传感器信号的处理的方法和装置制造方法及图纸

使用单个传感器/换能器对由至少两个不同的源产生的振动进行状态监测和检测的方法和设备。所述方法和设备包括每次对至少两个不同的例如为振动源的信号源中的一个进行可切换的适配信号处理，诸如放大和可能的频率滤波。这样可以使来自传感器/换能器的模拟信号适配于模数转换器和任何另外可选的模拟信号处理，使得能够最大限度地利用这些的可用动态范围，而不会有任何饱和。适当的是，用于分析振动信号的信号处理还被与论及中的振动源合适地适配。

Method and device for processing sensor signal

Methods and equipment for condition monitoring and detection of vibration generated by at least two different sources using a single sensor/transducer. The method and apparatus include switchable adaptive signal processing, such as amplification and possible frequency filtering, each time for at least one of two different signal sources, such as vibration sources. This allows analog signals from sensors/transducers to be adapted to analog-to-digital converters and any other optional analog signal processing, enabling maximum utilization of these available dynamic ranges without any saturation. Appropriately, the signal processing used to analyze the vibration signal is also appropriately adapted to the vibration source in question.

【技术实现步骤摘要】
传感器信号的处理的方法和装置
本专利技术涉及传感器信号的状态监测和处理，更具体地涉及对由两个不同的源(诸如由轴承和车轮)产生的传感器信号(诸如振动信号)的处理进行优化。
技术介绍
状态监测系统意在用于确定被监测的设备/机器/部件的状况/状态，并且还希望在故障发生之前检测到即将要发生故障。传统上这是通过测量被监测的机器/设备/部件的一个或多个物理参数以试图检测到某些非正常的事情来实现的，(所述非正常事情)例如可以是温度超出了被认为是正常工作范围的预定范围，从而产生报警(warning)。在滚动轴承的领域，已知的是附接(/安装)了一个或多个传感器以测量一个或多个物理参数并将这些物理参数转变(/转换)(transduce)成电信号。传统上，要监测的机器/设备的各部件的各参数(分别)使用一个传感器。对于包括例如轴、滚动轴承和车轮的旋转机械而言，例如可能期望的是测量一个物理参数，振动。这将导致在各轴、各轴承和各车轮上实施一个振动传感器。在每个部件上均安装传感器可能并不方便或不合适(/不期望)。仍存在改进的余地。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是限定一种用于处理例如由至少两个不同的源产生的振动信号的方法和设备，其中所述振动信号通过单个振动传感器/换能器或加速度计被测量和转换成电信号。更特别地，本专利技术非常(好地)适于处理来自单个振动传感器/换能器(例如铁路应用中的压电振动/震荡晶体传感器/换能器)的车轮擦伤和轴承振动信号。当在车轮的与(车轮在上面运行的)轨道接触的表面上存在水平点(levelspot)时发生车轮擦伤。在该接触期间，产生了非常高的加速度水平，达到数十G(数百m/s^2)。另一方面，例如为剥落(spalling)的轴承振动损坏的特征通常在于非常低的加速度水平，通常小于1G(小于9.8m/s^2)，轴承振动损坏由当轴承滚子越过外滚道或内滚道中的缺陷表面区域时受到刺激而引起。(从单个压电元件)使用标准前置放大器和滤波电路来用于两种缺陷将是不合适的，这是因为来自车轮擦伤的高加速度水平将会导致电路饱和、或者来自轴承损坏的低加速度水平将在电路噪声中消失。另外，由于两个机构激发(/刺激/激励)出不同的频率范围，因此在信号处理时它们需要两个不同的滤波带。因此，需要作为另一种选择的解决方案，特别是对于成本和空间敏感的设计，以使得能够实现使用单个电路来检测车轮擦伤和轴承损坏的有效方法。现有的状态监测系统是有线的、成本较高、从而因此不具有基于低成本无线系统的约束。这种有线系统(诸如SKFiMx-R等)具有昂贵的硬件，能够以高频率和高分辨率对原始振动(rawvibration)进行采样，从而允许由单个加速度计检测车轮擦伤和振动损坏。这需要非常高分辨率的模数转换器以及任何在前的具有极宽动态范围的模拟信号处理，即极低噪声的模拟电路。低成本的系统在处理能力(processingpower)、采样分辨率和采样速度方面不具有相同的能力。使用利用本文详细描述的方法的低成本电子元器件能够产生能够使用单个传感器/换能器来检测例如轴承损坏和车轮擦伤的低成本产品。根据本专利技术，前述目的通过以下来实现：通过将信号处理(例如放大和可能的频率滤波)可切换地每次与至少两个不同的信号源(例如振动源)中的一个适配(，其中每个源具有不同的动态范围)。至少两个不同的信号源通过相同的换能器转换成电信号。信号处理适配至少将在模拟信号处理中尽可能早地以及在通过模数转换器进行模数转换之前对来自单个换能器的模拟信号进行模拟放大。这使来自换能器的模拟信号与模数转换器以及任何另外可选的模拟信号处理相适配，以使得能够最大化地使用这些(信号)的可用动态范围，而不会使这些(信号)发生任何饱和。可选的模拟信号处理(器/单元)可以包括模拟滤波器和另外的放大器。适当的是，如果两个或更多个信号源(例如振动源)在不同的频率频谱/范围内产生感兴趣的振动信号，则除了适配模拟放大之外，还将优选地的是另外的信号处理可切换地适配任何频率滤波，从而能够从所论及的(/论及中的/进行中的)(inquestion)振动源恰当地提取感兴趣的振动信号。适当的是，用于分析振动信号的信号处理还被合适地与所论及的振动源适配。根据本专利技术，前述目的还通过一种振动测量组件来实现。所述组件包括传感器、控制单元和信号处理单元。传感器将机械振动转换成电传感器信号，所述机械振动源自至少两个不同的振动源。这些不同的振动源例如可以是轴承损坏和车轮擦伤(铁路)。所述至少两个不同的振动源各自产生彼此相差了至少一个机械振动特性(例如振幅和/或基本振动频率)的机械振动。传感器可以适当地直接或非直接地附接(/安装)于滚动轴承。根据本专利技术，所述信号处理单元是所述电传感器信号的信号路径的一部分，并且能够通过控制单元可控制地适配成根据所述至少一个不同的机械振动特性来对根据所述至少两个不同的振动源中的一者或另一者(/中的一个振动源或其它振动源)的电传感器信号进行信号处理，即信号处理单元被每次与所述至少两个不同的振动源中的每一者(中)的一个适配。适当的是，所述控制单元被设置成通过时间计划表或根据所述电传感器信号或其组合来控制所述信号处理单元。如果只有(信号源中的)一个信号源有振动信号，或者同时有两个或更多个信号源有振动信号，则可以有一些可检测的指示，(以如下方式)切换信号处理单元使得：如果只有一个信号源(的情况)，则它只处理检测到的信号源的振动信号，如果有两个或更多个信号源(的情况)，则在检测到的信号源之间切换信号处理单元。适当的是，所述至少一个机械振动特性是振幅、振动频率范围、振动频率带宽、振动占空比(vibrationdutycycle)和振动重现频率(vibrationrecurrencefrequency)中的一个或多个。在一些实施方式中，所述信号处理单元包括在所述信号路径的模拟域中的可变放大率单元，所述控制单元根据论及中的(inquestion)振动源的振幅机械振动特性来控制所述可变放大率单元的放大率系数。可变放大率单元可以包括在信号路径中的放大器，其中放大器的放大率系数可以由控制单元控制。作为一种选择，可变放大率单元可以包括能够通过所述控制单元可切换地选择的多个信号路径，每个信号路径(分别)具有不同的放大率系数。适当的是，信号处理单元还可以包括在信号路径的数字域中的数字可变频率滤波(器)单元。所述控制单元根据论及中的振动源的机械振动特性来控制数字可变频率滤波器的频率滤波特性。除了数字可变滤波器以外或者作为另一种选择，信号处理单元还可以包括在信号路径的模拟域中的模拟可变频率滤波器单元。控制单元根据论及中的振动源的机械振动特性来控制所述模拟可变频率滤波器的频率滤波特性。模拟可变频率滤波器单元例如可以在信号路径中包括可以由控制单元控制的模拟频率滤波器。作为一种选择，所述模拟频率滤波器单元例如可以包括能够通过控制单元可切换地选择的多个信号路径，其中每个信号路径具有不同的频率滤波特性。在模拟域和/或数字域中有一个或多个可变放大率单元和一个或多个可变频率单元这两者的实施方式中，控制单元将根据哪个振动源正在被处理来协调控制放大器和滤波器。从详细描述(/具体实施方式)中，本专利技术的其它优点将变得显而易见。附图说明现将参照附图出于解释的目的、而绝不是限制目的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种振动测量组件，包括传感器、控制单元和信号处理单元；‑所述传感器将机械振动转换成电传感器信号，所述机械振动源自至少两个不同的振动源，其中所述至少两个不同的振动源各自产生彼此相差了至少一个机械振动特性的机械振动，所述传感器能够直接地或非直接地附接于滚动轴承，其特征在于，‑所述信号处理单元沿着所述电传感器信号的信号路径布置，并且能够通过控制单元可控制地适配成根据所述至少一个不同的机械振动特性来对根据所述至少两个不同的振动源中的一者或另一者的电传感器信号进行信号处理。

【技术特征摘要】
2017.02.10 US 15/429,8771.一种振动测量组件，包括传感器、控制单元和信号处理单元；-所述传感器将机械振动转换成电传感器信号，所述机械振动源自至少两个不同的振动源，其中所述至少两个不同的振动源各自产生彼此相差了至少一个机械振动特性的机械振动，所述传感器能够直接地或非直接地附接于滚动轴承，其特征在于，-所述信号处理单元沿着所述电传感器信号的信号路径布置，并且能够通过控制单元可控制地适配成根据所述至少一个不同的机械振动特性来对根据所述至少两个不同的振动源中的一者或另一者的电传感器信号进行信号处理。2.根据权利要求1所述的振动测量组件，其特征在于，所述控制单元被设置成通过时间计划表或根据所述电传感器信号或其组合来控制所述信号处理单元，以对根据所述至少两个不同的振动源中的一者的电传感器信号进行信号处理。3.根据权利要求1或2所述的振动测量组件，其特征在于，所述至少一个机械振动特性是振幅、振动频率范围、振动频率带宽、振动占空比和振动重现频率中的一个或多个。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的振动测量组件，其特征在于，所述信号处理单元包括在所述信号路径的模拟域中的可变放大率单元，所述控制单元根据论及中的振动源的振幅机械振动特性...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱利安·弗朗切蒂，艾伦·汤姆森，
申请(专利权)人：斯凯孚公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE