用于监测结构的状况的装置和处理器平台的制作方法

本公开内容总体上涉及过程控制系统，并且更具体而言，涉及用于监测结构的状况的方法和装置。

背景技术：

近年来，像化学、石油和/或其它过程中使用的那些过程控制系统随着更新和更强大的控制器的普及而逐渐变得更加复杂。当前的生成过程控制系统包括用于测量和/或控制过程环境的不同方面的更多数量和种类的现场设备或仪器。除了利用现场设备来监测和/或控制核心过程之外，现场设备已经越来越多地用于诸如预测健康监测之类的外围任务。

其中现场设备在操作期间失效的过程控制系统可能经历增加的停机时间段。如果失效的现场设备向过程控制系统提供错误或不准确的数据，则在操作期间现场设备故障还可能产生危险的操作状况。可以通过执行对过程装备的受控关闭或者通过绕过到相对应的控制器算法的失效的现场设备的输入来减轻向控制器提供电子反馈的失效的现场设备(例如，压力传感器、温度传感器等)。然而，在操作期间不提供电子反馈的失效的现场设备(例如，液压致动器、气动阀等)可能不会警报控制器存在问题并且可能导致过程控制系统以未知的、不稳定的和/或不安全的操作模式起作用。

过程控制系统内的设备还可以位于困难环境中，诸如具有极端振动、高压和/或可能导致加速故障的宽温度范围的区域。随着逐渐强大的控制器的实现，过程控制系统可以利用附加传感器来监测这些困难环境中的现场设备。使用附加传感器和外围算法例程监测现场设备可以用于预测潜在故障，并使技术人员能够在定期维护期间替换潜在故障的现场设备，而不是停止系统的操作来替换现场设备。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本申请提出了一种装置，其包括：操作收集引擎，所述操作收集引擎被配置为测量来自安装在结构上的第一位置处的第一传感器的第一操作加速度信息以及来自安装在结构上的第二位置处的第二传感器的第二操作加速度信息。所述示例性装置还包括被配置为计算第一振动模型响应的第一振动模型响应计算器，被配置为计算第二振动模型响应的第二振动模型响应计算器，被配置为确定第一振动模型响应与第二振动模型响应之间的差值的差值计算器，以及被配置为基于所述第一振动模型响应和所述第二振动模型响应之间的差值来生成警报以识别结构的状况的警报生成器。

在一个实例中，示例性装置还包括：基线收集引擎，所述基线收集引擎测量来自所述第一传感器的第一基线加速度信息和来自所述第二传感器的第二基线加速度信息；传输率模型生成器，所述传输率模型生成器生成用于所述结构的所述第一振动模型；固有频率模型生成器，所述固有频率模型生成器生成用于所述结构的所述第二振动模型。

在一个实例中，所述传输率模型生成器被配置为通过针对所计算的传输率信息执行曲线拟合来生成用于所述结构的所述第一振动模型。

在一个实例中，所述固有频率模型生成器被配置为通过针对所计算的固有频率信息执行曲线拟合来生成用于所述结构的所述第二振动模型。

在一个实例中，所述警报生成器被配置为当在针对所述结构的第一计算固有频率与第二计算固有频率之间的差值满足阈值时，识别所述结构的状况。

在一个实例中，所述结构的状况是所述结构的退化。

本文所公开的示例性方法包括测量来自安装在结构上的第一位置处的第一传感器的第一操作加速度信息和来自安装在结构上的第二位置处的第二传感器的第二操作加速度信息。所述示例性方法还包括计算第一振动模型响应，计算第二振动模型响应，计算所述第一振动模型响应和所述第二振动模型响应之间的差值，以及基于所述第一振动模型响应和所述第二振动模型响应之间的差值来识别结构的状况。

示例性有形计算机可读存储盘或存储设备包括指令，当执行所述指令时，使得机器执行至少以下操作：测量来自安装在结构上的第一位置处的第一传感器的第一操作加速度信息和来自安装在结构上的第二位置处的第二传感器的第二操作加速度信息，计算第一振动模型响应，计算第二振动模型响应，确定所述第一振动模型响应和所述第二振动模型响应之间的差值，并且基于所述第一振动模型响应和所述第二振动模型响应之间的差值来识别结构的状况。

根据本申请，可以通过操作结构直到已经识别了结构的状态来优化结构的操作生命周期，并避免结构的过早替换。此外，结构状况的识别生成对于人员的警报，以允许在可能在过程控制环境中产生不希望的停机时间的潜在的故障之前执行预防性维护和/或结构的替换。

附图说明

图1是根据本公开内容的教导的示例性结构状况监测器装置的示意图。

图2是图1的示例性结构状况监测器的示例性实施方式的框图。

图3-13是表示示例性方法的流程图，其可以使用图1的示例性结构状况监测器而被执行，以监测结构的状况。

图14是示例性处理器平台的框图，其被构造为执行机器可读指令以实现图3-13的方法以及图1和图2的示例性结构状况监测器。

尽可能地，贯穿(多个)附图和附随的书面描述将使用相同的附图标记来指代相同或相似的部分。

具体实施方式

随着开发了具有增加的数据采集分辨率、处理能力和信号调节的个体部件，过程控制系统正在变得越来越复杂。过程控制系统用于监测和/或控制要在过程环境中进行的操作的不同方面，诸如制造部件、处理原料化学材料等。过程控制系统通常包含至少一个具有伴随的输入和输出的控制器，允许(多个)控制器从各种输入现场设备和/或仪器获取信号并控制各种输出现场设备和/或仪器。

在整个过程控制系统中使用现场设备或仪器(例如，控制设备)，诸如传感器、开关、变送器、阀控制器等以测量和控制过程控制系统的不同方面(例如，其它过程控制设备)。如本文所使用的，现场设备、仪器和/ 或传感器可以互换使用。用作过程控制系统的输入的现场设备可以是例如反馈位置传感器、压力传感器、温度传感器等，其用于连续监测过程环境的各种度量。用作过程控制系统的输出的现场设备可以是例如信号调节器、开关、螺线管等，以当由控制器感应时执行各种控制动作。

上面所描述的现场设备在各种环境(诸如在温度控制工厂内部、在撒哈拉沙漠以南的非洲的外部等)中操作。用于现场设备的困难的操作环境还可能存在于过程环境本身内，例如经历极端温度变化、振动等的内部过程环境区域。困难的操作环境可能导致现场设备经受加速磨损，并极大地降低了现场设备的预期寿命。例如，安装在正排量泵下游所连接的过程管道中的现场设备在操作期间可能经历极大的振动。在所示的示例中，现场设备的个体部件(诸如化学地安装(例如，用粘合剂固定到表面上)和/ 或机械地安装(例如，拧入到适当的位置、焊接在一起等等)的部件)可能由于在比现场设备未经历相同的极端振动更短的时间段内的极端振动而被移除。

现场设备故障可能由多种原因引起，诸如环境因素、制造缺陷、典型操作等。然而，故障的发生时间可能是不可预测的，并且可能在操作期间发生。不知道何时现场设备预期失效或者即将达到即将发生故障的状况，这对于现有过程控制系统的连续操作造成了重大的问题。在操作期间突然的现场设备故障可能导致现场设备和现场设备正在监测和/或控制的装备的损失。例如，安装在正排量泵的阀座中的压力传感器的故障可能导致向过程控制系统控制器报告错误或不正确的值，这可能导致泵意外地过压和损坏。在另一个示例中，如果在操作期间正排量泵独立于现场设备而失效，则与替换监测泵的现场设备相比，停机时间的量可能明显大于替换泵。某些过程控制系统和过程环境的远程位置可能例如由于增加的停机时间而加重现场设备故障的后果，以获得对现场设备故障区域的访问或行进到现场设备故障区域。

为了克服这种意外的现场设备故障的问题，某些已知的系统使用采用分类系统的控制器来预测现场设备的预期故障时间线。例如，控制器可以接收输入(诸如测量的过程参数(例如，过程压力、过程温度、操作循环的次数等))以及与现场设备有关的特定信息(例如，型号、机型、操作特性等等)到分类系统中以确定预测的时间-故障度量，其随后可以用于发起现场设备替换。其它系统跟踪操作小时，并使用定期的维护间隔以在发生故障之前启动对现场设备的替换。然而，利用上面所描述的系统可能通过在现场设备的生命周期中过早地替换现场设备增加装备和人力成本或者在计划的维护之前错过潜在的故障。因此，具有大量剩余操作寿命的现场设备可能在这种系统内过早地被替换。

本文所公开的示例性结构状况监测器装置涉及过程控制系统，并且更具体而言，涉及监测结构的状况。通常，本文所公开的示例性结构状况监测器装置利用感测设备(诸如固定在感兴趣的结构(例如，正排量泵、过程控制阀等)的传感器(例如，加速度传感器、运动传感器、振动传感器等))以获取加速度数据和/或信息以监测结构的状况(例如，裂纹的形成、性能的退化等)。如本文所使用的，术语“加速度信息”、“运动信息”和/ 或“振动信息”可以互换使用。还可以将示例性传感器固定到可能经历不同振动分布的感兴趣的结构上的位置。例如，气动致动蝶形阀可以经由法兰连接到正排量泵下游的过程管道。蝶形阀可以具有至少一个固定在气动连接附近的传感器和至少一个安装在蝶形阀的本体上的传感器。还可以将示例性传感器固定到感兴趣的结构所经历的、作为振动源(例如，离心泵、正排量泵等)或者位于振动源附近(例如，固定到在正排量泵下游所连接的过程管道等)的结构上。例如，经由法兰连接到正排量液压泵下游的过程管道的液压过程控制阀可以具有至少一个固定在液压过程控制阀的本体上的传感器，同时具有至少一个安装在液压泵的本体上的传感器。

在本文所公开的某些示例性结构状况监测器装置中，上面所描述的感测设备(例如，加速度传感器、运动传感器、振动传感器等)可以经由控制器耦合到过程控制系统以便数据采集和处理。在这种所公开示例中，在操作期间控制器从至少一个加速度传感器获取和/或获得加速度信息，并处理所获取的加速度信息。例如，控制器可以通过将所获得的加速度信息输入到第一振动模型和第二振动模型中来处理所获得的加速度信息。在所示的示例中，第一振动模型的输出可以与第二振动模型的输出进行比较。第一振动模型的输出和第二振动模型的输出之间的比较可能产生差值。控制器可以采用差值来确定差值是否满足阈值(例如，差值大于1Hz)。在某些所公开的实例中，控制器可以响应于满足阈值的差值来生成指示结构的状况可以存在的警告和/或警报消息。

在本文所公开的某些示例性结构状况监测器装置中，第一振动模型和第二振动模型是通过在针对结构的一个或多个操作循环和/或过程期间从至少一个感测设备(例如，至少一个加速度感测设备、至少一个运动感测设备、至少一个振动感测设备等)获得基线加速度信息而导出的。如本文所公开的，术语“加速度感测设备”、“加速度传感器”、“运动感测设备”，“运动传感器”、“振动感测设备”和“振动传感器”是可互换使用的。例如，控制器可以从固定到处理基线流体(例如，水)的控制阀的至少一个加速度传感器中获得加速度信息。基准流体可以在固定循环次数中通过致动器在压力下打开和关闭控制阀进行处理。所获得的加速度信息可以由控制器用于计算结构的传输率。在本文所公开的某些示例中，结构的传输率被定义为输出响应(例如，输出加速度响应)与输入响应(例如，输入加速度响应)的比率。例如，结构的传输率可以是由结构上的第一加速度传感器获得的第一加速度响应(例如，输出响应)与由第二加速度传感器获得的第二加速度响应(例如，输入响应)的比率。如本文所公开的，术语“响应”是指在定义的时间间隔期间或在事件发生的时间段期间所收集的加速度信息的数据子集。如本文所公开的，术语“加速度响应”、“运动响应”和/或“振动响应”是可互换使用的。例如，加速度响应可以是在周期性时间间隔(例如，每100毫秒)期间所收集的加速度信息和/或在事件发生的时间段期间(例如，致动器108从打开位置移动到关闭位置，阀110 从打开位置移动到关闭位置等)所收集的加速度信息。

在某些示例中，控制器可以生成用于结构的第一振动模型。控制器可以被配置为通过针对计算的传输率信息执行曲线拟合来生成用于该结构的第一振动模型。生成第一振动模型可以包括例如，控制器计算针对由一个或多个现场设备测量的一定范围的频率的结构的传输率。控制器可以识别出现共振的频率(或者在本文中被称为出现最大传输率的频率)。控制器可以计算一个或多个已知传输率特性方程式中的变量的初始值。这种传输率变量可以包括例如幅度、带宽、衰减比率、半功率频率、固有频率、品质因数、传输率、垂直移位等。控制器还可以使用一个或多个过程(例如，平方误差之和预测(SSE)过程、最小平方过程、均方误差过程等等)优化传输率变量。

在某些示例中，控制器处理所获得的加速度信息以识别一个或多个数据异常值。针对所选择的感兴趣的加速度响应，控制器可以计算在测量频率范围内的一个或多个传输率变量的平均值。针对所选择的频率，控制器可以确定在所计算的传输率变量值与所计算的平均传输率变量值之间的差值。控制器可以通过确定差值是否满足阈值(例如，差值超出一个标准偏差的阈值)来识别数据异常值。控制器可以消除所识别的(多个)数据异常值和/或基于所识别的(多个)数据异常值来消除数据集合。

在某些示例中，控制器可以生成用于结构的第二振动模型。控制器可以被配置为通过针对所计算的固有频率信息执行曲线拟合来生成用于该结构的第二振动模型。生成第二振动模型可以包括例如，控制器在多个操作循环期间计算结构的固有频率。控制器可以计算针对操作循环的次数的平均固有频率。针对每个操作循环，控制器可以计算操作循环的计算的固有频率与针对操作循环的次数的平均固有频率之间的差值。控制器还可以计算所计算的差值的总和并计算所计算的差值的总和的平均值。在某些示例中，控制器可以生成线性拟合模型中的一个或多个变量的值(例如，斜率和y截距)。例如，控制器可以将斜率计算为所计算的平均差值与操作循环的次数的比率。在某些示例中，控制器可以将线性拟合模型的y截距识别为针对操作循环的次数的所计算的平均固有频率。

在某些示例中，控制器可以将第一振动模型的输出和第二振动模型的输出进行比较。例如，控制器可以将所获得的加速度信息输入到第一振动模型中以计算第一固有频率。控制器还可以将所获得的加速度信息输入到第二振动模型中以计算第二固有频率。控制器可以确定由第一振动模型和第二振动模型计算的在第一计算固有频率与第二计算固有频率之间的差值。在某些示例中，如果差值满足阈值(例如，差值大于1Hz)，则控制器可以生成警报。这种警报可以是，例如发出声音警告、在过程控制网络中传播警报、生成警报报告等。

在某些所公开的示例中，控制器可以不生成用于该结构的多个振动模型。例如，控制器可以在结构的一个或多个操作循环期间从一个或多个加速度传感器获得加速度信息。控制器可以针对每个操作循环计算结构的固有频率并计算一个或多个操作循环的平均固有频率。控制器可以通过至少计算线性拟合模型的斜率和y截距来生成如上面所描述的固有频率模型。在某些示例中，控制器可以获得用于附加操作循环的加速度信息并且计算用于附加操作循环的结构的固有频率。针对每个操作循环，控制器可以(1) 计算在结构的所计算的固有频率与所计算的平均固有频率之间的差值和/或 (2)计算在结构的所计算的固有频率与来自生成的固有频率模型的所计算的固有频率之间的差值。控制器可以响应于一个或两个差值满足阈值(例如，差值大于1Hz)而生成警报。

转向图1，本文所公开的示例性结构状况监测器装置100通过监测现场设备104(例如，电子阀控制器)的结构的状况而在过程控制环境102中进行操作。在所示的示例中，现场设备104是容纳在壳体中的电子阀控制器，并且被耦合到示例性气动致动阀组件106，该气动致动阀组件106包括至少一个致动器108和阀110(例如，蝶形阀、闸阀等)。然而，可以附加地或替代地使用其它阀组件，诸如电致动阀组件、液压致动阀组件等。现场设备104测量致动器108和/或阀110的一个或多个参数(例如，阀的位置)和/或控制致动器108和/或阀110的一个或多个参数。现场设备104包括用于气动管连接件112的连接点。现场设备104使得经由气动管连接件 112能够对致动器进行气动控制。

在所示的示例中，阀组件106安装在工厂环境或处理系统的流体过程系统114(例如，分配管道系统)中。流体过程系统114可以位于可以使现场设备104和/或阀组件106暴露于至少一个困难操作状况(例如，极端振动、宽的温度范围等)的环境中，并由于加速磨损而导致现场设备104 的过早故障。例如，现场设备104和阀组件106可以安装在正排量泵的下游。现场设备104的不同故障模式可以由于加速磨损而出现，例如，与现场设备104去耦合的气动管连接件112、现场设备104内部的与电子阀控制器去耦合的部件等。

在图1所示的示例中，存在固定到现场设备104的第一振动感测设备116(例如，加速度传感器、运动传感器、振动传感器等)以及固定到阀组件106的第二振动感测设备118(例如，加速度传感器、运动传感器、振动传感器等)。然而，可以附加地或替代地利用其它安装位置，例如致动器 108、阀110等。还可以利用在过程控制环境102外部的附加安装位置。尽管在图1中描绘了两个振动感测设备，但是可以利用一个或多个振动感测设备。术语加速度现场设备、运动现场设备和/或振动感测设备可以互换使用。

在所示出的示例中，振动感测设备116、118被耦合到示例性结构状况监测器装置100。尽管如图1所描绘的经由一个或多个导线进行耦合的振动感测设备116、118，但是振动感测设备116、118可以附加地或替代地经由无线网络进行连接。示例性结构状况监测器装置100可以是过程控制系统或是包括用于数据采集和处理的控制器的过程控制系统的一部分。示例性结构状况监测器装置100从振动感测设备116、118中获得加速度信息。在某些示例中，振动感测设备116、118是模拟转换器，其输出与在至少一个正交轴上所经历的加速度的量成比例的模拟电信号(例如，电压幅度)。在某些情况下，振动感测设备116、118是数字转换器，其输出与沿着至少一个正交轴所经历的加速度的量成比例的数字电信号(例如，脉宽调制信号)。例如，振动感测设备116、118可以是输出与沿着至少一个正交轴所经历的加速度的量成比例的已知电压幅度的类型的加速度传感器(例如，电容式加速度计传感器、霍尔效应加速度计传感器、压电电阻式加速度计传感器等)。

在图1所示的示例中，示例性结构状况监测器装置100在操作期间从振动感测设备116、118获得加速度信息，以识别现场设备104的操作加速度响应与现场设备104的基线加速度响应的差值。操作加速度响应和基线加速度响应的差值可以是所获得的电信号的幅度的差值(例如，电压差)、差值趋势(例如，增加的差值、减小的差值)等。现场设备104的加速度响应的差值可能与现场设备104的结构的状况有关。现场设备104的结构状况可能是结构的退化，例如，在现场设备104的结构中形成的裂缝、对附接到现场设备104的结构的部件的去耦合，对附接在现场设备104的结构内的部件的去耦合等等。在某些情况下，现场设备104的结构状况可能是操作性能的退化，例如，腐蚀部件使得致动器108失效、气动管连接件 112的气动密封件的破裂等。确定现场设备104的操作加速度响应和基线加速度响应之间的差值是否随时间增加可以指示现场设备104的结构状况的退化。

在图1所示的示例中，第一振动感测设备116被耦合到现场设备104，并且第二振动感测设备118被耦合到阀组件106，以监测气动管连接件112 的状况(例如，对气动管连接件112的去耦合)。第一振动感测设备116靠近现场设备104与气动管连接件112之间的连接点进行安装。第一振动感测设备116测量在现场设备104与气动管连接件112之间的连接点的加速度响应(例如，输出加速度响应)。第二振动感测设备118安装在靠近振动源(例如，连接到流体过程系统114的阀110)附近。第二振动感测设备118 测量振动源的加速度响应(例如，输入加速度响应)。示例性结构状况监测器装置100可以基于由第一振动感测设备116测量的加速度响应与由第二振动感测设备118测量的加速度响应的比率来计算操作加速度响应。示例性结构状况监测器装置100可以确定操作加速度响应与基线加速度响应(例如，预期的加速度响应)之间的差值。示例性结构状况监测器装置100可以确定该差值是否满足阈值(例如，差值超出1伏特、差值超出1Hz等)。示例性结构状况监测器装置100可以响应于满足阈值的差值来生成警报。

在所示的示例中，示例性结构状况监测器装置100确定操作加速度响应与基线加速度响应之间的差值。在某些示例中，示例性结构状况监测器装置100通过在针对现场设备104的已知良好的健康状态的周期期间从振动感测设备116、118获得加速度信息来确定基线加速度响应。示例性结构状况监测器装置100可以使用现场设备104的已知良好的健康加速度信息来生成用于现场设备104的至少一个振动模型。示例性结构状况监测器装置100可以使用(多个)用于现场设备104的振动模型来确定现场设备 104的操作加速度响应和基线加速度响应。例如，结构状况监测器装置100 可以在操作期间(例如，过程控制操作状况)将从振动感测设备116、118 所获得的加速度信息输入到第一振动模型中以计算操作加速度响应。在另一个示例中，结构状况监测器装置100可以在操作期间(例如，过程控制操作状况)将从振动感测设备116、118所获得的加速度信息输入到第二振动模型中以计算基线加速度响应。

在如图1所示的示例中，示例性结构状况监测器装置100至少生成第一振动模型和第二振动模型。示例性结构状况监测器装置100可以通过在操作期间将所获得的加速度信息输入到第一振动模型中来计算现场设备 104的第一加速度响应。现场设备104的第一加速度响应可以是现场设备 104的操作加速度响应。示例性结构状况监测器装置100还可以通过将计算的参数(例如，操作循环次数、持续时间等)输入到第二振动模型来计算现场设备104的第二加速度响应。示例性结构状况监测器装置100可以基于从振动感测设备116、118所获得的加速度信息来计算输入的计算参数。现场设备104的第二加速度响应可以是基线和/或预期的加速度响应。在某些示例中，示例性结构状况监测器装置100将现场设备104的第一加速度响应和第二加速度响应进行比较，以确定现场设备104的第一加速度响应与第二加速度响应之间的差值是否满足阈值(例如，差值超出1Hz)。如果现场设备104的第一加速度响应与第二加速度响应之间的差值满足阈值，则示例性结构状况监测器装置100可以识别现场设备104的结构的状况。在某些情况下，示例性结构状况监测器装置100响应于满足阈值的差值而生成警报(例如，警告响起，警报消息在过程控制网络中传播等)。

图2是图1的结构状况监测器装置100的示例性实施方式的框图。示例性结构状况监测器装置100确定结构的操作加速度响应与结构的基线加速度响应之间的差值是否识别了结构的状况。例如，结构状况监测器装置100可以确定现场设备104的操作加速度响应与现场设备104的基线加速度响应之间的差值是否识别了现场设备104的结构状况。图2的示例性结构状况监测器装置100包括示例性收集引擎200、示例性存储数据库210、示例性存储数据库接口220、示例性传输率模型生成器230、示例性固有频率模型生成器240、示例性传输率模型计算器250、示例性固有频率模型计算器260、示例性固有频率差值计算器270以及示例性警报生成器280。图 2的示例性结构状况监测器装置100经由示例性存储数据库接口220通信地耦合到示例性存储数据库210。

在图2所示的示例中，示例性结构状况监测器装置100包括示例性收集引擎200，以从至少一个振动感测设备(例如，加速度传感器、运动传感器、振动传感器等)获得加速度信息，选择感兴趣的加速度信息并处理所选择的感兴趣的加速度信息。在某些示例中，在获得基线加速度信息的时间段期间(例如，在制造后质量检查期间、在操作前调试过程期间等)，示例性收集引擎200从至少一个振动感测设备获得加速度信息。例如，当获得要用于生成一个或多个振动模型的基线加速度信息时，收集引擎200 可以作为基线收集引擎进行操作。在某些情况下，示例性收集引擎200在获得操作加速度信息的时间段期间从至少一个振动感测设备获得加速度信息。例如，当获取针对正在操作的结构的加速度信息时，收集引擎200可以操作为操作收集引擎。

在图2所示的示例中，示例性收集引擎200选择要由一个或多个算法、过程、程序等使用的所获得的感兴趣的加速度信息。所选择的获得的加速度信息可以包括例如，模拟电信号、数字电信号等。示例性收集引擎 200通过将来自(多个)振动感测设备的电输出转换(例如，使用转换计算进行转换、转换为不同的测量单位等)、缩放(例如，使用缩放因子进行缩放)和/或转化(例如，使用灵敏度曲线进行转化)成可以由示例性结构状况监测器装置100使用的加速度、运动和/或振动的度量来处理加速度信息。例如，收集引擎200可以从固定到经历了加速度的现场设备104的压电式加速度计传感器获得电压幅度。收集引擎200然后可以将所获得的电压幅度转化为所经历的加速度的测量。示例性收集引擎200可以通过使用缩放因子(例如，灵敏度缩放因子)将所获得的电压幅度缩放到所经历的加速度的测量。

在图2所示的示例中，示例性结构状况监测器装置100可以利用示例性存储数据库210来经由示例性存储数据库接口220记录数据(例如，所获得的加速度信息、计算的参数值等)。示例性存储数据库210可以通过易失性存储器(例如，同步动态随机存取存储器(SDRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、RAMBUS动态随机存取存储器(RDRAM)等)和/ 或非易失性存储器(例如，闪存)来实现。示例性存储数据库210可以附加地或替代地由一个或多个双倍数据速率(DDR)存储器(诸如DDR、 DDR2、DDR3、移动DDR(mDDR)等)来实现。示例性存储数据库210 可以附加地或替代地通过一个或多个大容量存储设备(诸如(多个)硬盘驱动器、(多个)光盘驱动器、(多个)数字多功能盘驱动等)来实现。尽管在所示示例中存储数据库210被示出为单个数据库，但是存储数据库210 可以由任何数量和/或(多个)类型的数据库来实现。

在图2所示的示例中，存储数据库接口220是总线和/或网络。例如，存储数据库接口220可以是内部控制器总线、过程控制网络等。在某些示例中，存储数据库接口220是具有被通信地耦合到因特网的能力的网络。然而，示例性存储数据库接口220可以使用任何适合的有线和/或无线网络 (包括例如一个或多个数据总线、一个或多个局域网(LAN)、一个或多个无线LAN、一个或多个蜂窝网络、一个或多个专用网络、一个或多个公共网络等)来实现。示例性存储数据库接口220使得示例性结构状况监测器装置100能够与存储数据库210进行通信。如本文所使用的，短语“进行通信”包括其变形，该变形包含通过一个或多个中间部件的直接通信和/或间接通信，并且不需要直接的物理(例如，有线)通信和/或持续通信，而是包括周期性或非周期性间隔的选择性通信以及一次性事件。

在图2所示的示例中，示例性结构状况监测器装置100包括示例性传输率模型生成器230，以生成用于该结构的传输率模型。在某些示例中，示例性传输率模型生成器230被配置为通过针对所计算的传输率信息执行曲线拟合来生成用于该结构的传输率模型。示例性传输率模型生成器230 使用由示例性收集引擎200从两个或更多个振动感测设备所获得的加速度信息来生成传输率模型。用于该结构的传输率模型根据频率表征在第一位置处测量的输出加速度响应与在第二位置处测量的输入加速度响应之间的比率。在某些示例中，在第一位置处测量的输出加速度响应是该结构的加速度响应。在某些情况下，在第二位置处测量的输入加速度响应是在振动源处测量的或在更靠近振动源处测量的加速度响应。例如，传输率模型生成器230可以生成根据频率生成表征现场设备104的加速度响应与阀组件 106的加速度响应的比率的传输率模型。示例性结构状况监测器装置100可以使用由示例性传输率模型生成器230生成的传输率模型来计算现场设备 104的固有频率。

在图2所示的示例中，示例性传输率模型生成器230使用所获得的加速度信息来计算结构的传输率。示例性传输率模型生成器230通过计算由第一振动感测设备和第二振动感测设备获得的在第一位置处测量的结构的加速度响应与在第二位置处测量的加速度响应的比率来计算传输率。例如，传输率模型生成器230可以计算由第一振动感测设备116测量的现场设备104的加速度响应与由第二振动感测设备118测量的阀组件106的加速度响应的比率。示例性传输率模型生成器230可以通过确定出现最大传输率的频率来识别出现共振的频率。在某些情况下，示例性传输率模型生成器230计算并优化用于生成用于表征结构的传输率模型的传输率参数。示例性传输率模型生成器230还可以识别和消除所获得的加速度信息中的异常值，以进一步优化用于表征结构的所生成的传输率模型。例如，结构状况监测器装置100可以消除用于优化表征现场设备104的所生成的传输率模型的加速度信息中的异常值。

在图2所示的示例中，示例性结构状况监测器装置100包括示例性固有频率模型生成器240，以生成用于该结构的固有频率模型。在某些示例中，示例性固有频率模型生成器240被配置为通过针对所计算的固有频率信息执行曲线拟合来生成用于该结构的固有频率模型。用于结构的固有频率模型根据时间(例如，时间间隔)表征结构的固有频率。示例性固有频率模型生成器240使用由示例性收集引擎200从一个或多个振动感测设备获得的加速度信息来生成固有频率模型。示例性结构状况监测器装置100 可以使用由示例性固有频率模型生成器240生成的固有频率模型来计算现场设备104的固有频率。利用由固有频率模型生成器240生成的固有频率模型计算的现场设备104的固有频率可以是除了利用由示例性传输率模型生成器230生成的传输率模型所计算的现场设备104的固有频率以外的频率。

在图2所示的示例中，示例性固有频率模型生成器240计算在现场设备104的已知良好的健康状态的周期期间从一个或多个加速度传感器获得的多个加速度响应的平均固有频率。在某些示例中，示例性固有频率模型生成器240计算用于每个感兴趣的加速度响应的固有频率。针对每个感兴趣的加速度响应，示例性固有频率模型生成器240计算针对感兴趣的加速度响应的所计算的固有频率和针对加速度响应的次数的所计算的平均固有频率之间的差值。在某些情况下，示例性固有频率模型生成器240计算多个计算的差值的平均值，或者在本文中被称为计算的平均固有频率差值。针对感兴趣的加速度响应，示例性固有频率模型生成器240可以生成至少包括斜率和y截距的线性拟合模型。在某些示例中，示例性固有频率模型生成器240通过计算所计算的平均固有频率差值与加速度响应的次数的比率来计算线性拟合的斜率。在某些情况下，示例性固有频率模型生成器240 将线性拟合的y截距识别为针对加速度响应的次数的所计算的平均固有频率。

在图2所示的示例中，示例性结构状况监测器装置100包括示例性传输率模型计算器250，以通过将由示例性收集引擎200所获得的加速度信息输入由示例性传输率模型生成器230生成的传输率模型中来计算结构的固有频率。某些示例中，示例性传输率模型计算器250计算结构的传输率。然后，示例性传输率模型计算器250可以将计算的传输率输入到所生成的传输率模型中，以计算结构的固有频率。例如，传输率模型计算器250可以在现场设备104正在经历振动的时间段期间计算现场设备104的传输率。示例性传输率模型计算器250可以将从振动感测设备116、118获得的加速度信息输入到所生成的传输率模型中。示例性传输率模型计算器250可以响应于计算现场设备104的传输率来计算现场设备104的固有频率。

在图2所示的示例中，示例性结构状况监测器装置100包括示例性固有频率模型计算器260，以通过将由示例性收集引擎200获得的加速度信息输入由示例性固有频率模型生成器240生成的固有频率模型中来计算结构的固有频率。在某些示例中，示例性固有频率模型计算器260计算该结构所经历的循环的次数(例如，操作循环的次数、振动循环的次数等)。可以通过将由示例性固有频率模型生成器240计算的所计算的平均固有频率与由收集引擎200获得的数据和/或信息样本之间的时间相乘来计算振动循环的次数。示例性固有频率模型计算器260可以将所计算的循环次数输入所生成的固有频率模型以计算结构的固有频率。例如，固有频率模型计算器260可以在现场设备104正在经历振动的时间段期间计算现场设备104 的固有频率。示例性固有频率模型计算器260可以将从振动感测设备116、 118获得的加速度信息(例如，所计算的振动循环的次数)输入所生成的固有频率模型中。示例性固有频率模型计算器260可以响应于计算现场设备104所经历的振动循环的次数来计算现场设备104的固有频率。

在图2所示的示例中，示例性结构状况监测器装置100包括示例性固有频率差值计算器270，以计算由传输率模型生成器230生成的传输率模型计算的结构的第一固有频率与由固有频率模型生成器240计算的固有频率模型计算的结构的第二固有频率之间的差值。在某些示例中，由传输率模型所计算的结构的第一固有频率是操作固有频率。在某些示例中，由固有频率模型所计算的结构的第二固有频率是基线和/或期望的固有频率。在某些情况下，第一计算固有频率与第二计算固有频率之间的差值随着结构经历增加的振动周期而增加。例如，当现场设备104由于增加了对振动的暴露而经历加速磨损时，现场设备104的第一计算固有频率(例如，操作固有频率)与第二计算固有频率(例如，基线固有频率)之间的差值可以随时间增加。

在图2所示的示例中，示例性结构状况监测器装置100包括示例性警报生成器280，以评估结构的第一计算固有频率与第二计算固有频率之间的差值(例如，差值的幅度)，并且如果差值满足阈值则生成警报。在某些示例中，示例性警报生成器280采用可以取决于用户输入的预定义的阈值。在某些情况下，示例性警报生成器280利用可以取决于至少一个因素(例如，在已知良好的健康状态的周期期间的第一计算固有频率和第二计算固有频率之间的差值内的多个标准偏差)所计算的阈值。如果示例性警报生成器280确定第一计算固有频率和第二计算固有频率之间的差值满足阈值 (例如，差值超出1Hz)，则警报生成器280可以识别结构的状况。例如，警报生成器280可以识别结构的状况将为结构的退化(例如，结构中的初始裂纹形成、结构中的裂纹形成的传播等)、结构性能的恶化(例如，密封中的裂纹的传播)、结构的失效(例如，致动器108不能移动、阀110不能再保持压力等)等。响应于识别结构的状况，示例性警报生成器280可以生成警报，例如，发出警告声音、在整个过程控制网络中传播警报消息、生成故障日志和/或报告等。

尽管在图2中示出了实现示例性结构状况监测器装置100的示例性方式，但是可以组合、划分、重新安排、省略、消除和/或以任何其它方式实现图2中所示的元件、过程和/或设备中的一个或多个。此外，示例性收集引擎200、示例性存储数据库210、示例性存储数据库接口220、示例性传输率模型生成器230、示例性固有频率模型生成器240、示例性传输率模型计算器250、示例性固有频率模型计算器260、示例性固有频率差值计算器270、示例性警报生成器280、和/或更通用地图2的示例性结构状况监测器装置100可以通过硬件、软件、固件和/或硬件、软件和/或固件的任意组合来实现。因此，例如，示例性收集引擎200、示例性存储数据库210、示例性存储数据库接口220、示例性传输率模型生成器230、示例性固有频率模型生成器240、示例性传输率模型计算器250、示例性固有频率模型计算器260、示例性固有频率差值计算器270、示例性警报生成器280和/或更通用地图2的示例性结构状况监测器装置100中的一个或多个可以通过一个或多个模拟或数字电路、逻辑电路、(多个)可编程处理器、(多个)专用集成电路(ASIC)、(多个)可编程逻辑器件(PLD)和/或(多个)现场可编程逻辑器件(FPLD)来实现。当读取本专利的装置或系统权利要求中的一个或多个权利要求以覆盖纯粹的软件和/或固件实现时，示例性收集引擎 200、示例性存储数据库210、示例性存储数据库接口220、示例传输率模型生成器230、示例性固有频率模型生成器240、示例性传输率模型计算器 250、示例性固有频率模型计算器260、示例性固有频率差值计算器270、示例性警报生成器280和/或更一般地示例结构状况监测器装置100中的至少一个在此明确被定义为包括存储软件和/或固件的有形计算机可读存储装置或存储盘，诸如存储器、数字多功能盘(DVD)、光盘(CD)、蓝光盘等。此外，图2的示例性结构状况监测器装置100可以包括除了图2中所示的那些之外或者替代图2中所示的那些的一个或多个元件、过程和/或设备，和/或可以包括所示元件、过程和设备中的任何或全部中的多于一个。

在图3-13中显示了表示用于实现图2的示例性结构状况监测器装置 100的示例性方法的流程图。在这些示例中，可以使用机器可读指令来实现所述方法，该机器可读指令包括用于由处理器(诸如在下面结合图14讨论的示例性处理器平台1400中显示的处理器1412)执行的程序。该程序可以体现在存储在有形计算机可读存储介质(诸如CD-ROM、软盘、硬盘驱动、数字多功能盘(DVD)、蓝光盘或与处理器1412相关联的存储器)上的软件中，但是整个程序和/或其部分可以替代地由除了处理器1412之外的设备执行和/或体现在固件或专用硬件中。此外，虽然参考图3-13中所示的流程图来描述示例性程序，但是替代地可以使用实现示例性结构状况监测器装置100的许多其它方法。例如，可以改变块的执行顺序，和/或可以改变、消除或组合所描述的块中的某些。

如上所述，图3-13的示例性方法可以使用存储在有形计算机可读存储介质(例如，硬盘驱动、闪存、只读存储器(ROM)、光盘(CD)、数字多功能盘(DVD)、高速缓存、随机存取存储器(RAM)和/或其中在任何持续时间内(例如，在延长的时间段内、永久性地、在短暂的实例内、在临时缓冲中、和/或在缓存信息中)存储信息的任何其它存储设备或存储盘) 的编码指令(例如，计算机和/或机器可读指令)来实现。如本文所使用的，术语有形的计算机可读存储介质被明确地定义为包括任何类型的计算机可读存储设备和/或存储盘并且排除传播信号以及排除传输率介质。如本文所使用的，“有形的计算机可读存储介质”和“有形的机器可读存储介质”是可互换使用的。另外地或替代地，可以使用存储在非暂时性计算机和/或机器可读介质(诸如硬盘驱动、闪存、只读存储器、光盘、数字多功能盘、高速缓存、随机存取存储器和/或其中在任何持续时间内(例如，在延长的时间段内、永久性地、在短暂的实例内、在临时缓冲中、和/或在缓存信息中)存储信息的任何其它存储设备或存储盘)上的编码指令(例如，计算机和/或机器可读指令)来实现图3-13的示例性方法。如本文所使用的，术语非暂时性计算机可读介质被明确定义为包括任何类型的计算机可读存储设备和/或存储盘并且排除传播信号以及排除传输率介质。如本文所使用的，当短语“至少”被用作权利要求的前序中的过渡期时，其以与术语“包括”是开放式相同的方式是开放式的。包括以及“包括”的所有其它变体明确地定义为开放式术语。包含以及“包含”的所有其它变体也被定义为开放式术语。相反，术语组成和/或组成的其它形式被定义为封闭式术语。

图3是表示可以由图2的示例性结构状况监测器装置100执行以识别结构的状况的示例性方法300的流程图。例如，该结构可以是现场设备 104，并且该结构的状况可以是气动管连接件112的状况(例如，气动管连接112是去耦合的)。当示例性结构状况监测器装置100获得并处理来自过程控制环境102中的振动感测设备116、118的加速度信息时，示例性方法300在框302处开始。在某些示例中，示例性结构状况监测器装置100可以通过将振动感测设备116、118的电输出转换、缩放和/转化成对现场设备 104所经历的加速度、运动和/或振动的测量来处理所获得的加速度信息。

在框304处，示例性结构状况监测器装置100生成用于该结构的传输率模型。例如，结构状况监测器装置100可以计算现场设备104的传输率以确定现场设备104的固有频率。示例性结构状况监测器装置100可以使用现场设备104的固有频率来进一步计算附加传输率参数并且优化附加传输率参数以生成用于现场设备104的传输率模型。在框306处，示例性结构状况监测器装置100生成固有频率模型。例如，结构状况监测器装置 100可以在已知的良好健康状态周期期间计算现场设备104的平均固有频率。示例性结构状况监测器装置100还可以计算线性拟合的斜率和y轴截距以生成固有频率模型。

在框308处，示例性结构状况监测器装置100获得并处理来自一个或多个振动感测设备的加速度信息。例如，结构状况监测器装置100可以获得并处理来自振动感测设备116、118的加速度信息。在框310处，示例性结构状况监测器装置100计算由传输率模型计算的第一固有频率和由固有频率模型计算的第二固有频率之间的差值。例如，结构状况监测器装置 100可以计算由用于表征现场设备104的传输率模型计算的第一固有频率与由用于表征现场设备104的固有频率模型计算的第二固有频率之间的差值。

在框312处，示例性结构状况监测器装置100确定第一计算固有频率与第二计算固有频率之间的差值是否满足阈值(例如，差值大于或等于阈值)。例如，结构状况监测器装置100可以确定第一计算固有频率与第二计算固有频率之间的差值是否大于或等于1Hz。如果在框312处示例性结构状况监测器装置100确定第一计算固有频率与第二计算固有频率之间的差值不满足阈值，则控制返回到框308以获得并处理在操作期间来自振动感测设备的附加加速度信息。如果在框312处示例性结构状况监测器装置 100确定第一计算固有频率和第二计算固有频率之间的差值确实满足阈值，则在框314处结构状况监测器装置100生成识别结构状况的警报。例如，警报可以是过程控制软件中的基于文本的警告，其指示气动管连接件112 与现场设备104去耦合。

在图4中显示的结合生成传输率模型(图3框304)的附加细节，是表示可以由图2的示例性结构状况监测器装置100执行以生成表征结构传输率的传输率模型的示例性方法400的流程图。当示例性结构状况监测器装置100选择了要处理的感兴趣的加速度信息时，示例性方法400在框402 处开始。在某些示例中，示例性结构状况监测器装置100从监测已知的良好健康状态的结构的一个或多个振动感测设备中获得所选择的感兴趣的加速度信息。例如，示例性结构状况监测器装置100可以在现场设备104已知处于良好健康状态(例如，无缺陷、性能没有退化、没有即将发生的故障状况等)的时间段期间从监测现场设备104的振动感测设备116、118获得所选择在的感兴趣的加速度信息。在已知现场设备104处于良好健康状态的时间段可以是制造现场设备104之后的时间段、用于操作的现场设备 104的第一次调试之后的时间段等。

在框404处，示例性结构状况监测器装置100选择在所选择的感兴趣的加速度信息内要处理的加速度响应。在某些示例中，所选择的加速度响应可以是在定义的时间间隔期间或者在发生事件的时间段期间收集的加速度信息的数据集合。例如，所选择的加速度响应可以是在周期性时间间隔(例如，每100毫秒)期间收集的加速度数据和/或在发生事件的时间段 (例如，致动器108从打开位置移动到关闭位置，阀110从打开位置移动到关闭位置等)期间收集的加速度数据。

在框406处，示例性结构状况监测器装置100计算现场设备104的传输率。在某些示例中，现场设备104的传输率可以具有实数分量和/或虚数分量。例如，结构状况监测器装置100计算由振动感测设备116获得的现场设备104的加速度信息与由振动感测设备118获得的阀组件106的加速度信息的比率的实数分量。在框408处，示例性结构状况监测器装置100 确定发生共振的频率。例如，结构状况监测器装置100可以以最大传输率性(实数)值来识别共振。

在框410处，示例性结构状况监测器装置100计算一个或多个传输率模型参数，例如幅度、带宽、衰减比率、一个或多个半功率频率、固有频率、品质因数、垂直移位等。在框412处，示例性结构状况监测器装置 100使用递归优化方法优化在框410处计算的传输率模型参数中的至少一个。例如，结构状况监测器装置100可以通过使用平方误差和(SSE)优化方法来优化传输率模型参数。SSE优化方法可以首先估算传输率模型参数，然后修改传输率模型参数，直到所生成的传输率模型与所测量的传输率之间的SSE最小化，其中所测量的传输率基于所获得的操作加速度信息。例如，结构状况监测器装置100可以使用所选择的感兴趣的加速度响应内的观测的加速度信息来计算如上面所描述的一个或多个传输率模型参数的初始设定点。结构状况监测器装置100可以使用SSE优化方法来识别使合计的平方误差最小的传输率模型参数的值。

在框414处，示例性结构状况监测器装置100使用在框412处计算的优化的参数来生成传输率模型。在某些示例中，根据以下示例性方程式 (1)生成传输率模型。

在方程式(1)所示的示例中，变量“T”表示传输率。变量“A”表示幅度，变量“δ”表示衰减比率，术语“i”表示虚部分量和/或部分，变量“f”和“fn”分别表示频率和固有频率。在方程式(1)所示的示例中，使用幅度、衰减比率、以及在所选择的感兴趣的加速度信息内所选择的感兴趣的加速度响应的固有频率来计算在固定频率处的传输率。在某些示例中，结构状况监测器装置将在框412处计算的优化参数用于方程式(1)的幅度变量、衰减比率变量、和固有频率变量。在某些情况下，结构状况监测器装置100 将在框406处计算的所计算的传输率用于方程式(1)的传输率变量。在某些示例中，将一个或多个半功率频率和垂直移位添加到方程式(1)以产生一个或多个半功率点的幅度。在某些情况下，半功率点是电信号的功率下降到其中频带值的一半的频率。

在图4所示的示例中，在框416处，示例性结构状况监测器装置100 确定是否存在要处理的感兴趣的附加加速度响应。如果在框416处示例性结构状况监测器装置100确定存在至少一个要处理的感兴趣的附加加速度响应，则控制继续到框404以在所选择的感兴趣的加速度信息内选择要处理的感兴趣的附加加速度响应。如果在框416处，示例性结构状况监测器装置100确定不存在要处理的感兴趣的附加加速度响应，则在框418处，结构状况监测器装置100分析(例如，迭代地分析)针对所选择的感兴趣的加速度信息的所生成的传输率性模型来识别和消除异常值。

在图5中显示了结合计算结构的传输率(图4框406)的附加细节。图5是表示可以由图2的示例性结构状况监测器装置100执行以计算结构的传输率的示例性方法500的流程图。例如，该结构可以是现场设备104。当示例性结构状况监测器装置100选择要处理的感兴趣的加速度信息时，示例性方法500在框502处开始。要处理的所选择的感兴趣的加速度信息可以包括例如从至少一个振动感测设备获得的加速度信息。例如，要处理的所选择的感兴趣的加速度信息可以包括从振动感测设备116、118获得的加速度信息。在框504处，示例性结构状况监测器装置100选择感兴趣的时间值以分析来自振动感测设备116、118的所选择的加速度信息。例如，结构状况监测器装置100可以选择开始时间、时间段等。可以选择时间值以同步从振动感测设备116、118获得的加速度信息。

在框506处，示例性结构状况监测器装置100计算从第一振动感测设备116获得的第一加速度响应与从第二振动感测设备118获得的第二加速度响应的比率。在某些示例中，可以计算该比例的实部和虚部。可以由示例性结构状况监测器装置100利用该比例的一个或两个部分以便于处理。例如，结构状况监测器装置100可以计算从第一振动感测设备116获得的第一加速度响应的实部与从第二振动感测设备118获得的第二加速度响应的实部之间的比率。在框508处，示例性结构状况监测器装置100确定在所选择的感兴趣的加速度响应内是否存在要处理的附加感兴趣的时间值。如果在框508处，示例性结构状况监测器装置100确定存在要处理的感兴趣的附加时间值，则控制继续到框504以选择感兴趣的附加时间值。如果在框508处，示例性结构状况监测器装置100确定不存在要处理的感兴趣的附加时间值，则在框510处结构状况监测器装置100确定是否存在感兴趣的附加加速度响应。如果在框510处，示例性结构状况监测器装置100 确定存在要处理的感兴趣的附加加速度响应，则控制继续到框502以选择感兴趣的附加加速度响应，否则示例性方法500结束。

在图6中显示了结合确定发生共振的频率的附加细节(图4框408)。图6是表示可以由图2的示例性结构状况监测器装置100执行以确定结构发生共振的频率的示例性方法600的流程图。当示例性结构状况监测器装置100选择要处理的感兴趣的加速度响应时，示例性方法600在框602处开始。在框604处，示例性结构状况监测器装置100确定所选择的感兴趣的加速度响应的最大传输率值。在框606处，示例性结构状况监测器装置 100确定最大传输率值出现的频率。在某些示例中，示例性结构状况监测器装置100将出现最大传输率值的频率识别为发生共振的频率。在框608处，示例性结构状况监测器装置100确定是否存在要处理的感兴趣的附加加速度响应。如果在框608处示例性结构状况监测器装置100确定存在要处理的感兴趣的附加加速度响应，则控制继续行到框602以选择感兴趣的附加加速度响应，否则示例性方法600结束。

在图7中示出了结合计算传输率模型的传输率模型参数(图4框410) 的附加细节。图7是表示可以由图2的示例性结构状况监测器装置100执行以计算用于表征现场设备104的传输率性模型的传输率模型参数的示例性方法700的流程图。当示例性结构状况监测器装置100选择感兴趣的加速度响应时，示例性方法700在框702处开始。在框704处，示例性结构状况监测器装置100确定最小传输率性值和最大传输率性值的实部。在框 706处，示例性结构状况监测器装置100确定最小传输率性值和最大传输率性值的实部出现的频率以及最小传输率性值和最大传输率性值的实部的大小。

在框708处，示例性结构状况监测器装置100计算传输率模型的固有频率。例如，结构状况监测器装置100可以使用下面的示例性方程式(2) 来计算传输率模型的固有频率。

在上面方程式(2)所示的示例中，变量“fn”表示固有频率。变量“fTmax”表示出现最大传输率的频率，变量“fTmin”表示出现最小传输率的频率。在框710处，示例性结构状况监测器装置100计算传输率模型的幅度。例如，结构状况监测器装置100可以使用下面的示例性方程式(3)来计算传输率模型的幅度。

在上面的方程式(3)所示的示例中，变量“A”表示幅度。变量“Tmax”表示最大传输率值的实部，变量“Tmin”表示最小传输率值的实部。幅度可以根据上面的方程式(3)计算为最大传输率值和最小传输率值的实部的和的绝对值的一半。在框712处，示例性结构状况监测器装置100计算传输率模型的垂直移位。例如，结构状况监测器装置100可以通过确定传输率曲线和传输率曲线的横轴之间的最小距离来计算垂直移位。

在框714处，示例性结构状况监测器装置100计算传输率模型的衰减比率。例如，结构状况监测器装置100可以使用下面的示例性方程式(4) 来计算传输率模型的衰减比率。

在上面的方程式(4)的示例中，变量“δ”表示阻尼比。变量“f”表示频率，变量“fn”表示固有频率，变量“A”表示幅度，变量“T”表示传输率。在某些示例中，传输率的实部用于上面的方程式(4)。在某些情况下，通过计算在整个感兴趣的加速度响应上所计算的衰减比率值的实部的平均值来计算用于传输率模型的衰减比率。

在框716处，示例性结构状况监测器装置100计算传输率模型的半功率频率。例如，结构状况监测器装置100可以使用下面的示例性方程式 (5)来计算传输率模型的半功率频率。

在方程式(5)所示的示例中，变量“f1,2”表示半功率频率。变量“fn”表示固有频率，变量“δ”表示衰减比率。在框718处，示例性结构状况监测器装置100计算品质因数。在某些示例中，品质因数被定义为共振峰值并且通过计算通过使用上面的示例性方程式(5)计算的半功率频率之间的中间点来计算该品质因数。在框720处，示例性结构状况监测器装置100确定是否存在要处理的感兴趣的附加加速度响应。如果在框720处示例性结构状况监测器装置100确定存在要处理的感兴趣的附加加速度响应，则控制继续到框702以选择感兴趣的附加加速度响应，否则示例性方法700结束。

在图8中示出了结合优化传输率响应参数(图4框412)的附加细节。图8是表示可以由图2的示例性结构状况监测器装置100执行以优化由图4 框410所计算的、用于表征现场设备104的传输率模型的传输率模型参数的示例性方法800的流程图。当示例性结构状况监测器装置100选择要处理的感兴趣的加速度响应时，示例性方法800在框802处开始。在框804 处，示例性结构状况监测器装置100将与所选择的感兴趣的加速度响应相关联的传输率参数从存储数据库210导入到传输率模型中。例如，结构状况监测器装置100可以将与所选择的感兴趣的加速度响应相关联的一个或多个所计算的传输率模型参数(例如，幅度、衰减比率、固有频率、传输率、垂直移位等)导入上面所描述的示例性方程式(1)。所导入的计算的传输率模型参数可以是下面进一步详细描述的优化过程的初始设定点。

在框806处，示例性结构状况监测器装置100计算传输率模型和获得的信息之间的误差平方和(SSE)，并将该值存储在存储数据库210中。在某些示例中，SSE是从收集和/或获得的数据值预测的差值的平方和。例如，结构状况监测器装置100可以使用下面的示例性方程式(6)来计算SSE 预测。

SSE＝∑((obtained inf ormation)-(transmissibility model inf ormation))²

方程式(6)

在上面方程式(6)所示的示例中，通过取得从所获得的加速度信息所计算的传输率参数与从传输率模型所计算的传输率参数之间的平方差值之和来计算SSE。

在框808处，示例性结构状况监测器装置100确定所计算的SSE是否小于存储在存储数据库210中的SSE。如果在框808处示例性结构状况监测器装置100确定所计算的SSE小于存储在存储数据库210中的先前计算的SSE，则在框810处结构状况监测器装置100更新(例如，替换)在上面的示例性方程式(6)中使用的传输率参数，并且控制继续到框806来重新计算SSE。如果在框808处示例性结构状况监测器装置100确定所计算的SSE不小于存储在存储数据库210中的先前计算的SSE，则控制继续到框812以将传输率参数识别为用于结构的传输率模型的优化参数。

在框812处，示例性结构状况监测器装置100识别用于计算最小化的SSE的传输率参数作为用于表征结构的传输率模型的优化参数的传输率参数。在某些示例中，可以使用具有优化的参数的传输率模型来计算一个或多个参数。例如，可以通过确定传输率模型的最大传输率值来计算品质因数。在另一个示例中，可以使用下面的示例性方程式(7)来计算带宽。

在方程式(7)所示的示例中，变量“BW”表示带宽，变量“A”表示幅度，变量“fn”和“Q”分别表示固有频率和品质因数。在某些情况下，带宽用于计算半功率频率。例如，可以将半功率频率确定为固有频率增加或减少一半带宽的频率。还可以通过将优化的参数和计算的半功率频率应用于传输率模型来计算半功率幅度。在框814处，示例性结构状况监测器装置100 确定是否存在要处理的感兴趣的附加加速度响应。如果在框814处示例性结构状况监测器装置100确定存在感兴趣的附加加速度响应，则控制继续到框802以选择感兴趣的附加加速度响应，否则示例性方法800结束。

在图9中显示了结合识别异常值(图4框418)的附加细节。图9是表示可以由图2的示例性结构状况监测器装置100执行来识别用于表征结构的所生成的传输率模型中的异常值的示例性方法900的流程图。例如，该结构可以是现场设备104。当示例性结构状况监测器装置100选择要处理的感兴趣的加速度响应时，示例性方法900在框902处开始。在框904处，示例性结构状况监测器装置100选择要处理的感兴趣的参数(例如，感兴趣的传递参数)。在框906处，示例性结构状况监测器装置100计算至少针对所选择的感兴趣的加速度响应的所选择的参数的平均值和标准偏差。在框908处，示例性结构状况监测器装置100选择感兴趣的数据点。在框910 处，示例性结构状况监测器装置100计算数据点与平均值之间的差值。

在框912处，示例性结构状况监测器装置100确定该差值是否满足阈值。在某些示例中，阈值由用户输入确定。在某些情况下，阈值是所选择的参数的所计算的平均值的一个或多个标准偏差。如果在框912处示例性结构状况监测器装置100确定差值没有超出阈值，则控制继续到框918 以确定是否存在要处理的感兴趣的附加数据点。如果在框912处示例性结构状况监测器装置100确定差值超出了阈值，则在框914处结构状况监测器装置100将该数据点识别为异常值。在框916处，示例性结构状况监测器装置100从感兴趣的加速度响应中移除数据点。在某些示例中，数据点被存储在存储数据库210中以用于潜在的进一步分析。例如，可以分析所识别的数据点或多个所识别的数据点来确定感兴趣的加速度响应是否不是用于生成一个或多个振动模型的候选值。

在框918处，示例性结构状况监测器装置100确定是否存在要处理的附加数据点。如果在框918处示例性结构状况监测器装置100确定存在要处理的附加数据点，则控制继续到框908以选择感兴趣的附加数据点。如果在框918处示例性结构状况监测器装置100确定不存在要处理的附加数据点，则在框920处结构状况监测器装置100确定是否存在要处理的附加参数。如果在框920处示例性结构状况监测器装置100确定存在要处理的附加参数，则控制继续到框904以选择感兴趣的附加参数。如果在框920 处示例性结构状况监测器装置100确定不存在要处理的感兴趣的附加参数，则在框922处示例性结构状况监测器装置100确定是否存在要处理的感兴趣的附加加速度响应。如果在框922处示例性结构状况监测器装置100确定存在要处理的所感兴趣的附加加速度响应，则控制继续到框902以选择要处理的感兴趣的附加加速度响应，否则示例性方法900结束。

在图10中示出了结合生成固有频率模型(图3框306)的附加细节。图10是表示可以由图2的示例性结构状况监测器装置100执行来生成用于表征结构的固有频率模型的示例性方法1000的流程图。当示例性结构状况监测器装置100计算一个或多个加速度响应的平均固有频率时，示例性方法1000在框1002处开始。在框1004处，示例性结构状况监测器装置100 选择要处理的感兴趣的加速度响应。在框1006处，示例性结构状况监测器装置100确定加速度响应的固有频率。在某些示例中，示例性结构状况监测器装置100在框708(图7框708)处使用示例性方法700计算固有频率。在某些情况下，示例性结构状况监测器装置100通过查询存储数据库210 来识别加速度响应的固有频率。在框1008处，示例性结构状况监测器装置 100计算加速度响应中确定的固有频率与所计算的平均固有频率之间的差值。

在框1010处，示例性结构状况监测器装置100确定是否存在要处理的感兴趣的附加加速度响应。如果在框1010处示例性结构状况监测器装置 100确定存在要处理的感兴趣的附加加速度响应，则控制继续到框1004以选择感兴趣的附加加速度响应。如果在框1010处示例性结构状况监测器装置100确定不存在要处理的感兴趣的附加加速度响应，则在框1012处结构状况监测器装置100计算在所选择的响应中所确定的固有频率和所计算的平均固有频率之间的差值。在框1014处，示例性结构状况监测器装置100 计算固有频率模型的线性拟合的斜率。例如，斜率可以计算为所计算的平均差值与由示例性方法1000所分析的加速度响应的总数量的比率。

在图10所示的示例中，在框1016处，示例性结构状况监测器装置 100生成固有频率模型。例如，结构状况监测器装置100可以使用下面的示例性方程式(8)来生成固有频率模型。

在上面的方程式(8)所示的示例中，变量是由固有频率模型计算的固有频率。变量“m”是斜率，变量是一个或多个加速度响应的所计算的平均固有频率。变量“N”是现场设备104所经历的操作循环的次数。操作循环的次数可以基于时间段(例如，100毫秒的时间段)、由现场设备104执行的动作的次数(例如，阀110打开的次数的数量)等。

在图11中示出了结合计算一个或多个加速度响应的平均固有频率 (图10框1002)的附加细节。图11是表示可以由图2的示例性结构状况监测器装置100执行来计算结构的平均固有频率的示例性方法1100的流程图。当示例性结构状况监测器装置100选择感兴趣的加速度响应时，示例性方法1100在框1102处开始。在框1104处，示例性结构状况监测器装置 100确定所选择的加速度响应中的固有频率。在框1106处，示例性结构状况监测器装置100将所确定的加速度响应的固有频率存储在存储数据库210 中。在框1108处，示例性结构状况监测器装置100确定是否存在要处理的感兴趣的附加加速度响应。如果在框1108处示例性结构状况监测器装置100 确定存在要处理的感兴趣的附加加速度响应，则控制继续到框1102以选择感兴趣的附加加速度响应。如果在框1108处示例性结构状况监测器装置100 确定不存在要处理的感兴趣的附加加速度响应，则在框1110处示例性结构状况监测器装置100计算用于所选择的加速度响应的所存储的确定的固有频率的平均值。

在图12中示出了结合计算固有频率差值(图3框310)的附加细节。图12是表示可以由图2的示例性结构状况监测器装置100执行来计算由传输率所计算的固有频率和结构的固有频率模型之间的差值的示例性方法 1200的流程图。当示例性结构状况监测器装置100选择感兴趣的加速度响应时，示例性方法1200在框1202处开始。在框1204处，示例性结构状况监测器装置100选择感兴趣的数据点。在某些示例中，该数据点可以是示例性结构状况监测器装置100最近获得并处理的数据点。例如，数据点可以是先进先出(FIFO)缓冲器队列中的第一数据点，该第一数据点在现场设备104正在经历极端振动的时间段期间由示例性结构状况监测器装置100 处理并且由振动感测设备116、118获得。

在框1206处，示例性结构状况监测器装置100通过将所获得的加速度信息输入到传输率模型中来计算结构的固有频率。例如，结构状况监测器装置100可以将获得的加速度信息输入到传输率模型中，以计算现场设备104的固有频率。在框1208处，示例性结构状况监测器装置100通过将获得的加速度信息输入固有频率模型来计算结构的固有频率。例如，结构状况监测器装置100可以将所计算的操作循环次数输入到固有频率模型中，从而计算以该特定的操作循环次数的现场设备104的基线(例如，预期的) 固有频率。

在框1210处，示例性结构状况监测器装置100计算由传输率模型所计算的固有频率和由固有频率模型所计算的固有频率之间的差值。在某些示例中，差值可以是绝对值差值。在框1212处，示例性结构状况监测器装置100确定是否存在要处理的感兴趣的附加数据点。如果在框1212处示例性结构状况监测器装置100确定存在要处理的感兴趣的附加数据点，则控制继续到框1204以选择要处理的感兴趣的附加数据点。如果在框1212处示例性结构状况监测器装置100确定不存在要处理的感兴趣的附加数据点，则在框1214处结构状况监测器装置100确定是否存在要处理的感兴趣的附加加速度响应。如果在框1214处示例性结构状况监测器装置100确定存在要处理的感兴趣的附加加速度响应，则控制继续到框1202以选择感兴趣的附加加速度响应，否则示例性方法1200结束。

图13是表示可以由图2的示例性结构状况监测器装置100执行来识别没有传输率模型的结构的状况下的结构的状况的示例性方法1300的流程图。例如，该结构可以是现场设备104，并且结构的状况可以是气动管连接件112的状况(例如，气动管连接件112是去耦合的)。在某些示例中，示例性结构状况监测器装置100可以从仅一个加速度传感器获得加速度信息。在那些示例中，结构状况监测器装置将不能计算传输率比率。在某些情况下，通过不使用传输率模型来降低功耗和/或处理器要求可能是有益的。例如，结构状况监测器装置100可以从一个或多个振动感测设备(例如，振动感测设备116、振动感测设备118等)获得加速度信息。示例性结构状况监测器装置100可以生成至少包括固有频率模型的一个或多个振动模型。

在图13所示的示例中，当示例性结构状况监测器装置100在已知良好的健康状态的一段时间内从一个或多个振动感测设备(例如，振动感测设备116、振动感测设备118等)获得基线加速度信息时，示例性方法1300 在框1302处开始。例如，结构状况监测器装置100可以在其中现场设备104 处于已知良好的健康状态的时间段内从耦合到现场设备104的振动感测设备116中获得加速度信息。在框1304处，示例性结构状况监测器装置100 生成固有频率模型。在某些示例中，示例性结构状况监测器装置100可以根据示例性方法1000生成固有频率模型。

在框1306处，在操作期间示例性结构状况监测器装置100从一个或多个加速度传感器获得加速度信息。在框1308处，示例性结构状况监测器装置100计算所计算的结构的固有频率与通过固有频率模型所计算的固有频率之间的差值。例如，结构状况监测器装置100可以通过确定与最大传输率和最小传输率相对应的频率之间的中间点来计算固有频率。在框1310 处，示例性结构状况监测器装置100确定固有频率差值是否满足阈值。如果在框1310处，示例性结构状况监测器装置100确定为差值不满足阈值，则控制继续到框1306以获得附加的操作加速度信息。如果在框1310处，示例性结构状况监测器装置100确定为差值满足阈值，则在框1312处示例性结构状况监测器装置100生成警报。例如，警报可以是过程控制软件中的基于文本的警告，其指示了气动管连接件112与现场设备104的去耦合。

图14是能够执行指令以实现图3-13的方法和图2的装置的示例处理器平台1400的框图。处理器平台1400可以是例如服务器、个人计算机、过程控制系统控制器、过程控制系统的计算设备或任何其它类型的计算设备。

所示示例的处理器平台1400包括处理器1412。所示示例的处理器 1412是硬件。例如，处理器1412可以由来自任何期望的系列或制造商的一个或多个集成电路、逻辑电路、微处理器或控制器来实现。

所示示例的处理器1412包括本地存储器1413(例如，高速缓存)，并且示例性结构状况监测器装置100包括示例性收集引擎200、示例传输率模型生成器230、示例性固有频率模型生成器240、示例性传输率模型计算器250、示例性固有频率模型计算器260、示例性固有频率差值计算器270 以及警报生成器280。所示示例的处理器1412执行指令以实现示例性结构状况监测器装置100，包括示例性收集引擎200、示例性传输率模型生成器 230、示例性固有频率模型生成器240、示例性传输率模型计算器250、示例性固有频率模型计算器260、示例性固有频率差值计算器270以及警报生成器280。所示示例的处理器1412经由总线1418与包括易失性存储器1414 和非易失性存储器1416的主存储器进行通信。

易失性存储器1414可以由同步动态随机存取存储器(SDRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、RAMBUS动态随机存取存储器(RDRAM) 和/或任何其它类型的随机存取存储器设备来实现。非易失性存储器1416 可以由闪存和/或任何其它期望类型的存储器设备来实现。对主存储器 1414、1416的访问由存储器控制器进行控制。

所示示例的处理器平台1400还包括接口电路1420。接口电路1420 可以通过任何类型的接口标准来实现，诸如以太网接口、通用串行总线 (USB)和/或PCI Express接口。示例性总线1418和示例性接口电路1420 实现了示例性存储数据库接口220。

在所示示例中，一个或多个输入设备1422连接到接口电路1420。(多个)输入设备1422允许用户将数据和命令输入到处理器1412中。(多个) 输入设备可以通过例如音频传感器、麦克风、相机(静态或视频)、键盘、按钮、鼠标、触摸屏、跟踪板、跟踪球、等电位点和/或语音识别系统来实现。

一个或多个输出设备1424还连接到所示示例的接口电路1420。输出设备1424可以例如通过显示设备(例如，发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、液晶显示器、阴极射线管显示器(CRT)、触摸屏、触觉输出设备，打印机和/或扬声器)来实现。因此，所示示例的接口电路1420 通常包括图形驱动器卡、图形驱动器芯片或图形驱动器处理器。

所示示例的接口电路1420还包括诸如发射机、接收机、收发机、调制解调器和/或网络接口卡之类的通信设备以便于与外部机器(例如，任何类型的计算设备)经由网络1426(例如，以太网连接、数字用户线路(DSL)、电话线路、同轴电缆、蜂窝电话系统等)交换数据。

所示示例的处理器平台1400还包括用于存储软件和/或数据的一个或多个大容量存储设备1428。这种大容量存储设备1428的示例包括软盘驱动、硬盘驱动、光盘驱动、蓝光盘驱动、RAID系统和数字多功能盘(DVD) 驱动。示例性大容量存储装置1428实现示例性存储数据库210。

可以将用于实现图3-13的方法的编码指令1432存储在大容量存储装置1428中、易失性存储器1414中、非易失性存储器1416中、和/或诸如 CD或DVD的可移动有形计算机可读存储介质上。

从上文中可以理解，上面所公开的结构状况监测器装置和方法提供了用于监测结构的状况的结构的预测健康监测。因此，可以通过操作结构直到已经识别了结构的状态来优化结构的操作生命周期，并避免结构的过早替换。此外，结构状况的识别生成对于人员的警报，以允许在可能在过程控制环境中产生不希望的停机时间的潜在的故障之前执行预防性维护和/ 或结构的替换。

虽然本文已经公开了某些示例性方法、装置和制品，但是本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利覆盖了完全落入本专利的权利要求范围内的所有方法、装置和制品。