JP2019525156A - 目標機械の可動部品の運動を示す運動シグネチャを生成するための装置および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
および位相
の生のRF信号は以下のように表すことができる。
表1 様々な機械の動作周波数
式中、
はそれぞれ信号の周波数、振幅および位相を表す。振幅および位相は、環境内の任意の運動の「マルチパス変調」に起因する時変パラメータであることに留意されたい。
で循環的運動をしている物体に起因して、考慮されている2つの観測点における振幅および位相の変動は以下のように表すことができる。
式中、対応する下付き文字および上付き文字を有する
は、物体の運動から生じる対応する周期信号の振幅および位相である。さらに、
は同じ周期性
を有する正弦波であるが、信号
は正弦波ではなく、同じ周波数fを有する周期的性質のものである。
が以下のように与えられると仮定する。
の運動の周波数ドメイン表現は以下によって与えることができる。
の3つの座標信号はすべて同じ周期性を有しなければならないため、それらの基本周波数は同じでなければならず、それはその周期性と等しくなる。
の基本周波数が
であると仮定し、周波数成分をその振幅および位相情報の観点から、
によって表すこととする。成分
の運動のスペクトルシグネチャは以下のように表すことができる。式中、mはシグネチャに存在する最大高調波である。
は、信号の位相および振幅で変調されることになり、これはカバレッジエリア内の任意の点において観察することができる。CogniSenseによって考察されている2つの観測点において取得された機械シグネチャ
に関して、位相検出器の出力信号を表すこととする。
個の構成要素からなる機械について、機械の特定の動作状態において構成要素
が周期性
を有する循環的運動をしている場合、機械シグネチャを捕捉する位相検出器の出力は以下のように表すことができる。
式中、
は、機械部品の運動から生じる対応する周期信号の振幅および位相である。
の振幅は、運動に対するCogniSenseの感度を示す。これは、物体の材料およびその寸法、動作の大きさ、ならびに送信機、機械、およびCogniSense検出デバイスの相対的な配置によって異なり得る。CogniSenseの感度が送信機、機械、およびCogniSenseデバイスの相対的な配置にどのように依存するかについては、後で説明する。
1)機械Mを通るすべての経路を介してCogniSense検出器に到達する信号。これは、信号経路が機械の運動に起因して変更されるために変化する。この成分を表すために上付き文字mを使用することとする。
2)機械Mを通るものを除くすべての経路を介して直接または間接的にCogniSense検出器に到達する信号。これは、機械シグネチャを捕捉するための観測の時間枠を考慮して静的なままである。この成分を表すために上付き文字dを使用することとする。
であると仮定すると、すべての寄与する信号の合計としてさらに表すことができる。
の位相検出器の出力信号をAC結合することによって静的部文2)の影響をフィルタリング除去する。これは、(図4においてAC結合構成要素172、174によって示されるように)キャパシタを直列に配置すること、または、オシロスコープの内蔵機能を使用することによって実施することができる。
を最小にするために可能な限り機械の近くに配置する必要がある。一方、送信機とCogniSenseとの間の距離
は、RF信号の静的成分を減らすために大きくする必要がある。これは、送信機をCogniSenseから可能な限り離して配置し、同時に機械からの距離は同じままにする必要があることを意味する。これについては、図8を参照して後で説明する。
Claims (23)
- 目標機械の少なくとも1つの可動部品との相互作用による変調を受けているマルチパス信号成分の第1のセットを含む、複数のマルチパス信号成分から形成される信号を受信する受信回路であって、前記マルチパス信号成分の第1のセットは、前記少なくとも1つの可動部品との前記相互作用に起因する時変信号経路を有する、受信回路と、
前記受信信号の少なくとも1つの特性について、評価信号を生成するための評価回路と、
前記評価信号から、関連する信号経路が時間的に変化しない前記マルチパス信号成分からの前記評価信号への寄与を少なくとも部品的に除去するために除去動作を適用することによって、修正評価信号を生成するための修正回路と、
前記少なくとも1つの可動部品の運動を示す運動シグネチャを生成するために前記修正評価信号に対して1つまたは複数の処理動作を実行するための処理回路と
を備える装置。 - 前記評価回路は、前記受信信号の前記少なくとも1つの特性の値とさらなる信号の前記少なくとも1つの特性の対応する値との間の変動を示すように、前記評価信号を生成するように構成される、請求項1に記載の装置。
- 前記修正回路がAC結合回路を含む、請求項1または2に記載の装置。
- 前記AC結合回路は、前記修正回路の入力と出力との間に直列に配置されたキャパシタ回路を含む、請求項3に記載の装置。
- 前記修正回路は、前記評価信号のデジタル化後に前記評価信号にDCフィルタリング動作を適用する、請求項1または2に記載の装置。
- 前記マルチパス信号成分の第1のセットは、前記受信信号の前記少なくとも1つの特性の前記値に対する循環的変動に寄与するように、前記マルチパス信号成分の第1のセットは、前記少なくとも1つの可動部品との前記相互作用に起因する循環的時変信号経路を有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の装置。
- 前記受信回路は、前記信号を受信する第1の受信機と、前記さらなる信号を受信するために前記第1の受信機から分離されている第2の受信機とを備え、前記さらなる信号もまた、前記少なくとも1つの可動部品との相互作用による変調を受けているマルチパス信号成分を含む、複数のマルチパス信号成分から形成されている、
請求項2に従属するときの請求項1〜6のいずれか一項に記載の装置。 - 前記第1の受信機と前記第2の受信機とは、前記信号と前記さらなる信号との間の差を保証するのに十分な距離だけ離れている、請求項7に記載の装置。
- 前記さらなる信号として使用される基準信号を生成するための基準信号生成回路
をさらに備える、請求項2に従属するときの請求項1〜6のいずれか一項に記載の装置。 - 前記受信信号の前記少なくとも1つの特性は振幅を含み、前記評価回路は、前記受信信号と前記さらなる信号との振幅の比を示す信号値を有する前記評価信号を生成するように構成される、請求項2に従属するときの請求項1〜9のいずれか一項に記載の装置。
- 前記受信信号の前記少なくとも1つの特性は位相を含み、前記評価回路は、前記受信信号と前記さらなる信号との位相の差を示す信号値を有する前記評価信号を生成するように構成される、請求項2に従属するときの請求項1〜10のいずれか一項に記載の装置。
- 前記評価回路は、前記受信信号と前記さらなる信号の両方を入力として受信するように構成された位相および/または利得検出回路を備える、請求項2に従属するときの請求項1〜11のいずれか一項に記載の装置。
- 前記処理回路は、前記修正評価信号から前記運動シグネチャを生成するために1つまたは複数のフィルタリング動作を実行するように構成される、請求項1〜12のいずれか一項に記載の装置。
- 前記処理回路は、周波数ドメインおよび時間ドメインの少なくとも一方において前記運動シグネチャを生成するように構成される、請求項1〜13のいずれか一項に記載の装置。
- 前記受信信号が電磁気信号である、請求項1〜14のいずれか一項に記載の装置。
- 前記受信電磁信号がRF信号である、請求項15に記載の装置。
- 目標機械の少なくとも1つの可動部品の運動を示す運動シグネチャを生成する方法であって、
前記目標機械を含む環境内で信号を送信するステップと、
前記少なくとも1つの可動部品との相互作用による変調を受けているマルチパス信号成分の第1のセットを含む、複数のマルチパス信号成分から形成される前記送信信号のバージョンである信号を受信するステップであり、前記マルチパス信号成分の第1のセットは、前記少なくとも1つの可動部品との前記相互作用に起因する時変信号経路を有する、受信するステップと、
前記受信信号の少なくとも1つの特性について、評価信号を生成するステップと、
前記評価信号から、関連する信号経路が時間的に変化しない前記マルチパス信号成分からの前記評価信号への寄与を少なくとも部品的に除去するために除去動作を適用することによって、修正評価信号を生成するステップと、
前記運動シグネチャを生成するために前記修正評価信号に対して1つまたは複数の処理動作を実行するステップと
を含む、方法。 - 前記受信するステップ、前記生成するステップ、前記生成するステップ、および前記実行するステップは、検出回路内で実行され、
前記検出回路は、前記信号を送信するために使用される送信機よりも前記目標機械の近くに配置される、
請求項17に記載の方法。 - 前記送信機が、前記第1のセットに含まれていないマルチパス信号成分からの前記受信信号への寄与を減らすように、前記検出回路に対して配置される、請求項18に記載の方法。
- 前記送信信号は、前記少なくとも1つの可動部品の少なくとも1つの特性を考慮して選択された搬送波周波数を有する、請求項17〜19のいずれか一項に記載の方法。
- 前記送信するステップは、異なる搬送波周波数を有する一連の信号を送信することを含み、
前記受信するステップ、前記生成するステップ、前記生成するステップ、および前記実行するステップは、前記異なる搬送波周波数の各々について前記運動シグネチャを生成するために、一連の送信信号に対応する一連の受信信号の各々について実行される、
請求項17〜20のいずれか一項に記載の方法。 - 前記受信するステップ、前記生成するステップ、前記生成するステップおよび前記実行するステップは検出回路内で実行され、
前記送信するステップは、前記検出回路の制御下で前記一連内の前記信号を切り替えるように構成される、
請求項21に記載の方法。 - 目標機械の少なくとも1つの可動部品との相互作用による変調を受けているマルチパス信号成分の第1のセットを含む、複数のマルチパス信号成分から形成される信号を受信するための受信手段であって、前記マルチパス信号成分の第1のセットは、前記少なくとも1つの可動部品との前記相互作用に起因する時変信号経路を有する、受信手段と、
前記受信信号の少なくとも1つの特性について、評価信号を生成するための評価手段と、
前記評価信号から、関連する信号経路が時間的に変化しない前記マルチパス信号成分からの前記評価信号への寄与を少なくとも部品的に除去するために除去動作を適用することによって、修正評価信号を生成するための修正手段と、
前記少なくとも1つの可動部品の運動を示す運動シグネチャを生成するために前記修正評価信号に対して1つまたは複数の処理動作を実行するための処理手段と
を備える装置。
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