的QR代码。在示例中，QR代码由便携式装置104扫描。在另一示例中，将便携式装置104所生成的机械参数信号与确认信息进行编码，确认信息又可从状况监测装置102的制造商可用的远程服务器提供给便携式装置104。

在示例中，确认步骤可包括在发货之前，基于存储在状况监测装置102的存储器中的数据来确认状况监测装置102的最终目的地。在状况监测装置102的试车期间，便携式装置104的GPS坐标可嵌入或编码到机械参数信号中。相应地，状况监测装置102然后将这些GPS坐标与存储在其存储器内的最终目的地坐标比较，以确认位置。这可有助于防止状况监测装置102在运输期间在不同的位置中被激活。

在示例中，便携式装置104可为可通过操作者的密码或指纹来解锁的移动电话。然后，密码信息被编码到机械参数信号中，且传输到状况监测装置102。相应地，状况监测装置102利用该信息来确定操作者是否被授权将状况监测装置102从低功率状态唤醒，以用于试车。

因而，状况监测装置102可处于不同的运行状态：具有慢的采样频率的节省能量的低功率休眠模式和具有较高的采样频率的一个或多个激活模式。状况监测装置102取决于所测量的机械参数的状况而切换状态。例如，对于由加速度计装备的状况监测装置，装置的取向可用于切换到第一激活状态，以用于在低采样频率下测量机械参数。休眠模式因而可用于以最少的功率消耗来检测用于状态改变的机械参数信号。一旦使用低采样频率而接收到用于状态改变的机械参数信号，状况监测装置102即改变其内部状态，且频率增加以接收更多的数据，例如，用于改变状况监测装置102上的成组的启用的特征的数据，或用于启用可消耗较高的功率的某些特征的新的参数。

在一个示例中，在任何步骤处，如果来自所测量的机械参数的确认信息不可用，或与存储在状况监测装置102上的预先确定的确认信息不匹配，则状况监测装置102恢复到休眠模式或先前的运行状态。

因而，本主题允许在没有任何物理端口/按钮的情况下以安全的方式来将数据传输到状况监测装置，以用于改变运行状态。由于与通过无线通信协议而进行的数据广播相比，更难以拦截作为机械参数(诸如振动)而发送的数据，故进一步提高了安全性。这在发送诸如加密密钥或试车信息的数据时特别有用。此外，通过启用更多的确认步骤而进一步提高了状况监测装置102的安全性，确认步骤通过使用通过机械参数而传输的数据的安全的数据交换而进行。而且，通过基于所执行的确认步骤来逐渐地增加采样频率，在改变运行状态和确认期间，功率消耗也得到控制。

尽管已参照具体的实施例而描述了本主题，但不意在在限制性的意义上解释本描述。在参照本主题的描述之后，所公开的实施例的多种修改以及本主题的备选实施例对本领域技术人员来说将变得显而易见。

Claims (4)

1.一种电机的状况监测装置，其用于与便携式装置关于所述电机的状况进行通信，其中，所述状况监测装置附连到所述电机的主体，且所述便携式装置邻近所述电机，所述状况监测装置包括：

a. 多个传感器，其用于测量所述电机的电气参数和机械参数；

b. 一个或多个处理器，其配置成从所述多个传感器接收测量值，且基于所接收的测量值来确定所述电机的状况；以及

c. 网络接口，其用于向所述便携式装置传达所述电机的状况；以及

其中，不管所述状况监测装置的运行状态如何，所述多个传感器中的至少一个传感器配置成激活的，并且其中，所述至少一个传感器进一步配置成确定所述便携式装置的取向；并且，所述一个或多个处理器配置成从所述至少一个传感器接收所述状况监测装置的取向的测量值，且基于所述所接收的测量值而使所述多个传感器中的一个或多个其它传感器变成激活的，以改变所述状况监测装置的所述运行状态。

2.根据权利要求1所述的状况监测装置，其特征在于，所述状况监测装置的所述运行状态为一个或多个激活模式和休眠模式中的一个，其中，所述一个或多个激活模式对应于测量所述机械参数所用的不同的采样频率。

3.根据权利要求1所述的状况监测装置，其特征在于，所述至少一个传感器配置成当所述测量值处于预先限定的范围内时将所述机械参数的所述测量值提供给所述一个或多个处理器。

4.根据权利要求1所述的状况监测装置，其特征在于，所述一个或多个处理器进一步配置成在改变所述状况监测装置的所述运行状态之前，基于嵌入所述机械参数的测量值中的确认数据来确认所述便携式装置、所述便携式装置的位置以及所述便携式装置的操作者中的一个或多个。

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