EA020791B1 - Устройство, способ и компьютерный носитель информации для анализа состояния машины - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к способу анализа состояния машины, имеющей медленно вращающуюся часть, содержащему этапы, на которых вращают вращающуюся часть на скорости (f) вращения менее 50 оборотов в минуту; формируют аналоговый электрический измерительный сигнал (S) в зависимости от механических вибраций, являющихся следствием вращения вала, с использованием датчика, имеющего механические характеристики, приводящие к его резонированию на определенной резонансной частоте (f); дискретизируют аналоговый измерительный сигнал на частоте (f) дискретизации так, чтобы формировать последовательность (S) цифровых данных измерений в ответ на принимаемые аналоговые данные измерений; выполняют цифровую фильтрацию (240) последовательности (S) цифровых данных измерений с тем, чтобы получать фильтрованный измерительный сигнал (S) так, чтобы достигать сигнала, имеющего полосу пропускания между верхней и нижней частотой; причем нижняя частота (f) ниже определенной резонансной частоты (f), а верхняя частота (f) превышает определенную резонансную частоту (f); формируют цифровой сигнал (S, S) огибающей в ответ на фильтрованный измерительный сигнал (S) посредством цифрового выпрямления фильтрованного измерительного сигнала и посредством цифровой фильтрации нижних частот выпрямленного фильтрованного измерительного сигнала так, чтобы формировать цифровой сигнал (S, S) огибающей; выполняют функции (F1, F2, Fn) анализа состояния для анализа состояния машины в зависимости от цифрового сигнала (S, S) огибающей.

Description

Настоящее изобретение относится к способу для анализа состояния машины и к устройству для анализа состояния машины. Изобретение также относится к системе, включающей в себя это устройство, и к способу работы с таким устройством. Изобретение также относится к компьютерной программе для инструктирования компьютеру выполнять аналитическую функцию.

Предшествующий уровень техники

Машины с движущимися частями подвержены износу с течением времени, что зачастую приводит к ухудшению состояния машины. Примерами таких машин с движущимися частями являются электромоторы, насосы, генераторы, компрессоры, токарные станки и станки с ЧПУ. Движущиеся части могут содержать вал и подшипники.

Чтобы предотвращать неисправность машин, такие машины должны проходить техническое обслуживание в зависимости от состояния машины. Поэтому рабочее состояние такой машины предпочтительно периодически оценивается. Рабочее состояние может быть определено посредством измерения вибраций, исходящих из подшипника, или посредством измерения температуры на корпусе машины, причем эти температуры зависят от рабочего состояния подшипника. Такие проверки состояния машин с вращающимися или другими движущимися частями имеют большую значимость для безопасности, а также для продолжительности срока службы таких машин. Известным способом является ручное выполнение таких измерений на машинах. Это обычно выполняется оператором при помощи измерительного прибора, выполняющего измерения в точках измерения на одной или нескольких машинах.

Доступно определенное число серийных измерительных приборов, которые основываются на факте, что дефекты в роликоподшипниках формируют короткие импульсы, обычно называемые ударными импульсами. Устройство измерения ударных импульсов может формировать информацию, указывающую состояние подшипника или машины.

АО 03062766 раскрывает машину, имеющую точку измерения и вал с определенным диаметром вала, при этом вал может вращаться, когда машина используется. АО 03062766 также раскрывает устройство для анализа состояния машины, имеющей вращающийся вал. Раскрытое устройство имеет датчик для формирования измеренного значения, указывающего вибрацию в точке измерения. Устройство, раскрытое в АО 03062766, имеет процессор данных и запоминающее устройство. Запоминающее устройство может сохранять программный код, который, при выполнении в процессоре данных, инструктирует устройству анализа выполнять функцию мониторинга состояния машины. Такая функция мониторинга состояния машины может включать в себя измерение ударных импульсов.

υδ 6053047 раскрывает акселерометр, используемый в качестве датчика вибраций, собирающего аналоговые данные по вибрациям, доставляемые в аналого-цифровой преобразователь, предоставляющий цифровые данные по вибрациям в процессор 90. Согласно υδ 6053047 процессор выполняет цифровую полосовую фильтрацию цифровых данных по вибрациям, выпрямление фильтрованного сигнала и фильтрацию нижних частот выпрямленного сигнала, чтобы формировать низкочастотный сигнал.

Низкочастотный сигнал проходит через конденсатор, чтобы формировать демодулированный сигнал. Быстрое преобразование Фурье выполняется для демодулированного сигнала 116, чтобы формировать спектр вибраций. υδ 6053047 также предполагает вычисление резонансной частоты каждого физического пути от акселерометра до различных источников вибраций в электромоторе и υδ 6053047 предполагает выполнение этого этапа калибровки до того, как электромотор выходит с завода. Альтернативно, такая калибровка каждого физического пути от различных источников вибраций до акселерометра должна выполняться с использованием откалиброванного молотка согласно υδ 6053047.

Краткое изложение сущности изобретения

Задачей изобретения является улучшение детектирования ухудшенных состояний машин, имеющих вращательно движущиеся части, и достижение более точного прогноза неисправности машин.

Эта задача решается посредством устройства для анализа состояния машины, имеющей первую часть, которая является вращательно движущейся на скорости вращения относительно второй части машины; причем устройство включает в себя датчик измерения ударных импульсов для мониторинга движущейся части так, чтобы формировать по меньшей мере один аналоговый измерительный сигнал, включающий в себя по меньшей мере одну составляющую сигнала вибрации в зависимости от вибрационного перемещения вращательно движущейся части; при этом составляющая сигнала вибрации имеет частоту (Т_с) повторения, которая зависит от скорости (Τ_κοτ) вращения первой части; причем измерительный сигнал включает в себя шум, а также составляющую сигнала вибрации, так что измерительный сигнал имеет первое значение отношения сигнал-шум в отношении составляющей сигнала вибрации;

аналого-цифровой преобразователь (40, 44) для формирования последовательности (δΜο) цифровых данных измерений в ответ на измерительный сигнал; причем последовательность (δΜο) цифровых данных измерений имеет первую частоту (Τ_δ) дискретизации;

первый цифровой фильтр (240) для выполнения цифровой фильтрации последовательности (δ^) цифровых данных измерений с тем, чтобы получать фильтрованный измерительный сигнал (δ_Ρ);

модуль формирования огибающей для формирования первого цифрового сигнала (δ_ΕΝν, δ_ΜηΡ) в от- 1 020791 вет на фильтрованный измерительный сигнал (δ_Ε);

прореживатель для выполнения прореживания первого цифрового сигнала (δ_ΕΝν, δ_ΜϋΡ) так, чтобы достигать прореженного цифрового сигнала (δ_ΕΕϋ), имеющего уменьшенную частоту (Г_Ж1, ί_δΕ2) дискретизации; причем прореживатель (470, 470А, 470В) имеет первый вход для приема первого цифрового сигнала (δ_ΕΝν, δ_ΜϋΡ) и второй вход для приема сигнала, указывающего переменную скорость (ί_κοτ) вращения; третий вход для приема сигнала, указывающего сигнал задания выходной частоты дискретизации; причем прореживатель (470, 470А, 470В) выполнен с возможностью формировать прореженный цифровой сигнал (δ_ΕΕϋ) в зависимости от первого цифрового сигнала (8^, δ_ΕΝν), причем сигнал указывает скорость (ί_Ε0Τ) вращения, и упомянутый сигнал указывает сигнал задания выходной частоты дискретизации; при этом прореживатель (470, 470А, 470В) выполнен с возможностью формировать прореженный цифровой сигнал (δ_ΕΕϋ) так, что число выборочных значений в расчете на оборот вращающейся части сохраняется в практически постоянном значении, когда скорость вращения варьируется; и модуль (320) повышения отношения сигнал-шум, имеющий вход для приема прореженного цифрового сигнала (δ_ΕΕϋ); причем модуль повышения отношения сигнал-шум выполнен с возможностью формировать последовательность (О) выходных сигналов, имеющую составляющую повторяющихся сигналов, соответствующую по меньшей мере одной составляющей сигнала вибрации, так что последовательность (О) выходных сигналов имеет второе значение отношения сигнал-шум в отношении составляющей сигнала вибрации; причем второе значение отношения сигнал-шум превышает первое значение отношения сигнал-шум; и анализатор (105; 290; 290Т; 294, 290Р) для указания состояния машины в зависимости от вибрационного перемещения вращательно движущейся части в ответ на последовательность (О) выходных сигналов.

Это решение преимущественно обеспечивает очень простое решение за счет минимизации сложности фильтров при достижении значительного повышения производительности.

Согласно варианту осуществления первый цифровой фильтр является фильтром верхних частот, имеющим частоту отсечки.

Согласно варианту осуществления датчик измерения ударных импульсов является резонансным, имеющим значение (1рми) механической резонансной частоты; частота Ж отсечки фильтра 240 верхних частот выбирается равной значению ниже значения (ίκ_Μυ) механической резонансной частоты резонансного датчика (10) измерения ударных импульсов.

Согласно другому варианту осуществления модуль формирования огибающей содержит цифровой выпрямитель, и прореживатель соединяется, чтобы принимать сигнал, который должен прореживаться, из выхода выпрямителя; при этом прореживатель включает в себя фильтрацию нижних частот.

Исключение составляющих фильтра нижних частот на стадии фильтра и в модуле формирования огибающей приводит к упрощенной конструкции. Кроме того, вследствие использования резонансного датчика необходимость в подстройке фильтров также исключается.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых фиг. 1 изображает принципиальную блок-схему варианта осуществления системы 2 анализа состояния согласно варианту осуществления изобретения;

фиг. 2А изображает принципиальную блок-схему варианта осуществления части системы 2 анализа состояния, показанной на фиг. 1;

фиг. 2В изображает принципиальную блок-схему варианта осуществления интерфейса для датчиков;

фиг. 2С изображает измерительный сигнал от датчика вибраций;

фиг. 2Ό изображает амплитуду измерительного сигнала, сформированного посредством датчика ударных импульсов;

фиг. 2Е изображает амплитуду измерительного сигнала, сформированного посредством датчика вибраций;

фиг. 3 изображает упрощенную иллюстрацию датчика измерения ударных импульсов согласно варианту осуществления изобретения;

фиг. 4 изображает упрощенную иллюстрацию варианта осуществления запоминающего устройства 60 и его содержимого;

фиг. 5 изображает принципиальную блок-схему варианта осуществления устройства анализа в клиентском местоположении с машиной 6, имеющей подвижный вал;

фиг. 6 изображает принципиальную блок-схему варианта осуществления препроцессора согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг. 7 изображает вариант осуществления модуля 230 оценки; фиг. 8 изображает другой вариант осуществления модуля 230 оценки; фиг. 9 изображает другой вариант осуществления препроцессора 200;

фиг. 10А изображает блок-схему последовательности операций, которая иллюстрирует варианты

- 2 020791 осуществления способа для улучшения шаблонов повторяющихся сигналов в сигналах;

фиг. 10В изображает блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую способ формирования цифрового выходного сигнала;

фиг. 11 изображает схематичную иллюстрацию первого запоминающего устройства, имеющего несколько позиций в запоминающем устройстве;

фиг. 12 изображает схематичную иллюстрацию второго запоминающего устройства, имеющего несколько позиций 1 в запоминающем устройстве;

фиг. 13 изображает схематичную иллюстрацию примерного выходного сигнала 8ΜΌΡ, содержащего две сигнатуры повторяющихся сигналов;

фиг. 14А изображает число выборочных значений в сигнале, доставляемом на вход прореживателя

310;

фиг. 14В изображает выходные выборочные значения соответствующего периода времени; фиг. 15А изображает прореживатель согласно варианту осуществления изобретения; фиг. 15В изображает другой вариант осуществления изобретения;

фиг. 16 изображает вариант осуществления изобретения, включающий в себя прореживатель и модуль повышения отношения сигнал-шум, как описано выше, и дробный прореживатель;

фиг. 17 изображает вариант осуществления дробного прореживателя;

фиг. 18 изображает другой вариант осуществления дробного прореживателя;

фиг. 19 изображает прореживатель и другой вариант осуществления дробного прореживателя;

фиг. 20 изображает блок-схему прореживателя и еще одного другого варианта осуществления дробного прореживателя;

фиг. 21 изображает блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую вариант осуществления способа работы с прореживателем и дробным прореживателем по фиг. 20;

фиг. 22А, 22В и 22С изображают блок-схемы способа последовательности операций, который может быть реализован как компьютерная программа;

фиг. 23 изображает вид спереди, иллюстрирующий планетарную зубчатую передачу;

фиг. 24 изображает схематичный вид сбоку планетарной зубчатой передачи 700 по фиг. 23 при просмотре в направлении стрелки δν на фиг. 23;

фиг. 25 изображает аналоговую версию примерного сигнала, сформированного посредством и выводимого посредством препроцессора 200 (см. фиг. 5 или 16) в ответ на сигналы, детектируемые посредством по меньшей мере одного датчика 10 при вращении планетарной зубчатой передачи;

фиг. 26 изображает пример части области 702А высокой амплитуды сигнала, показанного на фиг. 25;

фиг. 27 изображает примерный частотный спектр сигнала, содержащего небольшое периодическое возмущение 903, как проиллюстрировано на фиг. 26;

фиг. 28 изображает пример части сигнала, показанного на фиг. 25;

фиг. 29 изображает еще один вариант осуществления системы анализа состояния согласно варианту осуществления изобретения;

фиг. 30 изображает блок-схему, иллюстрирующую части компоновки обработки сигналов по фиг. 29 вместе с пользовательским интерфейсом и дисплеем.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

В последующем описании аналогичные признаки в различных вариантах осуществления могут указываться посредством идентичных ссылочных номеров.

Фиг. 1 показывает принципиальную блок-схему варианта осуществления системы 2 анализа состояния согласно варианту осуществления изобретения. Ссылка с номером 4 касается клиентского местоположения с машиной 6, имеющей движущуюся часть 8. Движущаяся часть может содержать подшипники 7 и вал 8, которые, когда машина работает, вращаются.

Рабочее состояние вала 8 или подшипника 7 может быть детектировано в ответ на вибрации, исходящие из вала и/или подшипника, когда вал вращается. Клиентским местоположением 4, которое также может упоминаться как клиентская часть или пользовательская часть, например, может быть территория ветровой электростанции, т.е. группа воздушных турбин в местоположении или на территории целлюлозно-бумажного предприятия либо некоторого другого завода-изготовителя, имеющего машины с движущимися частями.

Вариант осуществления системы 2 анализа состояния является функциональным, когда датчик 10 присоединяется на или в точке 12 измерения на корпусе машины 6. Несмотря на то что фиг. 1 иллюстрирует только две точки 12 измерения, следует понимать, что местоположение 4 может содержать любое число точек 12 измерения. Система 2 анализа состояния, показанная на фиг. 1, содержит устройство 14 анализа для анализа состояния машины на основе значений измерения, доставляемых посредством датчика 10.

Устройство 14 анализа имеет порт 16 связи для двунаправленного обмена данными. Порт 16 связи подключен к сети 18 связи, например, через интерфейс 19 данных. Сеть 18 связи может быть всемирной сетью Интернет, также известной как Интернет. Сеть 18 связи также может содержать коммутируемую

- 3 020791 телефонную сеть общего пользования.

Серверный компьютер 20 подключается к сети 18 связи. Сервер 20 может содержать базу 22 данных, интерфейсы 24 ввода/вывода пользователя и аппаратные средства 26 обработки данных и порт 29 связи. Серверный компьютер 20 находится в местоположении 28, которое является географически отдельным от клиентского местоположения 4. Серверное местоположение 28 может находиться в первом городе, к примеру, в столице Швеции, Стокгольме, а клиентское местоположение может располагаться в другом городе, к примеру, в Штутгарте, Германия, или в Детройте в Мичигане, США. Альтернативно, серверное местоположение 28 может располагаться в первой части города, а клиентское местоположение может располагаться в другой части этого города.

Серверное местоположение 28 также может упоминаться как часть 28 поставщика или местоположение 28 части поставщика.

Согласно варианту осуществления изобретения центральная диспетчерская 31 содержит управляющий компьютер 33, имеющий аппаратные средства и программное обеспечение обработки данных для наблюдения за множеством машин в клиентском местоположении 4. Машины 6 могут быть воздушными турбинами или редукторами, используемыми в воздушных турбинах. Альтернативно, машины могут включать в себя машинное оборудование, например, на целлюлозно-бумажном предприятии. Управляющий компьютер 33 может содержать базу 22В данных, интерфейсы 24В ввода/вывода пользователя и аппаратные средства 26В обработки данных и порт 29В связи. Центральная диспетчерская 31 может быть отделена от клиентского местоположения 4 посредством географического расстояния. Посредством порта 29В связи управляющий компьютер 33 может соединяться, чтобы обмениваться данными с устройством 14 анализа через порт 16. Устройство 14 анализа может доставлять данные измерений, частично обработанные так, чтобы давать возможность выполнения дополнительной обработки сигналов и/или анализа в центральном местоположении 31 посредством управляющего компьютера 33.

Компания-поставщик занимает местоположение 28 части поставщика. Компания-поставщик может продавать и доставлять устройства 14 анализа и/или программное обеспечение для использования в устройстве 14 анализа. Компания-поставщик также может продавать и доставлять программное обеспечение для анализа для использования в управляющем компьютере в центральной диспетчерской 31. Такое программное обеспечение 94, 105 для анализа поясняется в связи с фиг. 4 ниже. Такое программное обеспечение 94, 105 для анализа может доставляться посредством передачи по упомянутой сети 18 связи.

Согласно одному варианту осуществления системы 2 устройство 14 является портативным устройством, которое может периодически подключаться к сети 18 связи.

Согласно другому варианту осуществления системы 2 устройство 14 подключено к сети 18 связи, по существу, непрерывно. Следовательно, устройство 14 согласно этому варианту осуществления может практически всегда быть онлайн доступным для связи с компьютером 20 поставщика и/или с управляющим компьютером 33 в диспетчерской 31.

Фиг. 2А является принципиальной блок-схемой варианта осуществления части системы 2 анализа состояния, показанной на фиг. 1. Система анализа состояния, как проиллюстрировано на фиг. 2А, содержит модуль 10 датчика для формирования измеренного значения. Измеренное значение может зависеть от перемещения или, более точно, может зависеть от вибраций или ударных импульсов, вызываемых посредством подшипников, когда вал вращается.

Вариант осуществления системы 2 анализа состояния является функциональным, когда устройство 30 жестко монтируется на или в точке измерения на машине 6. Устройство 30, смонтированное в точке измерения, может упоминаться как цапфа 30. Цапфа 30 может содержать соединительную муфту 32, к которой модуль 10 датчика присоединяется съемным образом. Соединительная муфта 32, например, может содержать двухзаходную резьбу для предоставления возможности механического зацепления модуля датчика с цапфой посредством вращения на 1/4 витка.

Точка 12 измерения может содержать резьбовой паз в корпусе машины. Цапфа 30 может иметь выступающую часть с резьбой, соответствующей пазам, для предоставления возможности плотного прикрепления цапфы к точке измерения посредством введения в паз, к примеру, болта.

Альтернативно, точка измерения может содержать резьбовой паз в корпусе машины, и модуль 10 датчика может содержать соответствующую резьбу так, что он может быть непосредственно введен в паз. Альтернативно, точка измерения отмечается на корпусе машины только с помощью окрашенной метки.

Машина 6, проиллюстрированная на фиг. 2А, может иметь вращающийся вал с определенным диаметром 61 вала. Вал в машине 24 может вращаться со скоростью У1 вращения, когда машина 6 используется.

Модуль 10 датчика может соединяться с устройством 14 анализа состояния машины. Со ссылкой на фиг. 2А, устройство 14 анализа содержит интерфейс 40 для датчиков для приема измеренного сигнала или данных измерений, сформированных посредством датчика 10. Интерфейс 40 для датчиков соединяется со средством 50 обработки данных, допускающим управление работой устройства 14 анализа в соответствии с программным кодом. Средство 50 обработки данных также соединено с запоминающим устройством 60 для сохранения программного кода.

- 4 020791

Согласно варианту осуществления изобретения интерфейс 40 для датчиков содержит вход 42 для приема аналогового сигнала, причем вход 42 подключается к аналого-цифровому (Л/ϋ) преобразователю 44, цифровой выход 48 которого соединяется со средством 50 обработки данных. Аналого-цифровой преобразователь 44 дискретизирует принимаемый аналоговый сигнал с определенной частотой £₈ дискретизации так, чтобы доставлять сигнал 8_м|.) цифровых данных измерений, имеющий определенную частоту £₈ дискретизации, при этом амплитуда каждой выборки зависит от амплитуды принимаемого аналогового сигнала в момент дискретизации.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, проиллюстрированному на фиг. 2В, интерфейс 40 для датчиков содержит вход 42 для приема аналогового сигнала 8еа от датчика измерения ударных импульсов, схему 43 приведения к требуемым параметрам, соединенную, чтобы принимать аналоговый сигнал, и аналого-цифровой преобразователь 44, соединенный, чтобы принимать приведенный к требуемым параметрам аналоговый сигнал из схемы 43 приведения к требуемым параметрам. Аналого-цифровой преобразователь 44 дискретизирует принимаемый приведенный к требуемым параметрам аналоговый сигнал с определенной частотой £₈ дискретизации так, чтобы доставлять сигнал 8мо цифровых данных измерений, имеющий определенную частоту £₈ дискретизации, при этом амплитуда каждой выборки зависит от амплитуды принимаемого аналогового сигнала в момент дискретизации.

Теорема о дискретном представлении гарантирует, что сигналы с ограниченной полосой частот (т.е. сигналы, имеющие максимальную частоту) могут идеально восстанавливаться из своей дискретизированной версии, если частота £₈ дискретизации более чем в два раза превышает максимальную частоту £_8ЕАтах аналогового сигнала 8_еа, который должен отслеживаться. Частота, равная половине частоты дискретизации, следовательно, является теоретическим пределом наивысшей частоты, которая может однозначно представляться посредством дискретизированного сигнала 8мо. Эта частота (половина частоты дискретизации) называется частотой Найквиста системы дискретизации. Частоты выше частоты £_Ν Найквиста могут наблюдаться в дискретизированном сигнале, но их частота является неоднозначной. Т.е. частотная составляющая с частотой £ не может отличаться от других составляющих с частотами Β·£_Ν+£ и Β·£_ν-£ для ненулевых целых чисел В. Эта неоднозначность, известная как наложение спектров, может обрабатываться посредством фильтрации сигнала с помощью фильтра для сглаживания наложения спектров (обычно фильтра нижних частот с отсечкой около частоты Найквиста) перед преобразованием в дискретизированное дискретное представление.

Чтобы обеспечивать запас надежности с точки зрения предоставления возможности для неидеального фильтра иметь определенный наклон на частотной характеристике, частота дискретизации может выбираться равной значению, превышающему 2. Следовательно, согласно вариантам осуществления изобретения частота дискретизации может задаваться равной £5=к*£_ЗЕДтах, где к является коэффициентом, имеющим значение, превышающее 2,0.

Соответственно, коэффициент к может выбираться равным значению, превышающему 2,0. Предпочтительно коэффициент к может выбираться равным значению между 2,0 и 2,9, чтобы предоставлять хороший запас надежности при недопущении формирования слишком большого числа выборочных значений. Согласно варианту осуществления коэффициент к преимущественно выбирается так, что 100 1/2 предоставляет целое число. Согласно варианту осуществления коэффициент к может задаваться равным 2,56. Выбор к равным 2,56 предоставляет 1001=256=2 в степени 8.

Согласно варианту осуществления частота £₈ дискретизации сигнала 8мо цифровых данных измерений может задаваться фиксированным образом равной определенному значению £8, такому как, например, £₈=102 кГц.

Следовательно, когда частота £₈ дискретизации задается фиксированным образом равной определенному значению £₈, максимальная частота £_8ЕАтах аналогового сигнала 8_еа составляет

где £_8ЕАтах является наивысшей частотой, которая должна быть проанализирована в дискретизированном сигнале.

Следовательно, когда частота £₈ дискретизации задается фиксированным образом равной определенному значению £₈=102400 Гц, а коэффициент к задается равным 2,56, максимальная частота £_8ЕАтах аналогового сигнала 8_еа составляет £зЕАпвх=£г/к=102400/2,56=40 кГц

Соответственно, сигнал 8_м|.) цифровых данных измерений, имеющий определенную частоту £₈ дискретизации, формируется в ответ на принимаемый аналоговый измерительный сигнал 8_еа. Цифровой выход 48 аналого-цифрового преобразователя 44 соединяется со средством 50 обработки данных через выход 49 интерфейса 40 для датчиков так, чтобы доставлять сигнал 8мо цифровых данных измерений в средство 50 обработки данных.

Модуль 10 датчика может содержать вибродатчик, причем модуль датчика имеет такую структуру, чтобы физически зацеплять соединительную муфту точки измерения так, что вибрации машины в точке измерения переносятся в вибродатчик. Согласно варианту осуществления изобретения модуль датчика

- 5 020791 содержит преобразователь, имеющий пьезоэлектрический элемент. Когда точка 12 измерения вибрирует, модуль 10 датчика или по меньшей мере его часть также вибрирует, и преобразователь затем формирует электрический сигнал, частота и амплитуда которого зависят от частоты механической вибрации и амплитуды колебаний точки 12 измерения, соответственно. Согласно варианту осуществления изобретения модуль 10 датчика является датчиком вибраций, предоставляющим аналоговый амплитудный сигнал, например, 10 мВ/г в частотном диапазоне 1,00-10000 Гц. Такой датчик вибраций выполнен с возможностью доставлять практически идентичную амплитуду 10 мВ независимо от того, прикладывается к нему ускорение в 1д (9,82 м/с²) при 1, 3 или 10 Гц. Следовательно, типичный датчик вибраций имеет линейную характеристику в указанном частотном диапазоне приблизительно до 10 кГц. Механические вибрации в этом частотном диапазоне, исходящие из вращающихся частей машины, обычно вызываются посредством дисбаланса или неточного совмещения. Тем не менее, когда смонтирован на машине, датчик вибраций с линейной характеристикой типично также имеет несколько различных механических резонансных частот в зависимости от физического пути между датчиком и источником вибраций.

Повреждение в роликовом подшипнике приводит к относительно резким упругим волнам, известным как ударные импульсы, проходящие вдоль физического пути в корпусе машины до достижения датчика. Такие ударные импульсы зачастую имеют широкий частотный спектр. Амплитуда ударного импульса роликового подшипника типично ниже амплитуды вибрации, вызываемой посредством дисбаланса или неточного совмещения.

Широкий частотный спектр сигнатур ударных импульсов предоставляет им возможность активировать зацикленную характеристику или резонанс на резонансной частоте, ассоциированной с датчиком. Следовательно, типичный измерительный сигнал из датчика вибраций может иметь форму сигнала, как показано на фиг. 2С, т.е. доминирующего низкочастотного сигнала с наложенной резонансной зацикленной характеристикой с более высокой частотой и более низкой амплитудой.

Чтобы предоставлять анализ сигнатуры ударных импульсов, зачастую являющихся следствием повреждения подшипника, низкочастотная составляющая должна быть отфильтрована. Это может достигаться посредством фильтра верхних частот или посредством полосового фильтра. Тем не менее, эти фильтры должны регулироваться так, что часть низкочастотных сигналов блокируется, в то время как часть высокочастотных сигналов проходит. Отдельный датчик вибраций типично имеет одну резонансную частоту, ассоциированную с физическим путем от одного источника сигнала ударных импульсов, и другую резонансную частоту, ассоциированную с физическим путем от другого источника сигнала ударных импульсов, как упомянуто в И8 6053047. Следовательно, регулирование фильтра, нацеленное на пропуск части высокочастотных сигналов, требует отдельной адаптации, когда используется датчик вибраций.

Когда такой фильтр корректно настраивается, результирующий сигнал состоит из сигнатуры ударных импульсов. Тем не менее, анализ сигнатуры ударных импульсов, исходящих из датчика вибраций, в определенной степени нарушается посредством того факта, что амплитудная характеристика, а также резонансная частота, по сути, варьируются в зависимости от отдельного физического пути от источников сигнала ударных импульсов.

Преимущественно эти недостатки, ассоциированные с датчиками вибраций, могут уменьшаться за счет датчика измерения ударных импульсов. Датчик измерения ударных импульсов выполнен с возможностью предоставлять предварительно определенную механическую резонансную частоту, как подробнее описано ниже.

Этот признак датчика измерения ударных импульсов преимущественно делает повторяемыми результаты измерений в том, что выходной сигнал из датчика измерения ударных импульсов имеет стабильную резонансную частоту, практически независимую от физического пути между источником сигнала ударных импульсов и датчиком ударных импульсов. Кроме того, взаимно различные отдельные датчики ударных импульсов предоставляют очень небольшое, если вообще такое имеется, отклонение в резонансной частоте.

Преимущество этого заключается в том, что обработка сигналов упрощается за счет того, что фильтры не должны настраиваться по отдельности, в отличие от случая, описанного выше, когда используются датчики вибраций. Кроме того, амплитудная характеристика от датчиков ударных импульсов четко определена так, что отдельное измерение предоставляет достоверную информацию, когда измерение выполняется в соответствии с надлежащими способами измерения, заданными компанией 8.Р.М. 1п51гнтеп! АВ.

Фиг. 2Ό иллюстрирует амплитуду измерительного сигнала, сформированного посредством датчика ударных импульсов, а фиг. 2Е иллюстрирует амплитуду измерительного сигнала, сформированного посредством датчика вибраций. Оба датчика приложены к идентичной последовательности механических ударов без типичного содержимого низкочастотного сигнала. Как четко видно на фиг. 2Ό и 2Е, длительность резонансной характеристики для сигнатуры ударных импульсов от датчика измерения ударных импульсов меньше соответствующей резонансной характеристики для сигнатуры ударных импульсов от датчика вибраций. Этот признак датчика измерения ударных импульсов в виде предоставления различных характеристик с сигнатурами ударных импульсов имеет преимущество предоставления измеритель- 6 020791 ного сигнала, из которого можно отличать различные механические ударные импульсы, которые возникают за короткий отрезок времени.

Согласно варианту осуществления изобретения датчик является датчиком измерения ударных импульсов. Фиг. 3 является упрощенной иллюстрацией датчика 10 измерения ударных импульсов согласно варианту осуществления изобретения. Согласно этому варианту осуществления датчик содержит часть 110, имеющую определенную массу или вес, и пьезоэлектрический элемент 120. Пьезоэлектрический элемент 120 является в определенной степени гибким, так что он может сжиматься и расширяться при приложении внешней силы. Пьезоэлектрический элемент 120 содержит электропроводящие слои 130 и 140, соответственно, на противоположных поверхностях. По мере того как пьезоэлектрический элемент 120 сжимается и расширяется, он формирует электрический сигнал, снимаемый посредством проводящих слоев 130 и 140. Соответственно, механическая вибрация преобразуется в аналоговый электрический измерительный сигнал 8_еа, доставляемый на выходные контактные выводы 145, 150.

Пьезоэлектрический элемент 120 может быть размещен между весом 110 и поверхностью 160, которая, в ходе работы, физически присоединена к точке 12 измерения, как проиллюстрировано на фиг. 3.

Датчик 10 измерения ударных импульсов имеет резонансную частоту в зависимости от механических характеристик для датчика, к примеру, массы т части 110 веса и эластичности пьезоэлектрического элемента 120. Следовательно, пьезоэлектрический элемент имеет упругость и жесткость к пружины. Механическая резонансная частота Г_км для датчика, следовательно, также зависит от массы т и жесткости к пружины.

Согласно варианту осуществления изобретения механическая резонансная частота Г^ для датчика может быть определена посредством следующего уравнения:

£_йм=1/(2п) ^(к/т) (уравнение 1)

Согласно другому варианту осуществления фактическая механическая резонансная частота для датчика 10 измерения ударных импульсов также может зависеть от других факторов, к примеру, характера прикрепления датчика 10 к корпусу машины 6.

Резонансный датчик 10 измерения ударных импульсов тем самым, в частности, является чувствительным к вибрациям, имеющим частоту при или около механической резонансной частоты Г^. Датчик 10 измерения ударных импульсов может быть выполнен так, что механическая резонансная частота Г^ находится примерно в диапазоне от 28 до 37 кГц. Согласно другому варианту осуществления механическая резонансная частота Г_км находится примерно в диапазоне от 30 до 35 кГц.

Соответственно, аналоговый электрический измерительный сигнал имеет электрическую амплитуду, которая может варьироваться по частотному спектру. Для цели описания теоретических основ можно предположить то, что если к датчику 10 измерения ударных импульсов приложены механические вибрации с идентичной амплитудой на всех частотах, например, от 1 Гц, например, до 200000 кГц, то амплитуда аналогового сигнала 8_еа от датчика измерения ударных импульсов должна иметь максимум при механической резонансной частоте Гш, поскольку датчик резонирует при подталкивании на этой частоте.

Со ссылкой на фиг. 2В, схема 43 приведения к требуемым параметрам принимает аналоговый сигнал 8_еа. Схема 43 приведения к требуемым параметрам может быть выполнена как схема адаптации импеданса, выполненная с возможностью адаптировать входной импеданс аналого-цифрового преобразователя, как видно из контактных выводов датчика 145, 150, так что осуществляется оптимальная передача сигналов. Следовательно, схема 43 приведения к требуемым параметрам может быть выполнена с возможностью адаптировать входной импеданс Ζ_ιη, как видно из контактных выводов датчика 145, 150, так что максимальная электроэнергия доставляется в аналого-цифровой преобразователь 44. Согласно варианту осуществления схемы 43 приведения к требуемым параметрам аналоговый сигнал 8_еа подается в первичную обмотку трансформатора, и приведенный к требуемым параметрам аналоговый сигнал доставляется посредством вторичной обмотки трансформатора. Первичная обмотка имеет η1 витков, а вторичная обмотка имеет η2 витков, соотношение п1/п2=щ₂. Следовательно, аналого-цифровой преобразователь 44 соединяется, чтобы принимать приведенный к требуемым параметрам аналоговый сигнал из схемы 43 приведения к требуемым параметрам. Аналого-цифровой преобразователь 44 имеет входной импеданс Ζ₄₄, и входной импеданс аналого-цифрового преобразователя, как видно из контактных выводов датчика 145, 150, составляет (η1/η2)²·Ζ₄₄, когда схема 43 приведения к требуемым параметрам соединяется между контактными выводами датчика 145, 150 и входными контактными выводами аналогоцифрового преобразователя 44.

Аналого-цифровой преобразователь 44 дискретизирует принимаемый приведенный к требуемым параметрам аналоговый сигнал с определенной частотой Г₃ дискретизации так, чтобы доставлять сигнал δ_Μϋ цифровых данных измерений, имеющий определенную частоту Г₃ дискретизации, при этом амплитуда каждой выборки зависит от амплитуды принимаемого аналогового сигнала в момент дискретизации.

Согласно вариантам осуществления изобретения сигнал 8ΜΌ цифровых данных измерений доставляется в средство 180 для обработки цифровых сигналов (см. фиг. 5).

- 7 020791

Согласно варианту осуществления изобретения средство 180 для обработки цифровых сигналов содержит процессор 50 данных и программный код для инструктирования процессору 50 данных выполнять обработку цифровых сигналов. Согласно варианту осуществления изобретения процессор 50 осуществляется посредством процессора цифровых сигналов. Процессор цифровых сигналов также может упоминаться как ΌδΡ.

Со ссылкой на фиг. 2А, средство 50 обработки данных соединяется с запоминающим устройством 60 для сохранения программного кода. Запоминающее устройство 60 программ является предпочтительно энергонезависимым запоминающим устройством. Запоминающее устройство 60 может быть оперативным запоминающим устройством, т.е. предоставляющим возможность как считывания данных из запоминающего устройства, так и записи новых данных в запоминающее устройство 60. Согласно варианту осуществления запоминающее устройство 60 программ осуществляется посредством флэш-памяти. Запоминающее устройство 60 программ может содержать первый сегмент 70 запоминающего устройства для сохранения первого набора программного кода 80, который выполняется так, чтобы управлять устройством 14 анализа, чтобы выполнять базовые операции (фиг. 2А и 4). Запоминающее устройство программ также может содержать второй сегмент 90 запоминающего устройства для сохранения второго набора программного кода 94. Второй набор программного кода 94 во втором сегменте 90 запоминающего устройства может включать в себя программный код для инструктирования устройству анализа обрабатывать определенный сигнал или сигналы, так чтобы формировать предварительно обработанный сигнал или набор предварительно обработанных сигналов. Запоминающее устройство 60 также может включать в себя третий сегмент 100 запоминающего устройства для сохранения третьего набора программного кода 104. Набор программного кода 104 в третьем сегменте 100 запоминающего устройства может включать в себя программный код для инструктирования устройству анализа выполнять выбранную аналитическую функцию 105. Когда аналитическая функция выполняется, она может инструктировать устройству анализа представлять соответствующий результат анализа в пользовательском интерфейсе 106 или доставлять результат анализа в порт 16 (см. фиг. 1, 2А, 7 и 8).

Средство 50 обработки данных также соединено с оперативным запоминающим устройством 52 для хранения данных. Кроме того, средство 50 обработки данных может соединяться с интерфейсом 54 связи устройства анализа. Интерфейс 54 связи устройства анализа предусматривает двунаправленную связь с интерфейсом 56 связи точки измерения, который является присоединяемым на, в или около точки измерения на машине.

Точка 12 измерения может содержать соединительную муфту 32, считываемый и записываемый носитель 58 информации и интерфейс 56 связи точки измерения.

Записываемый носитель 58 информации и интерфейс 56 связи точки измерения может предоставляться в отдельном устройстве 59, размещенном около цапфы 30, как проиллюстрировано на фиг. 2. Альтернативно, записываемый носитель 58 информации и интерфейс 56 связи точки измерения могут предоставляться в цапфе 30. Это описывается подробнее в публикации \¥О 98/01831, содержимое которой содержится в данном документе по ссылке.

Система 2 выполнена с возможностью обеспечивать двунаправленную связь между интерфейсом 56 связи точки измерения и интерфейсом 54 связи устройства анализа. Интерфейс 56 связи точки измерения и интерфейс 54 связи устройства анализа предпочтительно выполнены с возможностью обеспечивать беспроводную связь. Согласно варианту осуществления интерфейс связи точки измерения и интерфейс связи устройства анализа выполнены с возможностью обмениваться данными друг с другом посредством радиочастотных (КВ) сигналов. Этот вариант осуществления включает в себя антенну в интерфейсе 56 связи точки измерения и другую антенну в интерфейсе 54 связи устройства анализа.

Фиг. 4 является упрощенной иллюстрацией варианта осуществления запоминающего устройства 60 и его содержимого. Упрощенная иллюстрация имеет намерение передать понимание общей идеи сохранения различных функций программ в запоминающем устройстве 60, и она не обязательно является корректной технической идеей способа, которым программа должна сохраняться в схеме реального запоминающего устройства. Первый сегмент 70 запоминающего устройства сохраняет программный код для управления устройством 14 анализа, чтобы выполнять базовые операции. Несмотря на то что упрощенная иллюстрация по фиг. 4 показывает псевдокод, следует понимать, что программный код 80 может состоять из машинного кода или программного кода любого уровня, который может быть выполнен или интерпретирован посредством средства 50 обработки (фиг. 2А).

Второй сегмент 90 запоминающего устройства, проиллюстрированный на фиг. 4, сохраняет второй набор программного кода 94. Программный код 94 в сегменте 90, при выполнении в средстве 50 обработки данных, инструктирует устройству 14 анализа выполнять функцию, к примеру, функцию обработки цифровых сигналов. Функция может содержать улучшенную математическую обработку сигнала 8мо цифровых данных измерений. Согласно вариантам осуществления изобретения программный код 94 выполнен с возможностью инструктировать средству 50 процессора выполнять функции обработки сигналов, описанные в связи с фиг. 5, 6, 9 и/или фиг. 16 в этом документе.

Как упомянуто выше в связи с фиг. 1, компьютерная программа для управления функцией устройства анализа может загружаться из серверного компьютера 20. Это означает, что программа, которая

- 8 020791 должна быть загружена, передается по сети 18 связи. Это может быть выполнено посредством модуляции несущей, чтобы переносить программу по сети 18 связи. Соответственно, загруженная программа может быть загружена в цифровое запоминающее устройство, к примеру, запоминающее устройство 60 (см. фиг. 2А и 4). Следовательно, программа 94 обработки сигналов и или программа 104, 105 аналитических функций может приниматься через порт связи, к примеру, порт 16 (фиг. 1 и 2А), так чтобы загружать ее в запоминающее устройство 60. Аналогично, программа 94 обработки сигналов и/или программа аналитических функций 104, 105 может приниматься через порт 29В связи (фиг. 1), так чтобы загружать ее в местоположение запоминающего устройства программ в компьютере 26В или в базе 22В данных.

Аспект изобретения относится к компьютерному программному продукту, к примеру, средству 94 программного кода и/или средству 104, 105 программного кода, загружаемому в цифровое запоминающее устройство устройства. Компьютерный программный продукт содержит части программного кода для выполнения способов обработки сигналов и/или аналитических функций, когда продукт выполняется в модуле 50 обработки данных устройства для анализа состояния машины. Термин выполняется в модуле обработки данных означает, что компьютерная программа плюс модуль обработки данных выполняют способ типа, описанного в этом документе.

Формулировка компьютерный программный продукт, загруженный в цифровое запоминающее устройство устройства анализа состояния означает, что компьютерная программа может быть введена в цифровое запоминающее устройство устройства анализа состояния так, чтобы получить устройство анализа состояния, запрограммированное, приспособленное или выполненное с возможностью осуществления способа типа, описанного выше. Термин загруженный в цифровое запоминающее устройство устройства анализа состояния означает, что устройство анализа состояния, запрограммированное таким образом, допускает или выполнено с возможностью осуществления способа типа, описанного выше.

Вышеуказанный компьютерный программный продукт также может загружаться на машиночитаемый носитель, к примеру, компакт-диск или ЭУЭ. Такой машиночитаемый носитель может использоваться для доставки программы клиенту.

Согласно варианту осуществления устройства 14 анализа (фиг. 2А) оно содержит интерфейс 102 пользовательского ввода, посредством которого оператор может взаимодействовать с устройством 14 анализа. Согласно варианту осуществления интерфейс 102 пользовательского ввода содержит набор кнопок 104. Вариант осуществления устройства 14 анализа содержит интерфейс 106 вывода пользователя. Интерфейс вывода пользователя может содержать дисплей 106. Средство 50 обработки данных, когда оно выполняет базовую функцию программы, предоставленную в базовом программном коде 80, предусматривает пользовательское взаимодействие посредством интерфейса 102 пользовательского ввода и дисплея 106. Набор кнопок 104 может ограничиваться несколькими кнопками, к примеру, пятью кнопками, как проиллюстрировано на фиг. 2А. Центральная кнопка 107 может использоваться для функции ΕΝΤΕΚ или ЗЕЬЕСТ, тогда как другие дополнительные периферийные кнопки могут использоваться для перемещения курсора на дисплее 106. Таким образом, следует понимать, что символы и текст могут вводиться в устройство 14 через пользовательский интерфейс. Дисплей 106, например, может отображать определенное число символов, к примеру, букв алфавита, в то время как курсор перемещается на дисплее в ответ на пользовательский ввод так, чтобы давать возможность пользователю вводить информацию.

Фиг. 5 является принципиальной блок-схемой варианта осуществления устройства 14 анализа в клиентском местоположении 4 с машиной 6, имеющей подвижный вал 8. Датчик 10, который может быть датчиком измерения ударных импульсов, показан присоединенным к корпусу машины 6 так, чтобы снимать механические вибрации, и так, чтобы доставлять аналоговый измерительный сигнал З_ЕА, указывающий определенные механические вибрации, в интерфейс 40 для датчиков. Интерфейс 40 для датчиков может быть выполнен так, как описано в связи с фиг. 2А или 2В. Интерфейс 40 для датчиков доставляет сигнал З_ми цифровых данных измерений в средство 180 для обработки цифровых сигналов.

Сигнал 8мо цифровых данных измерений имеет частоту Г_з дискретизации, и значение амплитуды каждой выборки зависит от амплитуды принимаемого аналогового измерительного сигнала З_ЕА в момент дискретизации. Согласно варианту осуществления частота Г_з дискретизации сигнала З\_Ш цифровых данных измерений может задаваться фиксированным образом равной определенному значению Гз, такому как, например, Г_з=102 кГц. Частота Г_з дискретизации может управляться посредством синхросигнала, доставляемого посредством тактового генератора 190, как проиллюстрировано на фиг. 5. Синхросигнал также может доставляться в средство 180 для обработки цифровых сигналов. Средство 180 для обработки цифровых сигналов может формировать информацию о временной длительности принимаемого сигнала 8мо цифровых данных измерений в ответ на принимаемый сигнал З_ми цифровых данных измерений, синхросигнал и соотношение между частотой Г_з дискретизации и синхросигналом, поскольку длительность между двумя последовательными выборочными значениями равна Т_з=1/Г_з.

Согласно вариантам осуществления изобретения средство 180 для обработки цифровых сигналов включает в себя препроцессор 200 для выполнения предварительной обработки сигнала Змо цифровых данных измерений так, чтобы доставлять предварительно обработанный цифровой сигнал З_миг на выход 210. Выход 210 соединяется с входом 220 модуля 230 оценки. Модуль 230 оценки выполнен с возможностью оценивать предварительно обработанный цифровой сигнал З\_Ш|, так, чтобы доставлять результат

- 9 020791 оценки в пользовательский интерфейс 106. Альтернативно, результат оценки может доставляться в порт 16 связи так, чтобы предоставлять передачу результата, например, в управляющий компьютер 33 на управляющем узле 31 (см. фиг. 1).

Согласно варианту осуществления изобретения функции, описанные в связи с функциональными блоками в средстве 180 для обработки цифровых сигналов, препроцессоре 200 и модуле 230 оценки, могут быть осуществлены посредством компьютерного программного кода 94 и/или 104, как описано в связи с блоками 90 и 100 запоминающего устройства в связи с вышеприведенным (фиг. 4).

Пользователь может требовать только нескольких базовых функций мониторинга для определения того, является состояние машины нормальным или анормальным. При определении анормального состояния пользователь может вызывать профессиональных специалистов по техническому обслуживанию и ремонту, чтобы устанавливать точный характер проблемы, а также для выполнения необходимого технического обслуживания и ремонта. Профессиональные специалисты по техническому обслуживанию и ремонту зачастую должны и используют широкий диапазон функций оценки, позволяющих устанавливать характер и/или причину анормального состояния машины. Следовательно, различные пользователи устройства 14 анализа могут приводить к существенно отличающимся потребностям на функции устройства. Термин функция мониторинга состояния используется в этом документе для функции для определения того, является состояние машины нормальным либо в определенной степени ухудшено или является анормальным. Термин функция мониторинга состояния также содержит функцию оценки, позволяющую устанавливать характер и/или причину анормального состояния машины.

Примеры функций мониторинга состояния машины

Функции Р1, Р2, ..., Ри мониторинга состояния включают в себя такие функции, как анализ вибраций, анализ температуры, измерение ударных импульсов, спектральный анализ данных измерений ударных импульсов, быстрое преобразование Фурье данных измерений вибраций, графическое представление данных состояния в пользовательском интерфейсе, хранение данных состояния на записываемом носителе информации на машине, хранение данных состояния на записываемом носителе информации в устройстве, тахометрия, детектирование дисбаланса и детектирование неточного совмещения.

Согласно варианту осуществления устройство 14 включает в себя следующие функции: Р1=анализ вибраций; Р2=анализ температуры, Р3=измерение ударных импульсов, Р4=спектральный анализ данных измерений ударных импульсов, Р5=быстрое преобразование Фурье данных измерений вибраций, Р6=графическое представление данных состояния в пользовательском интерфейсе, Р7=хранение данных состояния на записываемом носителе информации на машине, Р8=хранение данных состояния на записываемом носителе 52 информации в устройстве, Р9=тахометрия, Р10=детектирование дисбаланса и Р11=детектирование неточного совмещения.

Р12=извлечение данных состояния из записываемого носителя 58 информации на машине.

Р13=выполнение функции Р1 анализа вибраций и выполнение функции Р12 извлечение данных состояния из записываемого носителя 58 информации на машине, с тем, чтобы предоставлять сравнение или анализ тенденций на основе данных измерений вибрации тока и статистических данных измерений вибраций. Р14=выполнение анализа Р2 температуры; и выполнение функции извлечение данных состояния из записываемого носителя 58 информации на машине, с тем, чтобы предоставлять сравнение или анализ тенденций на основе текущих данных измерений температуры и статистических данных измерений температуры.

Р15=извлечение идентификационных данных из записываемого носителя 58 информации на машине.

Варианты осуществления функции Р7 хранение данных состояния на записываемом носителе информации на машине и Р13 анализ вибраций и извлечение данных состояния описываются подробнее в \νϋ 98/01831, содержимое которой содержится в данном документе по ссылке.

Фиг. 6 иллюстрирует принципиальную блок-схему варианта осуществления препроцессора 200 согласно варианту осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления сигнал 8мо цифровых данных измерений соединяется с цифровым полосовым фильтром 240, имеющим нижнюю частоту Г отсечки, верхнюю частоту Гис отсечки и ширину полосы пропускания между верхними и нижними частотами отсечки.

Выход из цифрового полосового фильтра 240 подключается к цифровому модулю 250 формирования огибающей. Согласно варианту осуществления изобретения сигнал, выводимый из модуля 250 формирования огибающей, доставляется на выход 260. Выход 260 препроцессора 200 соединяется с выходом 210 средства 180 обработки цифровых сигналов для доставки на вход 220 модуля 230 оценки.

Верхние и нижние частоты отсечки цифрового полосового фильтра 240 могут выбираться так, что частотные составляющие сигнала 8мо на резонансной частоте Г_км для датчика находятся в ширине полосы пропускания. Как упомянуто выше, усиление механической вибрации достигается посредством датчика, механически резонирующего на резонансной частоте Гш. Соответственно, аналоговый измерительный сигнал 8_Еа отражает усиленное значение вибраций на и рядом с резонансной частотой Г_км. Следовательно, полосовой фильтр согласно варианту осуществления фиг. 6 преимущественно подавляет сигнал на частотах ниже и выше резонансной частоты Г_<м. так чтобы дополнительно улучшать состав- 10 020791 ляющие измерительного сигнала на резонансной частоте Г_рм. Кроме того, цифровой полосовой фильтр 240 преимущественно дополнительно уменьшает шум, по сути, включенный в измерительный сигнал, поскольку любые составляющие шума ниже нижней частоты 1ьс отсечки и выше верхней частоты 1ис отсечки также исключаются или уменьшаются. Следовательно, при использовании резонансного датчика 10 измерения ударных импульсов, имеющего механическую резонансную частоту Г_км в диапазоне от наименьшего значения Г_кмр резонансной частоты до наивысшего значения Г_кми резонансной частоты, цифровой полосовой фильтр 240 может быть спроектирован так, чтобы иметь нижнюю частоту отсечки Гь_С=Гк_Мь и верхнюю частоту отсечки £_ис ⁼Гк_Ми· Согласно варианту осуществления нижняя частота отсечки Г ,_С=Г|<_М| =28 кГц, а верхняя частота отсечки Г_ис=Г_РМи=37 кГц.

Согласно другому варианту осуществления механическая резонансная частота Г_рм находится примерно в диапазоне от 30 до 35 кГц, и цифровой полосовой фильтр 240 в таком случае может быть спроектирован так, чтобы иметь нижнюю частоту отсечки £_ьс=30 кГц и верхнюю частоту отсечки Г_ис=35 кГц.

Согласно другому варианту осуществления цифровой полосовой фильтр 240 может быть спроектирован так, чтобы иметь нижнюю частоту Г_ЪС отсечки ниже наименьшего значения Г_км резонансной частоты, и верхнюю частоту ГиС отсечки, превышающую наивысшее значение Г_кми резонансной частоты. Например, механическая резонансная частота Г_км может быть частотой в диапазоне от 30 до 35 кГц, и цифровой полосовой фильтр 240 в таком случае может быть спроектирован так, чтобы иметь нижнюю частоту отсечки Г_рс=17 кГц и верхнюю частоту отсечки Г_ис=36 кГц.

Соответственно, цифровой полосовой фильтр 240 доставляет полосовой сигнал δ_Ρ цифровых данных измерений, имеющий преимущественно малое содержимое шума и отражающий механические вибрации в полосе пропускания. Полосовой сигнал δΡ цифровых данных измерений доставляется в модуль 250 формирования огибающей.

Цифровой модуль 250 формирования огибающей, соответственно, принимает полосовой сигнал δ_Ρ цифровых данных измерений, который может отражать сигнал, имеющий положительные, а также отрицательные амплитуды. Со ссылкой на фиг. 6, принимаемый сигнал выпрямляется посредством цифрового выпрямителя 270, и выпрямленный сигнал может быть фильтрован посредством необязательного фильтра 280 нижних частот так, чтобы формировать цифровой сигнал δ|._Νν огибающей.

Соответственно, сигнал δ_№ν является цифровым представлением сигнала огибающей, сформированного в ответ на фильтрованный сигнал δ_Ρ данных измерений. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения необязательный фильтр 280 нижних частот может исключаться. Один такой вариант осуществления поясняется в связи с фиг. 9 ниже. Соответственно, необязательный фильтр 280 нижних частот в модуле 250 формирования огибающей может исключаться, когда прореживатель 310, поясненный в связи с фиг. 9 ниже, включает в себя функцию фильтра нижних частот.

Согласно варианту осуществления по фиг. 6 изобретения сигнал δ_ΕΝν доставляется на выход 260 препроцессора 200. Следовательно, согласно варианту осуществления изобретения предварительно обработанный цифровой сигнал δ_Μ.)ί-· доставляемый на выход 210 (фиг. 5), является цифровым сигналом δ_ΕΝν огибающей.

Тогда как аналоговые устройства предшествующего уровня техники для формирования сигнала огибающей в ответ на измерительный сигнал используют аналоговый выпрямитель, который, по сути, приводит к вводу погрешности смещения в результирующей сигнал, цифровой модуль 250 формирования огибающей преимущественно формирует настоящее выпрямление без погрешностей смещения. Соответственно, цифровой сигнал δ_ΕΝν огибающей должен иметь хорошее отношение сигнал-шум, поскольку датчик, механически резонирующий на резонансной частоте в полосе пропускания цифрового полосового фильтра 240, приводит к высокой амплитуде сигнала, и обработка сигналов, выполняемая в цифровой области, исключает добавление шума и исключает добавление погрешностей смещения.

Со ссылкой на фиг. 5 предварительно обработанный цифровой сигнал δ_ΜϋΡ доставляется на вход 220 модуля 230 оценки.

Согласно другому варианту осуществления фильтр 240 является фильтром верхних частот, имеющим частоту Гьс отсечки. Этот вариант осуществления упрощает конструкцию посредством замены полосового фильтра на фильтр 240 верхних частот, тем самым оставляя фильтрацию нижних частот для другого нижерасположенного фильтра нижних частот, примеру, фильтра 280 нижних частот. Частота Гьс отсечки фильтра 240 верхних частот выбирается приблизительно равной значению наименьшего ожидаемого значения Г_кми механической резонансной частоты резонансного датчика 10 измерения ударных импульсов. Когда механическая резонансная частота Г_км находится примерно в диапазоне от 30 до 35 кГц, фильтр 240 верхних частот может быть спроектирован так, чтобы иметь нижнюю частоту отсечки Г_ЕС=30 кГц. Фильтрованный по верхним частотам сигнал затем передается в выпрямитель 270 и в фильтр 280 нижних частот. Согласно варианту осуществления должно быть возможным использовать датчики 10, имеющие резонансную частоту примерно в диапазоне от 20 до 35 кГц. Чтобы достигать этого, фильтр 240 верхних частот может быть спроектирован так, чтобы иметь нижнюю частоту отсечки £_ьс=20 кГ ц.

Фиг. 7 иллюстрирует вариант осуществления модуля 230 оценки (см. также фиг. 5). Вариант осуществления фиг. 7 модуля 230 оценки включает в себя анализатор 290 состояния, выполненный с возможностью принимать предварительно обработанный цифровой сигнал δ_ΜϋΡ, указывающий состояние ма- 11 020791 шины 6. Анализатор 290 состояния может управляться, чтобы выполнять выбранную функцию анализа состояния посредством сигнала выбора, доставляемого на вход 300 управляющего сигнала. Сигнал выбора, доставляемый на вход 300 управляющего сигнала, может быть сформирован посредством пользовательского взаимодействия с пользовательским интерфейсом 102 (см. фиг. 2А). Когда выбранная аналитическая функция включает в себя быстрое преобразование Фурье, анализатор 290 задается посредством сигнала 300 выбора так, что он управляет входным сигналом в частотной области.

В зависимости от того, какой анализ должен выполняться, анализатор 290 состояния может управлять входным предварительно обработанным цифровым сигналом 8мор во временной области или входным предварительно обработанным цифровым сигналом 8мо_Р в частотной области. Соответственно, в зависимости от сигнала выбора, доставляемого на вход 300 управляющего сигнала, РРТ 294 может быть включено, как показано на фиг. 8, или сигнал 8мо_Р может доставляться непосредственно в анализатор 290, как проиллюстрировано на фиг. 7.

Фиг. 8 иллюстрирует другой вариант осуществления модуля 230 оценки. В варианте осуществления по фиг. 8 модуль 230 оценки включает в себя необязательный модуль 294 быстрого преобразования Фурье, соединенный, чтобы принимать сигнал из входа 220 модуля 230 оценки. Вывод из модуля 294 РРТпреобразования может доставляться в анализатор 290.

Чтобы анализировать состояние вращающейся части, требуется отслеживать определенные вибрации в течение достаточно длительного времени, чтобы иметь возможность определять повторяющиеся сигналы. Определенные сигнатуры повторяющихся сигналов служат признаком ухудшенного состояния вращающейся части. Анализ сигнатуры повторяющихся сигналов также может служить признаком типа ухудшенного состояния. Такой анализ также может приводить к определению степени ухудшенного состояния.

Следовательно, измерительный сигнал может включать в себя по меньшей мере одну составляющую 8в сигнала вибрации в зависимости от вибрационного перемещения вращательно движущейся части 8; при этом составляющая сигнала вибрации имеет частоту повторения в зависимости от скорости Г_К0Т вращения вращательно движущейся части 8. Составляющая сигнала вибрации, который зависит от вибрационного перемещения вращательно движущейся части 8, может, следовательно, служить признаком ухудшенного состояния или повреждения отслеживаемой машины. Фактически, соотношение между частотой повторения составляющей 8_С сигнала вибрации и скоростью Г_Ко,-_г вращения вращательно движущейся части 8 может служить признаком того, какая его механическая часть имеет повреждение. Следовательно, в машине, имеющей множество вращающихся частей, может быть возможным идентифицировать отдельную немного поврежденную часть посредством обработки измерительного сигнала с использованием аналитической функции 105, включающей в себя частотный анализ.

Такой частотный анализ может включать в себя быстрое преобразование Фурье измерительного сигнала, включающего в себя составляющую 8_С сигнала вибрации. Быстрое преобразование Фурье (РРТ) использует определенное частотное разрешение. Определенное частотное разрешение, которое может выражаться в единицах элементов разрешения по частоте, определяет предел для различения различных частот. Термин элементы разрешения по частоте иногда упоминается как строки. Если требуется разрешение по частоте, предоставляющее Ζ элементов частотного разрешения вплоть до скорости вращения вала, то необходимо записывать сигнал в течение X оборотов вала.

В связи с анализом частей вращения может быть интересным анализировать частоты сигнала, которые превышают частоту ГКСТ вращения вращающейся части. Вращающаяся часть может включать в себя вал и подшипники. Частота ГКСТ вращения вала зачастую упоминается как порядок 1. Интересующие сигналы подшипников могут возникать приблизительно десять раз в расчете на оборот вала (порядок 10), т.е. частота ГО повторения повреждения (измеренная в Гц), деленная на скорость ГК0Т вращения (измеренная в об/с), равняется 10 Гц/об/с, т.е. порядок у=Г0/ГК0Т=10 Гц/об/с. Кроме того, может быть интересным анализировать гармоники сигналов подшипников, таким образом, может быть интересным выполнять измерения вплоть до порядка 100. Ссылаясь на максимальный порядок как Υ и общее число элементов разрешения по частоте в РРТ, которое должно использоваться как Ζ, применимо следующее: Ζ=Χ·Υ. Наоборот,

Χ=Ζ/Υ, где X является числом оборотов отслеживаемого вала, во время которых анализируется цифровой сигнал; и

Υ является максимальным порядком; и

Ζ является частотным разрешением, выражаемым как число элементов разрешения по частоте.

Рассмотрим случай, когда прореженный цифровой измерительный сигнал 8мо_Р (см. фиг. 5) доставляется в РРТ-анализатор 294, как описано на фиг. 8. В таком случае, когда РРТ-анализатор 294 задается для Ζ=1600 элементов разрешения по частоте и пользователю интересен анализ частот вплоть до порядка Υ=100, то значение для X становится Χ=Ζ/Υ=1600/100=16.

Следовательно, необходимо измерять во время Х=16 оборотов вала, когда требуется Ζ=1600 элементов разрешения по частоте, и пользователю интересен анализ частот вплоть до порядка Υ=100.

Частотное разрешение Ζ РРТ-анализатора 294 может задаваться с использованием пользовательско- 12 020791 го интерфейса 102, 106 (фиг. 2А).

Следовательно, значение Ζ частотного разрешения для функции 105 анализа состояния и/или функции 94 обработки сигналов (фиг. 4) может задаваться с использованием пользовательского интерфейса 102, 106 (фиг. 2А).

Согласно варианту осуществления изобретения частотное разрешение Ζ задается посредством выбора одного значения Ζ из группы значений. Группа выбранных значений для частотного разрешения Ζ может включать в себя

2=400

2=800

Ζ=1600

Ζ=3200

Ζ=6400

Как упомянуто выше, частота ί_δ дискретизации может задаваться фиксированным образом равной определенному значению, такому как, например, ί_δ=102400 кГц, и коэффициент к может задаваться равными 2,56, тем самым задавая максимальную частоту, которая должна быть проанализирована, Ει,_ΛιΙΙ,,.,. как Г_ЖАтах=1з/к=102400/2,56 = 40 кГц.

Для машины, имеющей вал со скоростью вращения Г_КОТ=1715 об/мин=28,58 об/с, выбранное значение порядка Υ=100 задает максимальную частоту, которая должна быть проанализирована как ί_κοτ·Υ=28,58 об/с· 100=2858 Гц.

Модуль 294 РРТ-преобразования может быть выполнен с возможностью осуществлять быстрое преобразование Фурье для принимаемого входного сигнала, имеющего определенное число выборочных значений. Преимущественной является ситуация, когда определенное число выборочных значений задается равным четному целому числу, которое может быть разделено на два (2) без предоставления дробного числа.

Соответственно, сигнал данных, представляющий механические вибрации, являющиеся следствием вращения вала, может включать в себя шаблоны повторяющихся сигналов. Определенный шаблон сигнала может тем самым повторяться определенное число раз в расчете на оборот отслеживаемого вала. Кроме того, повторяющиеся сигналы могут возникать со взаимно различной частотой повторения.

В работе МаеЫиету УФгайои МеакитетеЫь аиб ΑηαΙνΌ автора νίοΐοτ \Уо\\к (ΙδΒΝ 0-07-071936-5) предоставляется несколько примеров взаимно различных частот повторения на с. 149: основная групповая частота (РТР), частота вращения шариков (Βδ), внешнее кольцо (ОК), внутреннее кольцо (ΙΚ).

Работа также предоставляет формулы для вычисления этих конкретных частот на с. 150. Содержимое работы МаеЫиету νίόπ-ιΐίοη Меакитетейъ апб АпаРьЕ автора νίοΐοτ \Уо\\к содержится в данном документе по ссылке. В частности, вышеуказанные формулы для вычисления этих конкретных частот содержатся в данном документе по ссылке. Таблица на с. 151 этой работы показывает, что данные частоты также варьируются в зависимости от изготовителя подшипника и что

РТР может иметь частотный коэффициент подшипника, равный 0,378;

Βδ может иметь частотный коэффициент подшипника, равный 1,928;

ОК может иметь частотный коэффициент подшипника, равный 3,024; и

ΙΚ может иметь частотный коэффициент подшипника, равный 4,976.

Частотный коэффициент умножается на скорость вращения вала, чтобы получать частоту повторения. Работа указывает, что для вала, имеющего скорость вращения 1715 об/мин, т.е. 28,58 Гц, частота повторения для импульса, исходящего из внутреннего кольца (ОК) подшипника стандартного типа 6311, может составлять приблизительно 86 Гц; и частота повторения РТР может составлять 10,8 Гц.

Когда отслеживаемый вал вращается на постоянной скорости вращения, такая частота повторения может поясняться либо в единицах повторения в расчете на единицу времени, либо в единицах повторения в расчете на оборот отслеживаемого вала без различения между вышеуказанными двумя единицами. Тем не менее, если часть машины вращается на переменной скорости вращения, ситуация дополнительно усложняется, как пояснено ниже в связи с фиг. 16, 17 и 20.

Машинное оборудование, представляющее внезапные повреждения

Некоторые типы машинного оборудования могут испытывать полное повреждение или поломку машины очень быстро. Для некоторых типов машины, к примеру, вращающихся частей в ветроэлектрической станции, известны случаи, когда поломка возникает внезапно и как полная неожиданность для специалистов по техническому обслуживанию и ремонту и владельца машины. Такая внезапная поломка приводит к существенным затратам для владельца машины и может приводить к другим отрицательным побочным эффектам, например, если части машины отваливаются в результате неожиданной механической неисправности.

Автор изобретения выяснил, что существует, в частности, высокий уровень шума в механических вибрациях определенного машинного оборудования и что такие уровни шума препятствуют детектированию повреждений машин. Следовательно, для некоторых типов машинного оборудования традицион- 13 020791 ные способы для профилактического мониторинга состояния не позволяют предоставлять достаточно раннее и/или надежное предупреждение о приближении ухудшения состояния. Автор изобретения пришел к заключению, что может существовать механическая вибрация У_мс, указывающая ухудшенное состояние в таком машинном оборудовании, но традиционные способы для измерения вибраций к настоящему моменту, возможно, являются неподходящими.

Автор изобретения также выяснил, что машины, имеющие медленно вращающиеся части, находятся среди типов машинного оборудования, которые с большой вероятностью подвержены внезапным сбоям.

Поняв, что, в частности, высокий уровень шума в механических вибрациях определенного машинного оборудования препятствует детектированию повреждений машин, автор изобретения разработал способ для предоставления возможности детектирования слабых механических сигналов в зашумленной окружающей среде. Как упомянуто выше, частота повторения составляющей сигнала вибрации в измерительном сигнале §_еа зависит от механической вибрации У_мс, которая служит признаком зарождающегося повреждения вращающейся части 8 отслеживаемой машины 6. Автор изобретения выяснил, что возможно детектировать зарождающееся повреждение, т.е. повреждение, которое только начинает развиваться, если соответствующий слабый сигнал может различаться.

Следовательно, измерительный сигнал может включать в себя по меньшей мере одну составляющую §_Е сигнала вибрации в зависимости от вибрационного перемещения вращательно движущейся части 8; при этом составляющая сигнала вибрации имеет частоту повторения в зависимости от скорости ί_Κοτ вращения вращательно движущейся части 8. Наличие составляющей сигнала вибрации, которая зависит от вибрационного перемещения вращательно движущейся части 8, может, следовательно, предоставлять ранний индикатор относительно ухудшающегося состояния или зарождающегося повреждения отслеживаемой машины.

В варианте применения в воздушных турбинах вал, подшипник которого анализируется, может вращаться со скоростью менее 120 оборотов в минуту, т.е. частота ί_Ε0Τ вращения вала составляет менее 2 оборотов в секунду (об/с). Иногда такой вал, который должен быть проанализирован, вращается со скоростью менее 50 оборотов в минуту (об/мин), т.е. с частотой ί_κοτ вращения вала менее 0,83 об/с. Фактически, скорость вращения типично может составлять менее 15 об/мин. Тогда как вал, имеющий скорость вращения 1715 об/мин, как пояснено в вышеуказанной работе, выполняет 500 оборотов всего за 17,5 секунд, валу, вращающемуся при 50 оборотах в минуту, требуется десять минут, чтобы выполнить 500 оборотов. Определенные большие ветроэлектрические станции имеют валы, которые типично могут вращаться при 12 об/мин=0,2 об/с.

Соответственно, когда подшипник, который должен быть проанализирован, связан с медленно вращающимся валом, и подшипник отслеживается посредством детектора, формирующего аналоговый измерительный сигнал 8_еа, который дискретизируется с использованием частоты ί₈ дискретизации приблизительно в 100 кГц, число дискретизированных значений, ассоциированных с одним полным оборотом вала, становится очень большим. В качестве иллюстративного примера, требуется 60 миллионов (60000000) выборочных значений на частоте дискретизации 100 кГц, чтобы описывать 500 оборотов, когда вал вращается при 50 об/мин.

Кроме того, выполнение опережающего математического анализа сигнала требует значительного времени, когда сигнал включает в себя столько выборок. Соответственно, требуется уменьшать число выборок в секунду перед последующей обработкой сигнала δ_ΕΝν.

Фиг. 9 иллюстрирует другой вариант осуществления препроцессора 200. Вариант осуществления фиг. 9 предпроцессора 200 включает в себя цифровой полосовой фильтр 240 и цифровой модуль 250 формирования огибающей, как описано выше в связи с фиг. 6. Как упомянуто выше, сигнал δ_ΕΝν является цифровым представлением сигнала огибающей, который формируется в ответ на фильтрованный сигнал 8Р данных измерений.

Согласно варианту осуществления по фиг. 9 предпроцессора 200 цифровой сигнал δ_ΕΝν огибающей доставляется в прореживатель 310, выполненный с возможностью формировать цифровой сигнал δ_ΕΕϋ, имеющий уменьшенную частоту кзы дискретизации. Прореживатель 310 выполнен с возможностью формировать выходной цифровой сигнал, при этом временная длительность между двумя последовательными выборочными значениями превышает временную длительность между двумя последовательными выборочными значениями во входном сигнале. Прореживатель описывается подробнее в связи с фиг. 14 ниже. Согласно варианту осуществления изобретения необязательный фильтр 280 нижних частот может исключаться, как упомянуто выше. Когда, в варианте осуществления по фиг. 9, сигнал, сформированный посредством цифрового выпрямителя 270, доставляется в прореживатель 310, который включает в себя фильтрацию нижних частот, фильтр 280 нижних частот может исключаться.

Выход 312 прореживателя 310 доставляет цифровой сигнал δ_ΚΕϋ на вход 315 модуля 320 повышения отношения сигнал-шум. Модуль 320 повышения отношения сигнал-шум допускает прием цифрового сигнала δ_ΕΕϋ и в ответ на это формирование выходного сигнала δ_ΜϋΡ. Выходной сигнал 8ΜΌΡ доставляется на порт 260 вывода препроцессора 200.

Фиг. 10А является блок-схемой последовательности операций, которая иллюстрирует варианты

- 14 020791 осуществления способа для улучшения шаблонов повторяющихся сигналов в сигналах. Этот способ может преимущественно использоваться для улучшения шаблонов повторяющихся сигналов в сигналах, представляющих состояние машины, имеющей вращающийся вал. Модуль 320 повышения отношения сигнал-шум может быть выполнен с возможностью работать согласно способу, проиллюстрированному посредством фиг. 10А.

Этапы δ1000-δ 1040 способа на фиг. 10А представляют предварительные действия, которые должны предприниматься, чтобы выполнять настройки до фактического формирования выходных значений сигналов. Когда предварительные действия выполнены, выходные значения сигналов могут вычисляться, как описано в отношении этапа δ1050.

Фиг. 10В является блок-схемой последовательности операций, иллюстрирующей способ формирования цифрового выходного сигнала. Более конкретно, фиг. 10В иллюстрирует вариант осуществления способа, чтобы формировать цифровой выходной сигнал, когда выполнены предварительные действия, описанные в отношении этапов δ1000-δ1040 на фиг. 10А.

В отношении этапа δ1000 на фиг. 10А, определяется требуемая продолжительность Оьештн выходного сигнала δ_ΜϋΡ.

Фиг. 11 является схематичной иллюстрацией первого запоминающего устройства, имеющего несколько позиций ί в запоминающем устройстве. Позиции ί в запоминающем устройстве первого запоминающего устройства хранят примерный входной сигнал I, содержащий последовательность цифровых значений. Примерный входной сигнал используется для вычисления выходного сигнала δ_ΜϋΡ согласно вариантам осуществления изобретения. Фиг. 11 показывает некоторые из множества последовательных цифровых значений для входного сигнала I. Цифровые значения 2080 во входном сигнале I иллюстрируют только несколько цифровых значений, которые присутствуют во входном сигнале. На фиг. 11 два соседних цифровых значения во входном сигнале отделяются посредством длительности Ц_е14а. Значение 1а_е1_1а является инверсией частоты Γ_δΡ дискретизации входного сигнала, принимаемого посредством модуля 320 повышения отношения сигнал-шум (см. фиг. 9 и 16).

Фиг. 12 является схематичной иллюстрацией второго запоминающего устройства, имеющего несколько позиций ΐ в запоминающем устройстве. Позиции ΐ в запоминающем устройстве второго запоминающего устройства хранят примерный выходной сигнал δ_ΜϋΡ, содержащий последовательность цифровых значений. Следовательно, фиг. 12 иллюстрирует часть запоминающего устройства, имеющего цифровые значения 3090, сохраненные в последовательных позициях в запоминающем устройстве. Фиг. 12 показывает последовательные цифровые значения для выходного сигнала δ_ΜϋΡ. Цифровые значения 3090 в выходном сигнале δ_Μϋ_Ρ иллюстрируют только несколько цифровых значений, которые присутствуют в выходном сигнале. На фиг. 12 два соседних цифровых значения в выходном сигнале могут быть временно отделены посредством длительности Ц_е14а.

В отношении этапа δ1000 на фиг. 10, требуемая продолжительность Ο_ΡΕΝΟΤΗ 3010 выходного сигнала δ_ΜϋΡ может выбираться так, что можно использовать выходной сигнал δ_ΜϋΡ для анализа определенных частот в выходном сигнале. Если, например, нижние частоты представляют интерес, требуется более длительный выходной сигнал, чем когда интерес представляют верхние частоты. Наименьшая частота, которая может анализироваться с использованием выходного сигнала, равняется 1/(О_РЕМОТНЦ_е11а), где О_ъемотн является числом выборочных значений в выходном сигнале. Если ^ΓδΡ является частотой дискретизации входного сигнала I, то время Ц_е11а между каждым значением цифровой выборки составляет 1/Γ_δΡ. Как упомянуто выше, шаблоны повторяющихся сигналов могут возникать в сигнале данных, представляющем механические вибрации. Соответственно, измерительный сигнал, к примеру, сигнал δ_ΕΝν, доставляемый посредством модуля 250 формирования огибающей, и сигнал δ_ΡΕϋ, доставляемый в модуль 320 повышения отношения сигнал-шум, может включать в себя по меньшей мере одну составляющую δυ сигнала вибрации в зависимости от вибрационного перемещения вращательно движущейся части 8; при этом составляющая δυ сигнала вибрации имеет частоту Г_с повторения, которая зависит от скорости Γ_ΡΟΤ вращения вращательно движущейся части 8. Следовательно, чтобы четко детектировать возникновение шаблона повторяющихся сигналов, имеющего частоту повторения Γ_ΡΕΡ=Γ_ϋ=1/(Ο_ΡΕΝΟΤΗ·ί₄,_1ία), выходной сигнал δ_ΜϋΡ должен включать в себя, по меньшей мере, О_ьемотн цифровых значений, когда последовательные цифровые значения в выходном сигнале δ_ΜϋΡ отделяются посредством длительности Ц_е11а.

Согласно варианту осуществления пользователь может вводить значение, представляющее наименьшую частоту Γ_ΡΕΡοιη повторения, которая должна детектироваться, а также информацию о наименьшей ожидаемой скорости вращения вала, который должен отслеживаться. Система 2 анализа (фиг. 1) включает в себя функциональность для вычисления подходящего значения для переменной О_ъемотн в ответ на эти значения.

Альтернативно, со ссылкой на фиг. 2А, пользователь устройства 14 анализа может задавать значение О_ьемотн 3010 выходного сигнала δ_ΜϋΡ посредством ввода соответствующего значения через пользовательский интерфейс 102.

На следующем этапе δ1010 выбирается коэффициент Ь продолжительности. Коэффициент Ь продолжительности определяет то, насколько хорошо стохастические сигналы подавляются в выходном

- 15 020791 сигнале 8_μερ. Большее значение Ь дает меньше стохастических сигналов в выходном сигнале 8_μερ, чем меньшее значение Ь. Следовательно, коэффициент Ь продолжительности может упоминаться как значение модуля улучшения отношения сигнал-шум. Согласно одному варианту осуществления способа Ь является целым числом от 1 до 10, но Ь также может задаваться равным другим значениям. Согласно варианту осуществления способа значение Ь может предварительно устанавливаться в модуле 320 повышения отношения сигнал-шум. Согласно другому варианту осуществления способа значение Ь вводится пользователем способа через пользовательский интерфейс 102 (фиг. 2А). Значение коэффициента Ь также оказывает влияние на время вычисления, требуемое для того, чтобы вычислять выходной сигнал. Большее значение Ь требует большего времени вычисления, чем меньшее значение Ь.

Затем, на этапе 81020, задается начальное положение 8_8ТАКТ. Начальное положение 8_8ТАКТ является положением во входном сигнале I.

Начальное положение 8_8Т;А<_Т задается так, чтобы не допускать или уменьшать возникновение неповторяющихся шаблонов в выходном сигнале 8_ΜϋΡ. Когда начальное положение 8_8ТАКТ задается так, что часть 2070 входного сигнала до начального положения имеет продолжительность, которая соответствует определенному временному интервалу Т_8ТОсн_А8Т1с _мах, то стохастические сигналы с соответствующей частотой £_{8ТОСНА8Т1С мах} и более высокими частотами ослабляются в выходном сигнале О, 8_ααρ.

На следующем этапе 81030 вычисляется требуемая продолжительность входного сигнала данных. Требуемая продолжительность входного сигнала данных вычисляется на этапе 81030 согласно формуле (1) ниже (1) 1ьемстн—Орем6тн*Б+5₃тйкт+Оьемстн

Затем, на этапе 81040, вычисляется продолжительность С_РРААТц во входном сигнале данных. Продолжительность С_РР._А,_;РРН является продолжительностью, в течение которой выполняется вычисление выходного сигнала данных. Эта продолжительность С_РРА,_;РРН вычисляется согласно формуле (3) ниже (3) Сх,Енетн⁼1ьЕИ5тн ^_5зтйег“Оьеистн

Формула (3) также может записываться как 1_РР\_А-_Рн=С_рр._АА-_Рн+8₈'_Рлк-_Р+О_РРАА-_рН.

Выходной сигнал затем вычисляется на этапе 81050. Выходной сигнал вычисляется согласно нижеприведенной формуле (5). В формуле (5) значение для выходного сигнала вычисляется для значения ΐ времени в выходном сигнале.

1^=сьеиотн (5) 5мср(й)=£ I (ί) *1 ( ϊ+Ξξτάκτ+й) , где: Оьемстн ί=1

Выходной сигнал 8ΜΌΡ имеет продолжительность О_РЕ\_АТН. как упомянуто выше. Чтобы обнаруживать весь выходной сигнал 8ΜΌΡ, значение для каждого значения времени от 1=1 до 1=О_РРААТц должно вычисляться с помощью формулы (5). На фиг. 11 цифровое значение 2081 иллюстрирует одно цифровое значение, которое используется при вычислении выходного сигнала. Цифровое значение 2081 иллюстрирует одно цифровое значение, которое используется при вычислении выходного сигнала, где 1=1. Цифровое значение 2082 иллюстрирует другое цифровое значение, которое используется при вычислении выходного сигнала. Ссылка с номером 2082 означает цифровое значение I (1+8_8ТА£Т+1) в вышеприведенной формуле (5), когда 1=1 и 1=1. Следовательно, ссылка с номером 2082 иллюстрирует значение цифровой выборки в номере Р положения во входном сигнале ^Р=¹ + ⁸8ТАРТ+¹ = ⁸8ТАКТ+²

На фиг. 12 ссылка с номером 3091 означает цифровое выборочное значение 8_ΜϋΡ(1) в выходном сигнале, где 1=1.

Далее описывается другой вариант осуществления способа для работы с модулем 320 повышения отношения сигнал-шум для улучшения повторяющихся шаблонов в сигналах, представляющих состояние машины, имеющей вращающийся вал. Согласно варианту осуществления продолжительность О_РРААТц может предварительно устанавливаться в модуле 320 повышения отношения сигнал-шум. Согласно другим вариантам осуществления способа продолжительность О_РРА,_;РРН может задаваться посредством пользовательского ввода через пользовательский интерфейс 102 (фиг. 2А). Согласно предпочтительному варианту осуществления способа переменная О_ьемоТн задается равной четному целому числу, которое может быть разделено на два (2) без предоставления дробного числа. Выбор переменной О_рраа-_рн согласно этому правилу преимущественно адаптирует число выборок в выходном сигнале так, что оно является подходящим для использования в необязательном модуле 294 быстрого преобразования Фурье. Следовательно, согласно вариантам осуществления способа переменная О_{РРА1РРН} может предпочтительно задаваться равной такому числу, как, например, 1024, 2048, 4096.

В конкретном преимущественном варианте осуществления значение 8_8ТАЕТ задается на этапе 81020, так что часть 2070 входного сигнала до начального положения должна иметь продолжительность, идентичную продолжительности выходного сигнала 3040, т.е. 8₈-_рлр-_р=О_рр._А(._ррн.

Как упомянуто в связи с вышеприведенным уравнением (1), требуемая продолжительность входного сигнала данных составляет

I ЪЕметн⁼Оьемстн * Б+5 етакт^4-Оьемстн

- 16 020791

Следовательно, задание δ_δΤΑΕΤ=Ο_ΕΕΝο_ΤΗ в уравнении (1) дает

I ьеистн—ОьЕкетн * Ь+ОьЕнетн+ОьЕистн—Обе мсти * Ь+Οβενοτη * 2

Соответственно, требуемая продолжительность входного сигнала может выражаться в единицах продолжительности выходного сигнала согласно уравнению (6) ниже

где Ь является коэффициентом продолжительности, поясненным выше, а Ο_ΕΕΝο_ΤΗ является числом цифровых значений в выходном сигнале, как пояснено выше.

Продолжительность Ο_ΕΕΝ^_ΤΗ может вычисляться, в этом варианте осуществления изобретения, согласно формуле (7) ниже (7) С_Еенстн“Ь*Оеемстн

Когда предварительные действия, описанные в отношении этапов δ1000-δ1040 на фиг. 10А, выполнены, цифровой выходной сигнал может быть сформирован посредством способа, как описано со ссылкой на фиг. 10В. Согласно варианту осуществления изобретения способ, описанный со ссылкой на фиг. 10В, выполняется посредством ΌδΡ 50 (фиг. 2А).

На этапе δ1100 (фиг. 10В) модуль 320 повышения отношения сигнал-шум принимает цифровой входной сигнал I, имеющий первое множество Ι_ΕΕΝο_ΤΗ выборочных значений, на входе 315 (см. фиг. 9 и/или 16). Как указано выше, цифровой входной сигнал I может представлять механические вибрации, являющиеся следствием вращения вала, что приводит к возникновению вибрации, имеющей период Τ_Κ повторения.

Значения принимаемого сигнала сохраняются (этап δ1120) в части хранения входных сигналов запоминающего устройства, ассоциированного с модулем 320 повышения отношения сигнал-шум. Согласно варианту осуществления изобретения запоминающее устройство может быть осуществлено посредством оперативного запоминающего устройства 52 (фиг. 2А).

На этапе δ1130 переменная ΐ, используемая в вышеприведенном уравнении (5), задается равной начальному значению. Начальное значение может быть равно 1 (единице).

На этапе δ1140 выходное выборочное значение δ_ΜΡΡ(1) вычисляется для номера ΐ выборки. Вычисление может использовать нижеприведенное уравнение пиекстн

ЗмоХО - £/(/)*/(! + &«гп + ί) ,-1

Результирующее выборочное значение δ_ΜϋΡ(ΐ) сохраняется (этап δ1150, фиг. 10В) в части хранения выходных сигналов запоминающего устройства 52 (см. фиг. 12).

На этапе δ1160 процесс проверяет значение переменной ΐ, и если значение ΐ представляет число ниже требуемого числа выходных выборочных значений Ο_ΕΕΝΟΤΗ, этап δ1160 выполняется для увеличения значения переменной ΐ перед повторением этапов δ1140, δ1150 и δ1160.

Если, на этапе δ1160, значение ΐ представляет число, равное требуемому числу выходных выборочных значений Ο_ΕΕΝ^_ΤΗ, выполняется этап δ1180.

На этапе δ1180 выходной сигнал О, δ_ΜΡΡ доставляется на выход 260 (см. фиг. 9 и/или 16).

Как упомянуто выше, сигнал данных, представляющий механические вибрации, являющиеся следствием вращения вала, может включать в себя сигнатуры повторяющихся сигналов, и определенная сигнатура сигнала может тем самым повторяться определенное число раз в расчете на оборот отслеживаемого вала. Кроме того, несколько взаимно различных сигнатур повторяющихся сигналов могут возникать, при этом взаимно различные сигнатуры повторяющихся сигналов могут иметь взаимно различную частоту повторения. Способ для улучшения сигнатур повторяющихся сигналов в сигналах, как описано выше, преимущественно предоставляет одновременное детектирование множества сигнатур повторяющихся сигналов, имеющих взаимно различную частоту повторения. Это преимущественно предоставляет одновременное определение, например, сигнатуры повреждения внутреннего кольца подшипника и сигнатуры повреждения наружного кольца подшипника в одном сеансе измерения и анализа, как описано ниже.

Фиг. 13 является схематичной иллюстрацией примерного выходного сигнала 8мс_Р, содержащего две сигнатуры 4010 и 4020 повторяющихся сигналов. Выходной сигнал 8мс_Р может содержать больше сигнатур повторяющихся сигналов, чем сигналы, проиллюстрированные на фиг. 13, но для иллюстративных целей показаны только две сигнатуры повторяющихся сигналов. Только некоторые из множества цифровых значений для сигнатур 4010 и 4020 повторяющихся сигналов показаны на фиг. 13.

На фиг. 13 проиллюстрированы частотный сигнал 4020 наружного кольца (ОК) и частотный сигнал 4010 внутреннего кольца (ΙΚ). Как можно видеть на фиг. 13, частотный сигнал 4020 наружного кольца (ОК) имеет меньшую частоту, чем частотный сигнал 4010 внутреннего кольца (ΙΚ). Частота повторения для частотного сигнала 4020 наружного кольца (ОК) и частотного сигнала 4010 внутреннего кольца (ΙΚ) составляет 1/Το_Κ, соответственно, 1/Τ_ΙΚ.

В вышеописанных вариантах осуществления способа работы с модулем 320 повышения отношения сигнал-шум для улучшения шаблонов повторяющихся сигналов шаблоны повторяющихся сигналов усиливаются при вычислении выходного сигнала на этапе δ1050. Более высокое усиление шаблонов по- 17 020791 вторяющихся сигналов достигается, если коэффициенту Ь присваивается большее значение, на этапе δ1010, чем если Ь присваивается меньшее значение. Большее значение Ь означает, что более длительный входной сигнал Ι_εενοτη требуется на этапе δ1030. Более длительный входной сигнал Ι_εενοτη, следовательно, приводит к более высокому усилению шаблонов повторяющихся сигналов в выходном сигнале. Следовательно, более длительный входной сигнал Ι_εενοτη предоставляет эффект лучшего ослабления стохастических сигналов относительно шаблонов повторяющихся сигналов в выходном сигнале.

Согласно варианту осуществления изобретения целочисленное значение Ι_εενοτη может выбираться в ответ на требуемую величину ослабления стохастических сигналов. В этом варианте осуществления коэффициент Ь продолжительности может быть определен в зависимости от выбранного целочисленного значения Ι^οτη·

Теперь рассмотрим примерный вариант осуществления способа для работы с модулем 320 повышения отношения сигнал-шум для улучшения шаблонов повторяющихся сигналов, когда способ используется для усиления шаблона повторяющихся сигналов с определенной наименьшей частотой. Чтобы иметь возможность анализировать шаблон повторяющихся сигналов с определенной наименьшей частотой, требуется определенная продолжительность выходного сигнала.

Как упомянуто выше, использование более длительного входного сигнала данных при вычислении выходного сигнала приводит к тому, что шаблон повторяющихся сигналов усиливается в большей степени, чем если используется менее длительный входной сигнал данных. Если требуется определенное усиление шаблона повторяющихся сигналов, следовательно, можно использовать определенную продолжительность входного сигнала, чтобы достигать этого определенного усиления шаблона повторяющихся сигналов.

Чтобы иллюстрировать вышеуказанный вариант осуществления, рассмотрим следующий пример.

Шаблон повторяющихся сигналов с наименьшей частотой ζ повторения представляет интерес. Чтобы обеспечивать определение такого повторяющегося сигнала, необходимо формировать выходной сигнал, допускающий указание полного цикла, т.е. он должен представлять длительность Τ_Ι=1/£_Ι. Когда последовательные выборочные значения выходного сигнала отделены на период дискретизации, минимальное число выборочных значений в выходном сигнале составляет Ο_{ΕΕΝΟΤΗΜΙΝ}=Τ_Ι/1_ά6ΐΐ3.

Как упомянуто выше, величина усиления повторяющегося сигнала увеличивается с продолжительностью входного сигнала.

Как упомянуто выше, способ, описанный со ссылкой на вышеприведенные фиг. 10-13, выполнен с возможностью улучшать сигнатуры повторяющихся сигналов в последовательности данных измерений, исходящих из вращающегося вала. Формулировка сигнатура повторяющихся сигналов должна пониматься как выборочные значения [χ(1), χ(1+Τ), χ(1+2Τ), ..., χ(1+ηΤ)], включающие в себя амплитудную составляющую, имеющую нестохастическое значение амплитуды, при этом длительность Т между этими выборочными значениями является постоянной, если вал вращается на постоянной скорости вращения. Со ссылкой на фиг. 13 следует понимать, что цифровые значения 4010 являются результатом усиления нескольких значений повторяющегося сигнала во входном сигнале I (см. фиг. 11), при этом значения входных сигналов отделяются во времени посредством длительности Τ_Ικ. Следовательно, в этом случае можно сделать вывод, что сигнатура повторяющихся сигналов касается повреждения во внутреннем кольце подшипникового узла, когда период Τ_ΙΚ повторения соответствует частоте прохождения шариков во внутреннем кольце. Конечно, это предполагает знание диаметра вала и скорости вращения. Кроме того, когда существует такая составляющая сигнала сигнатуры повторяющихся сигналов, может быть значение х составляющей повторяющихся сигналов такое, что χ(1) имеет амплитуду, аналогичную амплитуде χ(1+Τ), который имеет амплитуду, аналогичную амплитуде χ(1+2Τ), который имеет амплитуду, аналогичную амплитуде χ(1+ηΤ), χ и т.д. Когда такая сигнатура повторяющихся сигналов присутствует во входном сигнале, она может преимущественно определяться с использованием вышеописанного способа, даже когда сигнатура повторяющихся сигналов является настолько слабой, чтобы формировать амплитудную составляющую, меньшую составляющей стохастических сигналов.

Способ, описанный в связи с фиг. 10-13, может выполняться посредством устройства 14 анализа, когда процессор 50 выполняет соответствующий программный код 94, как пояснено в связи с вышеприведенным (фиг. 4). Процессор 50 данных может включать в себя центральный процессор для управления работой устройства 14 анализа, а также процессор цифровых сигналов (ΌδΡ). ΌδΡ может быть выполнен с возможностью фактически выполнять программный код 90 для инструктирования устройству 14 анализа выполнять программу 94, инструктирующую выполнение процесса, описанного выше в связи с фиг. 10-13. Процессор цифровых сигналов может иметь, например, тип ΤΜδ320Ο6722, изготавливаемый компанией Το.χαδ 1п51гитеп18. Таким образом, устройство 14 анализа может быть выполнено с возможностью осуществлять все функции 94 обработки сигналов, в том числе функцию 240 фильтрации, функцию 250 формирования огибающей, функцию 310 и 470 прореживания и функцию 320 повышения отношения сигнал-шум.

Согласно другому варианту осуществления изобретения обработка сигналов может совместно выполняться устройством 14 и компьютером 33, как упомянуто выше. Следовательно, устройство 14 может принимать аналоговый измерительный сигнал δ_ΕΑ и формировать соответствующий цифровой сигнал

- 18 020791

8_ме и затем доставлять цифровой сигнал 8_ме в управляющий компьютер 33, давая возможность выполнения дополнительных функций 94 обработки сигналов в диспетчерской 31.

Прореживание частоты дискретизации

Как пояснено выше в связи с фиг. 9, может быть желательным предоставлять прореживатель 310, чтобы уменьшать частоту дискретизации цифрового сигнала перед доставкой в модуль 320 повышения отношения сигнал-шум. Такой прореживатель 310 преимущественно уменьшает число выборок в сигнале, который должен быть проанализирован, тем самым уменьшая объем памяти, необходимый для сохранения сигнала, который должен использоваться. Прореживание также предоставляет более быструю обработку в последующем модуле 320 повышения отношения сигнал-шум.

Фиг. 14А иллюстрирует число выборочных значений в сигнале, доставляемом на вход прореживателя 310, а фиг. 14В иллюстрирует выходные выборочные значения соответствующего периода времени. Сигнал, вводимый в прореживатель 310, может иметь частоту £₈ дискретизации. Как можно видеть, выходной сигнал имеет уменьшенную частоту £_8К дискретизации. Прореживатель 310 выполнен с возможностью осуществлять прореживание цифрового сигнала 8_ΕΝν огибающей так, чтобы доставлять цифровой сигнал 8_кес, имеющий уменьшенную частоту ^£8К1 дискретизации, так что выходная частота дискретизации уменьшается на целочисленный коэффициент М по сравнению с входной частотой £₈ дискретизации.

Следовательно, выходной сигнал 8_кес включает в себя только каждое М-тое выборочное значение, присутствующее во входном сигнале 8_ΕΝν. Фиг. 14В иллюстрирует пример, когда М равняется 4, но М может быть любым положительным целым числом. Согласно варианту осуществления изобретения прореживатель может работать, как описано в И8 5633811, содержимое которой содержится в данном документе по ссылке.

Фиг. 15А иллюстрирует прореживатель 310 согласно варианту осуществления изобретения. В варианте осуществления 310А прореживателя 310 согласно фиг. 15А гребенчатый фильтр 400 фильтрует и прореживает входящий сигнал при соотношении 16:1. Т.е. выходная частота дискретизации уменьшается на первый целочисленный коэффициент М1 в шестнадцать (М1=16) по сравнению с входной частотой дискретизации. Фильтр 401 с конечной импульсной характеристикой (ПК) принимает вывод гребенчатого фильтра 400 и предоставляет еще уменьшение частоты дискретизации на второй целочисленный коэффициент М2. Если целочисленный коэффициент М2=4, ПК-фильтр 401 предоставляет уменьшение 4:1 частоты дискретизации, и, следовательно, прореживатель 310А предоставляет полное прореживание 64:1.

Фиг. 15В иллюстрирует другой вариант осуществления изобретения, в котором вариант осуществления 310В прореживателя 310 включает в себя фильтр 402 нижних частот, после которого следует модуль 403 отбора выборок. Модуль 4 03 отбора выборок выполнен с возможностью выбирать каждую Мтую выборку из сигнала, принимаемого от фильтра 402 нижних частот. Результирующий сигнал 8_ΚΕΕι имеет частоту дискретизации £_8Κι=£₈/Μ, где £₈ является частотой дискретизации принимаемого сигнала 8_ΕΝν. Частота отсечки фильтра 402 нижних частот управляется посредством значения М.

Согласно одному варианту осуществления значение М предварительно устанавливается равным определенному значению. Согласно другому варианту осуществления может задаваться значение М. Прореживатель 310 может задаваться так, чтобы выполнять выбранное прореживание М:1, где М является положительным целым числом. Значение М может приниматься в порту 404 прореживателя 310.

Частота отсечки фильтра 402 нижних частот составляет £_8К1/(С-М) Гц. Коэффициент С может выбираться равным значению два (2,0) или значению, превышающему два (2,0). Согласно варианту осуществления значение С выбирается равным значению между 2,5 и 3. Это преимущественно предоставляет недопущение наложения спектров. Фильтр 402 нижних частот может быть реализован посредством И1Кфильтра.

Сигнал, доставляемый посредством фильтра 402 нижних частот, доставляется в модуль 403 отбора выборок. Модуль отбора выборок принимает значение М в одном порту и сигнал из фильтра 402 нижних частот в другом порту, и он формирует последовательность выборочных значений в ответ на эти вводы. Модуль отбора выборок выполнен с возможностью выбирать каждую М-тую выборку из сигнала, принимаемого от фильтра 402 нижних частот. Результирующий сигнал 8_ΚΕϋι имеет частоту дискретизации £_8Κι=1/Μ·£₈, где £₈ является частотой дискретизации сигнала 8_ΕΝν, принимаемого в порту 405 прореживателя 310.

Способ для компенсации переменной скорости вращения вала

Как упомянуто выше, сигнатура повторяющихся сигналов, присутствующая во входном сигнале, может преимущественно определяться с использованием вышеописанного способа, даже когда сигнатура повторяющихся сигналов является настолько слабой, что формирует амплитудную составляющую, меньшую составляющих стохастических сигналов.

Тем не менее, в определенных вариантах применения скорость вращения вала может варьироваться. Осуществление способа, описанного со ссылкой на фиг. 10-13, с использованием входной измерительной последовательности, когда скорость вращения вала варьируется, приводит к ухудшенному каче- 19 020791 ству результирующего выходного сигнала Змор·

Соответственно, задача аспекта изобретения заключается в том, чтобы достигать одинаково высокого качества результирующего блока Υ, когда скорость вращения вала варьируется, к примеру, и когда скорость вращения вала является постоянной в течение полной последовательности измерения.

Фиг. 16 иллюстрирует вариант осуществления изобретения, включающий в себя прореживатель 310 и модуль 320 повышения отношения сигнал-шум, как описано выше, и дробный прореживатель 470.

Согласно варианту осуществления изобретения тогда как прореживатель 310 выполнен с возможностью прореживать частоту дискретизации на М:1, где М является целым числом, вариант осуществления по фиг. 16 включает в себя дробный прореживатель 470 для прореживания частоты дискретизации на υ/Ν, где и и N являются положительными целыми числами. Следовательно, дробный прореживатель 470 преимущественно предоставляет прореживание частоты дискретизации на дробное число. Согласно варианту осуществления значения для υ и N могут выбираться в диапазоне от 2 до 2000. Согласно варианту осуществления значения для υ и N могут выбираться в диапазоне от 500 до 1500. Согласно еще одному другому варианту осуществления значения для υ и N могут выбираться в диапазоне от 900 до 1100.

В варианте осуществления по фиг. 16 выходной сигнал из прореживателя 310 доставляется в модуль 460 выбора. Модуль выбора предоставляет выбор сигнала, который должен вводиться в модуль 320 повышения отношения сигнал-шум. Когда мониторинг состояния выполняется для вращающейся части, имеющей постоянную скорость вращения, модуль 460 выбора может задаваться в таком положении, что он доставляет сигнал 3_ΚΕϋ, имеющий частоту Ею дискретизации, на вход 315 модуля 320 повышения отношения сигнал-шум, и дробный прореживатель 470 может деактивироваться. Когда мониторинг состояния выполняется для вращающейся части, имеющей переменную скорость вращения, дробный прореживатель 470 может активироваться, и модуль 460 выбора задается в таком положении, что он доставляет сигнал Зквог, имеющий частоту Г_3К2 дискретизации, на вход 315 модуля 320 повышения отношения сигнал-шум.

Дробный прореживатель 470 имеет вход 480. Вход 480 может соединяться, чтобы принимать сигнал, выводимый из прореживателя 310. Дробный прореживатель 470 также имеет вход 490 для приема информации, указывающей скорость вращения вала 8.

Детектор 420 скорости (см. фиг. 5) может предоставляться, чтобы доставлять сигнал, указывающий скорость Г_КОт вращения вала 8. Сигнал скорости может приниматься на порту 430 средства 180 обработки, тем самым предоставляя возможность средству 180 обработки доставлять этот сигнал скорости на вход 490 дробного прореживателя 470. Скорость Г_кОт вращения вала 8 может предоставляться в единицах вращений в секунду, т.е. Герц (Гц).

Фиг. 17 иллюстрирует вариант осуществления дробного прореживателя 470, предоставляющего возможность изменения частоты дискретизации на дробное число, υ/γ где υ и N являются положительными целыми числами. Это обеспечивает очень точное управление частотой Г_Ж2 дискретизации, которая должна доставляться в модуль 320 повышения отношения сигнал-шум, тем самым предоставляя очень хорошее определение слабых сигнатур повторяющихся сигналов, даже когда скорость вращения вала варьируется.

Сигнал скорости, принимаемый на входе 490 дробного прореживателя 470, доставляется в генератор 500 дробных чисел. Генератор 500 дробных чисел формирует целочисленные выводы υ и N на выходах 510 и 520, соответственно. Вывод υ доставляется в модуль 530 повышающей дискретизации. Модуль 530 повышающей дискретизации принимает сигнал 3_ΚΕϋ (см. фиг. 16) через вход 480.

Модуль 530 повышающей дискретизации включает в себя модуль 540 введения выборок для ввода υ-1 выборочных значений между каждым выборочным значением, принимаемым на порту 480. Каждое такое добавленное выборочное значение содержит значение амплитуды. Согласно варианту осуществления каждое такое добавленное выборочное значение является нулевой (0) амплитудой.

Результирующий сигнал доставляется в фильтр 550 нижних частот, частота отсечки которого управляется посредством значения υ, доставляемого посредством генератора 500 дробных чисел. Частота отсечки фильтра 550 нижних частот составляет Γ_3Β2/(Κ·υ) Гц. Коэффициент К может выбираться равным значению два (2) или значению, превышающему два (2).

Результирующий сигнал доставляется в прореживатель 560. Прореживатель 560 включает в себя фильтр 570 нижних частот, частота отсечки которого управляется посредством значения N доставляемого посредством генератора 500 дробных чисел. Частота отсечки фильтра 570 нижних частот составляет Г®» Гц. Коэффициент К может выбираться равным значению два (2) или значению, превышающему два (2).

Сигнал, доставляемый посредством фильтра 570 нижних частот, доставляется в модуль 580 отбора выборок. Модуль отбора выборок принимает значение N на одном порту и сигнал из фильтра 570 нижних частот на другом порту, и он формирует последовательность выборочных значений в ответ на эти вводы. Модуль отбора выборок выполнен с возможностью выбирать каждую М-тую выборку из сигнала, принимаемого от фильтра 570 нижних частот. Результирующий сигнал 3_ΕΕϋΐ имеет частоту дискретизации ^Г3|<1 =1/Μ·Γ₃, где Г₃ является частотой дискретизации сигнала 3_Е-,_Л-. принимаемого на порту 480 проре- 20 020791 живателя 590.

Фильтры 550 и 570 нижних частот могут быть осуществлены посредством ΡΙΚ-филыров. Это преимущественно исключает необходимость выполнять умножения с нулевыми значениями амплитуды, введенными посредством модуля 540 введения выборок.

Фиг. 18 иллюстрирует другой вариант осуществления дробного прореживателя 470. Вариант осуществления фиг. 18 преимущественно уменьшает объем вычислений, необходимых для формирования сигнала 8_ΕΕϋ2.

В варианте осуществления по фиг. 18 фильтр 570 нижних частот исключен, так что сигнал, доставляемый посредством фильтра 550 нижних частот, доставляется непосредственно в модуль 580 отбора выборок. Когда дробный прореживатель 470 осуществляется посредством аппаратных средств, вариант осуществления по фиг. 18 преимущественно уменьшает количество аппаратных средств, тем самым, уменьшая затраты производства.

Когда дробный прореживатель 470 осуществляется посредством программного обеспечения, вариант осуществления по фиг. 18 преимущественно уменьшает объем программного кода, который должен быть выполнен, тем самым, уменьшая нагрузку на процессор и увеличивая скорость выполнения.

Со ссылкой на фиг. 17 и 18, результирующий сигнал 8_ΕΕϋ2, доставляемый на порт вывода дробного прореживателя 470, имеет частоту дискретизации Г₈к2=и/№Г_8Ы, где Г_Ж1 является частотой дискретизации сигнала δ_ΕΕϋ, принимаемого на порту 480. Дробное значение υ/Ν зависит от сигнала регулирования скорости, принимаемого на порту 490 входа. Как упомянуто выше, сигнал регулирования скорости может быть сигналом, указывающим скорость вращения вала 8, который может доставляться посредством детектора 420 скорости (см. фиг. 1 и/или 5). Детектор 420 скорости может быть осуществлен посредством кодера, предоставляющего импульсный сигнал с надлежащим образом выбранным разрешением так, чтобы предоставлять требуемую точность сигнала скорости. В одном варианте осуществления кодер 420 доставляет сигнал маркера полного оборота один раз в расчете на полный оборот вала 8. Такой сигнал маркера оборота может иметь форму электрического импульса, имеющего фронт, который может точно определяться, и указывающего определенное положение вращения отслеживаемого вала 8. Согласно другому варианту осуществления кодер 420 может доставлять множество импульсных сигналов в расчете на оборот отслеживаемого вала, так чтобы предоставлять определение изменений скорости также в пределах одного оборота вала.

Согласно варианту осуществления генератор 500 дробных чисел управляет значениями υ и N так, что уменьшенная частота Г_8Е2 дискретизации имеет такое значение, чтобы предоставлять сигнал 8_ΚΕϋ2, при этом число выборок в расчете на оборот вала 8 является практически постоянным независимо от изменений скорости вала 8. Соответственно, чем выше значения υ и Ν, тем лучше способность дробного прореживателя 470 к поддержанию числа выборочных значений в расчете на оборот вала 8 равным практически постоянному значению.

Дробное прореживание, как описано со ссылкой на фиг. 17 и 18, может достигаться посредством выполнения соответствующих этапов способа, и оно может достигаться посредством компьютерной программы 94, сохраненной в запоминающем устройстве 60, как описано выше. Компьютерная программа может быть выполнена посредством Ό8Ρ 50. Альтернативно, компьютерная программа может быть выполнена посредством схемы программируемой пользователем вентильной матрицы (ΡΡΟΑ).

Способ, описанный в связи с фиг. 10-13, и прореживание, как описано со ссылкой на фиг. 17 и 18, может выполняться посредством устройства 14 анализа, когда процессор 50 выполняет соответствующий программный код 94, как пояснено в связи с вышеприведенным фиг. 4. Процессор 50 данных может включать в себя центральный процессор 50 для управления работой устройства 14 анализа, а также процессор цифровых сигналов (Ό8Ρ) 50В. Ό8Ρ 50В может быть выполнен с возможностью фактически выполнять программный код 90 для инструктирования устройству 14 анализа выполнять программу 94, инструктирующую выполнение процесса, описанного выше в связи с фиг. 10-13. Согласно другому варианту осуществления процессор 50В является схемой программируемой пользователем вентильной матрицы (ΡΡΟΑ).

Фиг. 19 иллюстрирует прореживатель 310 и другой вариант осуществления дробного прореживателя 470. Прореживатель 310 принимает сигнал δ_ΕΝν, имеющий частоту Г₈ дискретизации, на порту 405, и целое число М на порту 404, как описано выше. Прореживатель 310 доставляет сигнал δ_ΚΕϋ1, имеющий частоту ^Г8|<1 дискретизации, на выход 312, который соединяется со входом 480 дробного прореживателя 470А. Выходная частота ^Г8|<1 дискретизации составляет ^Г8|<1=^Г8^/М· где М является целым числом.

Дробный прореживатель 470А принимает сигнал 8_ЙЕи₁, имеющий частоту Г_Ж1 дискретизации, в качестве последовательности значений 8(]) данных, и он доставляет выходной сигнал 8_ΕΕϋ₂ в качестве другой последовательности значений Р(с|) данных на выход 590.

Дробный прореживатель 470А может включать в себя запоминающее устройство 604, выполненное с возможностью принимать и сохранять значения 8(]) данных, а также информацию, указывающую соответствующую скорость вращения Г_кОт отслеживаемой вращающейся части. Следовательно, запоминаю- 21 020791 щее устройство 604 может сохранять каждое значение §(]) данных так, что оно ассоциировано со значением, указывающим скорость вращения отслеживаемого вала, во время определения значения сигнала 8еа датчика, соответствующего значению δ(() данных.

При формировании выходных значений К(ц) данных дробный прореживатель 470А выполнен с возможностью считывать значения данных §(]), а также информацию, указывающую соответствующую скорость вращения £_КОТ, из запоминающего устройства 604.

Значения §(]) данных, считываемые из запоминающего устройства 604, доставляются в модуль 540 введения выборок для ввода И-1 выборочных значений между каждым выборочным значением, принимаемым на порту 480. Каждое такое добавленное выборочное значение содержит значение амплитуды. Согласно варианту осуществления каждое такое добавленное выборочное значение является нулевой (0) амплитудой.

Результирующий сигнал доставляется в фильтр 550 нижних частот, частота отсечки которого управляется посредством значения и, доставляемого посредством генератора 500 дробных чисел, как описано выше.

Результирующий сигнал доставляется в модуль 580 отбора выборок. Модуль отбора выборок принимает значение N на одном порту и сигнал из фильтра 550 нижних частот на другом порту, и он формирует последовательность выборочных значений в ответ на эти вводы. Модуль отбора выборок выполнен с возможностью выбирать каждую Ν-ную выборку из сигнала, принимаемого от фильтра 550 нижних частот. Результирующий сигнал δ_ΚΕϋ2 имеет частоту дискретизации Гж2⁼и/№Г_8К1, где £_3Κι является частотой дискретизации сигнала δ_ΚΕϋ, принимаемого на порту 480. Результирующий сигнал δ_ΚΕϋ2 доставляется на порт 590 вывода.

Следовательно, частота £_ЗК2 дискретизации для выходных значений К(ц) данных ниже входной частоты £_ЗК1 дискретизации на коэффициент Ό. Ό может задаваться равным произвольному числу, большему 1, и оно может быть дробным числом. Согласно предпочтительным вариантам осуществления коэффициент Ό задается равным значениям от 1,0 до 20,0. В предпочтительном варианте осуществления коэффициент Ό является дробным числом, задаваемым равным значению приблизительно от 1,3 приблизительно до 3,0. Коэффициент Ό может получаться посредством задания целых чисел и и N равным подходящим значениям. Коэффициент Ό равняется Ν, деленному на и

Ό=Ν/υ

Согласно варианту осуществления изобретения целые числа υ и N задаются равными большим целым числам, чтобы предоставлять возможность коэффициенту Ό=Ν/υ следовать изменениям скорости с минимумом неточности. Выбор переменных υ и N как целых чисел, превышающих 1000, предоставляет преимущественно высокую точность адаптации выходной частоты дискретизации к отслеживанию изменений в скорости вращения отслеживаемого вала. Так, например, задание N равным 500 и υ равным 1001 предоставляет Ό=2,002.

Переменная Ό задается равной подходящему значению в начале измерения, и это значение ассоциируется с определенной скоростью вращения вращающейся части, которая должна отслеживаться. После этого, во время сеанса мониторинга состояния, дробное значение Ό автоматически регулируется в ответ на скорость вращения вращающейся части, которая должна отслеживаться, так что сигнал, выводимый на порт 590, предоставляет практически постоянное число выборочных значений в расчете на оборот отслеживаемой вращающейся части.

Как упомянуто выше, кодер 420 может доставлять сигнал маркера полного оборота один раз в расчете на полный оборот вала 8. Такой сигнал маркера полного оборота может иметь форму электрического импульса, имеющего фронт, который может точно определяться, и указывающего определенное положение вращения отслеживаемого вала 8. Сигнал маркера полного оборота, который может упоминаться как индексный импульс, может быть сформирован на выходе кодера 420 в ответ на определение шаблона нулевого угла на кодирующем диске, который вращается, когда вращается отслеживаемый вал. Это может достигаться несколькими способами, как известно специалистам в данной области техники. Кодирующий диск может, например, содержать шаблон нулевого угла, который формирует сигнал нулевого угла с каждым оборотом диска. Изменения скорости могут детектироваться, например, посредством регистрации маркера полного оборота в запоминающем устройстве 604 каждый раз, когда отслеживаемый вал передает определенное положение вращения, и посредством ассоциирования маркера полного оборота с выборочным значением §(]), принимаемым в этот момент. Таким образом, запоминающее устройство 604 сохраняет большее число выборок между двумя последовательными маркерами полного оборота, когда вал вращается медленнее, поскольку аналого-цифровой преобразователь доставляет постоянное число выборок £₃ в секунду.

Фиг. 20 является блок-схемой прореживателя 310 и еще одного другого варианта осуществления дробного прореживателя 470. Этот вариант осуществления дробного прореживателя обозначается 470В. Дробный прореживатель 470В может включать в себя запоминающее устройство 604, выполненное с возможностью принимать и сохранять значения §(]) данных, а также информацию, указывающую соответствующую скорость вращения £_КОТ отслеживаемой вращающейся части. Следовательно, запоминающее устройство 604 может сохранять каждое значение §(]) данных так, оно ассоциировано со значением,

- 22 020791 указывающим скорость вращения отслеживаемого вала, во время определения значения сигнала δ_ΕΑ датчика, соответствующего значению δ(ί) данных.

Дробный прореживатель 470В принимает сигнал δ_ΚΕϋ1, имеющий частоту ^гзк1 дискретизации, в качестве последовательности значений δ(ί) данных, и он доставляет выходной сигнал δ_ΚΕϋ2, имеющий частоту Γ_δΚ2 дискретизации, в качестве другой последовательности значений К(ц) данных на выход 590.

Дробный прореживатель 470В может включать в себя запоминающее устройство 604, выполненное с возможностью принимать и сохранять значения δ(ί) данных, а также информацию, указывающую соответствующую скорость вращения Г_кот отслеживаемой вращающейся части. Запоминающее устройство 604 может сохранять значения δ(ί) данных в блоках так, что каждый блок ассоциирован со значением, указывающим релевантную скорость вращения отслеживаемого вала, как описано ниже в связи с фиг. 21.

Дробный прореживатель 470В также может включать в себя генератор 606 переменных дробного прореживания, который выполнен с возможностью формировать дробное значение Ό. Дробное значение Ό может быть числом с плавающей запятой. Следовательно, дробное число может управляться равным значению числа с плавающей запятой в ответ на принимаемое значение Г_Кот скорости, так что значение числа с плавающей запятой служит признаком значения Г_кот скорости с определенной неточностью. Когда реализован посредством надлежащим образом запрограммированного ΌδΡ, как упомянуто выше, неточность значения числа с плавающей запятой может зависеть от способности ΌδΡ формировать значения числа с плавающей запятой.

Кроме того, дробный прореживатель 470В также может включать в себя ПК-фильтр 608. ПКфильтр 608 является ПК-фильтром нижних частот, имеющим определенную частоту отсечки нижних частот, выполненную с возможностью прореживания на коэффициент Ό_ΜΑΧ. Коэффициент Ό_ΜΑΧ может задаваться равным подходящему значению, например, 20,000. Кроме того, дробный прореживатель 470В также может включать в себя генератор 610 параметров фильтра.

Работа дробного прореживателя 470В описывается со ссылкой на фиг. 21 и 22 ниже.

Фиг. 21 является блок-схемой последовательности операций, иллюстрирующей вариант осуществления способа работы с прореживателем 310 и дробным прореживателем 470В по фиг. 20.

На первом этапе δ2000 скорость Г_КОт вращения части, которая должна отслеживаться на предмет состояния, записывается в запоминающее устройство 604 (фиг. 20 и 21), и это может осуществляться практически одновременно с тем, как начинается измерение вибраций или ударных импульсов. Согласно другому варианту осуществления скорость вращения части, которая должна отслеживаться на предмет состояния, наблюдается в течение определенного периода времени. Наивысшая определенная скорость Р_Коттах и наименьшая определенная скорость Р_коттш могут записываться, например, в запоминающем устройстве 604 (фиг. 20 и 21).

На этапе δ2010 записанные значения скорости анализируются в целях установления того, варьируется или нет скорость вращения. Если скорость определяется как постоянная, модуль 460 выбора (фиг. 16) может автоматически задаваться в таком положении, что он доставляет сигнал δ_ΚΕϋ, имеющий частоту Γ_δΚι дискретизации, на вход 315 модуля 320 повышения отношения сигнал-шум, и дробный прореживатель 470, 470В может деактивироваться. Если скорость определяется как переменная, дробный прореживатель 470, 470В может автоматически активироваться, и модуль 460 выбора автоматически задается в таком положении, что он доставляет сигнал δ_ΚΕϋ2, имеющий частоту Γ_δΚ2 дискретизации, на вход 315 модуля 320 повышения отношения сигнал-шум.

На этапе δ2020 пользовательский интерфейс 102, 106 отображает записанное значение Г_Кот скорости или значения Г_котт1П, Г_коттах скорости и запрашивает пользователя вводить требуемое значение Ο_ν порядка. Как упомянуто выше, частота Г_Кот вращения вала зачастую упоминается как порядок 1. Интересующие сигналы могут возникать приблизительно десять раз в расчете на оборот вала (порядок 10). Кроме того, может быть интересным анализировать гармоники некоторых сигналов, таким образом, может быть интересным измерять вплоть до порядка 100 или порядка 500 или еще выше. Следовательно, пользователь может вводить номер О_ν порядка с использованием пользовательского интерфейса 102.

На этапе δ2030 определяется подходящая выходная частота Γ_δΚ2 дискретизации. Согласно варианту осуществления выходная частота Γ_δΚ2 дискретизации задается равной Г_Ж2=С-оЩ_КОТтт, где С является константой, имеющей значение, превышающее 2,0.

О_ν является числом, указывающим соотношение между скоростью вращения отслеживаемой части и частотой повторения сигнала, который должен анализироваться.

Р_коттт является самой низкой скоростью вращения отслеживаемой части, ожидаемой во время предстоящего сеанса измерения. Согласно варианту осуществления значение Г_котт1П является самой низкой скоростью вращения, определяемой на этапе δ2020, как описано выше.

Постоянная С может выбираться равной значению 2,00 (два) или выше с учетом теоремы о дискретном представлении. Согласно вариантам осуществления изобретения постоянная С может предварительно устанавливаться равной значению между 2,40 и 2,70, где к является коэффициентом, имеющим значение, превышающее 2,0.

Соответственно, коэффициент к может выбираться равным значению, превышающему 2,0. Соглас- 23 020791 но варианту осуществления коэффициент С преимущественно выбирается так, что 100-С/2 предоставляет целое число. Согласно варианту осуществления коэффициент С может задаваться равным 2,56. Выбор С равным 2,56 предоставляет 100-С=256=2 в степени 8.

На этапе З2040 целочисленное значение М выбирается в зависимости от детектированной скорости Г_|ОТ вращения части, которая должна отслеживаться. Значение М может автоматически выбираться в зависимости от детектированной скорости вращения части, которая должна отслеживаться, так что промежуточная уменьшенная частота ^ГЗ|<1 дискретизации должна превышать требуемую частоту ГЗ|2 дискретизации выходных сигналов. Значение уменьшенной частоты ^ГЗ11 дискретизации также выбирается в зависимости от того, какая величина изменения скорости вращения ожидается во время сеанса измерения. Согласно варианту осуществления частота Гз дискретизации аналого-цифрового преобразователя может составлять 102,4 кГц. Согласно варианту осуществления целочисленное значение М может задаваться равным значению между 100 и 512 так, чтобы предоставлять промежуточные значения уменьшенной частоты Г_Ж1 дискретизации между 1024 и 100 Гц.

На этапе З2050 определяется значение Ό переменной дробного прореживания. Когда скорость вращения части, которая должна отслеживаться на предмет состояния, варьируется, значение Ό переменной дробного прореживания должно варьироваться в зависимости от мгновенного определенного значения скорости.

Согласно другому варианту осуществления этапов З2040 и З2050 целочисленное значение М задается так, что промежуточная уменьшенная частота ^ГЗ|<1 дискретизации превышает Г_З|2 (как определено на этапе З2030 выше), по меньшей мере, на значение в процентах, равное соотношению между наивысшим определенным значением Г_|ОТтах скорости, деленным на наименьшее определенное значение Г_|ОТтт скорости. Согласно этому варианту осуществления максимальное значение О_МАХ переменной дробного прореживания задается равным значению О_МАХ=Г_1ОТтах/Гк_ОТтт, и минимальное значение О_мж переменной дробного прореживания задается равным 1,0. После этого выполняется мгновенное измерение в реальном времени фактического значения Г_|ОТ скорости, и мгновенное дробное значение Ό задается соответствующим образом.

Р|<_оТ является значением, указывающим измеренную скорость вращения вращающейся части, которая должна отслеживаться.

На этапе З2060 начинается фактическое измерение и может быть определена требуемая полная длительность измерения. Эта длительность может быть определена в зависимости от степени ослабления стохастических сигналов, необходимых в модуле повышения отношения сигнал-шум. Следовательно, требуемая полная длительность измерения может задаваться так, что она соответствует (или так, что она превышает) длительность, необходимую для получения входного сигнала 1_и.₂._ЖТ| |. как пояснено выше в связи с фиг. 10А к 13. Как упомянуто выше в связи с фиг. 10А к 13, более длительный входной сигнал Ις_ΕΝο_Τη предоставляет эффект лучшего ослабления стохастических сигналов относительно шаблонов повторяющихся сигналов в выходном сигнале.

Полная длительность измерения также может быть определена в зависимости от требуемого числа оборотов отслеживаемой части.

Когда измерение начинается, прореживатель 310 принимает цифровой сигнал З_Е.,-₂ на частоте Г_З, и он доставляет цифровой сигнал З_КЕи₁ на уменьшенной частоте Г_З|1=Г_З/М на вход 480 дробного прореживателя. Ниже сигнал Зоди поясняется с точки зрения сигнала, имеющего выборочные значения З(]), где _) является целым числом.

На этапе З2070 выполняется запись значений З(]) данных в запоминающем устройстве 604 и ассоциирование каждого значения данных со значением Г_|ОТ скорости вращения. Согласно варианту осуществления изобретения значение Г_|ОТ скорости вращения считывается и записывается на частоте Г_к|=1000 раз в секунду. Частота Г_|ж- считывания и записи может задаваться равной другим значениям в зависимости от того, насколько варьируется скорость Г_|ОТ отслеживаемой вращающейся части.

На следующем этапе З2080 выполняется анализ записанных значений скорости вращения и разделение записанных значений З(]) данных на блоки данных в зависимости от значений скорости вращения. Таким образом, определенное число блоков значений З(]) данных может быть сформировано, причем каждый блок значений З(]) данных ассоциирован со значением скорости вращения. Значение скорости вращения указывает скорость вращения отслеживаемой части, когда значения З(]) данных этого конкретного блока записаны. Отдельные блоки данных могут иметь взаимно различный размер, т.е. отдельные блоки могут хранить взаимно различные числа значений З(]) данных.

Если, например, отслеживаемая вращающаяся часть сначала вращается на первой скорости Г_|ОТ1 в течение первого периода времени, и она затем изменяет скорость, чтобы вращаться со второй скоростью Г_|ОТ2 в течение второго, более короткого, периода времени, записанные значения З(]) данных могут быть разделены на два блока данных, причем первый блок значений данных ассоциирован с первым значением Г_|ОТ1 скорости, а второй блок значений данных ассоциирован со вторым значением Г_|ОТ2 скорости. В этом случае, второй блок данных должен содержать меньше значений данных, чем первый блок данных, поскольку второй период времени короче.

- 24 020791

Согласно варианту осуществления, когда все записанные значения §(]) данных разделены на блоки и все блоки ассоциированы со значением скорости вращения, далее способ переходит к выполнению этапа §2090.

На этапе §2090 выполняется выбор первого блока значений §(]) данных и определение значения Ό дробного прореживания, соответствующего ассоциированному значению Г_КоТ скорости вращения. Ассоциирование этого значения Ό дробного прореживания с первым блоком значений §(]) данных.

Согласно варианту осуществления, когда все блоки ассоциированы с соответствующим значением Ό дробного прореживания, далее способ переходит к выполнению этапа §2090. Следовательно, значение значения Ό дробного прореживания адаптируется в зависимости от скорости Г_КоТ.

На этапе §2100 выполняется выбор блока значений §(]) данных и ассоциированного значения Ό дробного прореживания, как описано на этапе §2090 выше.

На этапе §2110 выполняется формирование блока выходных значений К в ответ на выбранный блок входных значений § и ассоциированного значения Ό дробного прореживания. Это может осуществляться, как описано со ссылкой на фиг. 22.

На этапе §2120 выполняется проверка того, существуют или нет оставшиеся входные значения данных, которые должны обрабатываться. Если существует другой блок входных значений данных, которые должны обрабатываться, то повторение этапа §2100. Если нет оставшихся блоков входных значений данных, которые должны обрабатываться, то сеанс измерения завершается.

Фиг. 22А, 22В и 22С иллюстрируют блок-схему последовательности операций варианта осуществления способа работы дробного прореживателя 470В по фиг. 20.

На этапе §2200 выполняется прием блока входных значений §(]) данных и ассоциированного конкретного значения Ό дробного прореживания. Согласно варианту осуществления принимаемые данные являются такими, как описано на этапе §2100 для фиг. 21 выше. Входные значения §(]) данных в принимаемом блоке входных значений § данных ассоциируются с конкретным значением Ό дробного прореживания.

На этапах §2210-§2390 Р1К-фильтр 608 адаптирован для конкретного значения Ό дробного прореживания, принимаемого на этапе §2200, и формируется набор соответствующих выходных значений К(с|) сигналов. Это описывается более конкретно ниже.

На этапе §2210 выбираются настройки фильтра, подходящие для конкретного значения Ό дробного прореживания. Как упомянуто в связи вышеприведенным с фиг. 20, Р1К-фильтр 608 является Р1Кфильтром нижних частот, имеющим определенную частоту отсечки нижних частот, адаптированную для прореживания на коэффициент Ό_ΜΑΧ. Коэффициент Ό_ΜΑΧ может задаваться равным подходящему значению, например, 20. Значение Р_К отношения фильтра задается равным значению в зависимости от коэффициента Ό_ΜΑΧ и конкретного значения Ό дробного прореживания, принимаемого на этапе §2200. Этап §2210 может выполняться посредством генератора 610 параметров фильтра (фиг. 20).

На этапе §2220 выполняется выбор значения х начального положения в принимаемом входном блоке §(]) данных. Следует отметить, что значение х начального положения не должно быть целым числом. Р1К-фильтр 608 имеет длину Р_ЕЕЕ2ТН, и значение х начального положения затем должно выбираться в зависимости от длины Р[,_Е\<тι фильтра и значения Р_К отношения фильтра. Значение Р_К отношения фильтра является таким, как задано на этапе §2210 выше. Согласно варианту осуществления значение х начального положения может задаваться равным х:=Р_ЪЕЫОТН/Р_К.

На этапе §2230 суммирующее значение §ИМ фильтра подготавливается и задается равным начальному значению, такому как, например, §ИМ:=0,0.

На этапе §2240 выбирается положение _) в принимаемых входных данных, смежное и предшествующее положению х. Положение _) может выбираться как целочисленная часть х.

На этапе §2250 выполняется выбор положения Ррок в Р1К-фильтре, соответствующего выбранному положению _) в принимаемых входных данных. Положение Ррок может быть дробным числом. Положение Ррок фильтра, относительно среднего положения фильтра, может быть определено как

Рро8=[(х-1)-Рк], где Р_К является значением отношения фильтра.

На этапе §2260 выполняется проверка того, находится или нет определенное значение положения Ррок фильтра за пределами допустимых предельных значений, т.е. точки в положении пределами фильтра. Если это происходит, то выполняется переход к этапу §2300 ниже. В противном случае, выполняется переход к этапу §2270.

На этапе §2270 значение фильтра вычисляется посредством интерполяции. Следует отметить, что смежные значения коэффициентов фильтрации в Р1К-фильтре нижних частот, в общем, имеют аналогичные числовые значения. Следовательно, значение интерполяции преимущественно должно быть точным. Сначала вычисляется целочисленное значение 1Ррок положения:1Ррок:=целочисленная часть Ррок.

Значение Руа1 фильтра для положения Ррок составляет

Руа1=(1Ррок)+ [(1Ррок+1)-(1Ррок)] · [Ррок-1Грок], где (1Ррок) и (1Ррок+1) являются значениями в опорном фильтре, и положение Ррок фильтра являет- 25 020791 ся положением между этими значениями.

На этапе 82280 выполняется вычисление обновления суммирующего значения 8ИМ фильтра в ответ на положение _) сигнала

8υΜ:=8υΜ+Ρνα1·8(ί)

На этапе 82290 выполняется перемещение в другое положение сигнала

Задание .):=.)-1. После этого переход к этапу 82250.

На этапе 2300 выбирается положение .) в принимаемых входных данных, смежное и следующее после положения х. Это положение .) может выбираться как целочисленная часть х плюс 1 (один), т.е. .) :=1+целочисленная часть х.

На этапе 82310 выполняется выбор положения в Р1К-фильтре, соответствующего выбранному положению .) в принимаемых входных данных. Положение Ррок может быть дробным числом. Положение Ррок фильтра, относительно среднего положения фильтра, может быть определено как

Ρρο5=[(ί-χ)·Ρ_κ], где Р_К является значением отношения фильтра.

На этапе 82320 выполняется проверка того, находится или нет определенное значение положения Ррок фильтра за пределами допустимых предельных значений, т.е. точки в положении за пределами фильтра. Если это происходит, то выполняется переход к этапу 82300 ниже. В противном случае, выполняется переход к этапу 82330.

На этапе 82330 значение фильтра вычисляется посредством интерполяции. Следует отметить, что смежные значения коэффициентов фильтрации в Р1К-фильтре нижних частот, в общем, имеют аналогичные числовые значения. Следовательно, значение интерполяции преимущественно должно быть точным. Сначала целочисленное значение 1Ррок положения вычисляется:

1Ррок:=целочисленная часть Ррок.

Значение фильтра для положения Ррок составляет

Рνа1(Рροк)=(IРροк)+[(IРροк+1)-(IРροк)]·[Рροк-Iίрοк], где (1Ррок) и (1Ррок+1) являются значениями в опорном фильтре, и положение Ррок фильтра является положением между этими значениями.

На этапе 82340 выполняется вычисление обновления суммирующего значения 8υΜ фильтра в ответ на положение .) сигнала:

8υΜ:=8υΜ+Рνа1·8(^)

На этапе 82350 выполняется перемещение в другое положение сигнала.

Задание .):=.)+1. После этого переход к этапу 82310.

На этапе 82360 выполняется доставка выходного значения К(]) данных. Выходное значение К(]) данных может доставляться в запоминающее устройство, так что последовательные выходные значения данных сохраняются в последовательных положениях в запоминающем устройстве. Числовое значение выходного значения К(]) данных составляет: К(]):=8иМ

На этапе 82370 выполняется обновление значения х положения: χ:=χ+Ό

На этапе 82380 выполняется обновление значения .) положения: .):=.)+1.

На этапе 82390 выполняется проверка того, сформировано или нет требуемое число выходных значений данных. Если требуемое число выходных значений данных не сформировано, то выполняется переход к этапу 82230. Если требуемое число выходных значений данных сформировано, то переход к этапу 82120 в способе, описанном относительно фиг. 21. Фактически, этап 82390 сконфигурирован так, чтобы гарантировать, что формируется блок выходных значений К(с.|) сигналов, соответствующий блоку входных значений 8 данных, принимаемых на этапе 82200, и что когда выходные значения К сигналов, соответствующие входным значениям 8 данных, сформированы, далее должен быть выполнен этап 82120 на фиг. 21.

Способ, описанный со ссылкой на фиг. 22, может быть реализован как подпрограмма компьютерной программы, и этапы 82100 и 82110 могут быть реализованы как основная программа.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения компенсация переменной скорости вращения вала может достигаться посредством управления тактовой частотой, доставляемой посредством тактового генератора 190. Как упомянуто выше, детектор 420 скорости (см. фиг. 5) может предоставляться, чтобы доставлять сигнал, указывающий скорость Г_К0Т вращения вала 8. Сигнал скорости может приниматься на порту 430 средства 180 обработки, тем самым предоставляя возможность средству 180 обработки управлять тактовым генератором 190. Соответственно, средство 180 обработки может иметь порт 440 для доставки управляющего синхросигнала. Следовательно, средство 180 обработки может быть выполнено с возможностью управлять тактовой частотой в ответ на определенную скорость Г_К0Т вращения.

Как упомянуто в связи с фиг. 2В, частота дискретизации аналого-цифрового преобразователя зависит от тактовой частоты.

Следовательно, устройство 14 может быть выполнено с возможностью управлять тактовой частотой в ответ на определенную скорость Г_К0Т вращения, так что число выборочных значений в расчете на обо- 26 020791 рот отслеживаемой вращающейся части поддерживается равным практически постоянному значению, даже когда варьируется скорость вращения.

Согласно еще одному другому варианту осуществления изобретения функциональность 320, 94 модуля повышения отношения сигнал-шум может достигаться посредством способа для формирования автокорреляционных данных, как описано в υδ 7010445, содержимое которой содержится в данном документе по ссылке. В частности, процессор 50 цифровых сигналов может включать в себя функциональность 94 для выполнения последовательных операций преобразования Фурье для оцифрованных сигналов, чтобы предоставлять автокорреляционные данные.

Мониторинг состояния зубчатых передач

Следует отметить, что варианты осуществления изобретения также могут использоваться для того, чтобы наблюдать, отслеживать и определять состояние зубчатых передач. Некоторые варианты осуществления предоставляют, в частности, преимущества при мониторинге планетарных зубчатых передач, содержащих планетарные передачи, шестерни и/или редукторы. Это подробнее описывается ниже. Планетарные передачи, шестерни и/или редукторы также могут упоминаться как планетарные передачи, шестерни и/или редукторы.

Фиг. 23 является видом спереди, иллюстрирующим планетарную зубчатую передачу 700. Планетарная зубчатая передача 700 содержит по меньшей мере одну или более коронных шестерен 702, 703, 704, вращающихся вокруг центральной шестерни 701. Коронные шестерни 702, 703, 704 обычно упоминаются как планетарные шестерни, а центральная шестерня 701 обычно упоминается как солнечная шестерня. Планетарная зубчатая передача 700 также может включать использование шестерни 705 с внутренним зацеплением, обычно также называемой кольцевой шестерней. Планетарные шестерни 702, 703, 704 могут содержать Р зубов 707, солнечная шестерня 701 может содержать δ зубов 708, и кольцевая шестерня 705 может содержать А зубов 706. А зубов на кольцевой шестерне 705 выполнены с возможностью сцепляться с Р зубов на планетарных шестернях 702, 703, 704, которые, в свою очередь, также выполнены с возможностью сцепляться с δ зубов на солнечной шестерне 701. Тем не менее, следует отметить, что солнечная шестерня 701 обычно крупнее планетарных шестерен 702, 703, 704, вследствие чего иллюстрация, показанная на фиг. 23, не должна быть истолкована в качестве ограничения в этом отношении. Когда существуют различные размеры на солнечной шестерне 701 и планетарных шестернях 702, 703, 704, устройство 14 анализа также может отличать между определенными состояниями различных валов и шестерен планетарной зубчатой передачи 700, как должно становиться очевидным из нижеследующего.

Во многих планетарных зубчатых передачах один из трех базовых компонентов, т.е. солнечной шестерни 701, планетарных шестерен 702, 703, 704 или кольцевой шестерни 705, поддерживается неподвижным. Один из двух оставшихся компонентов затем может служить в качестве входа и предоставлять мощность в планетарную зубчатую передачу 700. Последний оставшийся компонент затем может служить в качестве вывода и принимать мощность из планетарной зубчатой передачи 700. Соотношение входного вращения к выходному вращению зависит от числа зубов в каждой шестерне и от того компонента, который поддерживается неподвижным.

Фиг. 24 является схематичным видом сбоку планетарной зубчатой передачи 700 по фиг. 23 при просмотре в направлении стрелки δν на фиг. 23. Примерная компоновка 800, включающая в себя планетарную зубчатую передачу 700, может содержать по меньшей мере один датчик 10 и по меньшей мере одно устройство 14 анализа согласно изобретению, как описано выше. Компоновка 800, например, может использоваться в качестве редуктора для воздушных турбин.

В варианте осуществления компоновки 800 кольцевая шестерня 705 поддерживается фиксированной. Вращающийся вал 801 имеет несколько подвижных рычагов или несущих 801А, 801В, 801С, размещаемых, чтобы зацеплять планетарные шестерни 702, 703, 704. После предоставления входного вращения 802 для вращающегося вала 801 вращающийся вал 801 и подвижные рычаги 801А, 801В, 801С и планетарные шестерни 702, 703, 704 могут служить в качестве входа и предоставлять мощность в планетарную зубчатую передачу 700. Вращающийся вал 801 и планетарные шестерни 702, 703, 704 затем могут вращаться относительно солнечной шестерни 701. Солнечная шестерня 701, которая может монтироваться на вращающемся валу 803, тем самым может служить в качестве вывода и принимать мощность из планетарной зубчатой передачи 700. Эта конфигурация формирует увеличение передаточного отношения 0=1+-.

В качестве примера, передаточное отношение О при использовании в качестве редуктора в воздушной турбине может быть реализовано так, что выходное вращение приблизительно в 5-6 раз превышает входное вращение. Планетарные шестерни 702, 703, 704 могут монтироваться через подшипники 7А, 7В и 7С, соответственно, на подвижных рычагах или несущих 801А, 801В и 801С (как показано на обеих фиг. 23-24). Вращающийся вал 801 может монтироваться в подшипниках 7Ό. Аналогично, вращающийся вал 803 может монтироваться в подшипниках 7Е, и солнечная шестерня 701 может монтироваться через подшипники 7Р на вращающемся валу 803.

Согласно одному варианту осуществления изобретения по меньшей мере один датчик 10 может быть присоединен на или в точке 12 измерения фиксированной кольцевой шестерни 705 планетарной

- 27 020791 зубчатой передачи 700. Датчик 10 также может быть выполнен с возможностью обмениваться данными с устройством 14 анализа. Устройство 14 анализа может быть выполнено с возможностью анализировать состояние планетарной зубчатой передачи 700 на основе данных измерений или значений сигналов, доставляемых посредством датчика 10, как описано выше в этом документе. Устройство 14 анализа может включать в себя модуль 230 оценки, как указано выше.

Фиг. 25 иллюстрирует аналоговую версию примерного сигнала, сформированного посредством и выводимого посредством препроцессора 200 (см. фиг. 5 или 16) в ответ на сигналы, определяемые посредством по меньшей мере одного датчика 10 при вращении планетарной зубчатой передачи 700 в компоновке 800. Сигнал показывается в течение длительности Τ_ΚΕν, которая представляет значения сигналов, определяемые во время одного оборота вращающегося вала 801. Следует понимать, что сигнал, доставляемый посредством препроцессора 200 на порт 260 (см. фиг. 5 и 16), может доставляться на вход 220 модуля 230 оценки (см. фиг. 8 или 7).

Как видно из сигнала на фиг. 25, амплитуда или выход сигнала для сигнала увеличивается по мере того, как каждая из планетарных шестерен 702, 703, 704 проходит точку 12 измерения датчика 10 в компоновке 800. Эти части сигнала упоминаются далее как области 702А, 703А, 704А высокой амплитуды, которые могут содержать пики 901 с высокой амплитудой. Также можно показать, что общее число пиков 901, 902 в сигнале за один оборот вращающегося вала 801, т.е. в течение периода Τ_ΚΕν времени, непосредственно коррелирует с числом зубов на кольцевой шестерне 705. Например, если число зубов на кольцевой шестерне 705 составляет А=73, общее число пиков в сигнале в течение периода Τ_ΚΕν времени составляет 73; или если число зубов на кольцевой шестерне 705 составляет А=75, общее число пиков в сигнале в течение периода Τ_ΚΕν времени составляет 75, и т.д. Как показано, это является истиной при условии, что нет ошибок или сбоев в шестернях 702, 703, 704, 705 компоновки 800.

Фиг. 26 иллюстрирует пример части области 702А высокой амплитуды сигнала, показанного на фиг. 25. Эта часть сигнала может быть сформирована, когда планетарная шестерня 702 передает свое механически ближайшее положение в точку 12 измерения и датчик 10 (см. фиг. 23-24). Следует отметить, что небольшие периодические возмущения или вибрации 903, которые проиллюстрированы на фиг. 26, могут иногда возникать. Здесь, небольшие периодические возмущения 903 связаны с возникновением ошибок, сбоев или разрывов в подшипниках 7А, как показано на фиг. 23-24, которые могут монтироваться на одном из подвижных рычагов 801А. Небольшие периодические возмущения 903 могут тем самым распространяться (или переноситься) из подшипника 7А через планетарную шестерню 702 планетарной зубчатой передачи 700 на кольцевую шестерню 705, при этом небольшие периодические возмущения 903 могут сниматься посредством датчика 10, как описано выше, например, в связи с фиг. 1-24. Аналогично, ошибки, сбои или разрывы в подшипниках 7В или 7С, смонтированных на одном из подвижных рычагов 801В или 801С, также могут формировать такие небольшие периодические возмущения 903, которые способом, идентичным вышеописанному, могут сниматься посредством датчика 10. Также следует отметить, что небольшие периодические возмущения 903 также могут происходить в результате ошибок, сбоев или разрывов в подшипниках 7Р, которые могут монтироваться на вращающемся валу 803. Определение этих небольших периодических возмущений в сигнале может служить признаком начала ухудшения качества подшипников 7А, 7В, 7С и/или 7Р или указывать то, что они на пределе активного эксплуатационного ресурса. Это, например, может быть важным, поскольку это может помогать прогнозировать, когда планетарная зубчатая передача 700 и/или компоновка 800 нуждается в техническом обслуживании или замене.

Согласно варианту осуществления изобретения анализатор 290 состояния в модуле 230 оценки устройства 14 анализа может быть выполнен с возможностью определять эти небольшие периодические возмущения 903 в принимаемом сигнале из датчика 10. Это становится возможным посредством вышеописанных вариантов осуществления изобретения. Небольшие периодические возмущения 903 также могут упоминаться как ударные импульсы 903 или вибрации 903. Согласно варианту осуществления изобретения устройство 14 анализа, использующее модуль 320 повышения отношения сигнал-шум, как описано выше, предоставляет определение этих ударных импульсов 903 или вибрации 903, возникающих из подшипников 7А (или 7В, 7С или 7Р), с использованием датчика 10, смонтированного на кольцевой шестерне 705, как описано выше. Несмотря на то что механический ударный импульс или сигнал вибрации, снимаемый посредством датчика 10, присоединенного к кольцевой шестерне 705, может быть слабым, инициализация модуля 320 повышения отношения сигнал-шум, как описано выше, позволяет отслеживать состояние подшипников 7А (или 7В, 7С или 7Р) даже при том, что механический ударный импульс или сигнал вибрации распространен через одну или несколько из планетарных шестерен 702, 703 или 704.

Как упомянуто выше и показано на фиг. 7-9, анализатор 290 состояния может быть выполнен с возможностью осуществлять подходящий анализ посредством управления сигналом во временной области или сигналом в частотной области. Тем не менее, определение небольших периодических возмущений 903 в принимаемом сигнале из датчика 10 наиболее подходяще описывается в частотной области, как показано на фиг. 27.

Фиг. 27 иллюстрирует примерный частотный спектр сигнала, содержащего небольшое периодиче- 28 020791 ское возмущение 903, как проиллюстрировано на фиг. 26. Частотный спектр сигнала содержит пик 904 на частоте, который непосредственно коррелируется с зацеплением или сцеплением зубов планетарных шестерен 702, 703, 704 и кольцевой шестерни 705. Фактически, частота пика 904 в частотном спектре находится при ΆχΩ, где А является общим числом зубов кольцевой шестерни 705, а Ω является числом оборотов в секунду вращающегося вала 801, когда вращение 802 происходит при постоянной скорости вращения.

В дополнение к пику 904 в частотном спектре, небольшое периодическое возмущение 903, как проиллюстрировано на фиг. 26, может формировать пики 905, 906 на частотах Г1, Г, центрированных вокруг пика 904 в частотном спектре. Пики 905, 906 на частотах Г], Г₂ могут тем самым также упоминаться как симметричная боковая полоса частот в районе центрального пика 904. Согласно примерному варианту осуществления изобретения анализатор 290 состояния может быть выполнен с возможностью определять один или несколько пиков в частотном спектре и тем самым выполнен с возможностью определять небольшие периодические возмущения в сигнале, принимаемом от датчика 10. Также можно показать, что пики 905, 906 на частотах Г), Г₂ касаются центрального пика 904 согласно уравнениям 1-2 (Еч. 1)

Л = (ЛхП)+(/_!>х/_та!) (Е<]. 2) где А является общим числом зубов кольцевой шестерни 705;

О является числом оборотов в секунду вращающегося вала 801; и

Г_Е) является частотой повторения сигнатуры повторяющихся сигналов, которая может служить признаком ухудшенного состояния; и

Г₇₀₂ является числом оборотов в секунду планеты 702 вокруг собственного центра.

Частота Г_Е) повторения сигнатуры повторяющихся сигналов служит признаком этой из вращающихся частей, которая является источником сигнатуры повторяющихся сигналов. Частота Г_Е) повторения сигнатуры повторяющихся сигналов также может использоваться для того, чтобы отличать между различными типами ухудшенных состояний, как пояснено выше, например, в связи с фиг. 8. Соответственно, определенная частота Г_Е) повторения сигнатуры повторяющихся сигналов может служить признаком основной групповой частоты (РТР), частоты вращения шариков (Βδ), частоты наружного кольца (ОК) или частоты внутреннего кольца (1К), касающегося подшипника 7А, 7В, 7С или 7Р в планетарной зубчатой передаче 700 в компоновке 800 на фиг. 24.

Следовательно, как описано выше, сигнал данных, представляющий механические вибрации, являющиеся следствием вращения одного или нескольких валов, к примеру, вращающегося вала 801 и/или вращающегося вала 803 (см. фиг. 23-24), может включать в себя несколько сигнатур повторяющихся сигналов, и определенная сигнатура сигнала может тем самым повторяться определенное число раз в расчете на оборот одного из отслеживаемых валов. Кроме того, несколько взаимно различных сигнатур повторяющихся сигналов могут возникать, при этом взаимно различные сигнатуры повторяющихся сигналов могут иметь взаимно различные частоты повторения. Способ для улучшения сигнатур повторяющихся сигналов в сигналах, как описано выше, преимущественно предоставляет одновременное определение многих сигнатур повторяющихся сигналов, имеющих взаимно различные частоты повторения. Это преимущественно предоставляет одновременный мониторинг нескольких подшипников 7А, 7В, 7С, 7Р, ассоциированных с различными валами 801, 803, с использованием одного детектора 10. Одновременный мониторинг также может использовать факт того, что солнечная шестерня 701 и планетарные шестерни 702, 703, 704 обычно имеют различные размеры, что дополнительно позволяет предоставлять простое определение того, какой из подшипников 7А, 7В, 7С, 7Р на фиг. 23-24 формирует небольшое периодическое возмущение 903 и, таким образом, какой из подшипников 7А, 7В, 7С, 7Р на фиг. 23-24 может нуждаться в техническом обслуживании или замене. Способ для улучшения сигнатур повторяющихся сигналов в сигналах, как описано выше, также преимущественно позволяет отличать между, например, сигнатурой повреждения внутреннего кольца подшипника и сигнатурой повреждения наружного кольца подшипника в одном сеансе измерения и анализа.

Релевантное значение для Ω, представляющее скорость вращения планетарных шестерен 702, 703,

704, может указываться посредством датчика 420 (см. фиг. 24). Датчик 420 может быть выполнен с возможностью формировать сигнал, указывающий вращение вала 803 относительно кольцевой шестерни

705, и из этого сигнала релевантное значение для Ω может вычисляться, когда известно число зубов кольцевой шестерни 705, планетарных шестерен 702, 703, 704 и солнечных шестерен 701.

Фиг. 28 иллюстрирует пример части примерного сигнала, показанного на фиг. 25. Эта примерная часть демонстрирует другой пример ошибки или сбоя, который анализатор 290 состояния также может определять способом, аналогичным описанному выше. Если зуб в одной или нескольких из шестерен 701, 702, 703, 704, 705 должен ломаться или практически стерт, анализатор 290 состояния может быть выполнен с возможностью определять то, что зуб сломан или стерт, поскольку он также формирует периодическое возмущение, т.е. вследствие отсутствия зацепления зуба либо сцепления отсутствующего или стертого зуба. Это может обнаруживаться посредством анализатора 290 состояния, например, в час- 29 020791 тотном спектре сигнала, принимаемого от датчика 10. Также следует отметить, что этот тип ошибки или сбоя может определяться посредством анализатора 290 состояния в любом типе шестерни и/или зубчатой передачи. Частота этого типа ошибки зацепления зубов или ошибки сцепления в шестерне и/или зубчатой передаче зачастую находится на значительно более высокой частоте, чем, например, частоты £, £₂ на фиг. 27.

Фиг. 29 иллюстрирует еще один вариант осуществления системы 2 анализа состояния согласно варианту осуществления изобретения. Датчик 10 физически ассоциирован с машиной 6, которая может включать в себя зубчатую передачу 700, имеющую несколько вращающихся частей (см. фиг. 1 и 29). Зубчатая передача по фиг. 29 может быть планетарной зубчатой передачей 700 по фиг. 24. Планетарная зубчатая передача 700, например, может использоваться в качестве редуктора для воздушных турбин.

Модуль 10 датчика может быть датчиком измерения ударных импульсов, выполненным с возможностью формировать аналоговый сигнал 8_еа, включающий в себя составляющую сигнала вибрации в зависимости от колебательного перемещения вращательно движущейся части в зубчатой передаче 700. Датчик 10 доставляет аналоговый сигнал 8_еа в компоновку 920 обработки сигналов.

Компоновка 920 обработки сигналов может включать в себя интерфейс 40 для датчиков и средство 50 обработки данных. Интерфейс 40 для датчиков включает в себя аналого-цифровой преобразователь 44 (фиг. 2А, 2В), формирующий цифровой измерительный сигнал 8_мс. Аналого-цифровой преобразователь 44 соединяется со средством 50 обработки данных так, чтобы доставлять сигнал 8_мс цифровых данных измерений в средство 50 обработки данных.

Средство 50 обработки данных соединяется с пользовательским интерфейсом 102. Пользовательский интерфейс 102 может включать в себя средство 104 пользовательского ввода, представляющее возможность пользователю обеспечивать пользовательский ввод. Такой пользовательский ввод может включать в себя выбор требуемой аналитической функции 105, 290, 290Т, 290И (фиг. 4, 7, 8) и/или настроек для функций 94, 250, 310, 470, 470А, 470, В, 320, 294 обработки сигналов (см. фиг. 4, 30).

Пользовательский интерфейс 102 также может включать в себя дисплей 106, как описано, например, в связи с фиг. 2А и 5.

Фиг. 30 является блок-схемой, иллюстрирующей части компоновки 920 обработки сигналов по фиг. 29 вместе с пользовательским интерфейсом 102, 104 и дисплеем 106.

Интерфейс 40 для датчиков содержит вход 42 для приема аналогового сигнала 8_еа от датчика измерения ударных импульсов и аналого-цифрового преобразователя 44. Модуль 43 приведения сигналов к требуемым параметрам (фиг. 2В) необязательно может также предоставляться. Аналого-цифровой преобразователь 44 дискретизирует принимаемый аналоговый сигнал с определенной частотой £₈ дискретизации так, чтобы доставлять сигнал 8_ме цифровых данных измерений, имеющий упомянутую определенную частоту £₈ дискретизации.

Частота £₈ дискретизации может задаваться равной ^£8=^к·^£8ΕАтаx^, где к является коэффициентом, имеющим значение, превышающее 2,0.

Соответственно, коэффициент к может выбираться равным значению, превышающему 2,0. Предпочтительно коэффициент к может выбираться равным значению между 2,0 и 2,9 во избежание эффектов наложения спектров. Выбор коэффициента к равным значению, превышающему 2,2, предоставляет запас надежности в отношении эффектов наложения спектров, как упомянуто выше в этом документе. Коэффициент к может выбираться равным значению между 2,2 и 2,9 так, чтобы предоставлять упомянутый запас надежности при недопущении формирования слишком большого числа выборочных значений. Согласно варианту осуществления коэффициент к преимущественно выбирается так, что 1001/2 предоставляет целое число. Согласно варианту осуществления коэффициент к может задаваться равным 2,56. Выбор к равным 2,56 предоставляет 1001=256=2 в степени 8.

Согласно варианту осуществления частота £₈ дискретизации сигнала 8_мс цифровых данных измерений может задаваться фиксированным образом равной определенному значению £8, такому как, например, £₈=102,4 кГц.

Следовательно, когда частота £₈ дискретизации задается фиксированным образом равной определенному значению £₈, частота £_8ЕАтах аналогового сигнала 8_еа составляет ^£8ЕАтах= £/к, где £_8ЕАтах является наивысшей частотой, которая должна быть проанализирована в дискретизированном сигнале.

Следовательно, когда частота £₈ дискретизации задается фиксированным образом равной определенному значению £₈=102,4 кГц, а коэффициент к задается равным 2,56, максимальная частота £_8ЕАтах аналогового сигнала 8_еа составляет £_8ЕАтах=£₈/к=102400/2,56 = 40 кГц

Сигнал 8_мс цифровых данных измерений, имеющий частоту £₈ дискретизации, принимается посредством фильтра 240. Согласно варианту осуществления фильтр 240 является фильтром верхних частот, имеющим частоту £_ъс отсечки. Этот вариант осуществления упрощает конструкцию посредством замены полосового фильтра, описанного в связи с фиг. 6, на фильтр 240 верхних частот. Частота £|,_с отсечки

- 30 020791 фильтра 240 верхних частот выбирается приблизительно равной значению наименьшего ожидаемого значения механической резонансной частоты резонансного датчика 10 измерения ударных импульсов. Когда механическая резонансная частота Г_км находится примерно в диапазоне от 30 до 35 кГц, фильтр 240 верхних частот может быть спроектирован так, чтобы иметь нижнюю частоту отсечки Г_ъс=30 кГц. Фильтрованный по верхним частотам сигнал затем передается в выпрямитель 270 и в фильтр 280 нижних частот.

Согласно варианту осуществления должно быть возможным использовать датчики 10, имеющие резонансную частоту примерно в диапазоне от 20 до 35 кГц. Чтобы достигать этого, фильтр 240 верхних частот может быть спроектирован так, чтобы иметь нижнюю частоту отсечки Г_ъс=20 кГц.

Выходной сигнал из цифрового фильтра 240 доставляется в цифровой модуль 250 формирования огибающей.

Тогда как аналоговые устройства предшествующего уровня техники для формирования сигнала огибающей в ответ на измерительный сигнал используют аналоговый выпрямитель, который, по сути, приводит к вводу погрешности смещения в результирующий сигнал, цифровой модуль 250 формирования огибающей преимущественно формирует настоящее выпрямление без погрешностей смещения. Соответственно, цифровой сигнал δ_ΕΝν огибающей должен иметь хорошее отношение сигнал-шум, поскольку датчик, механически резонирующий на резонансной частоте в полосе пропускания цифрового фильтра 240, приводит к высокой амплитуде сигнала. Кроме того, обработка сигналов, выполняемая в цифровой области, исключает добавление шума и исключает добавление погрешностей смещения.

Согласно варианту осуществления изобретения может исключаться необязательный фильтр 280 нижних частот в модуле 250 формирования огибающей. Фактически, необязательный фильтр 280 нижних частот в модуле 250 формирования огибающей исключается, поскольку прореживатель 310 включает в себя функцию фильтра нижних частот. Следовательно, модуль 250 формирования огибающей по фиг. 30 эффективно содержит цифровой выпрямитель 270, и сигнал, сформированный посредством цифрового выпрямителя 270, доставляется в целочисленный прореживатель 310, который включает в себя фильтрацию нижних частот.

Целочисленный прореживатель 310 выполнен с возможностью осуществлять прореживание цифрового сигнала δ_ΕΝν огибающей так, чтобы доставлять цифровой сигнал δ_ΕΕϋ, имеющий уменьшенную частоту ^ΓδΚ1 дискретизации, так что выходная частота дискретизации уменьшается на целочисленный коэффициент М по сравнению с входной частотой Γ_δ дискретизации.

Значение М может задаваться в зависимости от определенной скорости Γ_Κ0Τ вращения. Прореживатель 310 может задаваться так, чтобы выполнять выбранное прореживание М:1, где М является положительным целым числом. Значение М может приниматься на порту 404 прореживателя 310.

Целочисленное прореживание преимущественно выполняется на нескольких этапах с использованием фильтров нижних частот с конечной импульсной характеристикой, при этом каждый ПК-фильтр задается с требуемой степенью прореживания. Преимущество, ассоциированное с выполнением прореживания в нескольких фильтрах, состоит в том, что только последний фильтр должен иметь крутой спад. ПК-фильтр с крутым спадом, по существу, должен иметь много отводов, т.е. ПК-фильтр с крутым спадом должен быть длинным фильтром. Число ПК-отводов является индикатором относительно

1) объема памяти, требуемого для того, чтобы реализовывать фильтр,

2) числа требуемых вычислений и

3) объема фильтрации, который фильтр может выполнять;

фактически, больше отводов означает больше затуханий в полосе задерживания, меньше пульсаций, более узкие фильтры и т.д. Следовательно, чем короче фильтр, тем быстрее он может выполняться посредством ΌδΡ 50. Длина ПК-фильтра также является пропорциональной степени достижимого прореживания. Следовательно, согласно варианту осуществления целочисленного прореживателя прореживание выполняется более чем на двух этапах.

Согласно предпочтительному варианту осуществления целочисленное прореживание выполняется на четырех этапах: Μ1, М2, М3 и М4. Полное прореживание М равняется М1-М2-М3-М4. Это может достигаться посредством предоставления набора различных ПК-фильтров, которые могут быть комбинированы в несколько комбинаций, чтобы достигать требуемого полного прореживания М. Согласно варианту осуществления в гребенке предусмотрено восемь различных ПК-фильтров.

Преимущественно максимальная степень прореживания на последнем четвертом этапе равняется пяти (М4=5), предоставляя достаточно короткий фильтр, имеющий всего 201 отвод. Таким образом, ИКфильтры на этапах 1, 2 и 3 могут иметь еще меньшее число отводов. Фактически это предоставляет возможность фильтрам на этапах 1, 2 и 3 иметь по 71 отводу или меньше. Чтобы достигать полного прореживания М=4000, можно выбирать три ПК-фильтра, предоставляющие прореживание М1=10, М2=10 и М3=10, и ПК-фильтр, предоставляющий прореживание М4=4. Это предоставляет выходную частоту дискретизации Γ_δΕι=25,6, когда Γ_δ=102400 Гц, и частотный диапазон 10 Гц. Эти четыре ПК-фильтра всего имеют 414 отводов, и при этом результирующее затухание в полосе задерживания является очень хорошим. Фактически, если прореживание М=4000 должно быть выполнено всего за один этап, оно должно требовать приблизительно 160000 отводов, чтобы достигать одинаково хорошего затухания в полосе за- 31 020791 держки.

Вывод 312 целочисленного прореживателя 310 соединяется с дробным прореживателем 470 и с входом модуля 460 выбора. Модуль выбора предоставляет выбор сигнала, который должен вводиться в модуль 320 повышения отношения сигнал-шум.

Когда мониторинг состояния выполняется для вращающейся части, имеющей постоянную скорость вращения, модуль 460 выбора может задаваться в таком положении, что он доставляет сигнал δ_ΡΕϋ, имеющий частоту ^ΓδΡ1 дискретизации, на вход 315 модуля 320 повышения отношения сигнал-шум, и дробный прореживатель 470 может деактивироваться. Когда мониторинг состояния выполняется для вращающейся части, имеющей переменную скорость вращения, дробный прореживатель 470 может активироваться, и модуль 460 выбора задается в таком положении, что он доставляет сигнал δ_ΡΕϋ₂, имеющий частоту Γ_δΡ2 дискретизации, на вход 315 модуля 320 повышения отношения сигнал-шум.

Дробный прореживатель 470 может быть осуществлен посредством дробного прореживателя 470В, 94, включающего в себя адаптируемый ΡΓΡ-фильтр 608, как описано в связи с фиг. 20, 21 и 22 и фиг. 4.

Дробный прореживатель 470 соединяется, чтобы доставлять прореженный сигнал δ_ΡΕϋ₂, имеющий более низкую частоту Γ_δΡ2 дискретизации, в модуль 460 выбора, так что когда анализатор состояния задается так, чтобы отслеживать машину с переменной скоростью вращения, вывод из дробного прореживателя 470В доставляется в модуль 320 повышения отношения сигнал-шум.

Модуль 320, 94 повышения отношения сигнал-шум может быть осуществлен так, как описано в связи с фиг. 10А, 10В, 11, 12 и 13 и фиг. 4. Измерительный сигнал, вводимый в модуль 320 повышения отношения сигнал-шум, является сигналом δ_ΡΕϋ (см. фиг. 30), который также иллюстрируется на фиг.

как имеющий выборочных значений. Сигнал δ_ΡΕϋ также упоминается как I и 2060 в описании по фиг. 11. Обработка сигналов модуля повышения отношения сигнал-шум заключает в себе дискретную автокорреляцию для дискретного входного сигнала δ_ΡΕϋ. Выходной сигнал О, также называемый δ_ΜϋΡ, проиллюстрирован на фиг. 12 и 13.

Измерительный сигнал δ_ΡΕϋΐ, δ_ΡΕϋ, который должен вводиться в модуль повышения отношения сигнал-шум, может включать в себя по меньшей мере одну составляющую δ_ι; сигнала вибрации в зависимости от вибрационного перемещения упомянутой вращательно движущейся части; при этом составляющая сигнала вибрации имеет частоту Г_с повторения в зависимости от скорости Γ_ΡΟΤ вращения первой части. Частота Г_с повторения составляющей δ_ι; сигнала может быть пропорциональной скорости Γ_ΡΟΤ вращения отслеживаемой вращающейся части.

Две различных сигнатуры δ_Β1, δ_ϋ2 повреждения могут иметь различные частоты Г_С1, Γ_ϋ2 и попрежнему улучшаться, т.е. повышать свое δΝΡ, посредством модуля повышения отношения сигналшум. Следовательно, модуль 320 повышения отношения сигнал-шум преимущественно выполнен с возможностью улучшать различные сигнатуры δϋ₁, δ^₂. имеющие взаимно различные частоты Г_С1 и Г_С2 повторения. Обе из частот Г_С1 и Г_С2 повторения являются пропорциональными скорости Γ_ΡΟΤ вращения отслеживаемой вращающейся части, при этом Г_С1 отличается от Г_С2 (Г_С1<>Г₀₂). Это может выражаться математически следующим образом:

Г]Э1=к1<Г_Рот и Г]Э2=к2Т_Рот, где к1 и к2 являются положительными реальными значениями, и к1<>2, и к1 больше или равно единице (1), и к2 больше или равно единице (1).

Модуль повышения отношения сигнал-шум доставляет последовательность выходных сигналов на вход анализатора 290Т во временной области, так что когда пользователь выбирает через пользовательский интерфейс 102, 104, чтобы выполнять анализ во временной области, анализатор 290Т, 105 во временной области (фиг. 30 и 4) должен выполнять выбранную функцию 105 и доставлять релевантные данные на дисплей 106. Преимущество модуля 320 повышения отношения сигнал-шум состоит в том, что он доставляет выходной сигнал во временной области. Следовательно, функции 105, 290Т мониторинга состояния, требующие входного сигнала во временной области, могут задаваться так, чтобы работать непосредственно со значениями сигналов для выводимого сигнала, проиллюстрированного на фиг.

и 13.

Когда пользователь выбирает через пользовательский интерфейс 102, 104, чтобы выполнять анализ в частотной области, модуль повышения отношения сигнал-шум должен доставлять последовательность выходных сигналов в модуль 294 быстрого преобразования Фурье, и модуль ΡΡΤ-преобразования должен доставлять результирующие данные частотной области в анализатор 290Р, 105 в частотной области (фиг. 30 и 4). Анализатор 290Р, 105 в частотной области должен выполнять выбранную функцию 105 и доставлять релевантные данные на дисплей 106.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 29 и 30, для пользователя преимущественно просто выполнять анализ с использованием модуля повышения отношения сигнал-шум и дробного прореживателя.

Ниже приведен пример настроек параметров.

Чтобы выполнять анализ в частотной области, пользователь может вводить следующие данные че- 32 020791 рез пользовательский интерфейс 102, 104:

1) информацию, указывающую наивысшую интересующую частоту Г_Е) повторения. Частота Г_с повторения является частотой повторения интересующей сигнатуры 3_С. Эта информация может вводиться в форме частоты или в форме номера Оун^ь порядка, указывающего наивысшую частоту повторения интересующей сигнатуры 3_С повреждения;

2) информацию, указывающую требуемое улучшение 3NΚ-значения для сигнатуры 3_С повторяющихся сигналов. Эта информация может вводиться в форме значения Ь модуля улучшения отношения 3NΚ· Значение Ь модуля улучшения отношения ЗИК также поясняется ниже и в связи с вышеприведенным фиг. 10А;

3) информацию, указывающую требуемое частотное разрешение в РРТ 294, когда требуется выполнять РРТ сигнала, выводимого из модуля повышения отношения сигнал-шум. Оно может задаваться как значение в Ζ элементов разрешения по частоте. Согласно варианту осуществления изобретения частотное разрешение Ζ задается посредством выбора одного значения Ζ из группы значений.

Группа выбранных значений для частотного разрешения Ζ может включать в себя 2=400

2=800

2=1600

2=3200

2=6400

Следовательно, несмотря на то что обработка сигналов является довольно сложной, компоновка 920 выполнена с возможностью предоставлять преимущественно простой пользовательский интерфейс с точки зрения информации, запрошенной пользователем. Когда пользователь вводит или выбирает значения для вышеуказанных трех параметров, все другие значения автоматически задаются или предварительно устанавливаются в компоновке 920.

Значение Ь модуля улучшения отношения 3NΚ

Сигнал, который должен вводиться в модуль повышения отношения сигнал-шум, может включать в себя составляющую сигнала вибрации в зависимости от вибрационного перемещения вращательно движущейся части; при этом составляющая сигнала вибрации имеет частоту Г_Е) повторения в зависимости от скорости Г_кОт вращения первой части; причем измерительный сигнал включает в себя шум, а также составляющую сигнала вибрации, так что измерительный сигнал имеет первое отношение сигналшум в отношении составляющей сигнала вибрации. Модуль повышения отношения сигнал-шум формирует последовательность (О) выходных сигналов, имеющую составляющие повторяющихся сигналов, соответствующие по меньшей мере одной составляющей сигнала вибрации, так что последовательность (О) выходных сигналов имеет второе значение отношения сигнал-шум в отношении составляющей сигнала вибрации. Автор изобретения установил посредством измерений, что второе значение отношения сигнал-шум значительно превышает первое отношение сигнал-шум, когда значение Ь модуля улучшения отношения 3NΚ задается равным значению один (1).

Кроме того, автор изобретения установил посредством измерений, что когда значение Ь модуля улучшения отношения 3NΚ увеличивается до Ь=4, то результирующее 3NΚ-значение в отношении составляющей сигнала вибрации в выходном сигнале удваивается по сравнению с 3NΚ-значением, ассоциированным с Ь=1. Увеличение значения Ь модуля улучшения отношения ЗИР до Ь=10, как считается, предоставляет улучшение ассоциированного ЗИП-значения на коэффициент 3 для составляющей сигнала вибрации в выходном сигнале, по сравнению с 3МП-значением для идентичного входного сигнала, когда Ь=1. Следовательно, при увеличении значения Ь модуля улучшения отношения 3МП с Ь₁=1 до Ь₂ результирующее 3NΚ-значение может увеличиваться на квадратный корень Ь₂.

Дополнительно пользователь может вводить настройку, чтобы компоновка 920 продолжала повторять измерение. Пользователь может задавать ее, чтобы повторять измерение с определенным периодом Т_РМ повторения, т.е. всегда начинать новое измерение, когда время Т_РМ прошло. Т_РМ может задаваться равным одной неделе или одному часу, или десяти минутам. Значение, которое следует выбирать для этой частоты повторения, зависит от релевантных состояний измерения.

Поскольку способ модуля повышения отношения сигнал-шум требует множества входных значений данных, т.е. число входных выборочных значений может быть высоким, и он подходит для измерения для медленно вращающихся частей, длительность измерения иногда является довольно значительной. Следовательно, существует риск того, что пользовательские настройки для частоты повторения измерений являются несовместимыми с длительностью измерений. Следовательно, один из этапов, выполняемых посредством компоновки 920 сразу после приема вышеуказанного пользовательского ввода, состоит в том, чтобы вычислять оценку ожидаемой длительности Т_М измерений. Длительность Т_М составляет

Ежота является числом выборок в сигнале, который должен вводиться в модуль повышения отношения сигнал-шум, чтобы достигать измерений согласно выбранным пользовательским настройкам,

- 33 020791 как задано ниже, и Г_8К2 является такой, как задано ниже.

Компоновка 920 также выполнена с возможностью сравнивать длительность Т_м измерений со значением Τ_ΡΜ периода повторения, выбранным пользователем. Если значение Τ_ΡΜ периода повторения является меньше или примерно идентичным ожидаемой длительности Т_м измерений, контроллер 930 параметров выполнен с возможностью предоставлять предупреждающее указание через пользовательский интерфейс 102, 106, например, посредством подходящего текста на дисплее. Предупреждение также может включать в себя звук или мигающий свет.

Согласно варианту осуществления компоновка 920 выполнена с возможностью вычислять предлагаемое минимальное значение для значения Τ_ΡΜ периода повторения в зависимости от вычисленной оценки длительности Τ_Μ измерений.

На основе вышеуказанных пользовательских настроек контроллер 930 параметров компоновки 920 обработки сигналов допускает настройку всех параметров для функций 94 обработки сигналов (фиг. 4), т.е. настройку целочисленного прореживателя и настройку модуля повышения отношения сигнал-шум. Кроме того, контроллер 930 параметров допускает установку всех параметров для дробного прореживателя при необходимости. Контроллер 930 параметров допускает установку параметра для РРТ 294, когда требуется частотный анализ.

Следующий параметр может предварительно устанавливаться в компоновке 920 (фиг. 30): частота Г8 дискретизации аналого-цифрового преобразователя 40, 44.

Следующий параметр может измеряться: Г_КоТ.

Как упомянуто выше, значение Г|<_ОТ параметра может измеряться и сохраняться в ассоциации с соответствующими выборочными значениями сигнала 8_ЙЕи₁, выборочные значения которого вводятся в дробный прореживатель 470В.

Следующие параметры могут быть автоматически заданы в компоновке 920: частота дискретизации в сигнале, выводимом из модуля 320 повышения отношения сигнал-шум где С является константой, имеющей значение, превышающее 2,0;

Ο_ν является номером порядка, введенным пользователем или вычисленным в ответ на наивысшее частотное значение, которое должно отслеживаться, как выбрано пользователем;

Г_КОТ является мгновенной измеренной скоростью вращения вращающейся части во время фактического мониторинга состояния;

Μ=значение целочисленного прореживателя для использования в прореживателе 310 выбирается из таблицы, включающей в себя набор предварительно определенных значений для полного целочисленного прореживания. Чтобы выбирать самое подходящее значение Μ, контроллер 930 параметров (фиг. 30) сначала вычисляет достаточно точно значение Μ_Са1с=£₈/£_8Κ2·£κ_ОТт^_η/£κ_ОТтаχ, где Г₈ и Г_Ж2 заданы выше, и Гк_ОТтт/Гк_ОТтах является значением, указывающим соотношение между самой низкой скоростью и самой высокой скоростью вращения, которая должна быть разрешена во время измерения. На основе значения М_са1с модуль выбора затем выбирает подходящее значение М из списка предварительно установленных значений. Это, например, может быть выполнено посредством выбора ближайшего значения М, которое ниже М_са1с, из упомянутой выше таблицы.

Р₈к1=частота дискретизации, которая должна доставляться из целочисленного прореживателя 310. Р_8Ы задается равной £_8Κ1=£₈/Μ.

Ό является значением дробного прореживателя для дробного прореживателя. Ό может задаваться равным Ό=£_8Κ1/£_8Κ2, в котором Г_8К1 и Г_Ж2 являются такими, как задано выше.

^О^ΕNΟТΗ=С·^Ζ· где С является константой, имеющей значение, превышающее 2,0, к примеру, 2,56, как упомянуто выше;

Ζ является выбранным числом элементов разрешения по частоте, т.е. информацией, указывающей требуемое частотное разрешение в РРТ 294, когда требуется выполнять РРТ сигнала, выводимого из модуля повышения отношения сигнал-шум;

8_8ТАл_Т=Оь_№ОТн, или значение, превышающее О[,_Ж0Т1 е где О[,_ЖоТ11 является таким, как задано непосредственно выше.

^I^ΕNΟТΗ=^О^ΕNΟТΗ·^⁺⁸8ТΑΚ.Т^+О^ΕNΟТΗ

СьЕШТН^ЬЕЮТН· ⁸ 8ТАК.Т^-ОЕЕЕ'оТ| I

8_ΜϋΡ (1)=значения выборок выходного сигнала, как задано в уравнении (5) (см. фиг. 10А).

Следовательно, контроллер 930 параметров выполнен с возможностью формировать соответствующие заданные значения, как задано выше, и доставлять их в релевантные функции 94 обработки сигналов (фиг. 30 и 4).

После того как выходной сигнал сформирован посредством модуля 320 повышения отношения сигнал-шум, анализатор 290 состояния может управляться, чтобы выполнять выбранную функцию 105, 290, 290Т, 290Р анализа состояния посредством сигнала выбора, доставляемого на вход 300 управляющего сигнала (фиг. 30). Сигнал выбора, доставляемый на вход 300 управляющего сигнала, может быть

- 34 020791 сформирован посредством пользовательского взаимодействия с пользовательским интерфейсом 102 (см. фиг. 2А и 30). Когда выбранная аналитическая функция включает в себя быстрое преобразование Фурье, анализатор 290В задается посредством сигнала 300 выбора так, что он управляет входным сигналом в частотной области.

Модуль 294 ВВТ-преобразования может быть выполнен с возможностью осуществлять быстрое преобразование Фурье для принимаемого входного сигнала, имеющего определенное число выборочных значений. Преимущественной является ситуация, когда определенное число выборочных значений задается равным четному целому числу, которое может быть разделено на два (2) без предоставления дробного числа.

Согласно преимущественному варианту осуществления изобретения число О_ЕЕЕЕТц выборок в выходном сигнале из модуля повышения отношения сигнал-шум задается в зависимости от частотного разрешения Ζ. Соотношение между частотным разрешением Ζ и числом О_ЕЕЕЕТц выборок в выходном сигнале из модуля повышения отношения сигнал-шум составляет ^О| ,1 _Е.'ЕТ| |=^{к Ζ}· где О_{ееее ЕТ} | является числом выборок выборочных значений в сигнале, доставленном из модуля 320 повышения отношения сигнал-шум;

к является коэффициентом, имеющим значение, превышающее 2,0.

Предпочтительно коэффициент к может выбираться равным значению между 2,0 и 2,9, чтобы предоставлять хороший запас надежности при недопущении формирования слишком большого числа выборочных значений.

Согласно варианту осуществления коэффициент к преимущественно выбирается так, что 100-к/2 предоставляет целое число. Этот выбор выводит значения для О_ЕЕЕЕТц. которые приспособлены в качестве ввода в модуль ВВТ-преобразования 294. Согласно варианту осуществления коэффициент к может задаваться равным 2,56. Выбор к равным 2,56 выводит 100-к=256= 2 в степени 8.

Claims (23)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Устройство для анализа состояния машины, имеющей первую часть, которая является вращательно движущейся на скорости вращения относительно второй части машины, содержащее датчик (10) для мониторинга движущейся первой части так, чтобы формировать по меньшей мере один аналоговый измерительный сигнал, включающий в себя по меньшей мере одну составляющую сигнала вибрации в зависимости от вибрационного перемещения вращательно движущейся первой части; при этом составляющая сигнала вибрации имеет частоту (Г_с) повторения, которая зависит от скорости (Г_КОТ) вращения первой части; причем измерительный сигнал включает в себя шум, а также составляющую сигнала вибрации, так что измерительный сигнал имеет первое значение отношения сигнал/шум относительно составляющей сигнала вибрации;

   аналого-цифровой преобразователь (40, 44), выполненный с возможностью формирования последовательности (§мо) цифровых данных измерений в ответ на аналоговый измерительный сигнал, так что последовательность (§мо) цифровых данных измерений имеет одну частоту (Γ_δ) дискретизации;

   один цифровой фильтр (240), выполненный с возможностью осуществления цифровой фильтрации последовательности (§мо) цифровых данных измерений с тем, чтобы получать фильтрованный измерительный сигнал (δ_Β), причем упомянутый один цифровой фильтр содержит фильтр (240) верхних частот, имеющий частоту (Г_ъс) отсечки;

   модуль формирования огибающей, выполненный с возможностью формирования одного цифрового сигнала (δ_№ν, §мо_Р) в ответ на фильтрованный измерительный сигнал (δ_Β);

   прореживатель, выполненный с возможностью осуществления прореживания упомянутого одного цифрового сигнала (δ_№ν, §мо_Р) так, чтобы достигать прореженного цифрового сигнала (8_кЕе), имеющего уменьшенную частоту (Г_Ж1, Γ_δΚ2) дискретизации, причем уменьшенная частота (Г_Ж1, Γ_δΚ2) дискретизации меньше упомянутой одной частоты дискретизации, причем прореживатель (470, 470А, 470В) имеет первый вход для приема упомянутого одного цифрового сигнала (δ^ν, δ_ΕΕ)Ρ);

   модуль (320) повышения отношения сигнал/шум, имеющий вход для приема прореженного цифро- 35 020791 вого сигнала (δ_ΚΕΕ); причем модуль повышения отношения сигнал/шум выполнен с возможностью формировать последовательность (О) выходных сигналов, имеющую составляющие повторяющихся сигналов, соответствующие по меньшей мере одной составляющей сигнала вибрации, так что последовательность (О) выходных сигналов имеет второе значение отношения сигнал/шум в отношении составляющих повторяющихся сигналов; причем второе значение отношения сигнал/шум превышает первое значение отношения сигнал/шум; и анализатор (105; 290; 290Т; 294; 290Р), выполненный с возможностью указания состояния машины в ответ на последовательность (О) выходных сигналов, отличающееся тем, что датчик (10) является датчиком измерения ударных импульсов, имеющим значение ТКМ механической резонансной частоты, и частота (Т_ъс) отсечки фильтра (240) верхних частот выбрана равной значению, меньшему, чем значение ТКм) механической резонансной частоты резонансного датчика (10) измерения ударных импульсов; и прореживатель (470, 470А, 470В) имеет второй вход для приема сигнала, указывающего переменную скорость (Γ^-χ·) вращения, третий вход для приема сигнала, указывающего сигнал задания выходной частоты дискретизации;

   причем прореживатель (470, 470А, 470В) выполнен с возможностью формировать прореженный цифровой сигнал (δ_№ϋ) в зависимости от упомянутого одного цифрового сигнала (8^, δ_ΕΝν), сигнала, указывающего скорость (Т_КО-₁·) вращения, и сигнала, указывающего сигнал задания выходной частоты дискретизации;

   при этом прореживатель (470, 470А, 470В) выполнен с возможностью формировать прореженный цифровой сигнал (δι,ι.® так, что число выборочных значений в расчете на оборот вращающейся части сохранено равным практически постоянному значению, при изменении скорости вращения.
2. 2. Устройство по п.1, в котором модуль повышения отношения сигнал/шум выполнен с возможностью формировать последовательность (О) выходных сигналов посредством обработки сигнала, включающей в себя дискретную автокорреляцию прореженного цифрового сигнала (8_КБс).
3. 3. Устройство по п.1, в котором модуль повышения отношения сигнал/шум выполнен с возможностью формировать последовательность (О) выходных сигналов посредством обработки сигнала, включающей в себя дискретную автокорреляцию прореженного цифрового сигнала (δ^π^) во временной области.
4. 4. Устройство по п.1, в котором модуль повышения отношения сигнал/шум выполнен с возможностью формировать последовательность (О) выходных сигналов посредством выполнения быстрого преобразования Фурье прореженного цифрового сигнала (δ_ΡΕη) для обеспечения данных автокорреляции.
5. 5. Устройство по любому из пп.1-4, в котором модуль (250) формирования огибающей содержит цифровой выпрямитель (270) и в котором прореживатель (310) соединен, чтобы принимать сигнал, который должен прореживаться, из выхода выпрямителя (270), при этом прореживатель (310) выполнен с возможностью фильтрации нижних частот.
6. 6. Устройство по любому из пп.1-5, в котором прореживатель включает в себя целочисленный прореживатель (310), выполненный с возможностью осуществлять прореживание посредством целого числа Μ; при этом значение Μ автоматически задано в зависимости от скорости (Т_КО-₁·) вращения.
7. 7. Устройство по любому из пп.1-6, в котором целочисленный прореживатель включает в себя несколько фильтров нижних частот с конечной импульсной характеристикой.
8. 8. Устройство по п.7, в котором каждый фильтр с конечной импульсной характеристикой (ПКфильтр) задан с требуемой степенью прореживания.
9. 9. Устройство по любому из пп.1-8, в котором целочисленный прореживатель включает в себя набор различных ПК-фильтров так, что несколько фильтров из набора фильтров могут быть комбинированы, чтобы достигать требуемого полного прореживания М.
10. 10. Устройство по любому из пп.1-9, в котором набор ПК-фильтров включает в себя более трех фильтров.
11. 11. Устройство по любому из пп.1-10, в котором выход (312) целочисленного прореживателя (310) соединен с входом дробного прореживателя (470) и контактным выводом модуля (460) выбора, причем модуль выбора имеет другой контактный вывод, при этом другой контактный вывод соединен с выходом дробного прореживателя (470) и третий контактный вывод модуля (460) выбора соединен с входом модуля (320) повышения отношения сигнал/шум.
12. 12. Устройство по любому из пп.1-11, дополнительно содержащее контроллер (930) параметров, выполненный с возможностью взаимодействовать с пользовательским интерфейсом (102, 104, 106) для настройки параметров управления устройства так, чтобы адаптировать функциональность (94, 310, 470, 320, 294) в зависимости от пользовательского ввода через интерфейс, при этом устройство выполнено с возможностью запрашивать информацию настроек через пользовательский интерфейс (102, 104, 106).
13. 13. Устройство по п.12, в котором устройство выполнено с возможностью запрашивать информацию, включающую в себя информацию, указывающую частотный диапазон, который должен отслеживаться для детектирования сигнатуры (δ_Ε), имеющей частоту (Т_Е) повторения.

    - 36 020791
14. 14. Устройство по п.12, в котором устройство выполнено с возможностью запрашивать информацию, включающую в себя информацию, указывающую наивысшую интересующую частоту (Г_с) повторения.
15. 15. Устройство по п.12, в котором устройство выполнено с возможностью запрашивать информацию, включающую в себя информацию, указывающую требуемую степень улучшения второго значения отношения сигнал/шум.
16. 16. Устройство по п.12, в котором устройство выполнено с возможностью запрашивать информацию, включающую в себя информацию, указывающую требуемое частотное разрешение для быстрого преобразования Фурье.
17. 17. Устройство по п.12, в котором устройство выполнено с возможностью запрашивать информацию, включающую в себя информацию, указывающую настройку, чтобы компоновка (920) продолжала повторять измерение с определенным периодом (Τ_ΡΜ) повторения.
18. 18. Устройство по п.12 или 17, в котором компоновка (920) выполнена с возможностью предоставлять предупреждающее указание через пользовательский интерфейс (102, 106), если вводимое пользователем значение периода (Τ_ΡΜ) повторения является меньшим или примерно идентичным ожидаемой длительности (Τ_Μ) измерений.
19. 19. Способ анализа состояния машины, имеющей первую часть, которая является вращательно движущейся на скорости вращения относительно второй части машины, включающий в себя этапы, на которых осуществляют мониторинг посредством датчика движущейся первой части так, чтобы формировать по меньшей мере один аналоговый измерительный сигнал, включающий в себя по меньшей мере одну составляющую сигнала вибрации в зависимости от вибрационного перемещения вращательно движущейся первой части; при этом составляющая сигнала вибрации имеет частоту (Г_с) повторения, которая зависит от скорости (Г_еОТ) вращения первой части; причем измерительный сигнал включает в себя шум, а также составляющую сигнала вибрации, так что измерительный сигнал имеет первое значение отношения сигнал/шум относительно составляющей сигнала вибрации;

    формируют посредством аналого-цифрового преобразователя (40, 44) последовательность (8_Μϋ) цифровых данных измерений в ответ на аналоговый измерительный сигнал, так что последовательность (8_Μϋ) цифровых данных измерений имеет одну частоту (Г₈) дискретизации;

    выполняют цифровую высокочастотную фильтрацию последовательности (8_Μϋ) цифровых данных измерений посредством цифрового фильтра (240) верхних частот, имеющего частоту (Г_ЕС) отсечки, с тем, чтобы получать фильтрованный измерительный сигнал (8_е);

    формируют один цифровой сигнал (8_ΕΝν, 8_ΜϋΡ) в ответ на фильтрованный измерительный сигнал (8_е) посредством модуля формирования огибающей;

    осуществляют прореживание упомянутого одного цифрового сигнала (8_ΕΝν, 8_ΜϋΡ) так, чтобы достигать прореженного цифрового сигнала (8_еее), имеющего уменьшенную частоту (Г_Ж1, Г_8Е2) дискретизации, посредством прореживателя (470, 470А, 470В), имеющего первый вход для приема упомянутого одного цифрового сигнала (8_ΕΝν, 8_ΜϋΡ);

    принимают прореженный цифровой сигнал (δκκο) на входе модуля повышения отношения сигнал/шум;

    формируют последовательность (О) выходных сигналов, имеющую составляющие повторяющихся сигналов, соответствующие по меньшей мере одной составляющей сигнала вибрации, посредством модуля повышения отношения сигнал/шум, так что последовательность (О) выходных сигналов имеет второе значение отношения сигнал/шум в отношении составляющих повторяющихся сигналов; причем второе значение отношения сигнал/шум превышает первое значение отношения сигнал/шум; и указывают состояние машины в ответ на последовательность (О) выходных сигналов посредством анализатора (105; 290; 290Т; 294; 290Р);

    причем способ отличается тем, что аналоговый измерительный сигнал формируют датчиком измерения ударных импульсов, имеющим значение (Γ_ΕΜ) механической резонансной частоты; и цифровое фильтрование выполняют так, что частота (Г_ЕС) отсечки фильтра (240) верхних частот выбрана равной значению, меньшему, чем значение ((км) механической резонансной частоты резонансного датчика (10) измерения ударных импульсов; и принимают на втором входе прореживателя (470, 470А, 470В) сигнал, указывающий переменную скорость (Г_еОТ) вращения; и принимают на третьем входе сигнал, указывающий сигнал задания выходной частоты дискретизации;

    формируют прореженный цифровой сигнал (δκκο) в зависимости от упомянутого одного цифрового сигнала (δ_Μϋ, 8_ΕΝν), сигнала, указывающего скорость (Г_еОТ) вращения, и сигнала, указывающего сигнал задания выходной частоты дискретизации; и формируют прореженный цифровой сигнал (8_кеп) так, что число выборочных значений в расчете на оборот вращающейся части поддерживается равным практически постоянному значению, когда скорость

    - 37 020791 вращения изменяется.
20. 20. Способ по п.19, в котором формируют последовательность (О) выходных сигналов посредством обработки сигнала, включающей в себя дискретную автокорреляцию прореженного цифрового сигнала (δρ_Εϋ), посредством модуля повышения отношения сигнал/шум.
21. 21. Способ по п.19, в котором формируют последовательность (О) выходных сигналов посредством обработки сигнала, включающей в себя дискретную автокорреляцию прореженного цифрового сигнала (δρ_Εϋ) во временной плоскости, посредством модуля повышения отношения сигнал/шум.
22. 22. Способ по п.19, в котором обеспечивают данные автокорреляции, являющиеся последовательностью (О) выходных сигналов посредством выполнения быстрого преобразования Фурье прореженного цифрового сигнала (δ_ΕΕϋ), причем быстрое преобразование Фурье выполняют посредством процессора цифровых сигналов.
23. 23. Компьютерный носитель информации для анализа состояния машины, имеющей первую часть, которая является вращательно движущейся на скорости вращения относительно второй части машины, причем компьютерный носитель информации содержит средство машиночитаемого кода, которое, при выполнении на компьютере, инструктирует компьютеру дискретизировать принятый аналоговый измерительный сигнал на одной частоте (ί_δ) дискретизации так, чтобы формировать последовательность (δ_Μϋ) цифровых данных измерений в ответ на принятый аналоговый измерительный сигнал, причем принятый аналоговый измерительный сигнал включает в себя по меньшей мере одну составляющую сигнала вибрации в зависимости от вибрационного перемещения вращательно движущейся первой части; при этом составляющая сигнала вибрации имеет частоту (ίπ) повторения, которая зависит от скорости (£_Е0Т) вращения первой части; причем принятый аналоговый измерительный сигнал включает в себя шум, а также составляющую сигнала вибрации, так что принятый аналоговый измерительный сигнал имеет первое значение отношения сигнал/шум относительно составляющей сигнала вибрации;

    средство машиночитаемого кода, которое, при выполнении на компьютере, инструктирует компьютеру выполнять цифровую высокочастотную фильтрацию с частотой отсечки (£_ъс) последовательности (δ_Μϋ) цифровых данных измерений с тем, чтобы получать фильтрованный измерительный сигнал ^(δΡΒΜΏ^); средство машиночитаемого кода, которое, при выполнении на компьютере, инструктирует компьютеру формировать один цифровой сигнал (δ_ΕΝν, δ_ΜϋΡ) огибающей в ответ на фильтрованный измерительный сигнал (δ_ΡΒΜϋ);

    средство машиночитаемого кода, которое, при выполнении на компьютере, инструктирует компьютеру принимать упомянутый один цифровой сигнал (δ_ΕΝν, δ_ΜϋΡ) огибающей;

    средство машиночитаемого кода, которое, при выполнении на компьютере, инструктирует компьютеру выполнять прореживание упомянутого одного цифрового сигнала (δ_ΕΝν, δ_ΜϋΡ) огибающей, чтобы достигать прореженного цифрового сигнала (δ_ΕΕϋ), имеющего пониженную частоту (Г_Ж1, ί_δΕ2) дискретизации;

    средство машиночитаемого кода, которое, при выполнении на компьютере, инструктирует компьютеру принимать прореженный цифровой сигнал (δ_ΚΕη,;

    средство машиночитаемого кода, которое, при выполнении на компьютере, инструктирует компьютеру формировать последовательность (О) выходных сигналов, имеющую составляющие повторяющихся сигналов, соответствующие по меньшей мере одной составляющей сигнала вибрации, так что последовательность (О) выходных сигналов имеет второе значение отношения сигнал/шум в отношении составляющих повторяющихся сигналов; причем второе значение отношения сигнал/шум превышает первое значение отношения сигнал/шум; и средство машиночитаемого кода, которое, при выполнении на компьютере, инструктирует компьютеру указывать состояние машины в ответ на последовательность (О) выходных сигналов;

    отличающийся тем, что содержит средство кода высокочастотного фильтрования, выполненное с возможностью осуществлять цифровое высокочастотное фильтрование так, что частота (£_ъс) отсечки выбрана равной значению, меньшему, чем значение (£еш) механической резонансной частоты резонансного датчика (10) измерения ударных импульсов; и средство машиночитаемого кода, которое, при выполнении на компьютере, инструктирует компьютеру принимать сигнал, указывающий переменную скорость (£_К0Т) вращения; и средство машиночитаемого кода, которое, при выполнении на компьютере, инструктирует компьютеру принимать сигнал, указывающий сигнал задания выходной частоты дискретизации;

    средство машиночитаемого кода, которое, при выполнении на компьютере, инструктирует компьютеру формировать прореженный цифровой сигнал (δ_ΕΕϋ) так, что число выборочных значений в расчете на оборот вращающейся части поддерживается равным практически постоянному значению, когда скорость вращения изменяется в зависимости от упомянутого одного цифрового сигнала (δ_Μϋ, δ_ΕΝν), сигнала, указывающего скорость (£_К0Т) вращения, и сигнала, указывающего сигнал задания выходной частоты дискретизации.