分析系统的制作方法

专利名称：分析系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及机器状态的分析方法，并涉及机器状态的分析装置。本发明也涉及包括这样的装置的系统并涉及操作这样的装置的方法。本发明也涉及使计算机执行分析功能的计算机程序。
背景技术：
具有运动部件的机器容易随着时间流逝而受到磨损，这往往使机器的状态退化。 这样的具有可运动部件的机器实例为电机、泵、发电机、压缩机、车床和计算机数控机器。可运动部件可以包括轴和轴承。为了防止机器故障，这样的机器应当取决于机器的状态受到维护。所以优选情况下时常评估这样的机器的运行状态。通过测量从轴承发出的振动或者通过测量机器外壳上的温度，能够确定运行状态，机器的温度取决于轴承的运行状态。对具有旋转或其他运动部件的机器进行这样的状态检查对于安全非常重要，对于这样的机器的寿命长度也非常重要。手工地在机器上进行这样的测量已经公知。普通的做法是由操作员在测量仪器的帮助下在一台或几台机器上的测量点进行测量。许多商用仪器已经面世，它们取决于以下事实滚珠轴承中的缺陷产生短脉冲，通常称为冲击脉冲。冲击脉冲测量装置可以产生指示轴承或机器状态的信息。WO 03062766公开的机器具有测量点以及具有一定轴直径的轴，其中机器使用时轴能够旋转。WO 03062766也公开了具有旋转轴的机器的状态分析装置。所公开的装置具有传感器，用于产生指示测量点振动的测量值。WO 03062766中公开的装置具有数据处理器和存储器。该存储器可以存储程序代码，当程序代码在数据处理器上运行时，将使分析装置执行机器状态监视功能。这样的机器状态监视功能可以包括冲击脉冲测量。US 6，053，047公开了用作振动传感器的加速度计，它采集被传递到A/D转换器的模拟振动数据，A/D转换器向处理器90提供数字振动数据。根据US 6，053，047，处理器执行数字振动数据的数字带通滤波、滤波后信号的整流以及整流后信号的低通滤波以产生低频信号。该低频信号通过电容器以产生解调信号。对解调信号116进行FFT以产生振动谱。 US 6，053，047也教导了计算从加速度计到电机中各种振动源的每条物理路径的谐振频率， 并且US 6，053，047教导了先执行这个校准步骤再让电机出厂。根据US 6，053，047，作为替代，从各种振动源到加速度计的每条物理路径的这样的校准必须使用校准锤进行。

发明内容
本发明的一方面涉及的目的是改进具有旋转运动部件的机器的状态退化的检测以及实现机器故障的更准确预测。通过分析机器状态的装置达到这个目的，所述机器具有以某旋转速度关于第二机器部件可旋转运动的第一部件，所述装置包括冲击脉冲测量传感器，用于监视所述可运动部件，以便产生至少一个模拟测量信号，该模拟测量信号包括取决于所述可旋转运动部件的振动运动的至少一个振动信号分量，其中，所述振动信号分量具有取决于所述第一部件的旋转速度(f-)的重复频率(fD)； 所述测量信号包括噪声也包括所述振动信号分量，所以所述测量信号具有关于所述振动信号分量的第一信噪比值；A/D转换器(40、44)，响应所述测量信号产生数字测量数据序列(Ssffi)；所述数字测量数据序列(Sm)具有第一采样率(fs)；第一数字滤波器O40)，进行所述数字测量数据序列(Sm)的数字滤波，以便获得滤波后的测量信号(Sf)；包络器，响应所述滤波后的测量信号(Sf)产生第一数字信号(SENV、SmP)；降采样器，进行所述第一数字信号(SENV、SmP)的降采样，以实现具有降低采样频率 (fSE1> fSE2)的降采样数字信号(Seed)；所述降采样器(470、470A、470B)具有第一输入，用于接收所述第一数字信号(SENV、Ssrop)；以及第二输入，用于接收指示所述可变旋转速度(froT)的信号；第三输入，用于接收指示输出采样率设置信号的信号；所述降采样器(470、470A、470B)适于根据以下诸项产生所述降采样数字信号(&ED)所述第一数字信号(S·、Senv)，所述指示所述旋转速度(f·)的信号，以及所述指示输出采样率设置信号的信号；其中，所述降采样器(470、470A、470B)适于产生所述降采样数字信号(Sked)，使得所述旋转速度变化时所述旋转部件每转的样点值数目保持在基本上恒定值；以及增强器(320)，具有接收所述降采样数字信号(Sked)的输入；所述增强器适于产生具有所述至少一个振动信号分量对应的重复信号分量的输出信号序列(0)，使得所述输出信号序列(0)具有关于所述振动信号分量的第二信噪比值；所述第二信噪比值高于所述第一信噪比值；以及分析器(105 ；290 ；290T J94J90F)，用于响应所述输出信号序列(0)指示取决于所述可旋转运动部件的所述振动运动的机器状态。这种解决方案通过使滤波器的复杂度最小化同时实现显著的性能改进，有利地提供了非常节约的解决方案。根据某实施例，所述第一数字滤波器是具有某截止频率的高通滤波器。根据某实施例，所述冲击脉冲测量传感器在某机械谐振频率值(f·)谐振；所述高通滤波器MO的截止频率4。被选定为低于所述谐振冲击脉冲测量传感器 (10)的机械谐振频率值(f·)的值。根据另一个实施例，所述包络器包括数字整流器，以及所述降采样器被连接以从所述整流器的输出接收将要被降采样的信号；并且其中， 所述降采样器包括低通滤波。 在所述滤波器级中和所述包络器中去除低通滤波器组件使设计简化。不仅如此，由于使用了谐振传感器，也不再需要调整滤波器。


为了使理解本发明变得简单，将利用实例并参考附图进行说明，其中图1显示了根据本发明实施例的状态分析系统2实施例的示意框图；图2A是图1所示状态分析系统2的一部分的实施例的示意框图；图2B是传感器接口实施例的示意框图；图2C是来自振动传感器的测量信号的展示；图2D展示了冲击脉冲传感器产生的测量信号振幅；图2E展示了振动传感器产生的测量信号振幅；图3是根据本发明实施例的冲击脉冲测量传感器的简化展示；图4是存储器60及其内容的实施例的简化展示；图5是在具有可运动轴的机器6的客户位置的分析装置实施例的示意框图；图6展示了根据本发明实施例的预处理器实施例的示意框图；图7展示了鉴别器230的实施例；图8展示了鉴别器230的另一个实施例；图9展示了预处理器200的另一个实施例；图IOA是流程图，展示了增强信号中重复信号模式方法的实施例；图IOB是流程图，展示了产生数字输出信号的方法；图11是具有多个存储器位置的第一存储器的示意展示；图12是具有多个存储器位置的第二存储器的示意展示；图13是包括两个重复信号特征的实例输出信号Ssrop的示意展示；图14A展示了传递给降采样器310的输入的信号中的许多样点值；图14B展示了对应时间周期的输出样点值；图15A展示了根据本发明实施例的降采样器；图15B展示了本发明的另一个实施例；图16展示的本发明的实施例包括如以上介绍的降采样器和增强器，以及分数降采样器；图17展示了分数降采样器的实施例；图18展示了分数降采样器的另一个实施例；图19展示了降采样器和分数降采样器的另一个实施例；图20是降采样器和分数降采样器又一个实施例的框图；图21是流程图，展示了运行图20中降采样器和分数降采样器方法的实施例；图22A、22B和22C介绍了能够以计算机程序实施的方法；图23是展示行星齿轮系统的正视图；图M是图23中行星齿轮系统700的示意侧视图，从图23中箭头SW的方向所见；图25展示了响应由至少一个传感器10依据行星齿轮系统的旋转所检测的信号， 由预处理器200产生并由其输出的示范信号的模拟版本(见图5或图16)；图沈展示了图25所示信号的高振幅区域702A的一部分的实例；
图27展示了包括图沈所示小周期扰动903的信号的示范频谱；图观展示了图25所示的示范信号的一部分的实例；图四展示了根据本发明实施例的状态分析系统的又一个实施例；图30是框图，展示了连同用户界面和显示器一起的图四的信号处理组合体的部件。
具体实施例方式
在以下说明中不同实施例中的相似特征可以由相同的附图标记指示。图1显示了根据本发明实施例的状态分析系统2实施例的示意框图。附图标记4 涉及具有可运动部件8的机器6的客户机位置。可运动部件可以包括轴承7和轴8，当机器在运行状态时，轴8旋转。当轴旋转时，响应从轴和/或轴承发出的振动，能够确定轴8和轴承7的运行状态。客户机位置4，也可以指客户机部件或用户部件，可以是例如风力发电厂的房屋及地基，即在某位置处的一组风力涡轮，或者某造纸厂的房屋及地基，或者具有可运动部件机器的某个其他制造厂。当传感器10被连接到机器6的机体上或在其上测量点12处时，状态分析系统2 的实施例在运行。尽管图1仅仅展示了两个测量点12，但是应当理解位置4可以包括任何数目的测量点12。图1所示的状态分析系统2包括分析装置14，根据传感器10传递的测量值分析机器的状态。分析装置14具有通信端口 16，用于双向数据交换。通信端口 16可连接到通信网络18，如经由数据接口 19。通信网络18可以是环球网，也称为因特网。通信网络18还可以包括公共交换电话网。服务器计算机20被连接到通信网络18。服务器20可以包括数据库22、用户输入/输出接口 M和数据处理硬件26，以及通信端口四。服务器计算机20位于位置观，在地理上与客户机位置4分离。服务器位置观可以在第一座城市，比如瑞典的首都斯德哥尔摩，而客户机的位置可以在另一座城市，比如德国的斯图加特或美国密歇根州的底特律。作为替代，服务器位置观可以在某城镇的第一部分，而客户机位置可以在同一城镇的另一部分。服务器位置观还可以称为供应商部件观或供应商部件位置观。根据本发明的实施例，中央控制位置31包括控制计算机33，具有数据处理硬件和软件，用于测量在客户机位置4的多台机器。机器6可以是风力涡轮或风力涡轮中使用的齿轮箱。作为替代，这些机器可以包括如造纸厂中的机械。控制计算机33可以包括数据库 22B、用户输入/输出接口 24B和数据处理硬件沈队以及通信端口 ^B。中央控制位置31 可以与客户机位置4分开一段地理距离。利用通信端口 29B控制计算机33能够被连接，以经由端口 16与分析装置14进行通信。分析装置14可以传递正被部分处理的测量数据，以便允许在中央位置31由控制计算机33进一步执行信号处理和/或分析。供应商公司占据着供应商部件位置观。供应商公司可以出售和递送分析装置14 和/或分析装置14所用的软件。供应商公司还可以出售和递送中央控制位置31处的控制计算机所用的分析软件。以下连同图4讨论了这样的分析软件94、105。这样的分析软件 94,105可以通过在所述通信网络18上的传输而递送。根据系统2的一个实施例，装置14是便携式装置，可以时时连接到通信网络18。
根据系统2的另一个实施例，装置14基本上被连续地连接到通信网络18。因此， 根据这个实施例的装置14可以基本上一直“在线”可用于与供应商计算机20和/或与在控制位置31处的控制计算机33进行通信。图2A是图1所示的状态分析系统2的一部分的实施例的示意框图。图2A中展示的状态分析系统包括用于产生测量值的传感器单元10。所述测量值可以取决于运动，或者更确切地说，取决于轴旋转时由轴承引起的振动或冲击脉冲。当设备30被稳固地安装在机器6上或其上的测量点处时，状态分析系统2的实施例在运行。安装在测量点处的设备30可以指双头螺栓30。双头螺栓30可以包括连接耦接 32，传感器单元10与其可拆卸地连接。连接耦接32可以例如包括双头螺纹，使得传感器单元能够利用1/4转的旋转与双头螺栓机械地啮合。测量点12可以包括机器外壳上带螺纹的凹处。双头螺栓30可以具有带有螺纹的突出部分，对应于这些凹处，使得双头螺栓能够像螺栓一样通过纳入到凹处中而牢固地连接到测量点。作为替代，测量点可以包括机器外壳上带螺纹的凹处，而传感器单元10可以包括对应的螺纹，使得它能够被直接地纳入到所述凹处中。作为替代，仅仅以彩色标记在机器外壳上标注了测量点。图2A例示的机器6可以具有旋转轴，具有一定的轴直径dl。机器6在使用时，机器中的轴M可以以转速Vl旋转。传感器单元10可以连接到分析机器状态的装置14。参考图2A，分析装置14包括传感器接口 40，用于接收由传感器10产生的测量信号即测量数据。传感器接口 40被连接到数据处理装置50，它能够按照程序代码控制分析装置14的运行。数据处理装置50也被连接到存储所述程序代码的存储器60。根据本发明的实施例，传感器接口 40包括接收模拟信号的输入42，输入42被连接到模-数(A/D)转换器44，其数字输出48被连接到数据处理装置50。A/D转换器44以一定的采样频率fs对所接收的模拟信号进行采样，以便递送具有一定的采样频率fs的数字测量数据信号Sm，并且其中每个样点的振幅都取决于在采样时刻所接收的模拟信号的振幅。根据展示在图2B中本发明的另一个实施例，传感器接口 40包括从冲击脉冲测量传感器接收模拟信号Sea的输入42、被连接以接收模拟信号的调节电路43以及被连接以从调节电路43接收调节后模拟信号的A/D转换器44。A/D转换器44以一定的采样频率fs对所接收的调节后模拟信号进行采样，以便递送具有一定的采样频率fs的数字测量数据信号 SM，并且其中每个样点的振幅都取决于在采样时刻所接收的模拟信号的振幅。采样定理保证了有限带宽的信号(即具有最高频率的信号)根据其采样后的形式能够完美地被重建，如果采样率fs大于被监视的模拟信号Sea的最大频率fSEAmax的两倍的话。等于采样率一半的频率因此是对能够被采样后的信号Ssffi明确地表示的最高频率的理论限制。这个频率(采样率的一半)称为采样系统的尼奎斯特频率。在采样后的信号中能够观察到尼奎斯特频率&之上的频率，但是它们的频率是不明确的。也就是说，具有频率f 的频率分量无法与具有其中B为非零整数的频率B * fN+f和B * fN-f的其他分量区分。 这种歧义性称为假频，应对方法可以是先用反假频滤波器(通常是具有接近尼奎斯特频率的截止点的低通滤波器)过滤该信号，再转换到采样后离散表达。考虑到允许非理想滤波器在频率响应中具有一定的斜率，为了提供安全余量，采样频率可以选择高于2的值。因此，根据本发明的实施例，可以将采样频率设置为fs = k * fSEAmax其中，k是具有大于2. 0的值的因子。所以可以选择因子k为大于2.0的值。优选情况下，可以选择因子k为2.0与2. 9 之间的值，以便提供好的安全余量同时避免产生不必要的许多采样值。根据实施例，作为有益的情况，选择的因子k使得100女k/2呈现为整数。根据实施例，因子k可以被设置为 2. 56。选择k为2. 56致使100 * k = 256 = 2的8次方。根据实施例，数字测量数据信号Ssffi的采样频率fs可以固定到一定的值fs，比如fs =102. 4kHz。因此，当采样频率fs被固定到一定的值fs时，模拟信号^的最高频率fSEAmax将为 _4] fSEAmax = fs/k其中fSEAmax是采样后信号中要被分析的最高频率。因此，当采样频率fs被固定到一定的值fs = 102400Hz，而因子k被设置为2. 56 时，模拟信号^的最大频率fSEAmax将为fSEAmax = fs/k = 102400/2. 56 = 40kHz所以，响应所接收的模拟测量信号Sea而产生具有一定的采样频率fs的数字测量数据信号^。A/D转换器44的数字输出48经由传感器接口 40的输出49被连接到数据处理装置50，以便能够向数据处理装置50传递数字测量数据信号i5m。传感器单元10可以包括振动转换器，传感器单元被构造为在物理上啮合测量点的连接耦接，使得在测量点的机器振动能够被传输到振动转换器。根据本发明的实施例，传感器单元包括具有压电元件的转换器。当测量点12振动时，传感器单元10或者至少其一部分也振动，然后转换器产生电信号，其频率和振幅分别取决于测量点12的机械振动频率和振动振幅。根据本发明的实施例，传感器单元10是振动传感器，提供如频率范围为1. OOHz 至10000Hz的10mV/g的模拟振幅信号。这样的振动传感器被设计为基本上是为了传递IOmV 的相同振幅，而不考虑它是在1Ηζ、3Ηζ还是在IOHz被施加Ig(9. 82m/s2)的加速度。因此典型的振动传感器在高达约IOkHz的指定频率范围内具有线性响应。从旋转机器部件中发出的在这个频率范围内的机械振动往往由不平衡或未对准导致。不过，当安装在机器上时， 典型情况下，线性响应振动传感器也具有几个不同的机械谐振频率，取决于传感器与振动源之间的物理路径。滚柱轴承的故障导致相对尖锐的弹性波，称为冲击脉冲，在到达传感器之前沿着机器外壳的物理路径传播。这样的冲击脉冲往往具有很宽的频谱。典型情况下，滚柱轴承冲击脉冲的振幅低于由不平衡或未对准所导致振动的振幅。宽频谱的冲击脉冲特征使得它们能够激活”鸣震响应”或与传感器相关联的谐振频率的谐振。因此，来自振动传感器的典型测量信号可能具有图2C所示的波形，即在主要低频信号上叠加了更高频率更低振幅谐振的“鸣震响应”。为了能够分析往往从轴承的故障中发出的冲击脉冲特征，必须滤除低频分量。这能够利用高通滤波器或利用带通滤波器实现。不过，必须调整这些滤波器以便在高频信号部分通过的同时，阻塞低频信号部分。典型情况下，单个的振动传感器将具有与从一个冲击脉冲信号源的物理路径相关联的一个谐振频率，以及与从另一个冲击脉冲信号源的物理路径相关联的不同的谐振频率，正如在US 6，053，047中提及。因此，当使用振动传感器时，旨在使高频信号部分通过的滤波器调整需要个别调整。当正确地调整了这样的滤波器时，结果信号将由冲击脉冲特征组成。不过，分析从振动传感器发出的冲击脉冲特征稍微受以下事实伤害振幅响应以及谐振频率固有地取决于冲击脉冲信号的个别物理路径而改变。作为有益的情况，与振动传感器相关联的这些缺点可以利用冲击脉冲测量传感器减轻。冲击脉冲测量传感器被设计为并适应提供预定的机械谐振频率，以下将进一步详细介绍。作为有益的情况，冲击脉冲测量传感器的这种特征呈现了可重复的测量结果，因为冲击脉冲测量传感器的输出信号具有稳定的谐振频率，基本上不取决于冲击脉冲信号源与冲击脉冲传感器之间的物理路径。不仅如此，相互不同的各个冲击脉冲传感器提供的谐振频率偏差如果有也非常小。这个的有益效果是简化了信号处理，因为滤波器不再需要个别调整，与以上介绍的使用振动传感器时的情况大不相同。不仅如此，冲击脉冲传感器的振幅响应定义明确，使得按照由S.P.M. Instrument AB所定义的适宜测量方法进行测量时，单个测量就提供了可
靠的信息。图2D展示了冲击脉冲传感器产生的测量信号的振幅，而图2E展示了振动传感器产生的测量信号的振幅。两个传感器都被施加了相同系列的机械冲击而没有典型的低频信号内容。正如从图2D和图2E清楚可见，来自冲击脉冲测量传感器的冲击脉冲特征的谐振响应持续时间，要短于对应的来自振动传感器冲击脉冲特征的谐振响应。冲击脉冲测量传感器提供独特的冲击脉冲特征响应的这种特性，具有的有益效果是从它提供的测量信号有可能区分在短时间跨度内发生的不同机械冲击脉冲之间的差别。根据本发明的实施例，所述传感器是冲击脉冲测量传感器。图3是根据本发明实施例的冲击脉冲测量传感器10的简化展示。根据这个实施例，传感器包括具有一定质量或重量的部件110和压电元件120。压电元件120有些弹性，所以被施加外力时它能够伸缩。 压电元件120在对立表面上分别配备了导电层130和140。当压电元件120伸缩时它产生电信号，由导电层130和140拾取。所以，机械振动被转换为模拟测量电信号Sea，它被传递到输出端子145、150。压电元件120可以位于配重110与表面160之间，在运行期间，它被物理地连接到测量点12，如图3展示。冲击脉冲测量传感器10具有的谐振频率取决于传感器机械特征，比如配重部件 Iio的质量m和压电元件120的弹性。因此，压电元件具有弹性和弹簧常数k。传感器的机械谐振频率fKM所以也取决于质量m和弹簧常数k。根据本发明的实施例，传感器的机械谐振频率fM能够由下面的等式确定fRM=l/(2^4krm (等式 1)根据另一个实施例，冲击脉冲测量传感器10的实际机械谐振频率也可以取决于其他因素，比如传感器10与机器6机体连接的性质。因而谐振冲击脉冲测量传感器10对于以机械谐振频率fM或其附近的频率的振动特别灵敏。冲击脉冲测量传感器10可以被设计为使得机械谐振频率fM在^kHz到37kHz的范围内某处。根据另一个实施例，机械谐振频率fM在30kHz到35kHz的范围内某处。所以模拟测量电信号具有的电振幅可以在频谱上变化。为了说明理论背景的目的，可以假设要是对冲击脉冲测量传感器10施加从如IHz到如200000kHz的所有频率振幅一致的机械振动，那么来自冲击脉冲测量传感器的模拟信号的振幅在机械谐振频率fKM 处将具有最大值，因为传感器以该频率“推动”时将会谐振。参考图2B，调节电路43接收模拟信号 5ΕΑ。调节电路43可以被设计为阻抗适应电路，被设计为适应A/D转换器的从传感器端子145、150所见的输入阻抗，以便出现最佳的信号传输。因此，调节电路43可以运行以适应从传感器端子145、150所见的输入阻抗&η， 以便将最大的电功率传递给A/D转换器44。根据调节电路43的实施例，模拟信号Sea被供给了变压器的初级线圈，而调节后模拟信号由变压器的次级线圈传递。初级线圈有nl匝而次级线圈有n2阻，比值nl/n2 = η12。因此，A/D转换器44被连接以从调节电路43接收调节后的模拟信号。A/D转换器44具有输入阻抗Z44，而在调节电路43被连接在传感器端子 145、150与A/D转换器44的输入端子之间时，从传感器端子145、150所见的A/D转换器的输入阻抗将是(nl/n2)2 * Z44。A/D转换器44以一定的采样频率fs对所接收的调节后模拟信号进行采样，以便传递具有一定的采样频率fs的数字测量数据信号Sm，并且其中每个样点的振幅都取决于在采样时刻所接收的模拟信号的振幅。根据本发明的实施例，数字测量数据信号^ffi被传递到装置180进行数字信号处理 (见图5)。根据本发明的实施例，用于数字信号处理的装置180包括数据处理器50和使数据处理器50执行数字信号处理的程序代码。根据本发明的实施例，处理器50由数字信号处理器实施。数字信号处理器也被称为DSP。参考图2A，数据处理装置50被连接到存储所述程序代码的存储器60。优选情况下，程序存储器60是非易失性存储器。存储器60可以是读/写存储器，即从存储器中读取数据和把新数据写到存储器60上都能够进行。根据实施例，程序存储器60由FLASH存储器实施。程序存储器60可以包括第一存储器段70，用于存储可执行的第一组程序代码80， 以便控制分析装置14执行基本的操作(图2A和图4)。程序存储器还可以包括第二存储器段90，用于存储第二组程序代码94。在第二存储器段90中的第二组程序代码94可以包括使分析装置处理所检测的信号或若干信号，以便产生预处理的信号或一组预处理的信号的程序代码。存储器60还可以包括第三存储器段100，用于存储第三组程序代码104。在第三存储器段100中的程序代码组104可以包括使分析装置执行所选定分析功能105的程序代码。当执行分析功能时，它可以使分析装置在用户界面106上呈现对应的分析结果，或者在端口 16上传递该分析结果(见图1和图2A以及图7和图8)。数据处理装置50还连接到进行数据存储的读/写存储器52。不仅如此，数据处理装置50还可以连接到分析装置通信接口 54。分析装置通信接口讨提供与测量点通信接口 56的双向通信，接口 56可连接在机器的测量点上，或者在其附近。测量点12可以包括连接耦接32、可读和可写信息载体58以及测量点通信接口 56。可写信息载体58和测量点通信接口 56可以在双头螺栓30附近放置的单独设备59中提供，正如图2展示。作为替代，可写信息载体58和测量点通信接口 56可以在双头螺栓30内提供。这在WO 98/01831中进行了更详细的介绍，其内容在此引用作为参考。系统2被安排为允许测量点通信接口 56与分析装置通信接口 M之间的双向通信。优选情况下，测量点通信接口 56和分析装置通信接口 M被构造为允许无线通信。根据实施例，测量点通信接口和分析装置通信接口被构造为彼此通过射频(RF)信号进行通信。 这个实施例包括在测量点通信接口 56中的天线，以及分析装置通信接口 M中的另一条天线。图4是存储器60及其内容的实施例的简化展示。该简化展示意在传达对存储器 60中存储不同程序函数的总体思路的理解，而这不一定是对在真实存储器电路中存储程序的方式的正确的技术教导。第一存储器段70存储的程序代码用于控制分析装置14以执行基本的操作。尽管图4的简化展示显示了伪代码，但是应当理解，程序代码80可以由机器代码构建，或者由数据处理装置50能够执行或解释的任何级别的程序代码构建(图2A)。图4展示的第二存储器段90存储着第二组程序代码94。在段90中的程序代码 94，当运行在数据处理装置50上时，将使分析装置14执行某功能，比如数字信号处理功能。 所述功能可以包括对数字测量数据信号Ssffi的高级数学处理。根据本发明的实施例，程序代码94适于使处理器装置50执行连同在本文档中图5、图6、图9和/或图16所介绍的信号处理功能。正如以上连同图1所提及，控制分析装置功能的计算机程序可以从服务器计算机 20中下载。这意味着要被下载的程序在通信网络18上被传输。通过在通信网络18上调制载波以携带该程序就能够实现这一点。所以下载后的程序可以被加载到数字存储器中，比如存储器60 (见图2A和图4)。因此，信号处理程序94和/或分析功能程序104、105可以经由通信端口接收，比如端口 16(图1和图2A)，以便将其加载到存储器60中。同样，信号处理程序94和/或分析功能程序104、105也可以经由通信端口 ^B (图1)接收，以便将其加载到计算机26B的程序存储器位置或数据库22B中。本发明的一方面涉及计算机程序产品，比如可加载到某装置的数字存储器中的程序代码装置94和/或程序代码装置104、105。计算机程序产品包括软件代码部分，当所述产品运行在分析机器状态的装置的数据处理单元50上时，用于执行信号处理方法和/或分析功能。术语“运行在数据处理单元上”意味着计算机程序加上数据处理单元执行本文档中介绍种类的方法。措词“计算机程序产品，可加载到状态分析装置的数字存储器中”意味着计算机程序能够被引入到状态分析装置的数字存储器中，以便实现编程为能够或适于执行以上介绍种类的方法的状态分析装置。术语“加载到状态分析装置的数字存储器中”意味着以这种方式编程的状态分析装置能够或适于执行以上介绍种类的方法。上述计算机程序产品也可以加载到计算机可读介质上，比如光盘或DVD。这样的计算机可读介质可以用于向客户机传递所述程序。根据分析装置14(图2A)的实施例，它包括用户输入接口 102，操作员由此可以与分析装置14互动。根据实施例，用户输入接口 102包括一组按钮104。分析装置14的实施例包括用户输出界面106。用户输出界面可以包括显示器单元106。当数据处理装置50运行基本程序代码80中提供的基本程序功能时，它利用用户输入接口 102和显示器单元106提供用户交互。按钮组104可限于几个按钮，比如五个按钮，如图2A展示。中央按钮107 可以用作ENTER或SELECT功能，而可以使用其他更多的外围按钮可以用于移动显示器106 上的光标。应当理解，以这种方式，经由用户接口可以把符号和文本输入到装置14中。例如，显示器单元106可以显示许多符号，比如字母表中的字母，同时光标在显示器上可移动以响应用户输入，所以允许用户输入信息。图5是分析装置14的实施例的示意框图，处在具有可运动轴8的机器6所在的客户机位置4。传感器10可以是冲击脉冲测量传感器，被显示为连接到机器6的机体，以便拾取机械振动和向传感器接口 40传递表明所检测到的机械振动的模拟测量信号SEA。传感器接口 40可以被设计为如连同图2A或图2B的介绍。传感器接口 40向用于数字信号处理的装置180传递数字测量数据信号i5m。数字测量数据信号Ssffi具有采样频率fs，而每个样点的振幅值都取决于采样时刻所接收的模拟测量信号Sea的振幅。根据实施例，数字测量数据信号Sm的采样频率fs可以被固定到一定的值fs，比如fs = 102kHz。采样频率fs可以由时钟190所传递的时钟信号控制，如图5展示。时钟信号也可以传递给用于数字信号处理的装置180。用于数字信号处理的装置180能够响应所接收的数字测量数据信号^ffi、时钟信号以及采样频率fs与时钟信号之间关系，产生有关所接收的数字测量数据信号Sm的短暂持续时间的信息，因为两个连续样点值之间的持续时间等于Ts = l/fs。根据本发明的实施例，用于数字信号处理的装置180包括预处理器200，用于执行数字测量数据信号Sm的预处理，以便将预处理后的数字信号Smp传递到输出210上。输出 210被连接到鉴别器230的输入220。鉴别器230适于鉴别预处理后的数字信号SmP，以便将鉴别结果传递给用户界面106。作为替代，鉴别结果也可以传递给通信端口 16，以便使结果能够传输到比如在控制场所的控制计算机33(见图1)。根据本发明的实施例，连同用于数字信号处理的装置180中功能框所介绍的功能，预处理器200和鉴别器230可以由计算机程序代码94和/或104实施，正如以上连同图4结合存储器块90和100的介绍。用户可以仅仅需要几项基本的监视功能，检测某机器的状态是正常还是异常。检测出异常状态后，用户可以要求专门的职业维护人员确定该问题的精确性质，并且执行必要的维修工作。职业维护人员经常需要和使用宽范围的鉴别功能，使得有可能确定异常机器状态的性质和/或原因。因此，分析装置14的不同用户对装置的功能可以提出非常不同的要求。在本文档中术语状态监视功能是用于检测某机器的状态是正常还是有点退化还是异常的功能。术语状态监视功能还包括鉴别功能，使得有可能确定异常机器状态的性质和 /或原因。机器状态监视功能的实例状态监视功能Fl、F2. . . Fn包括若干功能，比如振动分析、温度分析、冲击脉冲测量、冲击脉冲测量数据的频谱分析、振动测量数据的快速傅氏变换、状态数据在用户界面上的图形表示、在所述机器上的可写信息载体中存储状态数据、在所述装置中的可写信息载体中存储状态数据、转速测量、不平衡检测以及未对准检测。根据实施例，装置14包括以下功能Fl =振动分析；
F2 =温度分析，F3 =冲击脉冲测量，F4 =冲击脉冲测量数据的频谱分析，F5 =振动测量数据的快速傅氏变换，F6 =状态数据在用户界面上的图形表示，F7 =在所述机器上的可写信息载体中存储状态数据，F8 =在所述装置中的可写信息载体52中存储状态数据，F9 =转速测量，FlO =不平衡检测，以及Fll =未对准检测。F12 =从所述机器上的可写信息载体58中检索状态数据。F13 =执行振动分析功能Fl和执行功能F12 “从所述机器上的可写信息载体58 中检索状态数据”，以便能够根据当前振动测量数据和历史振动测量数据进行对比或趋势判断。F14 =执行温度分析F2 ；并且执行功能“从所述机器上的可写信息载体58中检索状态数据”，以便能够根据当前温度测量数据和历史温度测量数据进行对比或趋势判断。F15 =从所述机器上的可写信息载体58中检索标识数据。功能F7“在所述机器上的可写信息载体中存储状态数据”，以及F13振动分析和状态数据检索的实施例在WO 98/01831中进行了更详细地介绍，其内容在此引用作为参考。图6展示了根据本发明实施例的预处理器200实施例的示意框图。在这个实施例中，数字测量数据信号Sm被连接到数字带通滤波器M0，它具有较低截止频率f『较高截止频率fue以及较高和较低截止频率之间的通频带带宽。数字带通滤波器240的输出被连接到数字包络器250。根据本发明的实施例，包络器250的信号输出被传递到输出沈0。预处理器200的输出260被连接到数字信号处理组合体180的输出210以向鉴别器230的输入220传递。可以选择数字带通滤波器240的较高和较低截止频率，使得在传感器谐振频率fKM 处的信号Ssffi的频率分量在通频带带宽中。如上所述，由在谐振频率fM处机械谐振的传感器实现机械振动的放大。所以，模拟测量信号Sea反映了在谐振频率fM处及其周围振动的放大值。因此，作为有益的情况，根据图6实施例的带通滤波器抑制了在谐振频率fKM之下和之上频率的信号，以便进一步增强测量信号在谐振频率fKM处的分量。不仅如此，作为有益的情况，数字带通滤波器240进一步降低了测量信号中固有地包括的噪声，因为在较低截止频率fm以下和较高截止频率fuc以上的任何噪声分量也被除去或减弱。因此，使用具有在最低谐振频率值fm到最高谐振频率值f·范围内具有机械谐振频率fKM的谐振冲击脉冲测量传感器10时，数字带通滤波器240可以被设计为使较低截止频率4。= f-，和较高截止频率= f·。根据某实施例，较低截止频率& = ffflL = ^kHz,和较高截止频率fuc
*ΕΜυ 3 7 kHz ο根据另一个实施例，机械谐振频率fKM在从30kHz到35kHz范围内某处，然后数字带通滤波器240可以被设计为具有较低截止频率4。= 30kHz，和较高截止频率fw = 35kHz。根据另一个实施例，数字带通滤波器240可以被设计为使较低截止频率4。低于最低的谐振频率值f-，和较高截止频率fuc高于最高的谐振频率f·。例如，机械谐振频率fKM 可以是从30kHz到35kHz范围内的频率，然后数字带通滤波器240可以被设计为使较低截止频率、=17kHz，和较高截止频率fue = 36kHz。所以，数字带通滤波器240传递的通频带数字测量数据信号$具有有益的低噪声内容并反映了通频带内的机械振动。通频带数字测量数据信号$被传递到包络器250。所以，数字包络器250收到了通频带数字测量数据信号$，它可以反映具有正的以及负的振幅的信号。参考图6，所接收的信号被数字整流器270整流，并且整流后的信号可以被可选的低通滤波器280滤波以产生数字包络信号SENV。所以，信号Senv是响应滤波后的测量数据信号$而产生的包络信号的数字表示。 根据本发明的某些实施例，可以除去可选的低通滤波器观0。以下连同图9讨论了一个这样的实施例。所以，当以下连同图9讨论的降采样器310包括低通滤波器功能时，可以除去在包络器250中的可选低通滤波器观0。根据本发明的图6实施例，信号Senv被传递到预处理器200的输出沈0。因此，根据本发明的实施例，在输出210 (图5)上传递的预处理后数字信号Ssrop是数字包络信号SENV。尽管用于响应测量信号而产生包络信号的现有技术模拟设备采用了模拟整流器， 该模拟整流器会固有地导致系统误差被引入结果信号中，但是作为有益的情况，数字包络器250将产生真正的整流而没有任何系统误差。所以，数字包络信号Senv将具有良好的信噪比，因为在数字带通滤波器240通频带中的谐振频率处进行机械谐振的传感器会引起高的信号振幅，并且在数字域中进行的信号处理不增加噪声，并且不增加系统误差。参考图5，预处理后的数字信号Smp被传递到鉴别器230的输入220。根据另一个实施例，滤波器240是具有截止频率4。的高通滤波器。这个实施例通过以高通滤波器240代替带通滤波器而简化了设计，从而将低通滤波处理留给了下游另一个低通滤波器，比如低通滤波器观0。高通滤波器240的截止频率4。被选择为接近谐振冲击脉冲测量传感器10的最低预期机械谐振频率值f-。当机械谐振频率fKM在30kHz到 35kHz范围内某处时，高通滤波器240可以被设计为使较低截止频率= 30kHz。然后把高通滤波后的信号传给整流器270以及继续到低通滤波器观0。根据实施例，应当有可能使用谐振频率在20kHz到35kHz范围内某处的传感器10。为了实现这个目的，高通滤波器 240可以被设计为使较低截止频率fV。= 20kHz。图7展示了鉴别器230(也见图5)的实施例。鉴别器230的图7实施例包括状态分析器四0，适于接收指示机器6状态的预处理后的数字信号SmP。利用在控制输入300上传递的选择信号，可以控制状态分析器290执行所选定的状态分析功能。利用用户与用户接口 102(见图2A)的互动可以产生在控制输入300上传递的选择信号。当所选定的分析功能包括快速傅氏变换时，选择信号300将设置分析器四0以在频率域中对输入信号进行操作。取决于要执行的分析是什么类型，状态分析器290可以在时间域对输入的预处理后数字信号Smp进行操作，或者在频率域对输入的预处理后数字信号Smp进行操作。所以， 取决于在控制输入300上传递的选择信号，如图8所示可以包括FFT四4，或者如图7所展示可以把信号Smp直接传递给分析器四0。图8展示了鉴别器230的另一个实施例。在图8的实施例中，鉴别器230包括可选的快速傅氏变换器四4，被连接以从鉴别器230输入220接收信号。来自快速傅氏变换器 294的输出可以被传递到分析器四0。为了分析旋转部件的状态，所期望的是在足够长的时间监视所检测的振动，以便能够检测出重复的信号。一定的重复信号特征指示了旋转部件的已退化状态。分析重复信号特征还可以指示已退化状态的类型。这样的分析也可以引起对已退化状态程度的检测。因此，测量信号可以包括取决于可旋转运动部件8振动的至少一种振动信号分量 Sd ；其中所述振动信号分量具有取决于可旋转运动部件8的转速froT的重复频率fD。所以， 取决于可旋转运动部件8振动的振动信号分量可以指示所监视机器的已退化状态或故障。 事实上，振动信号分量&的重复频率fD与可旋转运动部件8的转速之间的关系可以指示哪个机械部件有故障。因此，在具有多个旋转部件的机器中，有可能通过使用分析功能 105(包括频率分析)，利用处理测量信号而识别出单个轻微损坏的部件。这样的频率分析可以包括对包括振动信号分量&的测量信号的快速傅氏变换。快速傅氏变换(FFT)使用了一定的频率分辨率。该一定的频率分辨率可以按照频率片段表示，决定了辨别不同频率的界限。术语“频率片段”有时指“线条”。如果需要频率分辨率提供高达轴速的Z个频率片段，那么有必要在该轴旋转X周期间记录该信号。连同旋转部件的分析，分析高于旋转部件的旋转频率的信号频率可能引人关注。旋转部件可以包括轴和轴承。轴旋转频率 ·ΜΤ往往被称为“级别1”。所关注的轴承信号可能发生每轴转约10次(级别10)，即故障重复频率fD(以Hz测量)除以转速fKQT(以 rps测量)等于ΙΟΗζ/rps,即级别y = fD/fE0T = lOHz/rps。不仅如此，分析轴承信号的谐波可能引人关注，所以测量高达级别100的情况可能引人关注。令最大级别为Y，而在FFT 在要使用的频率片段总数为Z，以下情况成立Z = X * Y。相反X = Z/Y，其中，X是分析数字信号期间所监视轴的转数；以及Y是最大级别；以及Z是以许多频率片段表示的频率分辨率。考虑把降采样后数字测量信号Smp(见图5)传递到FFT分析器四4时的情况，如图8中介绍在这样的情况下，当FFT分析器294被设置为Z = 1600频率片段，而用户关注的分析频率高达级别Y = 100，那么X的值变为X = Z/Y = 1600/100 = 16。因此，当期望Z = 1600频率片段并且用户关注的分析频率高达级别Y = 100时， 有必要在X = 16轴转期间进行测量。使用用户界面102、106(图2A)可以设置FFT分析器四4的频率分辨率Z。因此，使用用户界面102、106(图2A)可以设置用于状态分析功能105和/或信号处理功能94(图4)的频率分辨率值Z。根据本发明的实施例，通过从一组值中选择一个值Z可以设置频率分辨率Z。频率分辨率Z的可选择值组可以包括Z = 400Z = 800Z = 1600Z = 3200Z = 6400
如上所述，采样频率fs可以被固定到一定的值，比如& = IOMOOkHz,而因子k可以设置为2. 56，从而致使要被分析的最高频率fSEAmax为fSEAmax = fs/k = 102400/2. 56 = 40kHz对于具有转速fKQT = 1715rpm = 28. 58rps轴的机器，选定的级别值Y = 100致使要分析的最大频率为fE0T 女 Y = 28. 58rps 女 100 = 2858Hz快速傅氏变换器294可以适于对所接收的具有一定数目样点值的输入信号，执行快速傅氏变换。当将样点值的该一定数目设置为可以被二( 除而不会出现分数的偶整数时是有益的。所以，表示从轴的旋转而发出机械振动的数据信号可以包括重复的信号模式。因此在被监视轴的每转，一定的信号模式可以被重复一定量的次数。不仅如此，重复信号也可以以互相不同的重复频率发生。在Victor Wowk所著"Machinery Vibration Measurements and Analysis，，(ISBN 0-07-071936-5)的书中，在149页上提供了互相不同重复频率的几个实例“轴承保持器损坏频率(FTF)轴承滚动件损坏(BQ频率外环(OR)内环(IR) ”该书还在150页上提供了计算这些特定频率的公式。Victor Wowk所著 "Machinery Vibration Measurements and Analysis” 白勺1 ! 弓石；I 切地说，计算这些特定频率的上述公式在此引用作为参考。同一书中151页上的表指示，这些频率也随轴承制造商而改变，并且FTF可以具有0. 378的轴承频率因子；BS可以具有1. 928的轴承频率因子；OR可以具有3. 024的轴承频率因子；以及顶可以具有4. 976的轴承频率因子。频率因子与轴的转速相乘以获得重复频率。该书指出，对于具有转速为1715rpm， 即28. 58Hz的轴，从标准类型6311的轴承外环(OR)发出脉冲的重复频率可能为大约86Hz ； 而FTF重复频率可能为10. 8Hz。当被监视轴以〒^■转速旋转时，可以按照被监视轴每时间单位的重复或按照每转的重复讨论这样的重复频率，而不需要在两者之间进行区分。不过，如果机器部件以
转速旋转，事情就进一步复杂化，如以下连同图16、图17和图20的讨论。出现突然故障的机械某些类型的机械可能非常突然地遭受整体故障或破坏。对于某些机器类型，比如风力电站中的旋转部件，已经知道发生过突然的破坏，并且使维护人员和机器拥有者感到十分惊奇。这样的突然破坏对机器拥有者损失很大并可能导致其他的负面效应，如在未预计到的机器故障使机器部件跌落时。本发明人意识到，在一定的机械的机械振动中存在着特别高的噪声级别，并且这样的噪声级别妨碍了对机器故障的检测。因此，对于某些类型的机械，保护性状态监视的常规方法已经无法对即将到来的退化状态提供足够早期和/或可靠的警告。本发明人推断， 在这样的机械中可能存在着表明已退化状态的机械振动Vm，但是测量振动的常规方法可能尚未完善。本发明人还意识到，具有缓慢旋转部件的机器是似乎特别易于突发故障的机械类型。本发明人在已经意识到一定的机械的机械振动中特别高的噪声级别妨碍对机器故障的检测之后，提出了在噪声环境中能够检测微弱机械信号的方法。如上所述，测量信号 Sea中振动信号分量&的重复频率fD取决于指示被监视机器6的旋转部件8的初始故障的机械振动Vm。本发明人意识到，有可能检测出初始故障，即刚刚开始发展的故障，只要能够辨别出对应的微弱信号。因此，测量信号可以包括取决于可旋转运动部件8振动的至少一个振动信号分量 4，其中所述振动信号分量具有重复频率fD，它取决于可旋转运动部件8的转速froT。所以， 取决于可旋转运动部件8的振动的振动信号分量的存在，可以提供被监视机器的退化状态或初始故障的早期指示。在风力涡轮的应用中，其轴承被分析的转轴可以以小于每分120转的速度旋转， 即轴的旋转频率fMT小于每秒2转(rps)。有时要被分析的这种轴以小于每分50转的速度旋转(rpm)，S卩小于0.83rps的轴旋转频率fKQT。事实上，典型情况下，转速可能小于15rpm。 尽管具有1715rpm转速的轴，如在上述书中讨论，在17. 5秒中产生了 500转；而以每分50 转旋转的轴却要用十分钟才产生500转。某些大型风力电站的轴，典型情况下可以以12RPM =0. 2rps 旋转。所以，当要被分析的轴承与缓慢旋转轴相关联，并且监视轴承的检测器产生的模拟测量信号Sea使用大约IOOkHz的采样频率采样时，与该轴一次完整旋转相关联的样点值的数目变得非常大。作为展示性实例，当该轴以50rpm旋转时，为了描述500转以IOOkHz 的采样频率获得了 6千万(60000000)个样点值。不仅如此，当信号包括如此多的样点时，对信号执行高级数学分析需要大量时间。 所以，期望先减少每秒的样点数目，再进一步处理信号SENV。图9展示了预处理器200的另一个实施例。预处理器200的图9实施例包括数字带通滤波器240和数字包络器250，如以上连同图6的介绍。如上所述，信号Senv是响应滤波后测量数据信号$产生的包络信号的数字表示。根据预处理器200的图9实施例，数字包络信号Sked被传递到降采样器310，它适于产生具有降低的采样频率的数字信号SKED。降采样器310运行以产生输出数字信号， 其中两个连续样点值之间的短暂持续时间要长于输入信号中两个连续样点值之间的短暂持续时间。以下连同图14更详细地介绍降采样器。根据本发明的实施例，可以除去可选的低通滤波器观0，如上所述。在图9实施例中，当由数字整流器270产生的信号被传递到包括低通滤波的降采样器310时，就可以除去低通滤波器观0。降采样器310的输出312把数字信号Sked传递到增强器320的输入315。增强器 320能够接收数字信号Sked并响应它而产生输出信号SmP。输出信号Ssrop被传递到预处理器 200的输出端口 260。
图IOA是流程图，展示了增强信号中重复信号模式方法的实施例。有益的是，这种方法可以用于在表示具有旋转轴的机器状态的信号中，增强重复信号模式。增强器320可以被设计为根据图IOA展示的方法运行。图IOA中方法步骤S1000到S1040表示在实际产生输出信号值之前为了进行设置而采取的准备动作。一旦已经执行了这些准备动作，就可以计算输出信号值，如参考步骤 S1050的介绍。图IOB是流程图，展示了产生数字输出信号的方法。更确切地说，图IOB展示了已经执行了参考图IOA中步骤S1000至S1040所介绍的准备动作时，产生数字输出信号的方法实施例。参考图IOA的步骤S1000，确定了输出信号Smp的期望长度(\ENCTH。图11是具有多个存储器位置i的第一存储器的示意展示。第一存储器的存储器位置i保存着包括数字值序列的实例输入信号。根据本发明的实施例，实例输入信号用于计算输出信号Smp。图11显示了输入信号I的许多连续数字值的某些。输入信号I中的数字值2080仅仅展示了在输入信号中出现的几个数字值。在图11中，输入信号中的两个相邻数字值被持续时间tdelta分开。值tdelta是增强器320所接收的输入信号的采样频率fSK 的倒数(见图9和图16)。图12是具有多个存储器位置t的第二存储器的示意展示。第二存储器的存储器位置t保存着包括数字值序列的实例输出信号SmP。因此，图12展示了将数字值3090存储在连续存储器位置中的一部分存储器。图12显示了输出信号Smp的连续数字值。输出信号^ffip中的数字值3090仅仅展示了在输出信号中出现的几个数字值。在图12中，输出信号中的两个相邻数字值可以被持续时间、&3在时间上分开。参考图10的步骤S1000，可以选择输出信号Ssrop的期望长度C\ENCTH3010，以便有可能使用输出信号Smp分析输出信号中的一定的频率。例如，如果较低的频率比较高的频率更受关注，就需要更长的输出信号。使用输出信号能够分析的最低频率是1/(Omcth女tdelta), 其中Omcra是输出信号中样点值的数目。如果fSK是输入信号I的采样率，那么每个数字样点值之间的时间tdelta将是l/fSK。如上所述，重复信号模式可能出现在表示机械振动的数据信号中。所以，测量信号，比如由包络器250传递的信号Senv和传递给增强器320的信号Sked 可以包括取决于可旋转运动部件8的振动的至少一个振动信号分量$，其中所述振动信号分量&具有重复频率fD，它取决于可旋转运动部件8的转速fTOT。因此，在输出信号^ffip中的连续数字值被持续时间tdelta分开时，为了可靠地检测出重复频率为fKEP = fD = 1/(Olength 女tdelta)的重复信号模式的出现，输出信号^ffip必须包括至少Omcth个数字值。根据实施例，用户可以输入表示要被检测的最低重复频率fKEMn的值，以及要被监视的轴的最低预期转速的有关信息。分析系统2(图1)包括用于响应这些值计算变量Omcra 的适合值的功能。作为替代，参考图2A，分析装置14的用户利用经由用户界面102输入对应值，可以设置输出信号Smp的值(\encth3010。在下一个步骤S1010中，选择了长度因子L。长度因子L确定了输出信号Ssrop中随机信号被抑制的程度。较高的L值比较低的L值在输出信号Smp中给出更少的随机信号。 因此，长度因子L可以被称为信噪比改进值。根据本方法的一个实施例，L是1至10之间的整数，但是也可以将L设置为其他值。根据本方法的实施例，L值可以在增强器320中预置。根据本方法的另一个实施例，L值由本方法的用户经由用户接口 102(图2A)输入。因子L的值对计算输出信号所需要的计算时间也有影响。较高的L值比较低的L值需要更长的计算时间。下一步，在步骤S1020，设置了起始位置&TAKT。起始位置是输入信号I中的位置。设置起始位置是为了避免或减少输出信号Smp中非重复模式的出现。如果设置起始位置&TAKT以便使得起始位置之前的输入信号部分2070有一定的时间间隔Tstohastk MAX对应的长度，那么具有对应频率fSTOHASTIe—MX和更高频率的随机信号将在输出信号0、Ssffip 中被衰减。在下一个步骤S1030中，计算输入数据信号的所要求长度。输入数据信号的所要求长度在步骤S1030中根据以下公式(1)计算(1) !length — Olength 女 L+Sstaet+Olength下一步，在步骤S1040中，计算输入数据信号中的长度CfTH。长度在其上执行输出数据信号计算的长度。根据以下的公式C3)计算这个长度CraCTH:(3) Clength 一 Ilength_Sstaet_Olength也能够将公式(3)写为Ilencth= CLENGTH+SSTAET+0LENGTH然后在步骤S1050中计算输出信号。根据以下公式(5)计算输出信号。在公式 (5)中，对输出信号中时间值t计算了输出信号的值。
权利要求
1.一种分析机器状态的装置，所述机器具有以某转速关于第二机器部件可旋转运动的第一部件，所述装置包括冲击脉冲测量传感器，用于监视所述可运动部件，以便产生至少一个模拟测量信号，该模拟测量信号包括取决于所述可旋转运动部件的振动运动的至少一个振动信号分量；其中，所述振动信号分量具有取决于所述第一部件的转速(fRm)的重复频率(fD)；所述测量信号包括噪声也包括所述振动信号分量，所以所述测量信号具有关于所述振动信号分量的第一信噪比值；A/D转换器00、44)，响应所述测量信号产生数字测量数据序列(Ssffi)；所述数字测量数据序列(S·)具有第一采样率(fs)；第一数字滤波器040)，进行所述数字测量数据序列(Sm)的数字滤波，以便获得滤波后的测量信号(Sf)；包络器，响应所述滤波后的测量信号(Sf)产生第一数字信号(SENV、Ssrop)； 降采样器，进行所述第一数字信号(SENV、Sbp)的降采样，以实现具有降低采样频率 (fSE1> fSE2)的降采样数字信号(Seed)； 所述降采样器(470、470A、470B)具有第一输入，用于接收所述第一数字信号(SENV、Ssrop)；以及第二输入，用于接收指示所述可变转速的信号； 第三输入，用于接收指示输出采样率设置信号的信号；所述降采样器(470、470Α、470Β)适于根据以下诸项产生所述降采样数字信号(Sked) 所述第一数字信号(SM、SENV)， 所述指示所述转速(fMT)的信号，以及所述指示输出采样率设置信号的信号；其中，所述降采样器(470、470A、470B)适于产生所述降采样数字信号(Sked)，使得所述转速变化时所述旋转部件每转的样点值数目保持在基本上恒定值；以及增强器(320)，具有接收所述降采样数字信号(Sked)的输入；所述增强器适于产生具有所述至少一个振动信号分量对应的重复信号分量的输出信号序列(0)，使得所述输出信号序列(0)具有关于所述振动信号分量的第二信噪比值；所述第二信噪比值高于所述第一信噪比值；以及分析器(105 ；290 ；290T J94J90F)，用于响应所述输出信号序列(0)，指示取决于所述可旋转运动部件的所述振动运动的机器状态。
2.根据权利要求1的装置，其中，所述第一数字滤波器(MO)是具有某截止频率的高通滤波器。
3.根据权利要求2的装置，其中，所述冲击脉冲测量传感器(10)在某机械谐振频率值(f·)谐振； 所述高通滤波器O40)的截止频率4。被选定为低于所述谐振冲击脉冲测量传感器 (10)的机械谐振频率值(f·)的值。
4.根据权利要求1、2或3的装置，其中，所述包络器(250)包括数字整流器(270)，以及所述降采样器(310)被连接以从所述整流器O70)的输出接收将要被降采样的信号；并且其中，所述降采样器(310)包括低通滤波。
5.根据任何一个前面的权利要求的装置，其中，所述降采样器包括适于按整数M进行降采样的整数降采样器(310)；其中，所述数值M根据所述转速(froT)自动设置。
6.根据任何一个前面的权利要求的装置，其中，所述整数降采样器包括多个低通有限脉冲响应滤波器。
7.根据任何一个前面的权利要求的装置，其中，每个^R滤波器都可设置为期望的降采样程度。
8.根据任何一个前面的权利要求的装置，其中，所述整数降采样器包括一族不同的HR滤波器，所以所述滤波器族中的多个滤波器可以组合以实现期望的总降采样M。
9.根据任何一个前面的权利要求的装置，其中，所述FIR滤波器族包括不止三个滤波器。
10.根据任何一个前面的权利要求的装置，其中，所述整数降采样器(310)的输出(31 被连接到分数降采样器(470)的输入和选择器 (460)的端子；所述选择器具有另一个端子；所述另一个端子被连接到所述分数降采样器 (470)的输出；以及所述选择器G60)的第三端子被连接到所述增强器(320)的输入。
11.根据任何一个前面的权利要求的装置，进一步包括参数控制器(930)；所述参数控制器适于与用户接口(102、104、106)合作以设置所述装置的控制参数，以便根据经由所述接口的用户输入调整功能(94、310、470、320、四4)；其中，所述装置适于经由所述用户接口 (102、104、106)请求设置信息。
12.根据权利要求11的装置，其中，所述请求的信息包括指示为了检测具有所述重复频率(fD)的所述特征(Sd)要监视的频率范围的信息。
13.根据权利要求11的装置，其中，所述请求的信息包括指示受关注的最高重复频率(fD)的信息。
14.根据权利要求11的装置，其中，所述请求的信息包括指示所述第二信噪比值的期望改进程度的信息。
15.根据权利要求11的装置，其中，所述请求的信息包括指示快速傅氏变换的期望频率分辨率的信息。
16.根据权利要求11的装置，其中，所述请求的信息包括指示使组合体(920)以一定的重复周期(Tpm)保持重复所述测量的设置的信息。
17.根据权利要求11或16的装置，其中，组合体(920)适于在所述用户输入的重复周期值(Tpm)与测量的期望持续时间(Tm)相比更短或大约相同时经由用户接口(102、106)提供警告指示。
18.一种分析具有缓慢旋转部件的机器的状态的方法，包括以低于每分钟50转的转速(froT)旋转可旋转部件；使用具有使其在一定的谐振频率(fK)谐振的机械特征的传感器产生取决于从所述轴的旋转发出的机械振动的模拟电测量信号( )；响应所接收的模拟测量数据，以采样频率(fs)对所述模拟测量信号进行采样，以便产生数字测量数据序列；进行所述数字测量数据序列( )的数字滤波040)，以便获得滤波后的测量信号 (Spbm)，以便实现具有较高频率和较低频率之间带宽的信号；所述较低频率(fj低于一定的谐振频率(fK)，而所述较高频率(fue)高于一定的谐振频率(fK)；通过数字整流所述滤波后的测量信号以及通过数字低通滤波所述整流的滤波后测量信号，以便产生数字包络信号(SENV、Smp)，来响应所述滤波后的测量信号(Spbm)产生所述数字包络信号(S·、Smp)；执行状态分析功能(Fl、F2、i^n)以分析取决于所述数字包络信号(SENV、SmP)的机器的状态。
19.根据权利要求18的方法，其中，根据所述旋转某轴的转速(f^)控制所述采样频率(fs)，以便使所述旋转轴每转的样点数目基本上与轴速变化无关。
20.一种使计算机分析具有缓慢旋转部件的机器的状态的计算机程序，所述计算机程序包括计算机可读代码装置，在计算机上运行时，使所述计算机响应接收的模拟测量数据，以采样频率(fs)对模拟测量信号进行采样，以便产生数字测量数据序列(Sm)；计算机可读代码装置，在计算机上运行时，使所述计算机进行所述数字测量数据序列 (Sb)的数字滤波(MO)，以便获得滤波后的测量信号(S·)，以便实现具有较高频率和较低频率之间带宽的信号；所述较低频率(fd低于一定的谐振频率(fK)，而所述较高频率(fj 高于一定的谐振频率(fK)；计算机可读代码装置，在计算机上运行时，使所述计算机通过数字整流所述滤波后的测量信号以及通过数字低通滤波所述整流的滤波后测量信号，以便产生数字包络信号 (SENV、Ssrop)，来响应所述滤波后的测量信号(Spm)产生所述数字包络信号(SENV、Ssrop)，；计算机可读代码装置，在计算机上运行时，使所述计算机执行状态分析功能(Fl、F2、 Fn)以分析取决于所述数字包络信号(SENV、SmP)的机器的状态。
21.一种计算机程序产品，包括计算机可读介质；以及根据权利要求20的计算机程序，所述计算机程序记录在所述计算机可读介质上。
22.根据权利要求21的计算机程序产品，其中，所述计算机可读介质包括存储器芯片。
全文摘要
本发明涉及一种分析具有缓慢旋转部件的机器的状态的方法，包括以低于每分钟50转的转速(fROT)旋转可旋转部件；使用具有使其在一定的谐振频率(fR)谐振的机械特征的传感器产生取决于从所述轴的旋转发出的机械振动的模拟电测量信号(SEA)；响应所接收的模拟测量数据，以采样频率(fS)对所述模拟测量信号进行采样，以便产生数字测量数据序列(SMD)；进行所述数字测量数据序列(SMD)的数字滤波(240)，以便获得滤波后的测量信号(SF)，以便实现具有较高频率和较低频率之间带宽的信号；所述较低频率(fLC)低于一定的谐振频率(fR)，而所述较高频率(fUC)高于一定的谐振频率(fR)；通过数字整流所述滤波后的测量信号以及通过数字低通滤波所述整流的滤波后测量信号，以便产生数字包络信号(SENV、SMDP)，来响应所述滤波后的测量信号(SPBMD)产生所述数字包络信号(SENV、SMDP)；执行状态分析功能(F1、F2、Fn)以分析取决于所述数字包络信号(SENV、SMDP)的机器的状态。
文档编号G01M13/02GK102308194SQ200980155994
公开日2012年1月4日 申请日期2009年12月22日 优先权日2008年12月22日
发明者L-O·E·海迪恩 申请人:S.P.M.仪器公司