马达振动或噪音频率检测装置及其方法与流程

本发明涉及检测马达故障的方法及其装置，特别涉及一种马达振动或噪音频率检测装置及其方法。

背景技术：

马达、电动机或电动马达，是一种将电能转化成机械能，并可再使用机械能产生动能，用来驱动其他装置的电气设备。

常见的马达故障检测方式有：多传感器检测法、振动感测法、噪音感测法等方法。

多传感器检测法以多个传感器分别感测马达的振动、噪音与温度，再以感测的振动、噪音与温度，预测马达的故障情况。振动感测法取得马达的振动信号，再对传感器的振动信号进行频谱分析，得出频谱特征，判读此频谱特征可得出马达的故障类型。噪音感测法取得马达的噪音信号，再对噪音信号的频谱进行分析，而得出频谱特征，判读此频谱特征可得出马达的故障类型。

上述的多种马达故障检测方式，其以每日二十四小时不停地针对马达进行故障检测。该些方式虽然可以检测出马达的故障，但若以电池供电，且持续进行故障检测，其运算电力高，将使电池寿命快速耗尽。因此本发明利用简易的时域感测马达方法，达到马达失效判断，再搭配完整的故障检测方法，以成为改善现有检测技术与提高电池寿命的研究发展方向。

技术实现要素：

为了改良先前技术马达故障检测方式所耗费大量运算电力的缺失，本发明提出一种马达振动或噪音频率检测装置，其包含有：处理单元；以及频率感测单元，电性连接该处理单元；其中，该处理单元以取样频率，量化自该频率感测单元取回的时域信号(步骤s1)；将量化的该时域信号运算得到频域结果(步骤s2)；根据该频域结果设定特征频率，并以该特征频率至少一倍以上频率设定为目标取样频率(步骤s3)；于该时域信号开始n个周期内取信号最大值作为取样起始点(步骤s4)，n为至少一个周期；依据该取样起始点及该目标取样频率进行该时域信号取样，计算特征振幅，并依据该特征振幅设定触发振幅(步骤s5)；等待一设定延迟时间(步骤s6)；以该取样频率量化待测时域信号，于该待测时域信号开始n个周期内取信号最大值作为待测取样起始点(步骤s7)，n为至少一个周期；依据该待测取样起始点及该目标取样频率进行该待测时域信号取样，计算待测振幅(步骤s8)；以及判断该待测振幅是否低于该触发振幅大小，若是，则进行步骤s1或触发事件，若否，则进行该步骤s6(步骤s9)。

本发明另提出一种马达振动或噪音频率检测方法，其步骤包含有：步骤s1，以取样频率量化时域信号；步骤s2，将量化的该时域信号运算得到频域结果；步骤s3，根据该频域结果设定特征频率，并以该特征频率至少一倍以上频率设定为目标取样频率；步骤s4，于该时域信号开始n个周期内取信号最大值作为取样起始点，n为至少一个周期；步骤s5，依据该取样起始点及该目标取样频率进行该时域信号取样，计算特征振幅，并依据该特征振幅设定触发振幅；步骤s6，等待一设定延迟时间；步骤s7，以该取样频率量化待测时域信号，于该待测时域信号开始n个周期内取信号最大值作为待测取样起始点，n为至少一个周期；步骤s8，依据该待测取样起始点及该目标取样频率进行该待测时域信号取样，计算待测振幅；步骤s9，判断该待测振幅是否低于该触发振幅大小，若是，则进行该步骤s1或触发事件；若否，则进行该步骤s6。

附图说明

图1是本发明的一种马达振动或噪音频率检测装置的示意图。

图2是本发明的一种马达振动或噪音频率检测方法的流程示意图。

图3为量化时域结果的波形示意图。

图4为将该量化时域结果运算成频域结果的波形示意图。

图5为于该时域信号开始n个周期内取信号最大值作为取样起始点，依据特征频率进行两倍取样并计算特征振幅，并依据该特征振幅设定触发振幅的波形示意图。

图6为量化待测时域信号，于该时域信号开始n个周期内取信号最大值作为取样起始点，以该最大值进行该特征频率两倍取样的波形示意图。

图7为从量化该待测时域信号至判断该待测振幅是否低于该触发振幅大小的波形示意图。

符号说明

10能源管理单元

11处理单元

12无线接口

13频率感测单元

130振动感测模块

131温度感测模块

132噪音感测模块

14储能单元

15天线单元

a第一特征频率

b第二特征频率

c第三特征频率

d原始的时域信号

e12ksps取样频率的取样波形

f2ksps取样频率的取样起始点

g2ksps取样频率的取样波形

h2ksps取样波形的基线

i迭加波形

j原始的待测时域信号

o2ksps取样频率的取样起始点

k量化的待测时域信号

l2ksps取样频率的取样波形

m2ksps取样波形的基线

n迭加波形

p区域

s1～s9步骤

具体实施方式

请配合参考图1所示，本发明是一种马达振动或噪音频率检测装置，其包含有能源管理单元10、处理单元11、无线接口12、频率感测单元13、储能单元14与天线单元15。

能源管理单元10电性连接处理单元11。处理单元11电性连接无线接口12。储能单元14电性连接能源管理单元10。天线单元15电性连接无线接口12。

频率感测单元13设于马达装置，频率感测单元13至少具有振动感测模块130及噪音传感模块132，除此之外也可以包含温度感测模块131。

振动感测模块130、温度感测模块131及噪音传感模块132电性连接处理单元11。储能单元14储存电能，并将电能提供给能源管理单元10。

频率感测单元13应用于马达装置，处理单元11通过设定取样频率与设定取样次数，而使振动感测模块130或噪音传感模块132进行时域信号取样，并得到量化时域结果，再通过傅立叶转换方法将该量化时域结果运算成为频域结果，取该频域结果的强度最大的频率为特征频率，并找寻该量化时域结果的开始至少一个周期的信号最大值，于该信号最大值开始时，依据该特征频率的一倍以上至该设定取样频率之间设定目标取样频率，通过该目标取样频率得到特征时域结果，再通过该特征时域结果计算出特征振幅，该特征振幅决定触发振幅大小，以作为运算或事件触发用途。

上述的处理单元11所得出的频域结果、特征频率、目标取样频率、特征时域结果、特征振幅通过无线接口12与天线单元15传送至对应的装置接收。

请配合参考图2所示，本发明是一种马达振动或噪音频率检测方法，其步骤包含有：

步骤s1，以取样频率量化时域信号。

请配合参考图3所示，其为量化时域信号的波形示意图。举例而言，原始的时域信号d(图3上图)经12ksps(每秒取样率，samplespersecond)取样，而得出12ksps取样频率的量化时域信号e(图3下图)。

步骤s2，将量化的该时域信号运算得到频域结果。处理单元11通过傅立叶转换方法将该量化时域信号运算成为频域结果。

请配合参考图4所示，其为该量化时域结果运算成频域结果的波形示意图。由图3的12ksps取样频率的量化时域信号e经傅立叶转换运算，而得到频域结果。

步骤s3，根据该频域结果设定特征频率，并以该特征频率至少一倍以上频率设定为目标取样频率。参考图4，处理单元11取该频域结果的强度最大的频率为特征频率，所以得出最大强度的频率设定为第一特征频率a，该第一特征频率a为1khz。同理第二特征频率b与第三特征频率c亦即为第二大强度及第三大强度的频率。

步骤s4，于该时域信号开始n个周期内取信号最大值作为取样起始点，n为至少一个周期。

请再配合参考图5所示，举例而言，该信号的量化时域信号e于12ksps取样频率的开始n个周期内取信号最大值作为取样起始点f。

步骤s5，依据取样起始点与目标取样频率进行该时域信号取样并计算特征振幅，并以该特征振幅设定触发振幅。处理单元11由量化时域信号e的最大峰值开始，依据该特征频率的一倍以上设定目标取样频率(例如特征频率1khz的2倍频2khz为目标取样频率)，通过该目标取样频率得到特征时域结果，再通过该特征时域结果计算出特征振幅，并以特征振幅设定触发振幅。

请配合参考图5所示，其为于该(量化)时域信号e开始n个周期内取信号最大值作为取样起始点f，依据该目标取样频率并计算特征振幅，并依据该特征振幅设定触发振幅的波形示意图。将图3的12ksps取样频率的量化时域信号e以2ksps取样，而得出图5的2ksps取样频率的取样波形g。将2ksps取样频率的取样波形g取相位180度，再以一半的频率1ksps，运算得出2ksps取样波形的基线(baseline)h。再进一步将2ksps取样频率的取样波形g与2ksps取样波形的基线h运算为迭加波形i，参考此迭加波形i一段时间的最大振幅值即为特征振幅。并参考该特征振幅，以设定小于等于此特征振幅值为触发振幅。

步骤s6，等待一设定延迟时间。处理单元11等待一设定延迟时间。

步骤s7，量化待测时域信号，于该待测时域信号开始n个周期内取信号最大值作为待测取样起始点，n为至少一个周期。处理单元11以该取样频率进行待测时域信号取样，并得到量化的待测时域信号。

举例而言，当马达装置的主振荡频率由1khz改变至1.2khz或其它非1khz频率后，其振幅运算后必随之改变，而得出待测时域结果必然不同。若原第一特征频率已消失，代表操作状态已经改变或马达有异常状况发生。

步骤s8，依据该待测取样起始点与该目标取样频率进行该待测时域信号取样，并计算待测振幅。处理单元11找寻该量化待测时域信号的开始至少一个周期的最大值，并以该最大值为待测取样起始点。处理单元11由该最大值开始，依据该特征频率的一倍以上至该设定取样频率之间设定待测取样频率，通过该待测取样频率得到待测时域结果，再通过该待测频率结果计算出待测振幅。待测振幅的运算方式是如上述的步骤s4至步骤s5所述的特征振幅。

步骤s9，判断该待测振幅是否低于该触发振幅大小，若是，则进行运算步骤s1或触发事件；若否，则进行步骤s6。

请配合参考图6所示，将原始的待测时域信号j进行12ksps取样，在量化的待测时域信号k的n个周期内取最大值做为2ksps取样的起始点，n值为至少一个周期。而在区域p时，依然维持12ksps取样频率，直到12ksps取样点取样至下一个2ksps取样点，才完全切换到2ksps取样频率进行取样。此操作可将其从12ksps高频缩减为2ksps取样频率，以达成节能效果。

请配合参考图7所示，其为从量化该待测时域信号至判断该待测振幅是否低于该触发振幅大小的波形示意图。原始的待测时域信号j(图7最上图)经12ksps取样，得出的量化的待测时域信号k(图7从上面数来第2图)。对于量化的待测时域信号k，以量化的待测时域信号k开始n个周期内的信号最大值作为待测取样起始点o，并以2ksps的取样频率进行取样，即得到2ksps的取样波形l。将2ksps的取样波形l取相位180度，再以1ksps取样，运算得出2ksps的取样波形l的基线m。再进一步将2ksps的取样波形l与基线m运算为迭加波形n。迭加波形n的最大振幅即为待测振幅。若待测振幅小于触发振幅，则进行步骤s1或触发事件；若待测振幅不小于触发振幅，则进行步骤s6。

综合上述，本发明的马达振动或噪音频率检测装置及其方法，处理单元11可运算时域信号，将该时域信号运算得到频域结果，再取该频域结果的强度最大的频率为特征频率，再依据该特征频率的一倍以上取样频率设定目标取样频率，在时域信号感测中，从该设定取样频率切换成该目标取样频率分别进行取样运算。