DE3879451T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung des Betriebes von drehenden Maschinen mittels mitlaufend erzeugter und wiederabgetasteter Funktionen. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Überwachen der Leistung von Maschinen und insbesondere Verfahren und Vorrichtungen zum Überwachen der Leistung von Maschinen mit drehender Welle.
• Um die Leistung von drehenden Maschinen besser auszuwerten, hat es sich als wünschenswert herausgestellt, die Leistungsmerkmale von drehenden Maschinen über die Wellenstellung oder den Wellenphasenwinkel statt über gleichförmige Zeitintervalle darzustellen. Leider werden Leistungsdaten für drehende Maschinen im allgemeinen in gleichförmigen Zeitintervallen erzeugt und aufgenommen. Um Daten auf der Basis der Wellenposition oder des Phasenwinkels zu erzeugen, müssen die Daten für gleichförmige Zeitintervalle in einer Weise verarbeitet werden, die zeitbezogene Daten in phasenwinkelbezogene Daten umwandelt.
• Der klassische Zugang, der nach dem Stand der Technik verwendet wird, um zeitbezogene Leistungsdaten in Daten für gleichförmige Wellenphasenwinkel umzuwandeln, setzt eine Anzahl von Hardwarekomponenten ein, um die Umwandlung zu bewirken. Solche Hardware kann umfassen: einen Sensor, der die Drehung einer Welle verfolgt, einen Zähler, der Pulse registriert, die erzeugt werden, wenn die Welle gedreht wird, einen oder mehrere analoge Nachlauffilter, die die Alias-Effekt-Fehler begrenzen, die mit der Datenabtastung verbunden sind, und einen Nachlaufverhältnis- Generator, der Aufnahmepulse synchron mit der Drehung der Welle erzeugt, deren Geschwindigkeit bezüglich der Zeit willkürlich ist. Weil die analogen Anti-Aliasing- Nachlauffilter mit dem Nachlaufverhältnis-Generator kommunizieren müssen und sich an eine sich verändernde Wellengeschwindigkeit anpassen müssen, sind sie kompliziert und ihre Konstruktion ist aufwendig.
• Nachlaufverhältnis-Generatoren sind unerwünscht wegen ihrer inhärenten Zeitverzögerung. Genauer gesagt enthält ein Nachlaufverhältnis-Generator einen Oszillator, der synchronisierte Aufnahmepulse erzeugt, und eine Rückkopplungssteuerschleife, wie eine Phasenverriegelungsschleife, um die Oszillatorfrequenz zu kontrollieren. Weil die Rückkopplungssteuerschleife auf Änderungen in der Wellengeschwindigkeit reagiert, nachdem eine Änderung in der Wellengeschwingkeit durch die Steuerschleife detektiert wird, tritt eine Zeitverzögerung zwischen der Änderung der Wellengeschwindigkeit und dem synchronisierten Ausgang des Nachlaufverhältnis-Generators auf. Als Ergebnis dieser Zeitverzögerung bleibt die Überwachungshardware, die nach dem Stand der Technik verwendet wird, hinter dem tatsächlichen Zustand der Maschine zurück und nimmt unter Umständen Daten mit einer Rate auf, die nicht mit der aktuellen Wellengeschwindigkeit übereinstimmt. Wenn die Oszillatorfrequenz sich von der vorgewählten Abtastfrequenz wegbewegt, korrigiert die Steuerschleife den Fehler. Während dieser Korrekturdauer werden jedoch Fehler in den System erzeugt, welche die Eingangsdaten stören und verzerren, die gerade gemessen werden. In ähnlicher Weise kann die Rückkopplungssteuerschleife, wenn sie versucht, die Oszillatorfrequenz zu korrigieren, über die Zielfrequenz hinausschießen und einen zusätzlichen Systemfehler hervorrufen, der wiederum eine weitere Zeitverzögerung verursacht, bis die Frequenz vollständig korrigiert ist.
• Diese Erfindung ist darauf gerichtet, die vorangehend genannten Nachteile zu überwinden. Insbesondere schafft diese Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen der Leistung von drehenden Maschinen in Abhängigkeit von der Wellenstellung oder dem Phasenwinkel, die nicht eine Vielzahl von komplizierten und teueren Hardwarekomponenten erfordert. Die Erfindung beseitigt auch die Zeitverzögerung, die mit solcher Hardware verbunden ist, und verringert die Fehlersignale, die in dem System erzeugt werden, woraus sich ein kosteneffizienteres, besser ansprechendes und genaueres Verfahren zum Überwachen der Leistung von drehenden Maschinen ergibt.
• Gemäß dieser Erfindung wird ein Verfolgungs- und Neuaufnahmeverfahren zum Überwachen der Leistung von drehenden Maschinen auf der Basis von Wellenphasenwinkeln und eine Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens geschaffen. Eine oder mehrere Meßvorrichtungen erzeugen Leistungsdaten der drehenden Maschine, die durch einen oder mehrere analoge Anti-Aliasing-Filter gefiltert werden, um Hochfrequenzsignale zu entfernen. Die sich daraus ergebenden Leistungsdaten der drehenden Maschine werden durch Analog- Digital (A/D)-Wandler verarbeitet und von einem Signalprozessor empfangen. Der Signalprozessor nimmt die Leistungsdaten mit gleichförmigen Zeitinkrementen auf und erzeugt eine digitalisierte Wellenform der aufgenommenen Leistungsdaten. Die aufgenommenen Leistungsdaten werden durch den Signalprozessor interpoliert, um eine kontinuierliche Wellenform in Abhängigkeit von der Zeit zu erzeugen, welche die tatsächlichen Leistungsdaten der drehenden Maschine approximiert. Der Signalprozessor nimmt dann die zeitbezogene kontinuierliche Wellenform auf einer Zeitbasis neu auf, welche über eine Polynomialgleichung mit gleichförmigen Phasenwinkeln der Welle der drehenden Maschine in Relation steht, um Datensätze auf der Basis gleichförmiger Phasenwinkel zu erzeugen.
• Weiterhin wird gemäß dieser Erfindung das Neuaufnehmen der zeitbezogenen kontinuierlichen Wellenform durch einen Geschwindigkeitstrigger initiiert, der einen Wert hat, der zwischen einer ersten und zweiten Geschwindigkeitsgrenze liegt. Die Grenzen für den Geschwindigkeitstrigger werden durch Bestimmen der Koeffizienten einer Polynomialgleichung, welche den Wellenphasenwinkel der drehenden Maschine mit der Zeit in Beziehung setzt, durch Messen der Zeit, bei der zwei oder mehrere aufeinanderfolgende Synchronisationspulse von einem Sensor erzeugt werden, der bei Wellenwinkeln mit bekanntem (vorzugsweise gleichförmigem) Abstand ausgelöst wird, und Einsetzen der Konstanten und der vorbestimmten begrenzenden Phasenwinkel in eine Gleichung, welche die Geschwindigkeit mit dem Phasenwinkel ohne die Zeit als Faktor in Beziehung setzt, abgeleitet. Die Gleichung wird erzeugt durch: Differenzieren des Polynoms nach der Zeit, Auflösen der differenzierten Gleichung nach der Zeit und Einsetzen des Ergebnisses in die Polynomialgleichung für den Phasenwinkel. Die vorbestimmten begrenzenden Phasenwinkel werden auf der Basis eines gegebenen Wellenphasenwinkelbereichs berechnet, welcher vorzugsweise mit dem Wellenphasenwinkelbereich, der mit einem Paar von aufeinanderfolgenden Wellensynchronisationspulsen verbunden ist, übereinstimmt und bezüglich eines Phasenwinkels zentriert ist, der mit einem mittleren Sychronisationspuls zusammenhängt, obwohl diese Beschränkung nicht notwendig ist. Der Geschwindigkeits-Triggerwert wird abgeleitet, indem ein Geschwindigkeitswert um einen vorgegebenen Betrag erhöht wird, bis der Geschwindigkeitswert zwischen die Grenzen fällt. Der auf diese Weise abgeleitete Geschwindigkeitstrigger wird in seinen entsprechenden Phasenwinkel umgerechnet, wofür die vorangehend abgeleitete Gleichung, welche die Geschwindigkeit mit dem Phasenwinkel in Beziehung setzt, nach dem Phasenwinkel aufgelöst verwendet wird. Danach wird die interpolierte kontinuierliche Zeitfunktion neu aufgenommen. Die Zeiten der Neuaufnahme werden bestimmt, indem die vorangehend abgeleitete Polynomialgleichung, die den Phasenwinkel mit der Zeit in Beziehung setzt, nach der Zeit aufgelöst, verwendet wird. Während die erste Neuaufnahmezeit, wenn gewünscht, auf den dem Geschwindigkeitstrigger entsprechenden Phasenwinkel bezogen sein kann, kann das Neuaufnehmen bei Zeiten beginnen, die nicht dem Geschwindigkeitstrigger entsprechen. Nachfolgende Neuaufnahmezeiten basieren darauf, den Phasenwinkel des Geschwindigkeitstriggers um ein vorbestimmtes Phasenwinkelinkrement eine vorgegebene Zahl von Malen zu erhöhen, welcher die Anzahl von Datenpunkten, die für den ausgewählten Wellenphasenwinkelbereich erzeugt werden sollen, zugrunde liegt.
• Gemäß weiteren Aspekten dieser Erfindung wird dann, wenn während des Neuaufnehmens der erhöhte Geschwindigkeitstrigger-Phasenwinkel den oberen Phasengrenzwinkel erreicht, bevor der Geschwindigkeitstrigger-Phasenwinkel die vorgegebene Anzahl von Malen erhöht worden ist, der Geschwindigkeitstrigger-Phasenwinkel auf einen neuen Wert zurückgesetzt, vorzugsweise indem der Geschwindigkeitstrigger-Phasenwinkel um den Wellenphasenwinkelbereich verringert wird, der einem Paar von aufeinanderfolgenden Wellensynchronisationspulsen entspricht. Danach wartet das System darauf, daß ein anderer Wellenphasenwinkel-Synchronisationpuls auftritt. Wenn der nächste Synchronisationspuls auftritt, wird der oben beschriebene Vorgang bis zu dem Punkt wiederholt, an dem ein Geschwindigkeitstriggerwert bestimmt werden muß. Anstatt einen neuen
• Geschwindigkeitstrigger zu berechnen, setzt das Programm den Neuaufnahmevorgang beginnend mit dem zurückgesetzten. Geschwindigkeitstrigger fort. Das Neuaufnehmen wird fortgesetzt, bis der übrige nicht aufgenommene Teil des früheren Segments neu aufgenommen ist und der damit assoziierte Datenblock gefüllt ist. Sobald der dem zurückgesetzten Geschwindigkeitstrigger entsprechende Datenblock gefüllt ist, wird eine neuer Geschwindigkeits-Triggerwert innerhalb der aktuellen Geschwindigkeitsgrenzen gesucht, indem bestimmt wird, ob die Geschwindigkeit wachsend oder fallend ist und überprüft wird, ob ein erhöhter Trigger- Geschwindigkeitswert unterhalb der neuen oberen Grenze liegt, wenn die Geschwindigkeit zunimmt, oder ob ein verringerter Trigger-Geschwindigkeitswert oberhalb der neuen unteren Grenze liegt, wenn die Geschwindigkeit abnimmt. Da Datensätze, die zwischen den aktuellen Grenzen liegen, nicht erzeugt wurden, wird eine geeignete Überprüfung positiv verlaufen. Als Ergebnis wird ein neuer Geschwindigkeitstrigger erzeugt und Datenwerte werden erzeugt, die zwischen den aktuellen Grenzen liegen. Wenn die vorgegebene Anzahl von Datensätzen zwischen den aktuellen Grenzen erzeugt ist, wartet das System auf den nächsten Wellen-Synchronisationpuls. Wenn der nächste Wellenwinkel-Synchronisationspuls auftritt, wird der obige Vorgang wiederholt.
• Wie ohne weitere aus der vorangehenden Beschreibung hervorgeht, ist die Erfindung ideal dafür geeignet, die Leistung von drehenden Maschinen zu überwachen. Die bei dem Signalprozessor verwendete Software bietet Flexibilität für Parameteränderungen, die nicht leicht bei der Hardware nach dem Stand der Technik möglich sind. Weiterhin bietet die Erfindung ein genaueres und besser ansprechendes Verfahren zum Überwachen der Leistung von drehenden Maschinen. Dementsprechend überwindet die Erfindung die Nachteile der Überwachungshardware nach dem Stand der Technik, während sie gleichzeitig industrielle und kommerzielle Bedürfnisse befriedigt.
• Die vorangehenden und andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden eher gewürdigt werden, wenn selbige durch den Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verständlich werden und wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen gesehen werden, wobei
• Figur 1 ein vereinfachtes Blockdiagramm ist, welches eine frühere Vorrichtung zum Überwachen der Leistung einer drehenden Maschine auf der Basis des Wellenphasenwinkels darstellt,
• Figur 2 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Überwachen der Leistung einer drehenden Maschine auf der Basis des Phasenwinkels ist, die gemäß der Erfindung aufgebaut ist,
• Figur 3 ein Systemflußdiagramm ist, das ein Verfolgungs- und Neuaufnahmeverfahren darstellt, das für die Verwendung bei der Steuerung des digitalen Signalprozessors der Ausführungsform der Erfindung, die in Figur 2 dargestellt ist, geeignet ist,
• Figuren 4A,4B, 4C,4D und 4E ein detailliertes Flußdiagramm eines Verfolgungs- und Neuaufnahmeverfahrens bilden, das zum Bilden des Systemflußdiagramms geeignet ist, das in Figur 3 dargestellt ist,
• Figuren 5A,5B,5C,5D und 5E eine Reihe von Wellenformen sind, welche auf einem Zeitbereich basieren und die Formen von Signalen in verschiedenen Stadien darstellen, wenn sie gemäß dem Verfolgungs- und Neuaufnahmeverfahren der Erfindung verarbeitet werden, das in den Figuren 4A, 4B, 4C, 4D und 4E dargestellt ist und
• Figuren 6A,6B,6C und 6D eine Reihe von phasenwinkelbezogenen Wellenformen sind, welche die Signalformen in verschiedenen Stadien darstellen, wenn sie gemäß dem Verfolgungs- und Aufnahmeverfahren der Erfindung verarbeitet werden, das in den Figuren 4A, 4B, 4C, 4D und 4E dargestellt ist.
• Wie dem Fachmann auf dem Gebiet der drehenden Maschinen bekannt ist, besteht ein Bedürfnis, die Leistung von drehenden Maschinen zu überwachen, um ihre Auslegung zu verbessern. Das Überwachen der Leistung einer drehenden Maschine und das schnelle Speichern der Leistungsdaten erlaubt es, die Daten der getesteten drehenden Maschine mit etablierten Auslegungskriterien zu vergleichen. Alternativ können die Testdaten benutzt werden, um Parameter zur Benutzung bei der Auslegung anderer ähnlicher drehender Maschinen festzulegen. Während der Fachmann auf dem Gebiet der Überwachung von drehenden Maschinen es manchmal bevorzugt, Leistungdaten von drehenden Maschinen in Abhängigkeit von dem Phasenwinkel der drehenden Welle (d. h. der Wellenposition) und dementsprechend unabhängig von der Zeit zu analysieren, werden bedauerlicherweise Leistungsdaten für drehende Maschinen normalerweise als Funktion der Zeit erzeugt. Als Folge hiervon müssen die verfolgten Leistungsdaten von der zeitbezogenen Form in die Phasenwinkelform konvertiert werden, bevor sie analysiert werden. Noch bedauerlicher ist es, daß die Beziehung zwischen dem Phasenwinkel und der Zeit derart ist, daß für eine Welle mit einer variierenden Rotationsgeschwindigkeit Daten, die in gleichförmigen Zeitintervallen aufgenommen werden, Datensätzen bei nicht gleichförmigen Phasenwinkelinkrementen entsprechen. Die umgekehrte Beziehung ist unter ähnlichen Bedingungen ebenfalls wahr. Gleichförmige Phasenwinkelinkremente entsprechen nicht gleichförmigen Zeitinkrementen.
• Nach dem Stand der Technik, der in Figur 1 dargestellt ist, werden Leistungsdaten einer drehenden Maschine von den Zeitbereich in den Phasenwinkelbereich mit Hilfe einer Vielzahl von Hardwarekomponenten und Analoggeräten transformiert. Genauer gesagt illustriert die Fig. 1, daß in der Vergangenheit die Leistung einer drehenden Maschine 16 mit einer drehenden Welle 17 von einem oder mehreren Meßvorrichtungen 20 gemessen wurde. Während die Leistungsdaten erzeugt werden, erzeugt ein Sensor 18, der die Drehung der Welle 17 verfolgt, Pulse mit einer Rate, die der Wellengeschwindigkeit entspricht. Ein mit den Sensor 18 verbundener Zähler 19 erzeugt Wellengeschwindigkeitsdaten, indem die Zahl von Pulsen gezählt wird, die von dem Sensor 18 pro Zeiteinheit erzeugt werden. Ein oder mehrere analoge Anti-Aliasing-Nachlauffilter 21, die mit den Meßvorrichtungen 20 verbunden sind, glätten die Leistungsdaten, die von den Meßvorrichtungen 20 erzeugt werden, indem Hochfrequenzsignale entfernt werden. Ein Nachlaufverhältnis-Generator 22 empfängt die Wellengeschwindigkeitspulsdaten von dem Sensor 18 und erzeugt eine Reihe von Aufnahmepulsen, die mit der Rotation der Welle 17 synchronisiert sind. Die Nachlaufverhältnis- Pulse werden einem Analog/Digital(A/D)-Wandler 23 zugeführt. Der Nachlaufverhältnis-Generator 22 liefert auch synchronisierte Daten an die analogen Anti-Aliasing-Nachlauffilter 21, um den analogen Anti-Aliasing-Nachlauffiltern 21 zu gestatten, ihre Filterbandbreite an die Abtastfrequenz anzupassen, die von dem Nachlaufverhältnis- Generator 22 erzeugt wird. Die Ausgangsdaten der analogen Anti-Aliasing-Nachlauffilter werden dem A/D-Wandler 23 zugeführt. Der A/D-Wandler 23 nimmt die Leistungsdaten, die durch die analogen Anti-Aliasing-Nachlauffilter 21 geglättet wurden, mit der Synchronrate auf, die durch den Nachlaufverhältnis-Generator 22 festgelegt wird.
• Der Nachlaufverhältnis-Generator verwendet einen Oszillator, um die Synchronisationspulse zu erzeugen, und eine Rückkopplungssteuerschleife, wie eine Phasenverriegelungsschleife, um die Oszillatorfrequenz zu regeln. Weil solche Rückkopplungssteuerschleifen auf Änderungen der Wellengeschwindigkeit reagieren, nachdem eine Änderung der Wellengeschwindigkeit durch die Steuerschleife detektiert wird, wird eine Zeitverzögerung zwischen der Anderung der Wellengeschwindigkeit und dem synchronisierten Ausgang des Nachlaufverhältnis-Generators 22 erzeugt. Als Ergebnis dieser Zeitverzögerung bleibt die Überwachungs- Hardware (Figur 1) hinter der tatsächlichen Maschinenleistung zurück und nimmt möglicherweise Daten mit einer Rate auf, die nicht mit der gegenwärtigen Wellengeschwindigkeit übereinstimmt. Wenn die Oszillatorfrequenz sich von der vorgewählten Aufnahmefrequenz wegentfernt, korrigiert die Steuerschleife den Fehler. Während dieser Fehlerperiode werden jedoch zusätzliche Fehler in dem System erzeugt. In ähnlicher Weise kann die Rückkopplungssteuerschleife, wenn sie versucht, die Oszillatorfrequenz zu korrigieren, über die Zielfrequenz hinausschießen und zusätzliche Fehler erzeugen, die wiederum eine weitere Zeitverzögerung erzeugen können, bevor die Frequenz vollständig korrigiert ist. Diese Zeitverzögerung erzeugt fehlerhafte Testdaten und erfordert ein erhebliches Maß an Maschinen- und Betreiberzeit, um dem Überwachungssystem zu gestatten, sich an die tatsächlichen Leistungsdaten der drehenden Maschine anzupassen.
• Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zum Überwachen der Leistungsmerkmale einer drehenden Maschine 10 gerichtet, wobei gleichzeitig der Bedarf an zahlreichen komplizierten und teueren Hardwarekomponenten verringert wird und dadurch die Zeitverzögerung und Fehlersignalbeiträge verringert werden, die mit den Hardwarevorrichtungen verbunden sind, die nach dem Stand der Technik verwendet werden. Wie in Figur 2 dargestellt, umfaßt eine gemäß dieser Erfindung aufgebaute Vorrichtung: einen Sensor 12 zum Abtasten der Drehung einer Welle 11, die einer drehenden Maschine 10 zugeordnet ist, einen analogen Anti- Aliasing-Filter 15, der mit dem Sensor 12 verbunden ist, um Hochfrequenzsignale zu entfernen, eine oder mehrere Meßvorrichtungen 13 zum Messen von verschiedenen Merkmalen der drehenden Maschine 10, einen oder mehrere analoge Anti-Aliasing-Filter 15, die mit den Meßvorrichtungen 13 verbunden sind, um Hochfrequenzsignale zu entfernen, einen oder mehrere A/D-Wandler 24 zum Konvertieren des Ausgangs der Filter 15 von einer Analogform in eine Digitalform und einen Signalprozessor 14. Der Signalprozessor 14 ist vorzugsweise ein digitaler Signalprozessor, der durch Software gesteuert wird, die in der Art funktioniert, die in den Figuren 3 und 4A - E dargestellt und im folgenden beschrieben ist. Die analogen Anti- Aliasing-Filter 15, die bei dieser Erfindung verwendet werden, sind weniger kompliziert als jene, die nach dem Stand der Technik verwendet werden, und daher billiger auszuführen. Anders als die nach dem Stand der Technik verwendeten Filter müssen die analogen Anti-Aliasing- Filter 15, die bei dieser Erfindung verwendet werden, nicht vom Nachlauftyp sein. Bandbreitenanpassungen für verschiedene Aufnahmeraten werden in dem Signalprozessor 14 vorgenommen.
• Das Verfolgungs- und Neuaufnahmeverfahren der Erfindung zum Überwachen der Leistung einer drehenden Maschine 10 wird grob durch die in Figur 3 dargestellten Funktionsschritte dargestellt. Jeder Funktionsschritt wird mit Hilfe einer Reihe von Unterschritten durchgeführt, die in den Figuren 4A - E dargestellt sind und im einzelnen nachfolgend erläutert werden. Der erste Funktionsschritt, der in Figur 3 dargestellt ist, besteht im Initialisieren des Systems durch das Setzen von Zählern auf vorgeschriebene Werte und das Lesen und Abspeichern der Werte von ausgewählten Variablen, die bei der Durchführung des Verfahrens der Erfindung verwendet werden. Wie aus der nachfolgenden Beschreibung von Figur 4A deutlicher wird, werden die ausgewählten Variablen entweder durch den Betreiber oder durch die drehende Maschine 10, die getestet wird, und/oder den Sensor 12 festgelegt.
• Der nächste Funktionsschritt besteht darin, die Leistungsdaten der drehenden Maschine 10 auf einer Zeitbasis aufzunehmen und zu speichern, während Synchronisationspulse, die durch den Sensor 12 erzeugt werden, während die Welle der drehenden Maschine 10 sich dreht, detektiert und gespeichert werden. Genauer gesagt wandeln die A/D-Wandler 24 die von den analogen Anti-Aliasing-Filter 15 erzeugten analogen Signale um. Der Signalprozessor 14 nimmt die Leistungsdaten der drehenden Maschine, die an den Ausgängen der A/D-Wandler 24 in gleichförmigen Zeitintervallen erzeugt werden, auf. Eine interne Uhr (CLK) innerhalb des Signalprozessors 14 legt die Aufnahmezeiten fest. Das Ergebnis des Aufnehmens sind digitalisierte Wellenformapproximitationen der tatsächlichen Leistungsdaten der drehenden Maschine. Diese Daten werden in dem Signalprozessor 14 für das spätere Neuaufnehmen gespeichert. Gleichzeitig sucht der Signalprozessor die Synchronisationspulse, die durch den Sensor 12 erzeugt werden. Die Ankunftszeit jedes Synchronisationspulses wird gemessen und gespeichert. Da die Synchronisationspulse bei bekannten Wellenphasenwinkeln erzeugt werden, entspricht die Ankunftszeit einem Wellenphasenwinkel. Entsprechend der verwendeten Peripherie kann ein Puls pro Wellenumdrehung erzeugt werden. In diesem Fall wären die Ankunftszeiten bei Wellenwinkeln von 0º, 360º, 720º usw. Alternativ kann eine Mehrzahl von Pulsen pro Wellenumdrehung erzeugt werden. Unabhängig von der Anzahl der Synchronisationspulse, die pro Wellenumdrehung erzeugt werden, bleibt das Verfahren nach dem Start bei dem in Figur 3 dargestellten zweiten Schritt, bis eine minimale Anzahl von Synchronisationspulsen durch den Sensor 12 erzeugt und ihre Ankunftszeiten gespeichert wurden. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist die gewählte minimale Anzahl von Synchronisationspulsen 3.
• Der nächste Funktionsschritt, der in dem nächsten Block der Figur 3 dargestellt ist, besteht darin, die Koeffizienten einer Polynomialgleichung zu bestimmen, die den Wellenphasenwinkel mit der Zeit verknüpft, welche der getesteten drehenden Maschine 10 entspricht, und die Grenzen eines bestimmten Abschnitts der Kurve festzulegen, die durch das Polynom definiert wird. Die Grenzen hängen von dem Bereich ab, innerhalb dessen das Neuaufnehmen auftritt. Genauer gesagt kann der Phasenwinkel Φ einer drehenden Welle 11 mit der Zeit t durch eine quadratische Polynomialgleichung der Form
• Φ = At² + Bt + C (1) verknüpft sein, wobei die Koeffizienten A, B und C charakteristisch für einen speziellen Polynomialabschnitt der getesteten drehenden Maschine 10 sind. Gemäß dieser Erfindung werden die Werte der Koeffizienten bestimmt, indem drei Gleichungen aufgestellt werden, wofür die Ankunftszeiten von drei aufeinanderfolgenden Synchronisationspulsen und die ihnen entsprechenden bekannten Wellenphasenwinkel verwendet werden. Diese drei Gleichungen werden gleichzeitig mit Hilfe von wohlbekannten mathematischen Verfahren gelöst, um die Werte der Koeffizienten A, B und C zu bestimmen. Z. B. kann Matrixalgebra oder eine modifizierte Version der Matrixalgebra, die als Substitutionalgebra bekannt ist, von dem digitalen Signalprozessor 14 verwendet werden, um die drei Gleichungen zu lösen.
• Zusätzliche Synchronisationspuls-Ankunftszeiten können verwendet werden, um die Genauigkeit der Daten der drehenden Maschine 10 zu verbessern. Wenn mehr Synchronisationspulse verwendet werden, als nötig sind, kann ein anderes wohlbekanntes Verfahren, nämlich die Abschätzung über die kleinsten Quadrate, in Verbindung mit der Matrixalgebra verwendet werden, um nach den Polynomialkoeffizienten aufzulösen. In ähnlicher Weise können ebenfalls Polynomialgleichungen höherer Ordnung verwendet werden, um die Genauigkeit des Polynomialabschnitts der getesteten drehenden Maschine 10 zu verbessern. In solchen Fällen kann ein iterativer Prozeß verwendet werden, um die Polynomialgleichung nach der Zeit aufzulösen. Daher sollte klar sein, daß die in Gleichung (1) angegebene quadratische Polynomialgleichung nur ein Beispiel der vielen Polynomialgleichungen ist, die bei einer Ausführungsform der Erfindung verwendet werden können, um die Leistungsmerkmale einer drehenden Maschine 10 zu bestimmen.
• Sobald die Polynomialkoeffizienten bestimmt sind, berechnet der Signalprozessor obere und untere Grenzen, innerhalb derer das Neuaufnehmen von Daten geschieht. Die Grenzen werden in Abhängigkeit von der Wellengeschwindigkeit bestimmt und basieren für ein quadratisches Polynom auf der Annahme, daß die Wellengeschwindigkeit sich linear mit der Zeit ändert. Wie später genauer beschrieben wird, werden die Grenzen bestimmt durch: Differenzieren der Gleichung (1) nach der Zeit, Umformen des Ergebnisses, um nach der Zeit aufzulösen, Einsetzen des Ergebnisses der Umformung der Gleichung (1) und Vereinfachen des Ergebnisses. Die resultierende Gleichung stellt eine Beziehung zwischen dem Phasenwinkel und der Geschwindigkeit ohne die Zeit als Faktor her. Die Geschwindigkeitsgrenzen werden bestimmt, indem obere und untere Phasenwinkelgrenzen in die Gleichung eingesetzt werden und die Gleichung gelöst wird. Die oberen und unteren Phasenwinkelgrenzen werden gewählt, um einen Abschnitt der Kurve abzudecken, die durch die Gleichung (1) festgelegt wird, der vorzugsweise zwischen den Phasenwinkeln liegt, die dem ersten und dem letzten Puls entsprechen. Vorzugsweise überdeckt der Abschnitt eine Hälfte der Kurve und ist bezüglich des Mittelpunkts der Kurve zentriert; dies ist jedoch kein notwendiges Erfordernis.
• Nachdem die Polynomialkoeffizienten und die Geschwindigkeitsgrenzen bestimmt worden sind, schreitet das Programm zu dem nächsten Funktionsschritt fort, der darin besteht, einen Geschwindigkeitstrigger zu finden, der zwischen den Geschwindigkeitsgrenzen liegt. (Wie unten erläutert wird der Geschwindigkeitstrigger verwendet, um das Neuaufnehmen zu initiieren.) Der Signalprozessor 14 bestimmt den Wert des Geschwindigkeitstriggers, indem ein Anfangs-Geschwindigkeitswert schrittweise erhöht wird und geprüft wird, ob das Ergebnis zwischen den Geschwindigkeitsgrenzen liegt. Wenn ein geeigneter Geschwindigkeitstrigger gefunden ist, wird der Geschwindigkeitstrigger von der Geschwindigkeitsform in die Phasenform mit Hilfe der vorangehend erläuterten Gleichung umgeformt, welche die Geschwindigkeit mit dem Phasenwinkel ohne die Zeit als Faktor in Beziehung setzt, wobei sie umgeformt wurde, um nach dem Phasenwinkel aufzulösen.
• Der nächste in Figur 3 dargestellte Funktionsschritt besteht darin, die aufgenommenen Leistungsdaten zu interpolieren, die während der Zeitdauer der Gleichung (1) empfangen und gespeichert wurden und den aktuellen Werten von A, B und C entsprechen. Die digitalisierte Leistungs- Wellenform wird in dem Signalprozessor 14 interpoliert. Der Interpolationsvorgang glättet praktisch die digitalisierte Wellenform und erzeugt eine kontinuierliche Wellenform auf Zeitbasis.
• Nachdem die digitalisierte Wellenform der Leistungsdaten der drehenden Maschine interpoliert wurde, nimmt der Signalprozessor 14 die interpolierten Daten neu auf. Der Zeitpunkt, bei dem der Vorgang des Neuaufnehmens begonnen wird, wird durch einen Geschwindigkeitstrigger-Phasenwinkel bestimmt, der in der oben beschriebenen Weise erzeugt wird. Genauer gesagt wird die Gleichung (1), aufgelöst nach der Zeit, verwendet, um die Zeit zu bestimmen, die dem Geschwindigkeitstrigger-Phasenwinkel entspricht und die kontinuierliche zeitbezogene Wellenform wird bezüglich der berechneten Zeit aufgenommen. Danach wird der Geschwindigkeitstrigger-Phasenwinkel um einen vorgewählten Betrag erhöht und die Zeit, die dem erhöhten Geschwindigkeitstrigger-Phasenwinkel entspricht, legt mit Hilfe von Gleichung (1), nach der Zeit aufgelöst, ein neue Aufnahmezeit fest. Diese Zeit wird dann verwendet, um einen anderen Datensatz zu bestimmen. Der Vorgang wird wiederholt, bis entweder eine vorbestimmte Anzahl von Datensätzen (d.h. ein Datenblock) abgespeichert wurde oder der erhöhte Geschwindigkeitstrigger-Phasenwinkel den Phasenwinkel übersteigt, welcher der oberen Geschwindigkeitsgrenze für diesen Polynomialabschnitt entspricht. Das Endergebnis ist eine Reihe von Datensätzen, die durch gleichförmige Phasenwinkelinkremente statt durch gleichförmige Zeitinkremente getrennt sind.
• Sobald der Neuaufnahmevorgang für einen speziellen Geschwindigkeitstrigger beendet ist, geht das Programm zum nächsten Funktionsschritt über, der darin besteht, einen anderen Geschwindigkeitstrigger zu suchen. Wenn der Neuaufnahmevorgang dadurch beendet wurde, daß der erhöhte Trigger-Phasenwinkel den Phasenwinkel, welcher der oberen Grenze entspricht, übersteigt, sucht der Signalprozessor 14 einen anderen Wellensynchronisationspuls. Wenn der Sensor 12 einen anderen Wellensynchronisationspuls erzeugt, bestimmt der digitale Signalprozessor 14 einen neuen Satz von Koeffizienten A, B und C und neue obere und untere Grenzen in der vorangehend beschriebenen Weise. Anstatt danach einen neuen Geschwindigkeitstrigger zu finden, der zwischen den neuen Grenzen liegt, überspringt der Signalprozessor diesen Schritt und beginnt damit, Daten neu aufzunehmen, wobei er an dem unteren Ende der vorangehenden Grenze beginnt. Das Neuaufnehmen wird in der oben beschriebenen Weise fortgesetzt bis der vorige Datenblock voll ist, d.h. bis der Rest der vorher ungefüllten Gruppe von Datensätzen erzeugt worden ist. An diesem Punkt ist der erhöhte Phasenwinkel, der das Aufnehmen der Daten regelt, an dem Punkt, wo das Aufnehmen der Daten in dem vorangehenden Betriebszyklus begann. Wenn dies auftritt, wird in Abhängigkeit davon, ob sich die Welle beschleunigt oder verlangsamt, das vorherige Geschwindigkeitstriggersignal überprüft, um festzustellen, ob es unterhalb der neuen oberen Grenze oder oberhalb der neuen unteren Grenze liegt. Wenn die Überprüfung positiv. ausfällt, wird ein Geschwindigkeitstrigger festgelegt, der zwischen die neuen Grenzen fällt und der Vorgang wird wiederholt.
• Wenn das Neuaufnehmen beendet wird, weil ein Datenblock voll ist, wird in Abhängigkeit davon, ob die Welle sich beschleunigt oder verlangsamt, der vorhandene Geschwindigkeitstrigger in ähnlicher Weise überprüft, ob er unterhalb der aktuellen oberen Grenze oder oberhalb der aktuellen unteren Grenze liegt. Weil in diesem Fall die Grenzen sich nicht geändert haben, fällt die Überprüfung negativ aus, worauf der digitale Signalprozessor einen neuen Synchronisationspuls sucht, bevor er den vorangehenden Prozeß wiederholt.
• Die Figuren 4A-E sind eine Reihe von Flußdiagrammen, die im einzelnen ein Programm darstellen, das für die Verwendung durch den digitalen Signalprozessor 14 geeignet ist, um das Verfahren der Erfindung auszuführen, das funktionell in Fig. 3 dargestellt und vorangehend beschrieben wurde. Wie in Fig. 4A gezeigt ist, besteht der erste Schritt, der durch den Signalprozessor 14 durchgeführt wird, darin, das System zu initialisieren, indem die folgenden Variablen auf null gesetzt werden: ein Synchronisationspulszähler, der mit Q bezeichnet ist und eine Pulsankunftszeit-Uhr, welche mit CLK bezeichnet ist. Ein Geschwindigkeitstrigger-Zähler, der mit R bezeichnet ist, wird auf eins gesetzt. Zusätzlich liest und speichert der Signalprozessor 14 als Teil des Initialisierungsvorgangs Daten, die von dem Betreiber über eine geeignete Kontroll- und Anzeigeeinheit eingegeben werden. Diese Daten umfassen: den Phasenwinkel zwischen den Synchronisationspulsen, die durch den Sensor 12 erzeugt werden, Φs, die Anzahl von Pulsen pro Umdrehung der Welle, P, die Größe eines Datenblocks, welche die Anzahl von Datenpunkten beim Neuaufnehmen festlegt, DBLK, und die Anzahl von Wellenumdrehungen, welche in der Datenaufzeichnung enthalten sein sollen, M.
• Nach dem Initialisieren nimmt der Signalprozessor 14 wie in Fig. 4A dargestellt den Ausgang der analogen Anti- Aliasing-Filter 15, gesteuert durch das Erhöhen von CLK in gleichförmigen Intervallen auf und speichert ihn. Gleichzeitig bestimmt der Signalprozessor die Ankunftszeiten vom Pulsen, die durch den Sensor 12 erzeugt werden. Die Ankunftszeiten werden in einer Tabelle mit drei Zahlen gespeichert, die jedesmal aktualisiert wird, wenn ein neuer Puls auftritt, d.h. die Ankunftszeit t&sub2; des zweiten Pulses wird die Ankunftszeit t&sub1; des ersten Pulses, die Ankunftszeit t&sub3; des dritten Pulses wird die Ankunftszeit t&sub2; des zweiten Pulses und die Ankunftszeit t des neuen Pulses wird die Ankunftszeit t&sub3; des dritten Pulses. Jedesmal, nachdem ein Puls empfangen und gespeichert wurde, wird der Q-Zähler erhöht. Dann wird der Q-Zähler überprüft, ob sein erhöhter Wert größer als zwei ist (d.h. Q> 2). Wenn diese Überprüfung positiv ausfällt, geht das Programm zu dem Teil über, der in Fig. 4B dargestellt ist.
• Der erste Schritt des Teils des Programms, der in Fig. 4B dargestellt ist, besteht darin, den Wert der Koeffizienten A, B und C der Gleichung (1) mit Hilfe von t&sub1;, t&sub2; und t&sub3; und den entsprechenden Wellenphasenwinkeln Φ&sub1;, Φ&sub2; und Φ&sub3; zu bestimmen. Genauer gesagt müssen, um den Wert der Koeffizienten einer quadratischen Polynomialgleichung wie Gleichung (1) zu bestimmen, die Werte der Variablen, die benötigt werden, um die drei Gleichungen aufzustellen, verfügbar sein. In diesem Fall werden die Werte der nötigen Daten durch die Ankunftszeiten t der Pulse geliefert, die durch den Sensor 12 erzeugt werden und bei bekannten. Wellenphasenwinkeln Φ auftreten. Wenn zum Beispiel ein Puls bei jeder Umdrehung der Welle erzeugt wird, ist Φ&sub0; gleich 0º, Φ&sub1; gleich 360º, Φ&sub2; gleich 720º, Φ&sub3; gleich 1080º, Φ&sub4; gleich 1440º und so weiter. Die gleichzeitige Lösung der drei Gleichungen unter Verwendung von t&sub1;, t&sub2; und t&sub3; und den entsprechenden Phasenwinkeln resultiert in den Werten von A, B und C, die bestimmt werden sollen. Das Einsetzen dieser Werte in Gleichung (1) gestattet es, Gleichung (1) zu verwenden, um den Phasenwinkel Φ zu bestimmen, der einer beliebigen Zeit t entspricht, die zwischen t&sub1; und t&sub3; liegt.
• Der nächste Schritt des Teils des Programms, das in Fig. 4B dargestellt ist, besteht darin, die Grenzen eines Abschnitts der durch Gleichung (1) festgelegten Kurve mit Hilfe der gerade bestimmten Werte von A, B und C festzulegen, innerhalb dessen das Neuaufnehmen stattfinden soll. Während jeder Teilbereich der Kurve, die gesamte Kurve eingeschlossen, zwischen den Grenzen liegen kann, umschliefen die Grenzen vorzugsweise die mittlere Hälfte der Kurve, zentriert um den Phasenwinkel, der t&sub2; entspricht. Mathematisch werden diese Grenzen durch die folgenden Gleichungen festgelegt:
• LΦ = 0,5Φs (2)
• UΦ = 1,5Φs, (3)
• wobei Φs der Phasenwinkel zwischen Synchronisationspulsen und LΦ die Phasenwinkelgrenze ist, die zwischen den t&sub1; und t&sub2; entsprechenden Phasenwinkeln liegt und UΦ die Phasenwinkelgrenze ist, die zwischen den t&sub2; und t&sub3; entsprechenden Phasenwinkeln liegt. Zum Zweck der Beschreibung wird LΦ hier als die untere Phasenwinkelgrenze und UΦ als die obere Phasenwinkelgrenze bezeichnet. Offensichtlich sind UΦ und LΦ relative Phasenwinkel, während Φ&sub0;, Φ&sub1;, Φ&sub2;, Φ&sub3; und Φ&sub4; usw. absolute Phasenwinkel sind, die kontinuierlich von einem bekannten Punkt, wie zum Beispiel 0º, aus anwachsen.
• Der nächste Schritt des Programms, das in Fig. 4B dargestellt ist, besteht darin, LΦ und UΦ aus der Phasenwinkelform in die entsprechende Geschwindigkeitsform, ausgedrückt durch Umdrehungen pro Minute (RPM), umzuwandeln. Um besser zu verstehen, wie dies erreicht wird, wird eine Beschreibung der Ableitung der Umwandlungsformel als nächstes ausgeführt.
• Wie oben bemerkt geht die hier beschriebene Ausführungsform der Erfindung, welche auf einem quadratischen Polynom basiert, davon aus, daß die Wellengeschwindigkeit sich linear mit der Zeit verändert. Diese Annahme gestattet es, die Synchronisationspulsfrequenz durch Bilden der ersten Ableitung von Gleichung (1) abzuleiten. Die sich ergebende Gleichung ist:
• dΦ/dt = 2At + B (4)
• wobei A und B die vorher abgeleiteten Polynomialkoeffizienten sind.
• Für P synchrone Pulse pro Umdrehung und ein Φ, das in Wellenumdrehungen gemessen ist, kann die Synchronisationspulsfrequenz durch Umdrehungen pro Minute (RPM) ausgedrückt werden, indem Gleichung (4) mit dem Faktor 60/P multipliziert wird, was in der folgenden Gleichung resultiert
• RPM = 60/P (2At + B) (5)
• Auflösen der Gleichung (5) nach t und Einsetzen des Ergebnisses für t in Gleichung (1) ergibt die folgende Gleichung
• RPM = 60/P [B² + 4A (Φ - C)] (6)
• Wie man ohne weiteres bemerkt, stellt Gleichung (6) eine Beziehung zwischen der Wellengeschwindigkeit (ausgedrückt durch Umdrehungen pro Minute) und dem Wellenphasenwinkel Φ her, welche unabhängig von der Zeit ist. Der Signalprozessor 14 verwendet Gleichung (6), um Geschwindigkeitstriggergrenzen für LΦ und UΦ festzusetzen, indem LΦ und UΦ für Φ eingesetzt werden und die Gleichung gelöst wird, wie im letzten Schritt der Fig. 4B gezeigt.
• Die nächste Reihe von Schritten, die durch den Signalprozessor 14 durchgeführt werden und die in Fig. 4C gezeigt sind, ist die Bestimmung eines Geschwindigkeitstriggers, der mit TRPM bezeichnet ist und zwischen die oberen und unteren Geschwindigkeitsgrenzen URPM und LRPM fällt. Der erste Schritt dieser Sequenz besteht darin, einen Trigger- Flag, der mit TRIG bezeichnet ist, zu überprüfen, der wie unten beschrieben gesetzt wird, wenn ein gültiger TRPM- Wert gefunden ist und gelöscht wird, wenn ein voller Datenblock (DBLK) entstanden ist. Wenn TRIG gesetzt ist, d.h. gleich eins ist, überspringt der Signalprozessor 14 den Teil des Programms, der in Fig. 4C dargestellt ist und fährt mit den Schritten, die in Fig. 4D dargestellt sind, fort.
• Wie in Fig. 4C gezeigt wird, wenn TRIG gelöscht ist, ein Wert für den Geschwindigkeitstrigger TRPM berechnet. Die Berechnung beinhaltet das Ändern des aktuellen TRPM-Wertes mit Hilfe eines Geschwindigkeitsinkrements ΔRPM, das durch den Benutzer festgelegt wird (d.h. ein vorgegebener Wert).
• Wie in Fig. 4C dargestellt, wird der nächste TRPM-Wert mit Hilfe der Gleichung
• TRPM = R ΔRPM (7)
• berechnet, wobei R der Zustand des R-Zählers ist, der auf eins während des Initialisierungsteils des Programms gesetzt wurde. Wie unten beschrieben, wird der Wert des R- Zählers jedesmal erhöht bzw. verringert, wenn das Programm feststellt, daß der aktuelle Geschwindigkeitstrigger TRPM nicht zwischen den oberen und unteren Geschwindigkeitsgrenzen URPM und LRPM liegt. Die Richtung der Änderung ist immer so, daß der berechnete Geschwindigkeitstrigger zu dem Bereich zwischen der oberen und unteren Geschwindigkeitsgrenze hin verschoben wird. TRPM kann also anwachsen oder fallen. Wie diese Änderung erzeugt wird, ist durch die im folgenden beschriebenen Schritte des Teiles des Programms festgelegt, die in Fig. 4C dargestellt sind.
• Nachdem die Berechnung mit Gleichung (7) stattgefunden hat, wird der neue TRPM-Wert durch eine Reihe von Tests überprüft, um festzustellen, ob er zwischen URPM und LRPM liegt. Der erste Schritt in der Reihe von Tests besteht darin, festzustellen, ob die Welle 11 der drehenden Maschine 10 sich beschleunigt oder verlangsamt. Dies wird erreicht, indem festgestellt wird, ob URPM größer oder gleich LRPM ist. Wenn URPM größer oder gleich LRPM ist, wächst die Geschwindigkeit der Welle 11 und beschleunigt sich daher per Definition. Wenn umgekehrt URPM nicht größer oder gleich LRPM ist, nimmt die Geschwindigkeit der Welle 11 ab bzw. die Welle verlangsamt sich. Wenn die Welle 11 sich beschleunigt, bestimmt der Signalprozessor 14 als nächstes, ob der neue TRPM-Wert größer oder gleich LRPM ist. Wenn der neue TRPM-Wert nicht größer oder gleich LRPM ist, liegt TRPM unterhalb von LRPM und daher nicht zwischen LRPM oder URPM. In diesem Fall wird R erhöht und ein neuer TRPM-Wert wird berechnet. Wenn sich die Welle verlangsamt, stellt der Signalprozessor fest, ob der neue TRPM-Wert kleiner oder gleich LRPM ist. Wenn der neue TRPM-Wert nicht kleiner oder gleich LRPM ist, liegt TRPM oberhalb von LRPM und daher nicht zwischen LRPM und URPM. In diesem Fall wird R verringert und ein neuer TRPM-Wert wird berechnet.
• Wenn die Welle sich beschleunigt und TRPM größer oder gleich LRPM ist, wird TRPM überprüft, um festzustellen, ob TRPM kleiner oder gleich URPM ist. Wenn TRPM nicht kleiner oder gleich URPM ist, liegt TRPM nicht zwischen LRPM und URPM. In diesem Fall springt das Programm zu dem Punkt, wo es den nächsten Synchronisationspuls sucht (Fig. 4A). Wenn sich die Welle verlangsamt und TRPM kleiner oder gleich LRPM ist, wird TRPM überprüft, um festzustellen, ob TRPM größer oder gleich URPM ist. Wenn TRPM nicht größer oder gleich URPM ist, liegt TRPM nicht zwischen LRPM und URPM. In diesem Fall springt das Programm wiederum zu dem Punkt, wo es den nächsten Synchronisationspuls sucht.
• Unabhängig davon, ob die Welle sich beschleunigt oder verlangsamt, wird, wenn man findet, daß TRPM zwischen LRPM und URPM liegt, TRPM überprüft, um festzustellen, ob es gleich dem unmittelbar vorangehenden TRPM ist, welches mit TRPM' in Fig. 4C bezeichnet ist. Wenn TRPM gleich TRPM' ist, springt das Programm zu dem Punkt, wo es den nächsten Synchronisationspuls sucht.
• Wenn TRPM nicht gleich TRPM' ist und wenn alle anderen obengenannten Bedingungen erfüllt sind, wie in der Nähe der unteren rechten Ecke von Fig. 4C dargestellt, berechnet der Signalprozessor 14 den Triggerphasenwinkel TΦ, der TRPM entspricht. Diese Berechnung wird durchgeführt, indem Gleichung (6) umgeformt wird, um nach dem Phasenwinkel Φ aufzulösen und indem TRPM für RPM eingesetzt wird. Wenn dies geschehen ist, wird die folgende Gleichung entwickelt:
• Lösen dieser Gleichung mit Hilfe der vorangehend bestimmten Werte von A, B, C und TRPM und dem gegebenen Wert von P bestimmt den Triggerphasenwinkel TΦ, der TRPM entspricht.
• Nachdem der Triggerphasenwinkel TΦ berechnet worden ist, wird der aktuelle Geschwindigkeitstrigger TRPM gleich TRPM' gesetzt, der Zählwert CTR, der in einem Neuaufnahme- Zähler gespeichert ist, wird auf eins gesetzt und der Trigger-Flag TRIG wird gesetzt.
• Fig. 4D stellt die nächste Sequenz von Schritten dar, die durch den Signalprozessor 14 ausgeführt werden, welches die Interpolations- und Neuaufnahmeschritte sind. Der erste Schritt besteht darin, daß der Signalprozessor 14 die Anzahl von Punkten einliest, die neu aufgenommen werden sollen, d.h. die Größe des Datenblocks DBLK, die dem Signalprozessor 14 von dem Betreiber während des Initialisierungsschritts eingegeben wurde. Nachdem der Signalprozessor 14 DBLK eingelesen hat, wird DBLK mit dem Zählwert CTR, der in dem Neuaufnahmezähler gespeichert ist, verglichen. Wenn CTR kleiner oder gleich DBLK ist, fährt der Signalprozessor 14 mit den Neuaufnahmeschritten fort, die in Fig. 4D dargestellt und im folgenden beschrieben sind. Wenn CTR nicht kleiner oder gleich DBLK ist, ist der Neuaufnahmevorgang abgeschlossen. Als Folge davon wird der Triggerflag TRIG gelöscht, d.h. auf null gesetzt, und das Programm überspringt die Neuaufnahmeschritte, die in Fig. 4D dargestellt sind und nun als nächstes beschrieben werden.
• Wenn CTR kleiner oder gleich DBLK ist, wird eine Neuaufnahmezeit, mit RT bezeichnet, die dem aktuellen Triggerphasenwinkel TΦ entspricht, mit Hilfe einer Gleichung berechnet, die man durch Umformen von Gleichung (1) erhält, um nach t aufzulösen. Wie in Fig. 4D gezeigt, hat diese Gleichung die folgende Formel:
• Der nächste Schritt in der Sequenz, die in Fig. 4D dargestellt ist, besteht darin, die aufgenommenen Leistungsdaten der drehenden Maschine zu interpolieren, so daß eine kontinuierliche zeitbezogene Wellenform von der in Fig. 5D dargestellten Form erzeugt wird. Genauer gesagt ist Fig. 5A eine Wellenform, welche solche Daten darstellt, die am Ausgang von einem der analogen Anti-Aliasing-Filter 15 (Fig. 2) erzeugt werden. Fig. 5B stellt die gleichförmigen Zeitintervalle dar, in denen Datensätze der Wellenform der Fig. 5A aufgenommen werden und Fig. 5C zeigt die Datensätze. Fig. 5D zeigt das Ergebnis der Interpolation der digitalisierten Wellenform, die in Fig. 5C dargestellt ist. Das Ergebnis ist eine kontinuierliche Wellenform, welche dicht bei der Wellenform der tatsächlichen Leistungsdaten der drehenden Maschine liegt, wie man leicht durch Vergleich von Fig. 5A und Fig. 5D sieht.
• Da es unzählige Wege gibt, digitalisierte Wellenformen zu interpolieren, die dem Fachmann auf dem Gebiet des Interpolierens wohlbekannt sind, wird ein spezieller Interpolationsvorgang hier nicht beschrieben. Offensichtlich hängt unter anderem die Wahl eines konkreten Interpolationsverfahrens, der bei einer tatsächlichen Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, von der Wirtschaftlichkeit und dem notwendigen Grad der Perfektion der Interpolation ab.
• Nachdem die aufgenommenen Leistungsdaten interpoliert worden sind, um eine kontinuierliche zeitbezogene Wellenform der in Fig. 5D dargestellten Art zu erzeugen, wird die kontinuierliche zeitbezogene Wellenform durch den Signalprozessor 14 zu der Zeit RT neu aufgenommen und das Ergebnis des Neuaufnehmens wird abgespeichert. Danach wird, wie in Fig. 4D dargestellt, der Phasenwinkel TΦ, der TRPM entspricht, um P ΔΦS erhöht, wobei, wie oben bemerkt, P gleich der Anzahl von Pulsen ist, die pro Umdrehung der Welle erzeugt werden, und ΔΦS bestimmt wird, indem die Zahl der Wellenumdrehungen in den aufgezeichneten Daten M durch die Datenblockgröße DBLK dividiert wird. D.h., daß der neue TΦ-Wert gemäß der folgenden Gleichung bestimmt wird:
• TΦneu = TΦalt + (PΔΦS) (10)
• Danach wird der Zählerwert CTR, der in dem Neuaufnahmezähler gespeichert ist, erhöht.
• Nachdem der Ausgangszähler CTR erhöht worden ist, entscheidet das Programm, ob der erhöhte Phasenwinkel TΦneu innerhalb des aktuellen Neuaufnahmebereichs liegt. Genauer gesagt wird TΦneu überprüft, um festzustellen, ob Tneu kleiner als UΦ ist, das, wie man sich erinnern wird, der oberen Geschwindigkeitsgrenze URPM entspricht. Wenn TΦneu größer als UΦ ist, liegt TΦneu nicht innerhalb des aktuellen Neuaufnahmebereichs. Als Folge davon verläßt das Programm den Neuaufnahmevorgang, der in Fig. 4D gezeigt ist, und springt zu der Schrittabfolge "Suche neuen Geschwindigkeitstrigger", welche in Fig. 4E dargestellt ist und im folgenden beschrieben wird.
• Wenn TΦneu nicht größer als UΦ ist, durchläuft der Signalprozessor 14 wieder die Neuaufnahmeschritte, die in Fig. 4D dargestellt sind. Genauer gesagt wird DBLK gelesen und der erhöhte CTR-Wert wird überprüft, um festzustellen, ob er kleiner oder gleich DBLK ist. Wenn der erhöhte CTR- Wert kleiner oder gleich DBLK ist, wird ein neuer RT-Wert auf der Basis von TΦneu mit Hilfe von Gleichung (9) gewonnen. Danach wird dann ein neuer Datensatz an der neuen RT-Zeit unter Verwendung der Prozedur, die oben ausgeführt wurde, entwickelt und der neue Datensatz wird gespeichert. Außer wenn CTR vorher einen Wert größer als DBLK erreicht, wird diese Abfolge von Schritten wiederholt, bis der neue Triggerphasenwinkel TΦneu größer als UΦ ist. An diesem Zeitpunkt verläßt der Signalprozessor 14 den Neuaufnahmeteil des Programms und tritt in den Teil des Programms "Suche neuen Geschwindigkeitstrigger" ein, der in Fig. 4E dargestellt ist und als nächstes beschrieben wird.
• Der erste Schritt des Programmteils "Suche neuen Geschwindigkeitstrigger" besteht darin, TΦneu zurückzusetzen, d. h. den Neuaufnahme-Kontrollphasenwinkel zurückzusetzen, der zu der Zeit vorhanden ist, zu der der Neuaufnahmeteil des Programms geendet hat. TΦneu wird zurückgesetzt, indem ein Phasenwinkel abgezogen wird, der gleich dem Phasenwinkel zwischen Wellensynchronisationspulsen, d. h. Φs, ist. Dementsprechend übersteigt, wenn TΦneu UΦ überstiegen hat, als der Neuaufnahmeteil des Programms beendet wurde, der zurückgesetzte Wert (TΦ) LΦ um den gleichen Betrag, um den TΦneu UΦ überstieg, welcher nichts anderes als das Aufnahme-Phasenwinkelinkrement, nämlich ΔΦs ist.
• Nachdem TΦ zurückgesetzt worden ist, wird TRIG überprüft, um festzustellen, ob es gleich 0 ist. Wenn TRIG nicht gleich 0 ist, d. h. wenn TRIG auf 1 gesetzt ist, ist der Datenblock (DBLK), der dem Neuaufnahmeabschnitt entspricht, der zwischen den aktuellen Werten von LΦ und UΦ liegt, unvollständig. In diesem Fall springt das Programm zu dem Punkt (Fig. 4A), an dem der Signalprozessor 14 den nächsten Synchronisationspuls sucht. Das Programm bleibt an dieser Stelle, bis der nächste Synchronisationspuls auftritt. Nachdem der nächste Synchronisationspuls aufgetreten ist, werden die gespeicherten Werte von t&sub1;, t&sub2; und t&sub3; in der oben beschriebenen Weise aktualisiert. Dann wird ein neuer Satz von Koeffizienten A, B und C und neue obere und untere Grenzen (URPM und LRPM) ebenfalls in der oben beschriebenen Weise berechnet. Da jedoch TRIG immer noch auf 1 gesetzt ist, werden die Schritte "Finde Geschwindigkeitstrigger und konvertiere in Phasenwinkel" (Fig. 4C) übersprungen. Das Programm springt direkt zu den Schritten "Interpoliere aufgenommene Daten und nehme interpolierte aufgenommene Daten neu auf" (Fig. 4D). Dementsprechend beginnt das Neuaufnehmen von Daten zwischen den vorher berechneten Grenzen LΦ und UΦ, wobei man in der Nähe der Grenze LΦ startet. Das Neuaufnehmen wird fortgesetzt, bis der Zähler CTR größer als DBLK wird.
• Wenn dies auftritt, wird TRIG auf 0 gesetzt. Wenn er nicht identisch ist, liegt der TΦ-Wert (LΦ + ΔΦs-Inkremente) nahe bei dem TΦ-Wert, der dem immer noch existierenden TRPM entspricht. Demzufolge werden Datensätze, die den gesamten Bereich zwischen den vorangehenden Werten von LΦ und UΦ überdecken, erzeugt und gespeichert.
• Nachdem TRIG in der gerade beschriebenen Weise auf 0 gesetzt worden ist, springt das Programm wieder zu den Schritten "Suche neuen Geschwindigkeitstrigger" (Fig. 4E), worauf TΦneu in der vorangehend beschriebenen Weise zurückgesetzt wird (wie aus der folgenden Erläuterung deutlicher hervorgeht, hat dieses Zurücksetzen in diesem Fall keine Auswirkungen). Nachdem TΦneu zurückgesetzt worden ist, wird TRIG überprüft. Da TRIG nun 1 ist, springt das Programm nicht zu dem Punkt, wo der Signalprozessor 14 den nächsten Synchronisationspuls sucht. Stattdessen werden die neuen Werte von URPM und LRPM verglichen, um festzustellen, ob die Welle 11 sich beschleunigt oder verlangsamt. Wenn URPM größer als LRPM ist, beschleunigt sich die Welle 11 und wenn URPM nicht größer als LRPM ist, verlangsamt sich die Welle 11.
• Wenn sich die Welle 11 beschleunigt, wird eine Überprüfung durchgeführt, um zu bestimmen, ob der aktuelle Wert von TRPM (d.h. der TRPM-Wert, der den vorangehenden LΦ- und UΦ-Grenzen entspricht) plus ΔRPM kleiner oder gleich URPM (d.h. der URPM-Wert, welcher der aktuellen UΦ-Grenze entspricht) ist. Wenn TRPM + ΔRPM kleiner oder gleich URPM ist, liegt TRPM unterhalb des aktuellen URPM-Wertes. In diesem Fall wird R erhöht und das Programm springt zu dem Punkt in dem Programmteil "Finde Geschwindigkeitstrigger und konvertiere in Phasenwinkel" (Fig. 4C), wo TRPM berechnet und dann überprüft wird, um festzustellen, ob es zwischen LRPM und URPM liegt. Danach wird wie oben erläutert TRPM erhöht, bis es zwischen LRPM und URPM liegt, in TΦ konvertiert und TΦ wird benutzt, um den Neuaufnahmevorgang (Fig. 4D) zu initiieren.
• Wenn TRPM + ΔRPM nicht kleiner oder gleich URPM ist, liegt TRPM + ΔRPM oberhalb von URPM. In diesem Fall springt der digitale Signalprozessor 14 zu dem Punkt (Fig. 4A), wo er den nächsten Synchronisationspuls sucht.
• Wenn die Welle 11 sich verlangsamt, folgt man einer grundsätzlich ähnlichen Prozedur. Genauer gesagt wird eine Überprüfung durchgeführt, um festzustellen, ob der aktuelle Wert von TRPM (d.h. der TRPM-Wert, der den vorangehenden LΦ und UΦ-Grenzen entspricht) minus ΔRPM größer oder gleich URPM (d.h. der URPM-Wert, der der aktuellen UΦ-Grenze entspricht) ist. Wenn TRPM - ΔRPM größer oder gleich URPM ist, liegt TRPM oberhalb des aktuellen URPM- Werts. In diesem Fall wird R verringert und das Programm springt zu dem Punkt in dem Programmteil "Finde Geschwindigkeitstrigger und konvertiere in Phasenwinkel" (Fig. 4C), wo TRPM berechnet wird und dann überprüft wird, um festzustellen, ob es zwischen LRPM und URPM liegt. Danach wird, wie oben erläutert, TRPM verringert, bis es zwischen LRPM und URPM liegt, in TΦ konvertiert und TΦ wird verwendet, um den Neuaufnahmevorgang (Fig. 4D) zu initiieren.
• Wenn TRPM nicht größer oder gleich URPM ist, liegt TRPM -ΔRPM unterhalb von URPM. In diesem Fall springt der digitale Signalprozessor 14 zu dem Punkt (Fig. 4A), wo er den nächsten Synchronisationspuls sucht.
• Wie aus der vorangehenden Diskussion der in Fig. 4E dargestellten Unterschritte "Suche neuen Geschwindigkeitstrigger" hervorgeht, wird das Programm im wesentlichen das Neuaufnehmen zwischen einem neuen Satz von LΦ und UΦ-- Grenzen initiieren, nachdem es eine unvollständige Aufnahme zwischen den früheren LΦ - und UΦ-Grenzen beendet hat. Wenn die Neuaufnahme zwischen den aktuellen Grenzen vollständig ist, wartet der digitale Signalprozessor, bis der nächste Synchronisationspuls detektiert wird.
• Zusammengefaßt schafft die Erfindung ein Verfolgungs- und Neuaufnahmeverfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Überwachen der Leistung von Maschinen auf der Basis des Phasenwinkels. Die Fig. 5 und 6 sind eine Reihe von Wellenformen, welche die Arbeitsweise der obenbeschriebenen Ausführungsform der Erfindung darstellen. Fig. 5A stellt die Leistungsdaten einer Maschine 10 dar, die eine drehende Welle 11 mit veränderlicher Geschwindigkeit besitzt. Gemäß der Erfindung werden diese Daten zu gleichförmigen Zeiten aufgenommen (Fig. 5B) um eine digitalisierte Wellenform (Fig. 5C) zu bilden. Die digitalisierte Wellenform wird interpoliert, um eine kontinuierliche zeitbezogene Wellenform (Fig. 5D) zu bilden. Für eine Welle 11 mit veränderlicher Geschwindigkeit entsprechen die gleichförmigen Zeitinkremente in Fig. 5B nicht gleichförmigen Phasenwinkelinkrementen (Fig. 5E). Die umgekehrte Beziehung ist auch wahr, wie in den Fig. 6A bis D dargestellt ist. Genauer gesagt erzeugen im Phasenbereich, was dem Zeitbereich gegenüber gestellt ist, gleichförmige Phasenwinkelinkremente (Fig. 6A) eine digitalisierte Wellenform (Fig. 6B), welche interpoliert werden kann, so daß eine kontinuierliche zeitbezogene Wellenform der Leistungsdaten einer Maschine 10 gebildet wird, welche eine drehende Welle 11 mit veränderlicher Geschwindigkeit (Fig. 6C) besitzt. Die gleichförmigen Phasenwinkelinkremente entsprechen nicht gleichförmigen Zeitinkrementen (Fig. 6D).
• Aus der vorangehenden Beschreibung geht hervor, daß die Neuaufnahmezeiten RT eines speziellen Polynomialsegments nicht Realzeitwerte sind. Tatsächlich sind die RT-Werte relativ zu dem t&sub1; dieses speziellen Polynomialabschnitts. Zum Zwecke der Darstellung müssen die relativen RT-Werte zu dem t&sub1;-Wert addiert werden, der dem Polynomialabschnitt entspricht, in dem die RT-Werte sich befinden. Um eine neu aufgenommene Wellenform in Realzeit darzustellen, werden z.B. die relativen RT-Werte, die bei dem oben beschriebenen Verfahren der Erfindung berechnet werden, zu dem t- Wert des entsprechenden Polynomialabschnitts addiert. Dieser t&sub1;-Wert wird durch die Realzeituhr (CLK) verfügbar gemacht, welche zu Beginn des Verfahrens, das bei dieser Ausführungsform dargestellt wurde, initialisiert (d.h. auf null gesetzt) wurde. Wenn diese Realzeitwerte für RT bestimmt sind, wird der nächste Satz von RT-Werten, der einem nachfolgenden Polynomialabschnitt entspricht, zu dem Wert von t&sub1; addiert, der dem nachfolgenden Polynomialabschnitt entspricht. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis die gewünschte Realzeitkurve erreicht ist.
• Wie ohne weiteres aus der vorangehenden Beschreibung hervorgeht, schafft die Erfindung ein neues und verbessertes Verfolgungs- und Neuaufnahmeverfahren zum Überwachen der Leistung von drehenden Maschinen. Während eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben wurde, sollte deutlich sein, daß verschiedene Änderungen hierbei (d.h. in der Hardware und der Software) vorgenommen werden können, ohne von dem Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Genauer gesagt, während die Polynomialgleichung, welche die Eigenschaften der drehenden Maschine 10 darstellt, als quadratisches Polynom in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung (Gleichung 1) vorgestellt wurde, erkennt man, daß andere Arten von Polynomialgleichungen verwendet werden können, um die im Test befindliche drehende Maschine 10 darzustellen. Die Wahl einer bestimmten Ordnung einer Polynomialgleichung hängt von der Wirtschaftlichkeit und der Genauigkeit der speziellen Situation ab und es soll daher betont werden, daß die Verwendung einer anderen Polynomialgleichung als der offenbarten quadratischen Polynomialgleichung in den Bereich des Geistes und des Umfangs der Erfindung fällt. Daher kann die Erfindung anders als hier konkret beschrieben durchgeführt werden.

Claims (38)

1. Verfahren zum Erzeugen von Datensätzen bezüglich der Leistung einer Maschine mit drehender Welle (10) über einer gleichförmigen Basis von Phasenwinkeln, wobei das Verfahren die folgenden Schritte enthält:

- Aufnehmen der Leistungsdaten der Maschine mit drehender Welle, die durch Meßvorrichtungen (13) erzeugt werden, die an eine drehende Maschine (10), deren Leistungsdaten über einer gleichförmigen Basis von Phasenwinkeln gewünscht werden, angeschlossen sind, über einer bekannten Zeitbasis,

- Interpolieren der Leistungsdaten der drehenden Maschine, die über einer bekannten Zeitbasis aufgenommen wurden, um eine zeitbezogene, kontinuierliche Wellenform zu erzeugen, und

- Neuaufnehmen der zeitbezogenen kontinuierlichen Wellenform über einer Zeitbasis, die über eine Polynomialgleichung mit gleichförmigen Phasenwinkeln der Welle (11) der drehenden Maschine (10) in Beziehung steht, um Datensätze bezogen auf gleichförmige Phasenwinkel zu erzeugen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, welches die folgenden Schritte enthält:

- Empfangen von Synchronisationspulsen, die durch einen Sensor (12) erzeugt werden, der an die Welle (11) der Maschine mit drehender Welle (10) so gekoppelt ist, daß die Synchronisationspulse eine bekannte Beziehung zu dem Phasenwinkel der Welle (11) der Maschine mit drehender Welle (10) haben,

- Feststellen der Ankunftszeit der Synchronisationspulse und

- Verwenden der Ankunftszeit der Synchronisationspulse und der Beziehung zu dem Phasenwinkel der Welle, um die Werte der Koeffizienten einer Polynomialgleichung zu bestimmen, die die Ankunftszeit der Synchronisationspulse zu dem Phasenwinkel der Welle in Beziehung setzt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Polynomialgleichung, die die Ankunftszeit der Synchronisationspulse zu dem Phasenwinkel der Welle in Beziehung setzt, eine quadratische Polynomialgleichung der Form

Φ = A t² + B t + C

ist, wobei t die Ankunftszeit der Synchronisationspulse ist, Φ der entsprechende Phasenwinkel der Welle und A, B und C die Koeffizienten der quadratischen Polynomialgleichung sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Werte von A, B und C bestimmt werden, indem die Ankunftszeit eines Synchronsationspulses und der entsprechende Phasenwinkel der Welle in die quadratische Gleichung für drei aufeinanderfolgende Synchronsationspulse eingesetzt werden und die daraus resultierenden drei Gleichungen simultan gelöst werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Neuaufnehmens innerhalb von Zeitgrenzen geschieht, die zwischen den Ankunftszeiten des ersten und des letzten der drei aufeinanderfolgenden Synchronisationspulse liegen, die zur Bestimmung der Werte von A, B und C verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Zeitgrenzen eine obere Zeitgrenze und eine untere Zeitgrenze umfassen, wobei die obere Zeitgrenze durch einen Phasenwinkel festgelegt wird, der mit UΦ bezeichnet wird, und die untere Zeitgrenze durch einen Phasenwinkel, der mit LΦ bezeichnet wird, festgelegt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die UΦ entsprechende Zeitgrenze zwischen den Ankunftszeiten des zweiten und des dritten der drei aufeinander folgenden Synchronisationspulse liegt und die LΦ entsprechende Zeitgrenze zwischen den Ankunftszeiten des ersten und des zweiten der drei aufeinanderfolgenden Synchronisationspulse liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, welches den Unterschritt, den Wert von LΦ durch Lösen der Gleichung

LΦ = 0,5 Φs

zu bestimmen und den Unterschritt, den Wert von UΦ durch Lösen der Gleichung

UΦ = 1,5 Φs

zu bestimmen, enthält, wobei Φs der Phasenwinkel zwischen jeweils zwei benachbarten Pulsen aus den drei aufeinanderfolgenden Pulsen ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, welches den Schritt enthält, einen auf die Phasenwinkelgeschwindigkeit bezogenen Triggerwert zu bestimmen, der zwischen LΦ und UΦ liegt.

10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der phasenwinkelbezogene Geschwindigkeits-Triggerwert verwendet wird, um einen zeitbezogenen Punkt zu bestimmen, bezüglich welchem der Schritt des Neuaufnehmens begonnen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Bestimmens eines phasenwinkelbezogenen Triggerwerts, der zwischen LΦ und UΦ liegt, die folgenden Unterschritte umfaßt:

- Bestimmen eines auf LΦ bezogenen Geschwindigkeitswerts durch Lösen einer Gleichung, die die Geschwindigkeit zu LΦ durch den Faktor

(B² + 4A(LΦ - C))1/2

in Beziehung setzt und

- Bestimmen eines auf UΦ bezogenen Geschwindigkeitswerts durch Lösen einer Gleichung, die die Geschwindigkeit zu UΦ durch den Faktor

(B² + 4A (UΦ - C))1/2

in Beziehung setzt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Bestimmens eines phasenwinkelbezogenen Triggerwertes, der zwischen LΦ und UΦ liegt, weiterhin den Unterschritt enthält, einen anfänglichen Trigger-Geschwindigkeitswert schrittweise zu erhöhen, bis der erhöhte Trigger-Geschwindigkeitswert zwischen den auf LΦ und UΦ bezogenen Geschwindigkeitswerten liegt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die auf LΦ und UΦ bezogenen Geschwindigkeitswerte in Einheiten von Umdrehungen pro Minute bestimmt und mit LRPM bzw. URPM bezeichnet werden und wobei die anfänglichen und erhöhten Trigger-Geschwindigkeitswerte in Einheiten von Umdrehungen pro Minute bestimmt und mit TRPM bezeichnet werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, welches den Schritt enthält, den Wert von TRPM, der zwischen LRPM und URPM liegt, in einen entsprechenden Phasenwinkel umzurechnen, der durch die Lösung der Gleichung

bezeichnet ist, wobei A, B und C die Koeffizienten der quadratischen Gleichung sind und P die Anzahl der Synchronisationspulse ist, die durch eine Umdrehung der Welle (11) der Maschine mit drehender Welle (10) erzeugt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt des Neuaufnehmens auch die folgenden Unterschritte umfaßt:

- Bestimmen der TΦ entsprechenden Zeit RT durch Lösen der Gleichung

wobei A, B und C die Koeffizienten der quadratischen Gleichung sind,

- Aufnehmen der zeitbezogenen kontinuierlichen Wellenform bei RT,

- Erhöhen von TΦ um einen festen Wert,

- Bestimmen eines neuen RT-Wertes für den erhöhten Wert von TΦ durch Lösen der Gleichung, die RT zu TΦ in Beziehung setzt,

- Aufnehmen der zeitbezogenen kontinuierlichen Wellenform bei dem neuen RT-Wert und

- Wiederholen der vorangehenden Sequenz, bis der erhöhte Wert von TΦ gleich einem aus UΦ und LΦ ausgewählten Wert wird oder diesen Wert passiert.

16. Verfahren nach Anspruch 15, welches die folgenden weiteren Unterschritte umfaßt:

- Zurücksetzen von TΦ auf einen neuen Ursprung, nachdem der erhöhte Wert gleich einem aus UΦ und LΦ ausgewählten Wert geworden ist oder diesen passiert hat,

- Detektieren der Ankunft eines neuen Synchronisationspulses,

- Bestimmen der neuen Werte für die Koeffizienten A, B und C der quadratischen Gleichung durch Einsetzen der Synchronisationspuls-Ankunftszeiten und der entsprechenden Phasenwinkel des neuen Synchronisationspulses und der unmittelbar vorangehenden zwei Sychronisationspulse in die quadratische Gleichung und simultanes Lösen der daraus resultierenden drei Gleichungen und

-Neuaufnehmen des Bereichs der zeitbezogenen kontinuierlichen Wellenform, der zwischen den LΦ und UΦ entsprechenden Zeiten liegt, durch:

(i) Bestimmen der Zeit RT, die dem neuen Ursprung von TΦ entspricht, durch Lösen der Gleichung

wobei A, B und C die Koeffizienten der vorherigen quadratischen Gleichung sind,

(ii) Aufnehmen der zeitbezogenen kontinuierlichen Wellenform bei RT,

(iii) Erhöhen des neuen Ursprungs von TΦ um den besagten festen Wert,

(iv) Bestimmen eines neuen RT-Wertes für den erhöhten Wert von TΦ durch Lösen der Gleichung, die RT mit TΦ verknüpft,

(v) Aufnehmen der zeitbezogenen kontinuierlichen Wellenform bei dem neuen RT-Wert und

(vi) Wiederholen der vorangehenden Sequenz, bis eine vorbestimmte Anzahl von schrittweise erhöhten RT-Werten erzeugt worden ist.

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei

- neue obere und untere Phasenwinkelgrenzen UΦ und LΦ bestimmt werden, nachdem die neuen Werte von A, B und C bestimmt worden sind,

- die der neuen UΦ-Grenze entsprechende Zeit zwischen den Ankunftszeiten des neuen Synchronisationspulses und des dritten Synchronisationspulses der besagten drei aufeinanderfolgenden Synchronisationspulse liegt und

- die der neuen LΦ-Grenze entsprechende Zeit zwischen den Ankunftszeiten des zweiten und des dritten Synchronisationspulses der besagten drei aufeinanderfolgenden Synchronisationspulse liegt.

18. Verfahren nach Anspruch 17, welches den Schritt einschließt, einen neuen phasenwinkelbezogenen Triggerwert zu bestimmen, der zwischen den neuen LΦ- und UΦ-Grenzen liegt, wobei der neue phasenwinkelbezogene Triggerwert einen zeitbezogenen Punkt festlegt, der zwischen den Zeiten, die den neuen LΦ- und UΦ-Grenzen entsprechen, liegt und bei dem das Neuaufnehmen zwischen den neuen LΦ- und UΦ-Grenzen begonnen wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, welches den Schritt umfaßt, wiederholt die vorangehenden Schritte zu wiederholen.

20. Vorrichtung zum Erzeugen von Daten bezüglich der Leistung einer Maschine mit drehender Welle (10) über einer gleichförmigen Basis von Phasenwinkeln, wobei die Vorrichtung umfaßt:

- mindestens eine Meßvorrichtung (13) zum Messen eines ausgewählten Parameters einer Maschine mit drehender Welle (10) und zum Erzeugen eines entsprechenden Datensignals,

- einen Signalprozessor (14), der mit der mindestens einen Meßvorrichtung (13) verbunden ist, zum Empfangen des Ausgangs der mindestens einen Meßvorrichtung (13), wobei der Signalprozessor (14) programmiert ist,

(1) über einer bekannten Zeitbasis die Leistungsdaten der Maschine mit drehender Welle, die von der mindestens einen Meßvorrichtung (13) erzeugt werden, aufzunehmen,

(2) die aufgenommenen Leistungsdaten der drehenden Maschine zu interpolieren, um eine zeitbezogene, kontinuierliche Wellenform zu erzeugen, und

(3) die zeitbezogene, kontinuierliche Wellenform über einer Zeitbasis, die über eine Polynomialgleichung mit gleichförmigen Phasenwinkeln der Welle (11) der drehenden Maschine (10) in Beziehung steht, neu aufzunehmen, um Datensätze bezogen auf gleichförmige Phasenwinkel zu erzeugen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, welche weiterhin einen Sensor (12) zum Messen der Rotationsrate der Welle (11) der Maschine mit drehender Welle (10) und zum Erzeugen von Synchronisationspulsen, wenn die Welle (11) sich in bestimmten Phasenwinkelpositionen befindet, umfaßt und wobei der Signalprozessor (14) weiterhin programmiert ist, die Ankunftszeit der Synchronisationspulse zu bestimmen und die Ankunftszeit der Synchronisationspulse und die Beziehung zum Phasenwinkel der Welle zu benutzen, um die Werte der Koeffizienten der Polynomialgleichung zu bestimmen, die eine Ankunftszeit zu einem Phasenwinkel der Welle in Beziehung setzt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, wobei die Polynomialgleichung, die die Ankunftszeit zu einem Phasenwinkel der Welle in Beziehung setzt eine quadratische Polynomialgleichung der Form

Φ = A t² + B t + C

ist, wobei t die Ankunftszeit eines Synchronisationspulses ist, Φ der entsprechende Phasenwinkel der Welle und A, B und C die Koeffizienten der quadratischen Polynomialgleichung sind.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei der Signalprozessor (14) die Werte von A, B und C bestimmt, indem die Ankunftszeit eines Synchronisationspulses und der entsprechende Phasenwinkel der Welle in die quadratische Gleichung für drei aufeinanderfolgende Synchronisationspulse eingesetzt und die daraus resultierenden drei Gleichungen simultan gelöst werden.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei der Signalprozessor (14) den Schritt des Neuaufnehmens innerhalb von Zeitgrenzen durchführt, die zwischen den Ankunftszeiten des ersten und des letzten von den drei aufeinanderfolgenden Synchronisationspulsen liegen, die zur Bestimmung der Werte von A, B und C verwendet wurden.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei die besagten Zeitgrenzen eine obere Zeitgrenze und eine untere Zeitgrenze umfassen, wobei die obere Zeitgrenze durch einen Phasenwinkel festgelegt wird, der mit UΦ bezeichnet wird, und die untere Zeitgrenze durch einen Phasenwinkel, der mit LΦ bezeichnet wird, festgelegt wird.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei die UΦ entsprechende Zeitgrenze zwischen den Ankunftszeiten des zweiten und des dritten von den drei aufeinanderfolgenden Synchronisationspulsen liegt und die LΦ entsprechende Zeitgrenze zwischen den Ankunftszeiten des ersten und des zweiten von den drei aufeinanderfolgenden Synchronisationspulsen liegt.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei der Signalprozessor (14) programmiert ist,

- den Wert von LΦ durch Lösen der Gleichung

LΦ = 0, 5 Φs

zu bestimmen und

- den Wert von UΦ durch Lösen der Gleichung

ÜΦ = 1,5 Φs

zu bestimmen, wobei Φs der Phasenwinkel zwischen jeweils zwei benachbarten Pulsen aus den drei aufeinanderfolgenden Pulsen ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 26 oder 27, wobei der Signalprozessor (14) auch programmiert ist, einen phasenwinkelbezogenen Triggerwert zu bestimmen, der zwischen LΦ und UΦ liegt.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei der Signalprozessor (14) auch programmiert ist, den phasenwinkelbezogenen Triggerwert zu verwenden, um einen zeitbezogenen Punkt festzulegen, bezüglich dem der Schritt des Neuaufnehmens begonnen wird.

30. Vorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, wobei der Signalprozessor (14) programmiert ist, den phasenbezogenen Triggerwert, der zwischen LΦ und UΦ liegt, dadurch zu bestimmen, daß

- ein auf LΦ bezogener Geschwindigkeitswert durch Lösen einer Gleichung bestimmt wird, welche die Geschwindigkeit zu LΦ durch den Faktor

(B² + 4A (LΦ - C))1/2

in Beziehung setzt und

- ein auf UΦ bezogener Geschwindigkeitswert durch Lösen einer Gleichung bestimmt wird, welche die Geschwindigkeit zu UΦ durch den Faktor

(B² + 4A (UΦ - C))1/2

in Beziehung setzt.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, wobei der Signalprozessor (14) programmiert ist, den phasenwinkelbezogenen Triggerwert, der zwischen LΦ und UΦ liegt, zu bestimmen, indem ein anfänglicher Trigger-Geschwindigkeitswert schrittweise erhöht wird, bis der erhöhte Trigger-Geschwindigkeitswert zwischen den auf LΦ und UΦ bezogenen Geschwindigkeitswerten liegt.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei der Signalprozessor (14) programmiert ist, die auf LΦ und UΦ bezogenen Geschwindigkeitswerte in Einheiten von Umdrehungen pro Minute, LRPM bzw. URPM, und die anfänglichen und erhöhten Trigger-Geschwindigkeitswerte in Einheiten von Umdrehungen pro Minute, TRPM, zu bestimmen.

33. Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei der Signalprozessor (14) programmiert ist, den Wert von TRPM, der zwischen LRPM und URPM liegt, in einen entsprechenden Phasenwinkel umzurechnen, der durch Lösen der Gleichung

bezeichnet ist, wobei A, B und C die Koeffizienten der quadratischen Gleichung sind und P die Zahl der Synchronisationspulse ist, die durch eine Umdrehung der Welle (11) der Maschine mit drehender Welle (10) erzeugt werden.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei der Signalprozessor (14) programmiert ist, die zeitbezogene, kontinuierliche Wellenform über einer Zeitbasis neu aufzunehmen, die auf gleichförmige Phasenwinkel der Welle (11) der drehenden Maschine (10) bezogen ist, um Datensätze über einer gleichförmigen Basis von Phasenwinkeln zu erzeugen, indem

- die TΦ entsprechende Zeit RT durch Lösen der Gleichung

bestimmt wird, wobei A, B und C die Koeffizienten der quadratischen Gleichung sind,

- die zeitbezogene kontinuierliche Wellenform bei RT aufgenommen wird,

- TΦ um einen festen Betrag erhöht wird,

- ein neuer RT-Wert für den erhöhten TΦ-Wert durch Lösen der Gleichung bestimmt wird, die RT mit TΦ verknüpft,

- die zeitbezogenene, kontinuierliche Wellenform bei dem neuen RT-Wert aufgenommen wird und

- die vorangehende Sequenz wiederholt wird, bis der erhöhte TΦ-Wert einem aus UΦ und LΦ ausgewählten Wert gleich wird oder diesen passiert.

35. Vorrichtung nach Anspruch 34, wobei der Signalprozessor (14) auch programmiert ist,

- TΦ auf einen neuen Ursprung zurückzusetzen, nachdem der erhöhte Wert gleich dem aus UΦ und LΦ ausgewählten Wert geworden ist oder diesen passiert hat,

- die Ankunft eines neuen Synchronisationspulses zu detektieren,

- die neuen Werte für die Koeffizienten A, B und C der quadratischen Gleichung zu bestimmen, indem die Synchronisationspuls-Ankunftszeiten und die entsprechenden Phasenwinkel des neuen Synchronisationspulses und der unmittelbar vorangehenden zwei Synchronisationspulse in die quadratische Gleichung eingesetzt und die daraus resultierenden drei Gleichungen simultan gelöst werden, und - den Bereich der zeitbezogenen, kontinuierlichen Wellenform, der zwischen den LΦ und UΦ entsprechenden Zeiten liegt, neu aufzunehmen, indem

(i) die Zeit RT, die dem neuen Ursprung von TΦ entspricht, durch Lösen der Gleichung

bestimmt wird, wobei A, B und C die Koeffizienten der vorherigen quadratischen Gleichung sind,

(ii) die zeitbezogene kontinuierliche Wellenform bei RT aufgenommen wird,

(iii) der neue Ursprung von TΦ um den festen Betrag erhöht wird,

(iv) ein neuer RT-Wert für den erhöhten TΦ- Wert bestimmt wird, indem die Gleichung gelöst wird, die RT mit TΦ verknüpft,

(v) die zeitbezogene kontinuierliche Wellenform bei dem neuen RT-Wert aufgenommen wird, und

(vi) die vorangehende Sequenz wiederholt wird, bis eine vorbestimmte Anzahl von schrittweise erhöhten RT-Werten erzeugt worden ist.

36. Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei der Signalprozessor (14) programmiert ist, neue obere und untere Phasenwinkelgrenzen UΦ und LΦ so zu bestimmen, nachdem die neuen Werte von A, B und C bestimmt worden sind, daß

- die mit der neuen UΦ-Grenze verknüpfte Zeit zwischen den Ankunftszeiten des neuen Synchronisationspulses und des dritten Synchronisationspulses der besagten drei aufeinanderfolgenden Synchronisationspulse liegt und

- die mit der neuen LΦ-Grenze verknüpfte Zeit zwischen den Ankunftszeiten des zweiten und des dritten Synchronisationspulses der besagten drei aufeinanderfolgenden Synchronisationspulse liegt.

37. Vorrichtung nach Anspruch 36, wobei der Signalprozessor (14) auch programmiert ist, einen neuen phasenwinkelbezogenen Triggerwert zu bestimmen, der zwischen den neuen LΦ- und UΦ-Grenzen liegt, wobei der neue phasenwinkelbezogene Triggerwert einen zeitbezogenen Punkt festlegt der zwischen den den neuen LΦ- und UΦ-- Grenzen entsprechenden Zeiten liegt und bei dem das Neuaufnehmen zwischen den neuen LΦ- und UΦ-Grenzen begonnen wird.

38. Vorrichtung nach Anspruch 37, wobei der Signalprozessor (14) programmiert ist, wiederholt die vorangehenden Schritte zu wiederholen.