CN211178931U - 电机的状况监测装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电机的状况监测装置，一种状况监测装置附接到电机的主体，以用于向邻近于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操作状态如何，传感器中的至少一个传感器都是激活的。至少一个传感器将测量便携式装置的机械参数。处理器将从至少一个传感器接收机械参数的测量值，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操作状态。

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，且特别地涉及改变电机的状况监测装置的操作状态。

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，以操作泵来将水供应到热电厂中的锅炉。

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。为了操作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。在该模式下，与激活模式或通电模式相比，电路消耗大致三分之一的功率。另外，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行器的通信和导航系统的可能性。此外，甚至在试车(commission)之后，状况监测装置的操作状态也可能必须基于操作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，且有时可能出故障。此外，这样的开关和按钮在电机的操作期间可被意外地下压，且可引起状况监测的中断。此外，如果未恰当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。

附图说明

参考以下描述和附图，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。

图3示出了根据本主题的实施方式的用于改变电机的状况监测装置的操作状态的方法。

具体实施方式

本主题涉及监测工业系统中的电机的状况。在本主题的系统和方法的情况下，电机的状况监测装置的操作状态可基于由状况监测装置无线地测量的数据而改变。这排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在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。状况监测装置附接到电机的主体。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。

此外，多个传感器中的至少一个传感器配置成不管状况监测装置的操作状态如何而都是激活的。至少一个传感器进一步配置成测量便携式装置的机械参数，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来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，可基于便携式装置的机械参数的测量值(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操作状态。

参考以下描述、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示出了描绘根据本主题的实施方式的状况监测装置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附接到电机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邻近于电机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操作的多种参数(诸如，关于电机的电流、电压、功率、磁场、振动、温度以及声学噪声等)的值。

最初，状况监测装置102可处于第一操作状态，且可能必须切换到第二操作状态。例如，在电机106的试车之前，状况监测装置102的操作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的操作状态，状况监测装置102可测量机械参数或电参数。在一个示例中，为了测量机械参数或电参数，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的操作状态如何，至少一个传感器都可为激活的。

机械参数可为例如便携式装置104在其邻近于状况监测装置102时所生成的振动信号或声学信号。在一个示例中，便携式装置104可生成振动信号或声学信号，可使用信号幅度和频率来使振动信号或声学信号映射为位。例如，智能手机可产生成序列的弱振动和强振动，然后成序列的弱振动和强振动可映射为位、摩尔斯(Morse)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使用幅度移位键控方案，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可使用频率移位键控方案，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的操作状态，且因此操作状态可改变成一个或多个激活的操作模式。机械参数测量值中的嵌入的数据还可包括用于提高安全性的数据，诸如用于便携式装置104的认证、状况监测装置102的认证、便携式装置104的位置的认证、操作者的认证等的数据。

参考图2而进一步描述了用于改变状况监测装置的操作状态的实施方式，图2示出了状况监测装置的示例性框图。虽然已参考操作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，本主题可用于使操作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(被统称为传感器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、声学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；声学传感器可测量声学信号；并且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。基于所接收的测量值，处理器206可确定电机106的状况。此外，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可处于第一操作状态。在一个示例中，第一操作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能够切换到第二操作状态，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，不管状况监测装置102的操作状态如何，该低功率传感器都可始终开启且是激活的。

传感器204-1可为例如振动传感器或声学传感器，且因此，传感器204-1所测量的机械参数可为振动型式或声学型式。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时，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用以切换状况监测装置102的操作状态的信号，且可基于该处理来改变状况监测装置102的操作状态。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中提到的机械参数的信号。

在一个示例中，为了确保操作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都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。在运输和操作期间，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。

因而，例如在运输期间，随机的振动或声学信号将不会触发传感器204-1。此外，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，这是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，且可在取向为水平的时开始测量机械参数。在另一示例中，当第一传感器204-1为声学传感器时，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，且可在状况监测装置102被置于水平取向时使第一传感器204-1测量声学信号。

为了改变操作状态，使便携式装置104与状况监测装置102邻近或接触，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的操作状态的嵌入的数据。

在检测到机械参数值高于预先确定的阈值时，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，由此激活其它操作特征。

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的其它操作特征之前执行额外的认证步骤(诸如用户认证或位置检验)。因此，处理器206配置成基于该认证来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操作状态改变成不同的激活模式。

例如，当机械参数被测量为高于阈值时，状况监测装置102的操作状态可从休眠模式改变成第一激活模式。在执行第一认证步骤时，操作状态可改变成认证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，当执行各个认证步骤时，较高的采样频率可用于激活状况监测装置102的另外的传感器和操作特征，由此逐渐地增加功率消耗。

为了提取认证数据，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位的某个序列。

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量的位。预先确定的数量也可存储在状况监测装置102中。例如，预先确定的数量可为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量以标识位型式的末尾端且因此对数据进行解码。

在实施方式中，代替位的数量，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量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的操作状态改变之前执行认证步骤。在一个示例中，认证数据可存储在至少一个传感器上，认证数据随后与通过机械参数测量而接收的数据比较。

另外，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的操作状态改变之前启用额外的安全性措施。

在一个示例中，认证步骤可对应于认证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认证信息进行编码，认证信息继而可从状况监测装置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，认证步骤可包括在发货(shipment)之前基于存储在状况监测装置102的存储器中的数据来认证状况监测装置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。因此，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，以认证位置。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。因此，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可处于不同的操作状态：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而言，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在最少的功率消耗的情况下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认证信息不可用或与存储在状况监测装置102上的预先确定的认证信息不匹配，则状况监测装置102恢复到休眠模式或先前的操作状态。

图3示出了用于改变电机的状况监测装置(诸如，电机106的状况监测装置102)的操作状态的示例性方法。

描述方法300所遵循的顺序不旨在被解释为限制，并且，任何数量的所描述的方法框可以以任何顺序组合，以实施方法300或备选方法。另外，在不脱离本主题的范围的情况下，可排除方法300的某些步骤(诸如，步骤302)。此外，方法300可由(一个或多个)处理器或(一个或多个)计算装置通过任何合适的硬件、非暂时性机器可读指令或其组合来实施。可理解，方法300的步骤可由编程计算装置执行，并且可基于存储于非暂时性计算机可读介质中的指令来执行。尽管方法300可在多种系统中实施，但相对于工业系统100而描述方法300，以便于阐释。

如步骤302中描绘的那样，确定状况监测装置的取向。例如，状况监测装置102的加速度计可确定状况监测装置102的取向。不管状况监测装置102的操作状态如何，加速度计都可为激活的，并且因而，加速度计可用于将状况监测装置102从休眠模式或低功率状态激活。

在步骤304处，基于该取向，测量状况监测装置的机械参数。例如，只有当取向为水平的时才测量状况监测装置102的机械参数。机械参数可为例如振动信号或声学信号，并且可例如由加速度计或不同的传感器测量。

在步骤306处，在改变状况监测装置的操作状态之前，基于嵌入机械参数测量值中的认证数据来认证便携式装置、便携式装置的位置以及便携式装置的操作者中的一个或多个。例如，状况监测装置102可标识所测量的机械参数中的嵌入的数据，并且可将该数据与存储于其存储器中的预先存储的数据比较，以执行这样的认证。

在步骤308处，激活状况监测装置的一个或多个操作特征，以改变状况监测装置的操作状态。在一个示例中，基于所执行的认证步骤，状况监测装置的操作状态可逐渐地从休眠模式改变成一个或多个激活模式。在一个示例中，为了在一个或多个激活模式下激活所需的操作特征，可激活一个或多个传感器。一个或多个激活模式对应于测量机械参数所用的不同的采样频率，并且因而还对应于不同量的所消耗的功率。

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，以用于改变操作状态。由于与通过无线通信协议而进行的数据广播相比，拦截作为机械参数(诸如振动)而发送的数据更加困难，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。另外，通过启用更多的认证步骤而进一步提高了状况监测装置102的安全性，认证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。此外，通过基于所执行的认证步骤来逐渐地增加采样频率，在改变操作状态和认证期间，功率消耗也得到控制。

尽管已参考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。在参考本主题的描述时，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而言将变得显而易见。

Claims (5)

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接到所述电机的主体，且所述便携式装置邻近于所述电机，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所述测量值来确定所述电机的所述状况；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所述状况；并且

其中，

所述多个传感器中的至少一个传感器配置成不管所述状况监测装置的操作状态如何而都是激活的，并且其中，所述至少一个传感器进一步配置成测量所述便携式装置的机械参数；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机械参数的测量值，且基于所接收的所述测量值来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操作状态。

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操作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，第二传感器配置成确定所述状况监测装置的取向，并且，所述至少一个传感器配置成当所述取向对应于预先限定的取向时测量所述机械参数。

5.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操作状态之前，基于嵌入所述机械参数的测量值中的认证数据来认证所述便携式装置、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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