MX2013001367A - Analisis de una onda acustica que se ha propagado a traves de un cuerpo de agua mientras el cuerpo de agua esta siendo congelado. - Google Patents

Abstract

Se describe un método que incluye: (i) detectar una onda acústica que se propaga a través de un cuerpo de agua, cuando el cuerpo de agua está siendo congelado sobre una estructura, produciendo así una onda acústica detectada; (ii) extraer, de la onda acústica detectada, (a) un componente de frecuencia de la misma, y (b) una magnitud del componente de frecuencia; y (iii) remover el cuerpo de agua de la estructura cuando la magnitud excede un valor de umbral.

Description

ANALISIS DE UNA ONDA ACUSTICA QUE SE HA PROPAGADO A TRAVES DE UN CUERPO DE AGUA MIENTRAS EL CUERPO DE AGUA ESTA SIENDO CONGELADO Campo de la Invención La presente descripción se relaciona con una máquina fabricante de hielo, y más particularmente, con un análisis de una onda acústica que se propaga a través de un cuerpo de agua en la máquina fabricante de hielo. El análisis reconoce cuándo el cuerpo de agua está congelado, de tal manera que el cuerpo de agua puede recolectarse como hielo de la máquina fabricante de hielo. El análisis también diagnostica operaciones de dispositivos en la máquina fabricante de hielo .

Antecedentes de la Invención Los enfoques descritos en esta sección son enfoques que podrían perseguirse, pero no necesariamente enfoques que previamente se han concebido o perseguido. Por lo tanto, a menos que se indique lo contrario, los enfoques descritos en esta sección pueden no ser una técnica anterior con respecto a las reivindicaciones en la presente solicitud y no se admite que sean una técnica anterior por su inclusión en esta sección.

Para la operación eficiente de una máquina fabricante de hielo, es deseable remover el hielo, también conocido como Ref.: 238812 recolección del hielo, tan pronto como se ha. formado completamente. La recolección del hielo permite que se introduzca un nuevo cuerpo de agua de tal manera que pueda formarse un nuevo cuerpo de hielo, maximizando así el uso de la máquina fabricante de hielo.

Una técnica para reconocer cuándo está listo el hielo para su recolección es monitorear una magnitud de una vibración mecánica que se propaga a través de un cuerpo de agua cuando el cuerpo de agua está siendo congelado. En un momento cuando la magnitud excede un umbral predeterminado, se asume que el cuerpo de agua está adecuadamente congelado, y entonces, se recolecta.

Esta técnica existente utiliza solo un cambio de amplitud por arriba de un umbral establecido para detectar la formación de hielo. Esta técnica tiene una desventaja porque no distingue entre varias fuentes posibles de vibraciones mecánicas, y por lo tanto, no puede determinar si el cambio se debe a un cambio en la acústica de la máquina fabricante de hielo o una acústica espuria en un ambiente de ruido ambiental. Consecuentemente, la técnica existente no necesariamente inicia la recolección en un tiempo de lo más óptimo, y por lo tanto, la máquina fabricante de hielo puede operarse a un nivel de eficiencia menor al óptimo.

Breve Descripción de la Invención Se proporciona un método que incluye: (i) detectar una onda acústica que se propaga a través de un cuerpo de agua, cuando el cuerpo de agua está siendo congelado sobre una estructura, produciendo así una onda acústica detectada; (ii) extraer, de la onda acústica detectada, (a) un componente de frecuencia de la misma, y (b) una magnitud del componente de frecuencia; y (iii) remover el cuerpo de agua de la estructura cuando la magnitud excede un valor de umbral .

También se proporciona un método que incluye: (a) detectar una onda acústica que se propaga a través de un cuerpo de agua, cuando el cuerpo de agua está siendo congelado sobre una estructura en una máquina fabricante de hielo, produciendo asi una onda acústica detectada; (b) analizar la onda acústica detectada para producir un espectro de la misma; (c) determinar si el espectro incluye una firma espectral, produciendo por lo tanto una determinación, en donde la firma espectral está presente cuando un dispositivo está operando en la máquina fabricante de hielo; y (d) emitir una alerta con base en la determinación.

Breve Descripción de las Figuras La figura 1 es un diagrama de bloques funcional de un sistema implementado en una máquina fabricante de hielo.

La figura 2 es un diagrama de bloques funcional del tablero de control en el sistema de la figura 1.

Las figuras 3A y 3B son, conjuntamente, un diagrama de flujo de un proceso de detección de hielo que se implementa en el tablero de control de la figura 2.

La figura 4 es un diagrama de flujo de un proceso de diagnóstico del sistema que se implementa en el tablero de control de la figura 2.

La figura 5 es un diagrama de bloques de un sistema que ejecuta las operaciones del proceso de detección de hielo de la figura 2 y el proceso de diagnóstico del sistema de la figura 3.

La figura 6 es una vista en sección transversal de una sonda en un evaporador.

La figura 7 es una imagen de una sonda montada en un evaporador .

La figura 8 es una vista lateral de un micrófono sensor integrado.

Un componente o una característica que es común a más de una figura se indica con el mismo número de referencia en cada una de las figuras.

Descripción Detallada de la Invención La figura 1 es un diagrama de bloques funcional de un sistema, citado aquí como el sistema 100, implemeritado en una máquina fabricante de hielo. El sistema 100 realiza varias operaciones de procesamiento de señales digitales en una señal acústica de un sensor de espesor de hielo, utilizando una transformada rápida de Fourier (FTT, por sus siglas en inglés) , para aumentar la conflabilidad de la detección de hielo, y para proporcionar un diagnóstico mejorado del sistema en la máquina fabricante de hielo.

El sistema 100 incluye un evaporador 102, un compresor 104, una bomba de agua, es decir, la bomba 106, un tablero de control 130 y un solenoide 1.60. El evaporador 102 incluye un sensor 110. El tablero de control 130 incluye un micrófono 140, un módulo de procesamiento 145 y un relevador 150. El término "módulo" se usa aquí para denotar una operación funcional que puede conformarse ya sea como un componente autónomo o como una configuración integrada de una pluralidad de componentes subordinados.

El sistema 100 opera a través de un ciclo de elaboración de hielo que incluye una etapa de preenfriamiento, una etapa de congelación, una etapa de recolección y una etapa de purga .

El evaporador 102 es una estructura para formar hielo sobre la misma. La bomba 106 bombea y circula agua 115, en un estado líquido, de tal manera que el agua 115 fluye sobre el evaporador 102 y se recupera como un cuerpo de agua, es decir, el agua 103 (en la figura 1, representada con un perímetro que tiene una línea punteada) , que se está congelando a un estado sólido, es decir, hielo.

El evaporador 102 tiene un serpentín (no se muestra) a través del cual se dirige ya sea un gas frío o un gas caliente. El compresor 104 facilita el transporte del gas frío a través del serpentín. Cuando el gas frío es dirigido a través del serpentín, el agua 103 se congela, formando así hielo en el evaporador 102. En la práctica, el agua 115 se derrama sobre el evaporador 102, y se congela gradualmente, de tal manera que el agua 103 forma un bloque de hielo. Después de que el agua 103 forma hielo, el gas caliente es dirigido a través del serpentín, calentando así el evaporador 102 y fundiendo ligeramente el hielo de tal manera que el hielo, y más particularmente el agua 103 en forma de hielo puede removerse.

El evaporador 102 también puede incluir una rejilla (no se muestra) para contener agua 103 y formar agua 103 en forma de cubos, o cualquier otra forma deseada.

El compresor 104, durante la operación, emite una vibración mecánica 105, y la bomba 106, durante la operación, emite una vibración mecánica 107. Tanto la vibración mecánica 105 como la vibración mecánica 17 se propagan a través de las estructuras físicas en el sistema 100, y a través del agua 103, como una onda acústica 108. Por lo tanto, la onda acústica 108 puede incluir contribuciones de cualquiera o tanto de la vibración mecánica 105 como de la vibración mecánica 107.

El sensor 110, por ejemplo, un diafragma que tiene una depresión, es un detector que detecta ondas acústicas 108, produciendo por lo tanto una onda acústica detectada 117. El sensor 110 puede situarse, por ejemplo, sobre una superficie del evaporador 102, o en cualquier lugar en el cual pueda recibir y detectar una onda acústica 108. Un conducto de ondas acústicas 120, por ejemplo, un tubo de plástico, acopla la onda acústica detectada 117 del sensor 110 a un micrófono 140. El micrófono 140 convierte la onda acústica detectada 117 a una señal eléctrica analógica 122. El módulo de procesamiento 145 recibe la señal eléctrica analógica 122, la convierta a una señal digital y la analiza, por lo tanto analizando de manera efectiva la onda acústica detectada 117.

El módulo de procesamiento 145, con base en su análisis de la onda acústica detectada 117, determina si el agua 103 se ha transformado en hielo, y si es así, emite una señal 124 para remover el agua 103, como hielo, del evaporador 102. Más particularmente, cuando el módulo de procesamiento 145 ha determinado que el agua 103 se ha transformado en hielo, el módulo de procesamiento 145 emite una señal 124 al relevador 150, el cual a su vez emite una señal de accionamiento 155 que energiza al solenoide 160. La energización del solenoide 160 ocasiona que el gas caliente sea dirigido a través del serpentín del evaporador 102, lo cual ocasiona que el agua 103 se funda ligeramente y se desprenda del evaporador 102. La remoción del hielo también se conoce como recolección.

Como se indicó arriba, la onda acústica 108 puede incluir contribuciones de cualquiera de la vibración mecánica 105 y la vibración mecánica 107, o de ambas. Consecuentemente, la vibración mecánica 105 ó bien la vibración mecánica 107 podrí ser la fuente de la onda acústica 108, y como tal, podría ser la fuente de la onda acústica detectada 117 para el análisis realizado por el módulo de procesamiento 145.

Cada una de la vibración mecánica 105 y la vibración mecánica 107 es única, y como tal, proporciona una firma espectral única para cada compresor 104 y bomba 106. El módulo de procesamiento 145 analiza la onda acústica detectada 117 y saca algunas conclusiones acerca de las operaciones del compresor 104 y la bomba 106. Por ejemplo, el módulo de procesamiento 145, por medio de comunicaciones con otros componentes del sistema 100, conoce en qué etapa de elaboración de hielo está operando el sistema 100, y también sabe cuándo debe encenderse el compresor 104, y cuándo debe apagarse el compresor 104. Consecuentemente, el módulo de procesamiento 145, con base en su análisis de la onda acústica detectada 117, también determina si el compresor 104 se enciente o apaga en sus tiempos apropiados. Si el módulo de procesamiento 145 determina que el compresor 104 no está operando apropiadamente, entonces el módulo de procesamiento 145 emite una señal de alerta 165. La señal de alerta 165 podría manifestarse, por ejemplo, como un indicador de falla en una interfaz de usuario (no se muestra en la figura 1) . El módulo de procesamiento 145 hace una determinación similar para la operación de la bomba 106, y la señal se alerta 165 indica el estado operativo de la bomba 106.

La figura 2 es un diagrama de bloques funcional del tablero de control 130, y muestra detalles adicionales del módulo de procesamiento 145. El módulo de procesamiento 145 incluye un microcontrolador 205, y un módulo de procesamiento de señales digitales 210.

Como se indicó arriba, el módulo de procesamiento 145 recibe una señal eléctrica analógica 122 del micrófono 140. El microcontrolador 205 incluye un circuito analógico (no se muestra) para amplificar y filtrar la señal eléctrica analógica 122, y un convertidor analógico a digital (A/D) (no se muestra) que convierte la señal eléctrica analógica 122 a una señal digital 208. Por lo tanto, la señal digital 208 es una representación digital de la onda acústica detectada 117.-El módulo de procesamiento de señales digitales 210 recibe la señal digital 208 y la procesa de acuerdo con métodos diseñados en la presente como un proceso de detección de hielo 215 y un proceso de diagnóstico de sistema 220.

De acuerdo con el proceso de detección de hielo, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 analiza la señal digital 208 para determinar si el agua 103 se ha convertido en hielo, y si es así, emite una señal 124 al relevador 150, el cual a su vez emite una señal acústica 155.

El proceso de detección de hielo 215 se describe más detalladamente más adelante con referencia a las figuras 3A y 3B.

De acuerdo con el proceso de diagnóstico de sistema 220, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 analiza la señal digital 208 para sacar conclusiones acerca de las operaciones del compresor 104 y la bomba 106, y si es necesario, emite una señal de alerta 165. El proceso de diagnóstico del sistema 220 se describe más detalladamente más adelante con referencia a la figura 4.

En algunas situaciones, pueden ocurrir problemas en la transmisión de sonido a través de tubos o conectores, o a través de un componente que hace contacto inadvertido con otro componente. El problema puede disparar una señal de recolección falsa. Estos problemas pueden evitarse integrando un micrófono 140 en una sonda con el sensor 110, es decir, un micrófono de sensor integrado que se pone en contacto con el hielo (es decir, el cuerpo de agua) o el evaporador, o se sitúa cerca, por ejemplo, a . menos de 1.27 cm (0.5 pulgadas) del hielo (es decir, el cuerpo de agua) o del evaporador.

Por ejemplo, en el contexto de los componentes mostrados en la figura 1, el micrófono 140 y el sensor 110 podrían integrarse juntos, dando como resultado un micrófono de sensor integrado. Consecuentemente, no habrá necesidad por un micrófono 140 en el tablero de control 130, y no se necesitará un conducto de ondas acústicas 120. El micrófono de sensor integrado evita los problemas con la transmisión de sonido del sensor 110 al micrófono 140, y por lo tanto elimina cualquier probabilidad de ruido extraño y vibración a través del conducto de ondas acústicas 120 al tablero de control 130, y mejora la relación de señal a ruido. Adicionalmente , todo el micrófono de sensor integrado puede sellarse herméticamente para eliminar cualquier probabilidad de entrada de humedad al sensor 110 ó al micrófono 140, y que por lo tanto impacte adversamente el desempeño del sensor 110 ó el micrófono 140.

Una alternativa al micrófono de sensor integrado es un acelerómetro de sensor integrado que emplea un acelerómetro en lugar del micrófono 140. En el acelerómetro de sensor integrado, el acelerómetro se usa para medir la vibración transmitida a través del sensor 110. El acelerómetro convierte la energía de vibración en una señal eléctrica que se transmite al tablero de control 130.

En micrófono de sensor integrado o bien el acelerómetro de sensor integrado podría considerarse como una sonda de detección, y situarse sobre el evaporador 102 en lugar del sensor autónomo 110. La sonda de detección produce una señal eléctrica, similar a la señal eléctrica analógica 122, que se acopla al módulo de procesamiento 145. Una modalidad de ejemplo de la sonda de detección se describe más detalladamente más adelante con referencia a las figuras 6 -8.

Las figuras 3A y 3B son, conjuntamente, un diagrama de flujo del proceso de detección de hielo 215. Como se mencionó anteriormente, de acuerdo con el proceso de detección de hielo 215, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 analiza la señal digital 208 para determinar si el agua 103 se ha convertido en hielo. El proceso de detección de hielo 215 comienza con al paso 310.

En el paso 310, el sistema comienza su etapa de congelación. Consecuentemente, el agua 115 cae en cascada sobre el evaporador 102, y el agua 103 se congela,. El sensor 110 detecta una onda acústica 108, produciendo así una onda acústica detectada 117, y el micrófono 140 convierte la onda acústica detectada 117 en una señal eléctrica analógica 122. Del paso 310, el proceso de detección de hielo 215 avanza al paso 320.

En el paso 320, el A/D en el microcontrolador 205 muestrea la señal eléctrica analógica 122 a cierta frecuencia de muestreo, por ejemplo, 2.5 kilohercios (kHz) , y convierte la señal eléctrica analógica 122 en una señal digital 208. La onda acústica detectada 117 es una señal de dominio dé tiempo, es decir una magnitud como función del tiempo. La señal digital 208 es una representación digital de la onda acústica detectada 117, y como tal, también es una señal de dominio de tiempo.

La magnitud de la onda acústica detectada 117 depende de la magnitud de la onda acústica 108, la cual a su vez depende de magnitudes de la vibración mecánica 105 y la vibración mecánica 107, y por lo tanto depende de factores físicos tal como el tamaño del sistema 100. Como tal, la magnitud de la onda acústica detectada 117, y las cantidades derivadas de la magnitud de la onda acústica detectada 117 dependen del tamaño del sistema 100.

Del paso 320, el proceso de detección de hielo 215 avanza al paso 330.

En el paso 330, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 transforma la señal digital 208 de una señal de dominio de tiempo a una señal de dominio de frecuencia, es decir, una magnitud como función de la frecuencia. Más específicamente, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 realiza una FFT en la señal digital 208. La FFT determina los componentes de frecuencia, y sus magnitudes respectivas, de la onda acústica detectada 117. Por ejemplo, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 realiza una FFT de 256 puntos y guarda los componentes de frecuencia y sus magnitudes respectivas a una matriz de FFT 332. Del paso 330, el proceso de detección de hielo 215 avanza al paso 340.

En el paso 340, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 extrae uno o más componentes de frecuencia de interés, y sus magnitudes respectivas, de la matriz de FFT 332. Por ejemplo, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 extrae un componente de frecuencia fundamental, un segundo armónico del componente de frecuencia fundamental, y un tercer armónico del · componente de frecuencia fundamental, y magnitudes para cada uno de la frecuencia fundamental, el segundo armónico y el tercer armónico. La frecuencia fundamental sería, por ejemplo, una frecuencia fundamental de la vibración mecánica 105 ó bien una frecuencia fundamental de la vibración mecánica 107. Del paso 340, el proceso de detección de hielo 215 avanza al paso 350.

La frecuencia fundamental de la vibración mecánica 105 y la frecuencia fundamental de la vibración mecánica 107 pueden ser propiedades inherentes del compresor 104 y la bomba 106, y por lo tanto, se conocen de antemano. De otra manera, estas frecuencias fundamentales podrían obtenerse a través de la observación, o durante un modo de aprendizaje, del proceso de detección de hielo 215. Por ejemplo, para aprender la frecuencia fundamental de la vibración mecánica 105, el módulo de procesamiento de señales digitales 210, por medio de comunicaciones con otros componentes del sistema 100, (a) apagaría el compresor 104 y evaluaría un primer espectro de la onda acústica detectada 117, y después (b) encendería el compresor 104 y evaluaría un segundo espectro de la onda 1 acústica detectada 117. La f ecuencia fundamental de la vibración mecánica 105 aparecerían como un componente de frecuencia dominante en el segundo espectro, pero no en el primer espectro. Alternativamente, en lugar del módulo de procesamiento de señales digitales 210 que controla los estados encendido/apagado del compresor 104, el sistema 100 puede continuar en un modo de operación regular y notificar al módulo de procesamiento de señales digitales 210 cuando el compresor 104 está encendido o apagado.

En el siguiente par de pasos, en la parte inicial de la etapa de congelación, por ejemplo, en los primeros dos minutos, antes que el agua 103 se ha convertido en un bloque de hielo, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 obtiene niveles acústicos ambientales de las frecuencias de interés. Aunque en la presente invención, la parte inicial de la etapa de congelación se considera como un periodo de dos minutos, son posibles otras duraciones, por ejemplo, seis minutos .

En el paso 350, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 considera si la etapa de congelación está en su parte inicial. Si la etapa de congelación está en su parte inicial, entonces el proceso de detección de hielo 215 avanza del paso 350 al paso 354. Si la etapa de congelación no está en su parte inicial, entonces el proceso de detección de hielo 215 se desvía del paso 350 al paso 360.

En el paso 354, el cual se realiza cuando la etapa de congelación está en su parte inicial, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 almacena los componentes de frecuencia de interés, y sus magnitudes, en una matriz de umbrales 352. Del paso 354, el proceso de detección de hielo 215 retorna al paso 320.

Al retornar al paso 320, y avanzar a través de los pasos 330, 340, 350 y 354, los niveles acústicos ambientales de las frecuencias de interés son capturadas repetidamente y almacenadas en la matriz de umbrales 352.

En el paso 360, el cual se realiza cuando la etapa de congelación no está en su parte inicial, para cada una de las frecuencias de interés que tienen magnitudes en la matriz de umbrales 352, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 calcula una magnitud promedio, y almacena la magnitud promedio en una matriz de magnitudes promedio 361. A la magnitud promedio, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 agrega un margen, por ejemplo, 3 ¦ decibelios (dB) , produciendo así un umbral resultante, y almacena el umbral resultante en una matriz de umbrales de detección de hielo 362. La matriz de umbrales de detección de hielo .362 contendrá por lo tanto un umbral resultante para cada una de las frecuencias de interés. Del paso 360, el proceso de detección de hielo 215 avanza al paso 365.

En el paso 365, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 realiza pruebas para detectar fallas del sensor 110, el micrófono 140 (o el acelerómetro que se utiliza en lugar del micrófono 140) o, en el caso de estos componentes que se integran entre sí, la sonda de detección, que conjuntamente se denominan fallas de la sonda de hielo. Consecuentemente, para cada uno de los componentes de frecuencia de interés, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 calcula una desviación estándar de las magnitudes promedio en la matriz de magnitudes promedio 361. Para cada uno de los componentes de interés, la desviación estándar se compara con un umbral inferior de falla de sonda 363, y un umbral superior de falla de sonda 364. Si para alguno de los componentes de frecuencia de interés, la desviación estándar es menor que un umbral inferior de falla de sonda 363 ó mayor que un umbral superior de falla de sonda 364, se supone que es una falla del sensor 110, del micrófono 140 (o del acelerómetro que se utiliza en lugar del micrófono 140) o, en el caso de que estos componentes estén integrados entre sí, de la sonda de detección. Aunque el paso 365 se describe como parte del proceso de detección de hielo 215, podría realizarse como parte del diagnóstico del sistema 220.

Como se mencionó arriba, la magnitud de la onda acústica detectada 117, y las cantidades derivadas de la magnitud de la onda acústica detectada 117 dependen del tamaño del sistema 100. Consecuentemente, se determinarían valores apropiados para el umbral inferior de falla de sonda 363 y el umbral superior de falla de sonda 364 mediante experimentación.

Del paso 365, si se pasa la prueba, es decir, no se detecta ninguna falla, entonces el proceso de detección de hielo 215 avanza al paso 370. Si la prueba falla, es decir, se detecta una falla, entonces el proceso de detección de hielo 215 avanza al paso 366.

En el paso 366, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 emite una alerta de falla de sonda, por ejemplo, por medio de la alerta 165. Aunque el paso 366 se describe como parte del proceso de detección de hielo 215, podría realizarse como parte del diagnóstico del sistema 220.

En el paso 370, mientras el agua 103 continúa congelándose, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 captura y procesa muestras en tiempo real de la onda acústica detectada 117. Más específicamente, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 extrae, de la onda acústica detectada 117, componentes de frecuencia de interés, y sus magnitudes respectivas. Para una mejor relación de señal a ruido (SNR, por sus siglas en inglés) , y por lo tanto mejor integridad de datos, se consideran las magnitudes promedio en tiempo real en un periodo de tiempo, por ejemplo la media de cinco valores de magnitud de FT obtenidos en un intervalo de tiempo de un segundo. Del paso 370, el proceso de detección de hielo 215 avanza al paso 380.

En el paso 380, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 compara las magnitudes de los componentes de frecuencia en tiempo real de interés con sus magnitudes correspondientes en la matriz de umbrales de detección de hielo 362. Esta comparación se realiza porque, cuando el agua 103 está adecuadamente formada como un bloque de hielo, las magnitudes en tiempo real de las frecuencias de interés serán significativamente mayores de lo que eran antes de que se formara el hielo.

En el paso 380, si ninguna de las magnitudes en tiempo real es mayor que su magnitud correspondiente en la matriz de umbrales de detección 362, entonces el módulo de procesamiento de señales digitales 210 concluye que el agua 103 aún no está suficientemente congelada, y el módulo de procesamiento de señales digitales 210 retorna al paso 370.

En el paso 380, si, para cualquiera de los componentes de frecuencia de interés, la magnitud en tiempo real es mayor que su magnitud correspondiente en la matriz de umbrales de detección 362, entonces el módulo de procesamiento de señales digitales 210 concluye que el agua 103 está suficientemente congelada, y el módulo de procesamiento de señales digitales 210 avanza al paso 390.

Con referencia al paso 380, aunque el avance al paso 390 se describe que ocurre en un caso en donde, para cualquiera de los componentes de frecuencia de interés, la magnitud en tiempo real es mayor que su magnitud correspondiente en la matriz de umbrales de detección 362, la prueba se puede basar en algún otro número mínimo de componentes de frecuencia de interés que tienen magnitudes en tiempo real mayores que sus magnitudes correspondientes en la matriz de umbrales de detección de hielo 362. Por, ejemplo, la prueba puede requerir que por lo menos dos de los tres componentes de frecuencia de interés tienen magnitudes mayores que sus magnitudes correspondientes en la matriz de umbrales de detección de hielo 362.

En el paso 390, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 emite una señal 124 al relevador 150, que a su vez emite una señal de accionamiento 155 al solenoide energizado 160. El solenoide energizado 160 resulta en la recolección, es decir, la remoción de agua 103, en forma de hielo, del evaporador 102.

La figura 4 es un diagrama de flujo del proceso de diagnóstico del sistema 220. Como se mencionó arriba, de acuerdo con el proceso de diagnóstico del sistema 220, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 analiza la señal digital 208 para sacar conclusiones acerca de las operaciones del compresor 104 y la bomba 106, y si es necesario, emite una señal de alerta 165. En síntesis, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 evalúa firmas acústicas de los dispositivos que están en el sistema 100 para determinar si los dispositivos se energizan o no en tiempos apropiados. A continuación, el proceso de diagnóstico del sistema 220 se describe con respecto a operaciones del compresor 104 y la bomba 106. Sin embargo, el proceso de diagnóstico del sistema 220 puede emplearse para evaluar operaciones de cualquier dispositivo en el sistema 100 que genera una vibración mecánica (por ejemplo una válvula de descarga, un solenoide de recolección, y una válvula de entrada de agua) . El proceso de diagnóstico del sistema 220 comienza con al paso 410.

En el paso 410, el proceso de diagnóstico del sistema 220 comienza su operación. Del paso 410, el proceso de diagnóstico del sistema 220 avanza al paso 420.

En el paso 420, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 opera en un modo de aprendizaje en el cual el módulo de procesamiento de señales digitales 210 analiza y registra vibraciones mecánicas producidas por el compresor 104 y la bomba 106. Por ejemplo, por medio de comunicaciones con otros componentes del sistema 100, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 energiza, o se le notifica de la energización del compresor 104. El compresor 104 genera vibración mecánica 105, que se manifiesta en la onda acústica 108, y es detectada por el sensor 110, para producir la onda acústica detectada 117. El módulo de procesamiento de señales digitales 210 analiza la onda acústica detectada 117 para obtener una firma espectral, es decir, los componentes dé frecuencia y magnitudes, del compresor 104. El módulo de procesamiento de señales digitales 210, de manera similar, obtiene una firma espectral de la bomba 106. El módulo de procesamiento de señales digitales 210 almacena las firmas espectrales para cada uno del compresor 104 y la bomba 106 en una matriz de firmas espectrales 425. Del paso 420, el proceso de diagnóstico del sistema 220 avanza al paso 430.

En el paso 430, mientras sistema 100 está operando a través de su ciclo de elaboración de hielo normal (es decir, preenfriamiento, congelación, recolección y purga) , el módulo de procesamiento de señales digitales 210 realiza FFTs y observa datos acústicos. Más específicamente, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 analiza la onda acústica detectada 117 para producir un espectro de la misma. El módulo de procesamiento de señales digitales 210 almacena el espectro en una matriz de espectros 432. Del paso 430, el proceso de diagnóstico del sistema 220 avanza al paso 435.

En el paso 435, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 considera si el compresor 104 ó bien la bomba 106 deben energizarse en la presente etapa del ciclo de elaboración de hielo. Es decir, el módulo de procesamiento de señales digitales 210, por medio de comunicaciones con otros componentes del sistema 100, sabe si el compresor 104 ó bien la bomba 106 deben energizarse. Si el compresor 104 ó la bomba 106 no debe energizarse, entonces el proceso de diagnóstico del sistema 220 retorna al paso 430. Si el compresor 104 ó la bomba 106 debe energizarse, entonces el proceso de diagnóstico del sistema 220 avanza al paso 440.

En el paso 440, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 determina si el espectro del paso 430 incluye una firma espectral del dispositivo, es decir, el compresor 104 ó la bomba 106, que debe energizarse. Por ejemplo, suponga que el compresor 104 debe energizarse. Consecuentemente, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 determina si la matriz de espectros 432 incluye la firma espectral del compresor 104 que está almacenada en la matriz de firmas espectrales 425. Del paso 440, el proceso de diagnóstico del sistema 220 avanza al paso 450.

En el paso 450, si la matriz de espectros 432 incluye la < firma espectral del dispositivo que está siendo considerado, por ejemplo, el compresor 104, entonces el módulo de procesamiento de señales digitales 210 concluye que el sistema 100 está operando apropiadamente, y consecuentemente el proceso de diagnóstico del sistema 220 retorna al paso 430. Si la matriz de espectros 432 no incluye la firma espectral del dispositivo que está siendo considerado, entonces el módulo de ' procesamiento de señales digitales 210 concluye que el sistema 100 no está operando apropiadamente, y consecuentemente el proceso de diagnóstico del sistema 220 avanza al paso 460.

Aún con referencia al paso 450, recuerde que la matriz de firmas espectrales 425 contiene una forma espectral para cada compresor 104 y la bomba 106. Consecuentemente, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 puede determinar por lo tanto si la señal acústica detectada 117 incluye ya sea la vibración mecánica 105 ó la vibración mecánica 107 ó ambas. Esto también permite que el proceso e diagnóstico del sistema 220 distinga entre contribuciones espectrales del compresor 104 y la bomba 106, y determina si el compresor 104 ó la bomba 106 ó ambos están encendidos, y por lo tanto diagnostica operaciones del compresor 104 ó la-bomba 106 ó de ambos. Además, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 puede hacer estas determinaciones incluso en un caso en. donde la señal acústica detectada 117 incluye ruido o contribuciones espectrales de otros dispositivos en el sistema 100.

En el paso 460, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 emite la señal de alerta 165.

El módulo de procesamiento de señales digitales 210 se describe arriba como emitiendo la señal de alerta 165 para un caso en el que se espera un dispositivo que está siendo considerado esté encendido, pero la matriz de espectros 432 2 no incluye la firma espectral del dispositivo que está siendo considerado. Sin embargo, el proceso de diagnóstico del sistema 220 podría configurarse de tal manera que el módulo de procesamiento de señales digitales 210 emita una señal de alerta 165 en un caso en el que se espera que un dispositivo esté apagado, y por lo tanto, el espectro no debe incluir la firma espectral del dispositivo, sino más bien la matriz de espectros 432 incluye la firma espectral del dispositivo. Esta situación podría ocurrir, por ejemplo, en un caso en el que el sistema 100 falla en apagar el dispositivo, o el dispositivo se atasca en su estado encendido.

En una revisión, el sistema 100 incluye un detector, es decir el sensor 110, y un procesador, es decir, el módulo de procesamiento 145. El sensor 110 detecta la onda acústica 108, la cual se está propagando a través de un cuerpo de agua, es decir, agua 103, como agua 103 que está siendo congelada sobre una estructura, es decir, el evaporador 102, en una máquina fabricante de hielo, produciendo por lo tanto la onda acústica detectada 117.

El módulo de procesamiento 145: extrae, de la onda acústica detectada 117, (a) un componente de frecuencia de la misma, y (b) una magnitud del componente de frecuencia; y emite una señal, es decir, la señal 124, para remover agua 103 del evaporador 102 cuando la magnitud excede un valor de umbral .

El módulo de procesamiento 145 también: analiza la onda acústica detectada 117 para producir un espectro de la misma; determina si el espectro incluye una firma espectral, produciendo por lo tanto una determinación, en donde la firma espectral está presente cuando un dispositivo, por ejemplo, el compresor 104, está operando en la máquina fabricante de hielo; y emite una alerta, es decir, una señal de alerta 165, con base en la determinación.

La onda acústica detectada 117 es una señal de dominio de tiempo. El módulos de procesamiento 145, para extraer el componente de frecuencia y la magnitud; transforma la señal de dominio de tiempo a una señal de dominio de frecuencia; y obtiene el componente de frecuencia, y la magnitud, de la señal de dominio de frecuencia.

También en el sistema 100, el valor de umbral contra el cual se compara la magnitud puede considerarse como un primer valor de umbral, y consecuentemente, el módulo de procesamiento 145: también extrae, de la onda acústica detectada 117, (a) un armónico del componente de frecuencia, y (b) una magnitud del armónico, y emite la señal 124 al relevador 150 cuando (i) la magnitud excede el primer valor de umbral, y (ii) la magnitud del armónico excede un segundo valor de umbral .

El sistema 100 se describe arriba con el módulo de procesamiento siendo implementado en el tablero de control 130. Como tal, el módulo de procesamiento 145, o cualquiera de sus componentes, y en particular el módulo de procesamiento de señales digitales 210, puede implementarse en hardware (por ejemplo, circuito electrónico) o firmware, o una combinación de los mismos. demás, el módulo de procesamiento de señales digitales 210 puede implementarse en software, y ejecutarse en una computadora que está en comunicación con otros componentes en el. sistema 100.

La figura 5 es un diagrama de bloques de una modalidad implementada en computadora, denominada de . aquí en adelante como el sistema 500, del módulo de procesamiento de señales digitales 210. El sistema 500 incluye una computadora 505 que a su vez incluye un procesador 515 .y una memoria 520. El sistema 500 está en comunicación con otros componentes en el sistema 100.

El procesador 515 es un dispositivo electrónico configurado por un circuito lógico que responde a instrucciones y las ejecuta.

La memoria 520 es un medio de lectura por computadora codificado con un programa de cómputo. Al respecto, la memoria 520 almacena datos e instrucciones que pueden leerse y ejecutarse por el procesador 515 para controlar la operación del procesador 515. La memoria 520 puede implementarse en una memoria de acceso aleatorio (RAM, por sus siglas en inglés) , un disco duro, una memoria de solo lectura (ROM, por sus siglas en inglés) , memoria flash, o una combinación de los mismos. Uno de los componentes de la memoria 520 es un módulo, de programa 525.

El módulo de programa 525 contiene instrucciones para controlar el procesador 515 para ejecutar los métodos descritos ahí. Es decir, las instrucciones del módulo de programa 525, cuando son leídas por el procesador 515, hacen que el procesador 515 realice operaciones del proceso de detección de hielo 215, y el proceso de diagnóstico del sistema 220.

Aunque el módulo de programa 525 se describe como instalado en la memoria 520, y por lo tanto implementado en software, podría implementarse en ya sea en hardware (por ejemplo, circuitos electrónicos) , firmware, software, o bien una combinación de los mismos.

El procesador 515 saca un resultado de una ejecución de los' métodos descritos en la presente, por ejemplo, un indicador de falla basado en la emisión de una señal de alerta 165. Alternativamente, el procesador 515' podría dirigir la salida a un dispositivo remoto (no se muestra) a través de una red (no se muestra) .

Mientras el módulo de programa 525 está indicado como ya cargado en la memoria 520, se puede configurar en un medio de almacenamiento 535 para su subsiguiente cargado en la memoria 520. El medio de almacenamiento 535 es también un medio de lectura por computadora que almacena ahí el módulo de programa 525. Ejemplos del medio de almacenamiento 535 incluyen un disco flexible, un disco compacto, una cinta magnética, una memoria de solo lectura, un medio de almacenamiento óptico, una memoria flash de bus serial universal (USB, por sus siglas en inglés) , un disco versátil digital, o un disco zip. Alternativamente, el medio de almacenamiento 535 puede ser una memoria de acceso aleatorio, u otro tipo de almacenamiento electrónico, localizado en un sistema de almacenamiento remoto y acoplado a la computadora 505 a través de una red (no se muestra) .

Como se mencionó arriba, el micrófono 140 y el sensor 110 podrían integrarse entre sí, dando como resultado un micrófono de sensor integrado, y una alternativa al micrófono de sensor integrado es un acelerómetro de sensor integrado que emplea un acelerómetro en lugar del micrófono 140. Cualquiera del micrófono de sensor integrado o del acelerómetro de sensor integrado podría considerarse como una sonda de detección.

La figura 6 es una vista en sección transversal de una sonda de detección 605 en un evaporador 102. La sonda de detección 605 incluye una depresión 610 que está implementada como parte del sensor 110 y que está en contacto con el agua 103 en el evaporador 102.

La figura 7 es una imagen de la sonda de detección 605 en un evaporador 102.

La figura 8 es una vista en sección transversal de la sonda de detección 605 configurada como un micrófono de sensor integrado que tiene un micrófono 140 integrado en una abertura superior.

Las técnicas descritas en la presente son de ejemplo, y no deben considerarse que implican cualquier limitación particular en la presente descripción. Debe entenderse que aquellos con experiencia en la técnica podrían contemplar varias alternativas, combinaciones y modificaciones. Por ejemplo, el sistema 100 puede incluir una pluralidad de sensores 110 para detectar una onda acústica 108 en varios lugares sobre el agua 103, y los pasos asociados con los proceso descritos en la presente se puede realizar en cualquier orden, por ejemplo, el orden de los pasos 435 y 430 se puede invertir, a menos que se especifique lo contrario o lo determinen los propios pasos. Asimismo, aunque la onda acústica 108 se describe aquí como resultante de vibraciones mecánicas del compresor 105 ó la bomba 107, el sistema 100 podría incluir un dispositivo de propósito especial que-genera una vibración particular para análisis por parte del módulo de procesamiento 145. Se pretende que la presente descripción incluya todas esas alternativas, modificaciones y variaciones que se ubican dentro del alcance de las reivindicaciones anexas.

Los términos "comprende" o comprendiendo" se deben interpretar como especificando la presencia de las características, enteros, pasos o componentes establecidos, pero no impiden la presencia de una o más de otras características, enteros, pasos o componentes o grupos de los mismos.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (10)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Un método, caracterizado porque comprende: detectar una onda acústica que se propaga a través de un cuerpo de agua, cuando, el cuerpo de agua está siendo congelado sobre una estructura, produciendo así una onda acústica detectada; extraer, de la onda acústica detectada, (a) un componente de frecuencia de la misma, (b) una magnitud del componente de frecuencia, (c) un armónico del componente de frecuencia, y (d) una magnitud del armónico; y remover el cuerpo de agua de la estructura cuando (i) la magnitud del componente de frecuencia excede un primer valor de umbral, y (ii) la magnitud del armónico excede un segundo valor de umbral .

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la onda acústica detectada es una señal de dominio de tiempo, y en donde la extracción comprende: transformar la señal de dominio de tiempo a una señal de dominio de frecuencia; y obtener el componente de frecuencia, la magnitud del componente de frecuencia, el armónico, y la magnitud del armónico, de la señal de dominio de frecuencia.

3. Un sistema, caracterizado porque comprende: un detector que detecta una onda acústica que se propaga a través de un cuerpo de agua, cuando el cuerpo de agua está siendo congelado sobre una estructura, produciendo así una onda acústica detectada; y un procesador que: extrae, de la onda acústica detectada, (a) un componente de frecuencia de la misma, y (b) una magnitud del componente de frecuencia, (c) un armónico del componente de frecuencia, y (d) una magnitud del armónico; y emite una señal para remover el cuerpo de agua de la estructura cuando (i) la magnitud del componente de frecuencia excede un primer valor de umbral, y (ii) la magnitud del armónico excede un segundo valor de umbral .

4. El sistema de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la onda acústica detectada es una señal de dominio de tiempo, y en donde el procesador, para extraer el componente de frecuencia y la magnitud: transforma la señal de dominio de tiempo en una señal de dominio de frecuencia; y obtiene el componente de frecuencia, la magnitud del componente de frecuencia, el armónico, y la magnitud del armónico, de la señal de dominio de frecuencia.

5. Un medio de almacenamiento, caracterizado porque comprende instrucciones que pueden leerse por medio de un procesador, y que cuando son leídas por el procesador hacen que el procesador: extraiga, de la onda acústica detectada, (a) un componente de frecuencia de . la misma, (b) una magnitud del componente de frecuencia, en donde la onda acústica detectada representa una onda acústica que se propaga a través de un cuerpo de agua, cuando el cuerpo de agua está siendo congelado sobre una estructura, (c) un armónico del componente de frecuencia, y (d) una magnitud del armónico; y emita una señal para remover el cuerpo de agua de la estructura cuando (i) la magnitud excede un valor de umbral, y (ii) la magnitud del armónico excede un segundo valor de umbral .

6. El medio de almacenamiento de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la onda acústica detectada es una señal de dominio de tiempo, y en donde el procesador, para extraer el componente de frecuencia y la magnitud: transforma la señal de dominio de tiempo a una señal de dominio de frecuencia; y obtiene el componente de frecuencia, la magnitud del componente de frecuencia, el armónico, y la magnitud del armónico, de la señal de dominio de frecuencia.

7. El sistema de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el detector comprende un micrófono en una sonda que se sitúa a menos de 1.27 centímetros (0.5 pulgadas) de la estructura.

8. El sistema de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el detector comprende un micrófono en una sonda que está en contacto con la estructura.

9. El sistema de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el detector comprende un micrófono en una sonda que se sitúa a menos de 1.27 centímetros (0.5 pulgadas) del cuerpo de agua.

10. El sistema de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el detector comprende un micrófono en una sonda que está en contacto con el cuerpo de agua.