JP2010133940A

JP2010133940A - 複数のセンサにわたる複数の入力の測定を効率的に同期化する方法

Info

Publication number: JP2010133940A
Application number: JP2009243956A
Authority: JP
Inventors: Thomas Franklin Kalb; トーマス・フランクリン・カルブ; Nathan Andrew Weller; ネイサン・アンドリュー・ウェラー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2009-10-23
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2029-10-23
Also published as: CN101726331B; JP5519997B2; EP2182491A2; US8041530B2; EP2182491B1; US20100106449A1; EP2182491A3; CN101726331A; DK2182491T3

Abstract

【課題】複数のセンサにわたる複数の測定を同期化し、多様な異なるタイプの測定を可能とする。
【解決手段】複数のセンサ１２からの対応する複数のセンサ１２の入力と、複数のアナログ信号調整回路１６と、センサ１２の入力とアナログ信号調整回路１６との間に位置し、複数のセンサ１２の入力を別の１つのアナログ信号調整回路１６、又はアナログ信号調整回路１６のいずれかの組み合わせに同時に送ることを可能にするスイッチ１４のアレイとを含む、フレキシビリティが高いハードウエア・アーキテクチャと組み合わせたアルゴリズムを実装する。アルゴリズムは、構成された全てのセンサ１２の構成された全ての測定を調べて、いずれの測定を並行して行うべきかを判定する。使用可能なセンサ１２間で共通するいずれかの測定は同時に行われ、一方、別の測定は利用できるアナログ信号調整経路２０を使う。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般にデータ収集システムに関し、特に複数のセンサの複数の入力の測定を効率的に同期化する方法に関する。

ポンプ、コンプレッサ、及びモータなどの機械設備の振動や温度の測定により、機械設備の状態に関する有益な情報がもたらされ、機械設備がオーバーホールや交換必要になるまでにどの程度長く動作できるかを推定することに役立てることができる。しかし、多くの小型機械の場合は、常設する振動監視装置の経費に見合わない。これらの機械には、周期的測定を行うためにポータブル・データコレクタを使用して、全く監視することなく機械を動作することが好ましいものがある。技術者がポータブル・データコレクタを手にして歩き回り、周期的測定を行う経費を見合うものにするには、機械当たりの測定時間をできるだけ最短にしなければならない。

各々が異なる故障モードを有する多くのタイプの機械があるので、課題は、多くの異なる測定を行うためにフレキシブルで効率的ポータブル・データコレクタを設計することである。

米国特許第５，９６５，８１９号

従って、複数のセンサからデータを同時に取り出し、複数の測定を同時に行い、多様な異なるタイプの測定が可能であることが望ましい。特定の機械がセンサのより少ない入力チャネルしか必要としない場合は、使用されないチャネルの回路を利用してより多くの測定を同時に行うようにポータブル・データレコーダを設計すれば、機械ごとの全体的な測定時間を短縮することができる。

一実施形態では、複数のセンサにわたる複数の測定を同期化する方法を提供する。この方法は、測定タイプのリストから第１の測定を選択するステップと、複数のセンサの１つ又は複数から複数の入力信号のうちの１つ又は複数の信号を、対応する複数の信号調整回路の１つ又は複数に送って、第１の測定を実行可能にするステップと、測定タイプのリストから第２の測定を行うために複数の信号調整回路のいずれかを利用できるか否かを判定するステップと、複数の信号調整回路の１つ又は複数を利用でき、第２の測定を行うのに十分な信号調整回路が残っている場合は、測定タイプのリストから第２の測定を選択するステップと、複数の入力信号のうちの１つ又は複数の入力信号を、それぞれ複数のセンサのうちの１つ又は複数のセンサから、第２の測定を実行できるようにそれぞれ利用できる複数の信号調整回路の１つ又は複数に送るステップとを含み、別の測定を行うための信号調整回路がそれ以上残っていない場合は、第１の測定と第２の測定とが並行して同時に行われる。

別の実施形態では、複数のセンサにわたる複数の測定を同期化する方法を提供する。この方法は、測定タイプのリストから第１の測定を選択するステップと、複数のセンサの１つ又は複数から複数の入力信号のうちの１つ又は複数の信号を対応する複数の信号調整回路の１つ又は複数にそれぞれ送って、第１の測定を実行可能にするステップと、測定タイプのリストから第２の測定を行うために複数の信号調整回路のいずれかを利用できるか否かを判定するステップと、複数の信号調整回路の１つ又は複数を利用でき、第２の測定を行うのに十分な信号調整回路が残っている場合は、測定タイプのリストから第２の測定を選択するステップと、複数の入力信号のうちの１つ又は複数の入力信号を、それぞれ複数のセンサのうちの１つ又は複数のセンサから、第２の測定を実行できるようにそれぞれ利用できる複数の信号調整回路の１つ又は複数に送るステップとを含み、別の測定を行うための信号調整回路がそれ以上残っていない場合は、第１の測定と第２の測定とが並行して同時に行われ、複数の信号調整回路の各々がアナログ・デジタル変換器に送られる構成された信号を出力し、複数の信号調整回路の各々についてアナログ・デジタル変換器からのデジタル出力信号が処理装置に送られる。

さらに別の実施形態では、複数のセンサにわたる複数の測定を同期化するシステムを提供する。このシステムは、実行する必要がある測定タイプのリストの１つ又は複数の測定の実行を可能にするように設計された複数のセンサと、複数のセンサの各々と信号通信する複数の信号調整回路であって、複数の信号調整回路の１つ又は複数が複数のセンサのうちの１つ又は複数のセンサから複数の入力信号のうちの１つ又は複数の信号を対応して受信して、測定タイプのリストから第１の測定を行うように構成された信号調整回路と、複数の信号調整回路と信号通信された処理装置であって、測定タイプのリストから第２の測定を行うために複数の信号調整回路のいずれかを利用できるか否かを判定し、複数の信号調整回路のうちの１つ又は複数を利用でき、第２の測定を行うための十分な信号調整回路が残っている場合は、測定タイプのリストから第２の測定を選択するアルゴリズムを含む処理装置とを含み、処理装置は複数のセンサのうちの１つ又は複数のセンサのそれぞれから複数の入力信号のうちの１つ又は複数の信号をシステムで利用できる複数の信号調整回路のうちの１つ又は複数にそれぞれ送って、第２の測定を実行可能にし、別の測定を行うための信号調整回路がそれ以上残っていない場合は、第１の測定と第２の測定とが並行して同時に行われる。

別の実施形態では、複数のセンサにわたる複数の測定を同期化するシステムを提供する。このシステムは、実行する必要がある測定タイプのリストの１つ又は複数の測定の実行を可能にするように設計された複数のセンサと、複数のセンサの各々と信号通信する複数の信号調整回路であって、複数の信号調整回路の１つ又は複数が複数のセンサのうちの１つ又は複数のセンサから複数の入力信号のうちの１つ又は複数の信号を対応して受信して、測定タイプのリストから第１の測定を行うように構成された信号調整回路と、第１及び第２の測定を実行するために、複数の入力信号のうちの１つ又は複数の信号を、それぞれ複数のセンサのうちの１つ又は複数のセンサから複数の信号調整回路のうちの１つ又は複数へとそれぞれ送るように構成された少なくとも１つ又は複数のスイッチと、複数の信号調整回路と信号通信された処理装置であって、測定タイプのリストから第２の測定を行うために複数の信号調整回路のいずれかを利用できるか否かを判定し、複数の信号調整回路のうちの１つ又は複数を利用でき、第２の測定を行うための十分な信号調整回路が残っている場合は、測定タイプのリストから第２の測定を選択するアルゴリズムを含む処理装置とを含み、処理装置は複数のセンサのうちの１つ又は複数のセンサのそれぞれから複数の入力信号のうちの１つ又は複数の信号をシステムで利用できる複数の信号調整回路のうちの１つ又は複数にそれぞれ送って、第２の測定を実行可能にする少なくとも１つ又は複数のスイッチを使用し、別の測定を行うための信号調整回路がそれ以上残っていない場合は、第１の測定と第２の測定とが並行して同時に行われる。

上記及びその他の利点と特徴は、図面と併せた以下の説明により明らかにする。

本発明の例示的一実施形態による、複数のセンサにわたる入力の多数の測定を同期化するアルゴリズムを実装するシステムの概略図である。本発明の例示的一実施形態による、測定タイプのリストから異なる測定を行うように設計された複数のセンサの例示的な表である。本発明の例示的一実施形態による、図２の表に示した複数のセンサでの全ての測定を行うために複数の信号調整回路をどのように使用できるかを示す例示的な表である。本発明の例示的一実施形態による、複数のセンサにわたる入力の多数の測定を同期化する方法のフローチャートである。

本発明と見なされる主題は、本明細書の最後の特許請求の範囲において特に指摘され、且つ明瞭に記載されている。本発明の上記及びその他の特徴と利点は、以下の詳細な説明を添付図面と併せて読むことにより明らかになる。

図面を参照した一例として、本発明の実施形態を以下の詳細な説明に利点及び特徴と併せて説明する。

例示的実施形態は、複数のセンサにわたる複数の測定を同期化するシステム及び方法を対象とする。さらに、これらの実施形態では、システムは、一般に複数のセンサからの対応する複数のセンサの入力と、複数のアナログ信号調整回路と、センサ入力とアナログ信号調整回路との間に位置し、複数のセンサ入力を別の１つのアナログ信号調整回路、又はアナログ信号調整回路のいずれかの組み合わせに同時に送ることを可能にするスイッチアレイとを含む、フレキシビリティが高いハードウエア・アーキテクチャと組み合わせたアルゴリズムを実装する。これにより、測定を並行して実行するためにアナログ信号調整回路を別個に使用することが可能になる。例示的実施形態では、アルゴリズムは構成された全てのセンサの構成された全ての測定を調べて、いずれの測定を並行して行うべきかを判定する。使用可能なセンサ間で共通するいずれかの測定は同時に行われ、一方、別の測定は利用できるアナログ信号調整経路を使う。

図を参照すると、図１は、本発明の例示的一実施形態による、複数のセンサにわたる入力の多数の測定を効率的に同期化するデータ収集システム１０の基本要素を示す簡略な概略図である。システム１０は、複数のセンサ１２と、１つ又は複数のスイッチ１４と、複数の信号調整回路１６と、処理装置１８と、複数の調整回路１６と処理装置１８との間の複数のアナログ・デジタル変換器２０とを含む。

一実施形態によれば、複数のセンサ１２の各々は、１つ又は複数のスイッチ１４の操作を介して複数の信号調整回路１６の各々に選択的に結合される。すなわち、複数のセンサ１２と複数の信号調整回路１６との間に位置する１つ又は複数のスイッチ１４は、１つ又は複数のタイプの測定を実行するために複数のセンサ１２からのセンサ入力信号が複数の信号調整回路の１つ又は複数に送られることを可能にする。センサ入力信号は信号線２２として示される。

非限定的な例示的一実施形態によれば、複数のセンサ１２は各々、多くの異なるタイプの測定（例えば非統合、統合、エンベロープ、ＤＣ結合、ＡＣ結合、帯域通過フィルタなど）の少なくとも１つの実行を可能にするように信号調整回路がそのために構成された異なるタイプの多くの検出装置（例えば振動変換器、加速度計、速度変換器又はその他の装置）のいずれか１つであって良い。一実施形態では、複数のセンサ１２は各々互いに異なっている。当然、複数のセンサ１２の各々は多くの異なるタイプのセンサの１つで良く、別の例示的実施形態によるシステム１０で使用される１つ又は複数の別のタイプのセンサと同類のもので良い。図１は、多くのタイプの測定を実行可能にする４つのセンサ１２を示す。しかし、センサの数がシステム１０で利用できる信号調整回路１６の数を超えない限り、様々なタイプの測定を実行可能にするため、用途に応じて任意の数のセンサを使用できることを理解されたい。各センサが同じタイプの測定を必要とし、従って全てのセンサが同時に測定されなければならない場合に対処するため、信号調整回路の数がセンサの数以上であるべきであること以外は、センサや信号調整回路の数、及び測定タイプは本明細書に開示された実施例に限定されるべきではない。全てのセンサで同じ測定を同時に行う必要がない場合は、信号調整チャネル１６の数に対応する数のセンサ１２の入力に対して一度に特定の測定しか行うことができないことが制約であり、信号調整チャネル１６以上の数のセンサ１２の入力があっても良い。

一実施形態によれば、１つ又は複数のスイッチ１４は、複数のセンサ１２の各々のセンサ入力信号２２を複数の信号調整回路１６の１つ又は複数に送るように構成される。一実施形態では、１つ又は複数のスイッチ１４の各々は、非限定的な例示的実施形態による処理装置１８の制御下でセンサ入力信号２２のいずれかを対応する複数のセンサ１２から１つ又は複数の信号調整回路１６に送るように構成された単極、多投スイッチである。別の実施形態では、別個のマイクロプロセッサ（図示せず）は、実行する必要がある測定のタイプに基づいて、スイッチの動作又はスイッチ・ルーティングを制御する。図１は、いずれかのセンサ入力信号２２を対応する複数のセンサ１４から１つ又は複数の信号調整回路１６に送るために、複数の信号調整回路１６の各々と関連付けられた４つのスイッチを示す。しかし、用途に応じて、任意の数のスイッチを複数の信号調整回路１６のそれぞれに、或いは１つ又は複数の信号調整回路１６に関連付けすることができることを理解されたい。

複数の信号調整回路１６の各々は、センサ入力信号２２を調整し、サンプリングして調整された信号を生成するために、複数のセンサ１２の１つからセンサ入力信号２２を受信するように構成される。複数の信号調整回路１６の各々は、処理装置１８又は別個のプロセッサの制御下で、異なるタイプの測定を行うように構成される。複数の信号調整回路１６の各々は、異なる多くのタイプの測定の１つを実行するための従来のいずれの調整回路であっても良い。例示的一実施形態によれば、複数の信号調整回路１６のうちの２つ以上が同時に動作し、又は並行して測定を行い、それによりデータ取得速度が効果的に速まる。一実施形態では、センサ入力信号が送られる複数の信号調整回路１６の各々は並行して測定を行う。

例示的一実施形態によれば、複数のアナログ・デジタル変換器２０は、複数の信号調整回路１６から調整された信号を対応して受信する。複数のアナログ・デジタル変換器２０はさらに、調整された信号をデジタル信号に変換するように構成され、それらのデジタル信号は各々、非限定的な例示的一実施形態によってさらに処理されるために処理装置１８に送られる。当然、別の例示的実施形態によれば、アナログ・デジタル変換器２０からの出力を別個のプロセッサに送ることができる。複数のアナログ・デジタル変換器２０が、対応して信号調整回路１６の統合部品であるとする。アナログ・デジタル変換器の数は用途に応じて変更することができ、示された構成に限定されないことを理解されたい。例えば、単一のアナログ・デジタル変換器を使用してアナログデータをデジタルデータに変換しても良い。

処理装置１８は、フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、又は複数のアナログ・デジタル変換器２０からデジタルデータを受信し、これを処理するのに適する汎用マイクロプロセッサなどの従来のいずれのプロセッサでも良い。処理装置１８は、例示的一実施形態により異なるサンプリング率でセンサ入力信号をサンプリングするようにアナログ・デジタル変換器を構成する。処理装置１８はさらに、システム１０の動作を制御するように構成される。しかし、１つ又は複数のスイッチ１４の動作に対応するため、別のプロセッサを処理装置１８とは別個に、又はこれと共に使用するとされる。

例示的一実施形態によれば、処理装置１８は、いずれのタイプの測定を並行して行うべきかを判定するため前述の高度にフレキシブルなハードウエア・アーキテクチャと組み合わせて、図４に示し、以下に記載するようなアルゴリズムを実装する。このようなアルゴリズムは、複数の信号調整回路１６によって測定タイプのリストのいずれの測定を並行して行うべきかを判定する。動作時は、アルゴリズムは、システム１０で利用できる複数の信号調整回路１６によって実行されるべき、最大数の使用可能なセンサに共通な第１の測定を選択する。１番目の測定順序で、複数の信号調整回路のうちの１つ又は複数を利用できる場合は、最初に選択された測定と同時に、利用できる信号調整回路（単数又は複数）によって行われるべき測定が測定タイプのリストから選択される。選択された第２の測定は、次に最大数の使用可能なセンサに共通であることが必要である。第２の測定に対応するために利用できる信号調整回路が不十分である場合は、次に最大数の使用可能なセンサに共通の別の測定が選択される。それ以上の信号調整回路を利用できない場合、又は１番目の測定順序で別の測定を行うことができない場合は、１番目の測定順序で行われる。複数のセンサにわたる入力の多くの測定を同期化するこの方法を、例示として以下に詳細に説明する。

ここで図２を参照して、例示的な表を示して、例示として上述のアルゴリズムをより明確に説明する。本実施例では、４つのセンサが、実行する必要がある異なるタイプの測定を実行可能にするように構成される。測定タイプには、複数のセンサに共通のものもある。例えば、タイプ１の測定は利用できる４つのセンサ全てで行われなければならない。

図３は、図２の例示的な表に示した使用可能な全てのセンサで測定を行うために、４つの信号調整回路をどのように使用可能であるかを示す例示的な表である。この表は、１５の測定の全てを示しており、７タイプの測定が４つの有効な測定順に、又は反復的に行われる。この表は、一実施形態によりデジタルプロセッサ１８によって実施される上記のアルゴリズムを用いて実現される。

ここで図４を参照して、例示的一実施形態によって複数のセンサにわたる入力の多数の測定を同期化する方法を次に説明する。

ステップ１００で動作が開始される。

ステップ１０２で、システム１０内の信号調整回路の総数に残される信号調整回路の数を設定する。図２及び図３に示した実施例では、システム１０内の信号調整回路の総数に残される信号調整回路の数は、動作開始時には４つである。

ステップ１０４で、測定タイプのリストをより分けて探し、使用可能な最大数のセンサで実行する必要がある測定タイプを見つける。図２及び３に示した同じ実施例では、使用可能な最大数のセンサで実行する必要がある測定タイプは測定タイプ＃１である。

ステップ１０６で、残された測定タイプのリストから測定タイプを削除する。図２及び図３に示した同じ例を用いると、測定タイプ＃１はリストから削除されよう。

ステップ１０８で、測定タイプをこの測定順序で、又は反復して実行する予定の測定タイプのリストを追加する。図２及び図３に示した同じ例を用いると、測定タイプ＃１は１番目の測定順序で行われよう。

ステップ１１０で、残された信号調整回路の数からこのタイプの測定に必要なセンサの数を差し引く。図２及び図３に示した同じ実施例では、４つの信号調整回路があり、タイプ＃１の測定の実行を可能にするために４つのセンサが使用されているので、これ以上の信号調整回路は利用できないであろう。

ステップ１１２で、この測定を行うために使用される各センサの信号経路をセットアップする。これは、スイッチ１４のうちの１つ又は複数を利用して、この測定を行うために使用される複数のセンサ１２の各々から複数の信号調整回路１６の１つ又は複数にセンサ入力信号２２を送ることによって達成される。同じ実施例の場合を続けると、センサ＃１からのセンサ入力信号はスイッチＡを介して信号調整回路Ａに送られる。センサ＃２からのセンサ入力信号はスイッチＢを介して信号調整回路Ｂに送られ、以下同様である。

ステップ１１４で、なお実行する必要がある測定タイプのリストが空であるか否かを判定する。同じ実施例の場合を続けると、答えはノーである。

しかし、ステップ１１４での答えがイエスである場合は、ステップ１１６でこのような反復用に構成された全ての測定を行う。

ステップ１１６の後、なお実行する必要がある測定タイプのリストがステップ１１８で空であるか否かを判定する。答えがイエスなら、全ての測定がステップ１２０で行われるとの結論になる。答えがノーであれば、ステップ１０２に戻る。

ステップ１１４での答えがノーである場合は、いずれかの信号調整回路が残っているか、すなわち利用できるか否かをステップ１２２で判定する。

ステップ１２２での答えがノーである場合は、ステップ１１６に進む。答えがイエスである場合は、最大数のセンサで実行する必要がある測定をステップ１２４で開始することによって、残りの測定リストをより分けて探す。

ステップ１２６で、残された信号調整回路の数が必要な全てのセンサでこの測定を行うのに十分であるか否かを判定する。ステップ１２６での答えがイエスである場合は、ステップ１０６に進む。上記と同じ実施例を用いると、２番目の測定順序で、測定タイプ＃５を実行するために利用できる信号調整回路が１つあり、これにはこのような測定を実行可能にする１つのセンサしか必要ない。従って、測定タイプ＃５は測定タイプ＃３と共に、２番目の測定順序に含まれよう。

しかし、ステップ１２６での答えがノーである場合は、測定タイプのリストに評価される測定が残っているか否かをステップ１２８で判定する。ステップ１２８での答えがイエスである場合は、ステップ１３０で次に最大数のセンサを必要とする測定タイプのリストでの測定に移行する。逆に、ステップ１２８での答えがノーである場合は、ステップ１１６に進む。

上記のステップは、測定タイプのリストにある全ての測定が完了するまで実行される。上記のステップを用いて、３つの効果的な測定順序で全ての測定を行うことができる。

上記の例示的システム及び方法によって、ユーザーは複数のセンサの複数の入力の測定を関連付けることができ、可能な場合は複数の信号調整回路を利用することにより測定速度を効率的に速める。

限られた数の実施形態に関連して本発明を詳細に記載してきたが、本発明はこの開示された実施形態に限定されないことは容易に理解されよう。正確に言えば、本発明は、本発明の精神及び範囲に相応する、前述されていない多数の変形、修正、置き替え又は同等の構成を含むように変更可能である。また、本発明の様々な実施形態を記載してきたが、本発明の態様は、記載したいくつかの実施形態のみを含んで良いことを理解されたい。従って、本発明は、前述の記載に限定されるものとして理解されるのではなく、添付の特許請求の範囲に限定されるだけである。

１０データ収集システム
１２センサ
１４スイッチ
１６信号調整回路
１８処理装置
２０アナログ・デジタル変換器
２２センサ入力信号

Claims

複数のセンサ（１２）にわたる複数の測定を同期化する方法であって、
測定タイプのリストから第１の測定を選択するステップと、
複数のセンサ（１２）の１つ又は複数から複数の入力信号（２２）のうちの１つ又は複数の信号を対応する複数の信号調整回路（１６）の１つ又は複数に送って、第１の測定を実行可能にするステップと、
前記測定タイプのリストから第２の測定を行うために前記信号調整回路（１６）の複数の信号のいずれかを利用できるか否かを判定するステップと、
前記複数の信号調整回路（１６）の１つ又は複数を利用でき、前記第２の測定を行うのに十分な前記信号調整回路（１６）が残っている場合は、前記測定タイプのリストから第２の測定を選択するステップと、
前記複数の入力信号（２２）のうちの１つ又は複数の入力信号を、それぞれ前記複数のセンサ（１２）のうちの１つ又は複数のセンサから、前記第２の測定を実行できるようにそれぞれ利用できる前記複数の信号調整回路（１６）の１つ又は複数に送るステップとを含み、別の測定を行うための前記信号調整回路（１６）がそれ以上残っていない場合は、前記第１の測定と前記第２の測定とが並行して同時に行われる方法。
前記選択された第１の測定は最大数の複数のセンサ（１２）に共通であり、前記選択された第２の測定は次に最大数の複数のセンサ（１２）に共通である、請求項１に記載の方法。
前記複数の信号調整回路（１６）は各々、調整された信号を出力する、請求項１または２に記載の方法。
前記複数の信号調整回路（１６）の各々からの前記調整された信号が処理装置（１８）に送られる、請求項３に記載の方法。
前記複数の信号調整回路（１６）の各々からの前記調整された信号がアナログ・デジタル変換器（２０）に送られる、請求項３に記載の方法。
前記複数の信号調整回路（１６）の各々のアナログ・デジタル変換器（２０）からのデジタル出力信号がデジタルプロセッサ（１８）に送られる、請求項５に記載の方法。
１つ又は複数のスイッチ（１４）は、第１の測定と第２の測定とを行うために、複数の入力信号（２２）を、それぞれ前記複数のセンサ（１２）のうちの１つ又は複数のセンサから対応する前記複数の信号調整回路（１６）の１つ又は複数に送るように構成される、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
前記１つ又は複数のスイッチ（１４）のスイッチ動作は、デジタルプロセッサによって制御される、請求項７に記載の方法。