本发明专利技术涉及一种轴承监测装置(10)，包括用于接收由安装在轴承(18)上的至少一个应变传感器(14)检测的应变信号的至少一个接口(12)和配置成通过基于所述应变信号来检测轴承缺陷而监测轴承(18)的至少一个数据处理单元(20)，其中，所述数据处理单元(20)配置成：使所述应变信号经受高通滤波，其中高通滤波器的极限频率被设定为高于待监测的轴承(18)的典型球通频率；计算代表高通滤波应变信号的包络信号的振幅的量值；将包络信号的峰值保持与包络阈值进行比较；通过使用包络比较的结果来对轴承(18)进行分类；和如果轴承(18)被归类为有缺陷则发布至少一个警告信号。进一步提出，所述数据处理单元(20)还配置成：确定代表所述高通滤波应变信号的波动宽度的至少一个波动信号；将所述波动信号与波动阈值进行比较；以及将波动比较的结果用于轴承(18)的所述分类。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】轴承监测装置和方法
本专利技术涉及一种轴承监测装置以及一种采用应变信号的轴承监测方法。
技术介绍
使用加速度计获得的振动信号的轴承监测技术是一种众所周知且成熟的技术。然而，这种技术不能用于一些重要的应用领域。一个重要的例子是海底设备，比如深海泵。由于电子封装要求及高数据带宽，常用的状态监测系统很难部署在海底状态下。除此之外，长距离的电子传输(例如沿着电力线运行时)对电磁干扰敏感。用于石油和天然气应用的深海泵是用于制作石油钻井平台的重要资产。对该资产的监测是有问题的，因为电子设备可能没有由电子设备所监测的机械系统可靠。因此，为了轴承监测的目的，现有的加速度显示测量在这些应用中是被禁止的。然而可以应用光纤传感器，因为它们不太复杂。不过已经研究的光纤加速度计不能提供用于监测轴承状态的所要求的分辨率。文献US4196629公开了一种用于通过使用光纤接近探头来连续测量球轴承的外座圈的径向偏转而监测在旋转机械中的这些轴承的操作的系统。光纤应变传感器的确具有足够的分辨率和频率带宽来评估状态。然而，信号的解释不像通过加速度测量或者通过接近探头来使用频率分析用于轴承缺陷检测那样直截了当，因为应变的测量是非常局部化的。一种使用光纤布拉格光栅(FBG)的方法公开在2012年9月4-5日举行的精密机电一体化第一次DSPE会议的论文集中的由P.J.Feenstra和N.S.W.denHaak撰写的论文“LoadSensingandConditionMonitoringforaSubsea-multiphasepump”中。该作者提出使用包络应变信号用于缺陷检测的目的。然而，已经证明的是，这种轴承缺陷检测的可靠性仍然可以提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种轴承监测装置以及一种使用可以通过使用光纤技术而被传送的应变信号的轴承监测方法，其中轴承缺陷检测的可靠性得到改善。本专利技术涉及一种轴承监测装置，包括用于接收由安装在轴承上的至少一个应变传感器检测的应变信号的至少一个接口和配置成通过基于所述应变信号来检测轴承缺陷而监测轴承的至少一个数据处理单元。所述数据处理单元配置成：使所述应变信号经受高通滤波，其中高通滤波器的极限频率被设定为高于待监测的轴承的典型球通频率；计算代表高通滤波应变信号的包络信号的振幅的量值；将包络信号的峰值保持与包络阈值进行比较；通过使用包络比较的结果来对轴承进行分类；和如果轴承被归类为有缺陷则发布至少一个警告信号。进一步提出，所述数据处理单元还配置成：确定代表所述高通滤波应变信号的波动宽度的至少一个波动信号；将所述波动信号与波动阈值进行比较；以及将波动比较的结果用于轴承的所述分类。已经证明，源于外圈滚道中的缺陷和/或辊子中的缺陷的高频活动信息可以最好通过检测除包络信号之外的波动宽度而被捕获。可以基于对良好轴承所测量的有关基准线值来确定包络阈值和/或波动阈值。优选地，所述数据处理单元还配置成：如果峰值保持包络信号在预定时间跨度内超过包络阈值，则递增缺陷检测命中计数器；如果波动信号在预定时间跨度内超过波动阈值，则递增所述缺陷检测命中计数器；以及如果所述缺陷检测命中计数器超过至少一个计数器阈值，则发布至少一个警告信号。虽然这是可能的，并且在一些应用中有利的是对于不同的阈值使用不同的命中计数器以便获得更详细的分类方案，但是对于两种信号使用单个命中计数器则大大简化了问题。进一步提出，代表包络信号数据的振幅的量值是包络信号的峰值保持，其中，所述峰值被保留达对应于待监测的轴承的保持架的至少一个旋转的预定时间。代替峰值保持，可以使用任何合适种类的长时间加权平均(在过去减小取样时间的权重)。根据本专利技术的优选实施例，代表高通滤波应变信号的波动宽度的波动信号是RMS滤波器应用到高通滤波应变信号的结果。RMS滤波器可被实施为所接收的数据平方的单极低通处理(移动平均值)的平方根。优选地，所述RMS滤波器的平均时间被设定为对应于待监测的轴承的保持架的至少多个旋转的值，以便即使在例如辊子上的缺陷在多个辊子通过中仅一次命中传感器附近的滚道的情况下也能够可靠地检测影响。2秒的平均时间已被证明对于至少100rpm的旋转速度是可靠的缺省值。优选地，该技术使用RMS高频应变和包络高频应变的峰值保持的组合来达到通过使用阈值和二进制逻辑以达到关于轴承状态的结论而被组合的总水平。进一步提出，所述数据处理单元还配置成将缺陷检测命中计数器与多个计数器阈值进行比较，以便对轴承缺陷状态进行分类，以及发布作为分类结果的函数的不同警告信号。优选的是，包络阈值和/或波动阈值被设定成对应于针对正常运行轴承所获得的水平的至少1.3倍。根据本专利技术的另一方面，所述数据处理单元还配置成检测待监测的轴承的旋转速度和载荷中的至少一个和设定作为所述载荷和/或速度的函数的包络阈值和波动阈值中的至少一个。这可能导致检测精度和可靠性的细化。本专利技术的另一方面涉及一种系统，包括轴承、安装在该轴承上的应变传感器以及经由接口接收应变传感器的信号的如上所述的轴承监测装置。进一步提出，所述应变传感器包括在连接到轴承监测装置的接口的光纤中的光纤布拉格光栅(FBG)应变计。优选地，所述光纤布拉格光栅(FBG)应变计安装在轴承的外圈的凹槽中。在本专利技术的优选实施例中，该系统包括以等间隔或节距角分布在轴承的外周上的多个应变传感器。本专利技术的优点是在这样的应用中特别富有成效，即轴承安装在深海水泵中，监测装置位于海平面或之上，其中传感器数据经由至少一个光纤被发送，从而避免了在深海水平中的敏感电子元件并且增加了鲁棒性。本专利技术的另一方面涉及一种使用由安装在轴承上的至少一个应变传感器检测的应变信号的轴承监测方法。所述方法包括以下步骤：使所述应变信号经受高通滤波，其中高通滤波器的极限频率被设定为高于待监测的轴承的典型球通频率；计算代表高通滤波应变信号的包络信号的振幅的量值；将包络线信号的峰值保持与包络阈值进行比较；通过使用包络比较的结果来对轴承进行分类；和如果轴承被归类为有缺陷则发布至少一个警告信号。进一步提出，该方法还包括以下步骤：确定代表所述高通滤波应变信号的波动宽度的至少一个波动信号；将所述波动信号与波动阈值进行比较；以及将波动比较的结果用于轴承的所述分类。该技术向操作者提供了理解信号的更简单的可能性。因此，可以进行更详细的调查来做出决定以采取关于正被监测的资产的动作。该技术可以用于具有任何种类滚动元件的轴承，这些滚动元件设置有能够检测由在轴承旋转过程中通过的各个滚动元件所产生的应变的应变测量。本专利技术的上述实施例以及所附的权利要求书和附图显示了具体结合的本专利技术的多个特征。本领域技术人员将能够很容易地考虑这些特征的进一步组合或子组合，以便使如在权利要求书中限定的本专利技术适于其具体的需要。附图说明图1是包括根据本专利技术的轴承监测装置和多个轴承的系统的示意图。图2是具有由根据本专利技术的轴承监测装置监测的轴承的深海泵的示意图。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种轴承监测装置，包括用于接收由安装在轴承(18)上的至少一个应变传感器(14)检测的应变信号的至少一个接口(12)和配置成通过基于所述应变信号来检测轴承缺陷而监测轴承(18)的至少一个数据处理单元(20)，其中，所述数据处理单元(20)配置成：a.使所述应变信号经受高通滤波，其中高通滤波器的极限频率被设定为高于待监测的轴承(18)的典型球通频率；b.计算代表高通滤波应变信号的包络信号的振幅的量值；c.将代表包络信号的振幅的量值与包络阈值进行比较；d.通过使用包络比较的结果来对轴承(18)进行分类；和e.如果轴承(18)被归类为有缺陷则发布至少一个警告信号；其特征在于，所述数据处理单元(20)还配置成：f.确定代表所述高通滤波应变信号的波动宽度的至少一个波动信号；g.将所述波动信号与波动阈值进行比较；以及h.将波动比较的结果用于轴承(18)的所述分类。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种轴承监测装置，包括用于接收由安装在轴承(18)上的至少一个应变传感器(14)检测的应变信号的至少一个接口(12)和配置成通过基于所述应变信号来检测轴承缺陷而监测轴承(18)的至少一个数据处理单元(20)，其中，所述数据处理单元(20)配置成：
a.使所述应变信号经受高通滤波，其中高通滤波器的极限频率被设定为高于待监测的轴承(18)的典型球通频率；
b.计算代表高通滤波应变信号的包络信号的振幅的量值；
c.将代表包络信号的振幅的量值与包络阈值进行比较；
d.通过使用包络比较的结果来对轴承(18)进行分类；和
e.如果轴承(18)被归类为有缺陷则发布至少一个警告信号；
其特征在于，
所述数据处理单元(20)还配置成：
f.确定代表所述高通滤波应变信号的波动宽度的至少一个波动信号；
g.将所述波动信号与波动阈值进行比较；以及
h.将波动比较的结果用于轴承(18)的所述分类。
2.根据权利要求1所述的轴承监测装置，
其特征在于，
所述数据处理单元(20)还配置成：
a.如果代表包络信号的振幅的量值在预定时间跨度内超过包络阈值，则递增缺陷检测命中计数器；
b.如果波动信号在预定时间跨度内超过波动阈值，则递增所述缺陷检测命中计数器；以及
c.如果所述缺陷检测命中计数器超过至少一个计数器阈值，则发布至少一个警告信号。
3.根据权利要求1或2所述的轴承监测装置，
其特征在于，
代表包络信号数据的振幅的量值是包络信号的峰值保持，其中，所述峰值被保留达对应于待监测的轴承的保持架的至少一个旋转的预定时间。
4.根据前述权利要求1所述的轴承监测装置，
其特征在于，
代表高通滤波应变信号的波动宽度的波动信号是RMS滤波器应用到高通滤波应变信号的结果。
5.根据权利要求4所述的轴承监测装置，
其特征在于，
所述RMS滤波器的平均时间被设定为对应于待监测的轴承(18)的保持架的多个旋转的值。
6.根据前述权利要求1所述的轴承监测装置，
其特征在于，
所述数据处理单元(20)还配置成将缺陷检测命中计数器与多个计数器阈值进行比较，以便对轴承缺陷状态进行分类，以及发布作为分类结果的函数的不同警告信号。
...
【专利技术属性】
技术研发人员：AC范德汉姆，AVC里德曼，NSW登哈克，
申请(专利权)人：斯凯孚公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE
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