扭转振动换能器的现场校准制造技术

本发明专利技术题为“扭转振动换能器的现场校准”。本发明专利技术涉及一种用于校准扭转振动换能器的输出的方法，所述方法可包括：邻近被配置为沿旋转轴线旋转的轴的主体设置扭转振动换能器，所述扭转振动换能器被配置为测量所述轴的扭转振动；致动所述轴以使所述轴旋转；在所述轴旋转时使用所述扭转振动换能器在所述扭转振动换能器和所述轴之间的多个间隙处获取所述轴的多个零应力测量值；使用所述多个零应力测量值来计算至少一个校准系数；以及根据所述至少一个校准系数来校准所述扭转振动换能器的所述输出，以在测量所述轴的所述扭转振动时降低所述扭转振动换能器对所述扭转振动换能器和所述轴之间的间隙变化的敏感性。

【技术实现步骤摘要】
扭转振动换能器的现场校准
本专利技术提供了用于校准扭转振动换能器的输出的系统和方法，以用于测量旋转轴的扭转振动。
技术介绍
对扭转振动的测量在涉及旋转机械诸如电动马达、内燃机、液压泵、发电设备等的行业中是常见的操作。扭转振动(其可被广义地描述为物体的角振动或旋转部件的旋转速度的波动)可导致旋转机器的轴出现多种问题，并且在一些情况下可对其造成显著损坏。这些问题可包括过度磨损、令人不悦的噪声和振动、破裂和部件(例如，曲轴)故障。因此，对扭转振动的测量对于尽快检测结构诸如旋转轴或联接件中的潜在损坏是非常重要的。已采用各种装置和技术来测量扭转振动。通常，扭转振动探针或换能器可在单次轴旋转中使用等距脉冲来测量轴振动，在此期间，旋转轴可经受由待测量的振动引起的不同水平的应力。由于材料疲劳，这些振动能够显著限制轴的工作寿命。这些脉冲可被转换成数字RPM读数或与该RPM成比例的电压，以显示轴上的扭转应力。对于有效解决涉及过度振动的情况，准确的应力测量是必需的。然而，被测量的轴常常由于振动而在旋转期间移动或者具有物理缺陷，这可导致扭转振动换能器和该轴之间的位移或“间隙”的变化。为了确保准确性，可校准换能器的输出(即信号)以补偿换能器到轴的间隙变化，因为这些变化可影响换能器信号的分量(例如，增益/比例和偏移)。虽然换能器信号可通过进行作为参考的独立或外部应力测量来校准，但这种校准方式不方便并且通常不可行，因为其必须在现场测量的每个实例之前执行，通常在工厂或实验室环境中执行，这显著增加了评估给定结构所需的时间。因此，仍然需要用于校准扭转振动换能器的输出的改进的方法和装置。
技术实现思路
本专利技术提供了用于校准扭转振动换能器的输出以补偿换能器和轴之间的位移或“间隙”变化而无需独立或外部应力测量的方法和装置，从而提高所述换能器的准确性。在一个实施方案中，邻近被配置为沿旋转轴线旋转的轴的主体设置扭转振动换能器。所述扭转振动换能器可被配置为测量所述轴的扭转振动。在某些实施方案中，可致动所述轴以使所述轴旋转。在所述轴旋转时，所述扭转振动换能器可用于在所述扭转振动换能器和所述轴之间的多个间隙处获取所述轴的多个零应力测量值，所述多个零应力测量值包括至少在所述扭转振动换能器和所述轴之间的近间隙处的第一零应力测量值和在所述扭转振动换能器和所述轴之间的远间隙处的第二零应力测量值。在某些示例性实施方案中，由所述扭转振动换能器获取的所述轴的所述多个零应力测量值可用于计算至少一个校准系数。然后可使用预定义的校准算法根据所述至少一个校准系数来校准所述扭转振动换能器的输出。因此，当测量所述轴的所述扭转振动时，所述扭转振动换能器对所述换能器和所述轴之间的间隙变化的敏感性可最小化。在一些实施方案中，所述多个零应力测量值还可包括在所述扭转振动换能器和所述轴之间的中间间隙处的至少一个第三零应力测量值。在一些实施方案中，所述方法还可包括邻近所述轴的所述主体设置多个扭转振动换能器。在所述轴旋转时，所述方法还可包括：使用第一扭转振动换能器在所述扭转振动换能器和所述轴之间的所述近间隙处获取第一零应力测量值；以及使用第二扭转振动换能器在所述扭转振动换能器和所述轴之间的所述远间隙处获取第二零应力测量值。在一些实施方案中，所述方法还可包括：当所述轴上的应力为大约零时致动所述轴以使所述轴旋转；以及在所述轴旋转时，使用所述扭转振动换能器在所述轴上的所述应力为大约零时获取所述多个零应力测量值。此外，当在所述轴的旋转期间所述轴上的所述应力为大约零时，所述多个零应力测量值可分别对应于电气跳动信号。甚至进一步地，所述相应的电气跳动信号可根据所述扭转振动换能器和所述轴之间的所述间隙而变化，在所述间隙处，所述扭转振动换能器获取对应的零应力测量值。在一些实施方案中，所述方法还可包括致动所述轴以使所述轴以预定义的慢滚角速度旋转。在一些实施方案中，所述方法还可包括在所述扭转振动换能器位于所述轴附近时，根据所述至少一个校准系数来校准所述扭转振动换能器的所述输出。在一些实施方案中，所述方法还可包括：针对所述多个零应力测量值中的每个零应力测量值选择特定间隙；以及使用所述扭转振动换能器在针对所述多个零应力测量值中的每个零应力测量值的所述特定间隙处获取所述多个零应力测量值。在一些实施方案中，所述方法还可包括使用以下等式基于所述至少一个校准系数来计算所述扭转振动换能器的增益：fG(p)＝k0+k1p+k2p2-，其中p对应于从所述多个零应力测量值中的一个或多个零应力测量值得出的信号，fG(p)对应于所述扭转振动换能器的增益函数，并且k0、k1和k2对应于所述至少一个校准系数。所述方法还可包括根据fG(p)来校准所述扭转振动换能器的所述输出。此外，信号p可对应于当所述轴上的应力为大约零时由所述扭转振动换能器在所述轴的旋转期间获取的电气跳动信号。甚至进一步地，所述信号p可随着所述扭转振动换能器和所述轴之间的所述间隙而变化。在一些实施方案中，对所述扭转振动换能器的所述输出的所述校准可包括使用所述至少一个校准系数来计算所述扭转振动换能器的增益函数和所述扭转振动换能器的偏移函数中的一者或多者；以及根据所述扭转振动换能器的所述增益函数和所述扭转振动换能器的所述偏移函数中的一者或多者来校准所述扭转振动换能器的所述输出。在一些实施方案中，对所述扭转振动换能器的所述输出的所述校准可包括根据以下等式来校准所述扭转振动换能器的所述输出：Scomp＝fG(p)S+fO(p)，其中Scomp对应于补偿的应力信号，S对应于从所述多个零应力测量值得出的所述轴的应力信号，p对应于从所述多个零应力测量值中的一个或多个零应力测量值得出的信号，fG(p)对应于所述扭转振动换能器的增益函数，并且fO(p)对应于所述扭转振动换能器的偏移函数。甚至进一步地，所述信号p可随着所述扭转振动换能器和所述轴之间的所述间隙而变化。在一些实施方案中，所述扭转振动换能器可以是非接触式扭转振动换能器。此外，在另一个实施方案中，用于校准扭转振动换能器的输出的系统可包括：扭转振动换能器，所述扭转振动换能器被配置为测量轴的扭转振动，所述扭转振动换能器邻近所述轴的主体设置；和控制单元，所述控制单元包括存储器和处理器，所述存储器被配置为存储程序指令，所述处理器被配置为通过执行所述存储的程序指令来执行一个或多个操作。在某些示例性实施方案中，当所述轴被致动以便围绕旋转轴旋转时，所述扭转振动换能器可被配置为在所述扭转振动换能器和所述轴之间的多个间隙处获取所述轴的多个零应力测量值，所述多个零应力测量值包括至少在所述扭转振动换能器和所述轴之间的近间隙处的第一零应力测量值和在所述扭转振动换能器和所述轴之间的远间隙处的第二零应力测量值。在获取所述多个零应力测量值之后，所述控制单元可被配置为使用所述多个零应力测量值来计算至少一个校准系数并且根据所述至少一个校准系数来校准所述扭转振动换能器的输出，以在测量所述轴的所述扭转振动时降低所述扭转振动换能器对所述扭转振动换能器和所述轴之间的间隙变化的敏感性。此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于校准扭转振动换能器的输出的方法，所述方法包括：/n邻近轴的主体设置扭转振动换能器；/n致动所述轴以使所述轴围绕旋转轴线旋转；/n在所述轴旋转时，使用所述扭转振动换能器在所述扭转振动换能器和所述轴之间的多个间隙处获取所述轴的多个零应力测量值，所述多个零应力测量值包括至少在所述扭转振动换能器和所述轴之间的近间隙处的第一零应力测量值和在所述扭转振动换能器和所述轴之间的远间隙处的第二零应力测量值；/n使用所述多个零应力测量值计算至少一个校准系数；以及/n根据所述至少一个校准系数来校准所述扭转振动换能器的所述输出，以在测量所述轴的扭转振动时降低所述扭转振动换能器对所述扭转振动换能器和所述轴之间的间隙变化的敏感性。/n

【技术特征摘要】
20190715 US 16/512,0081.一种用于校准扭转振动换能器的输出的方法，所述方法包括：
邻近轴的主体设置扭转振动换能器；
致动所述轴以使所述轴围绕旋转轴线旋转；
在所述轴旋转时，使用所述扭转振动换能器在所述扭转振动换能器和所述轴之间的多个间隙处获取所述轴的多个零应力测量值，所述多个零应力测量值包括至少在所述扭转振动换能器和所述轴之间的近间隙处的第一零应力测量值和在所述扭转振动换能器和所述轴之间的远间隙处的第二零应力测量值；
使用所述多个零应力测量值计算至少一个校准系数；以及
根据所述至少一个校准系数来校准所述扭转振动换能器的所述输出，以在测量所述轴的扭转振动时降低所述扭转振动换能器对所述扭转振动换能器和所述轴之间的间隙变化的敏感性。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个零应力测量值还包括在所述扭转振动换能器和所述轴之间的中间间隙处的至少一个第三零应力测量值。


3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
邻近所述轴的所述主体设置多个扭转振动换能器。


4.根据权利要求3所述的方法，所述方法还包括在所述轴旋转时：
使用第一扭转振动换能器在所述扭转振动换能器和所述轴之间的所述近间隙处获取所述第一零应力测量值；以及
使用第二扭转振动换能器在所述扭转振动换能器和所述轴之间的所述远间隙处获取所述第二零应力测量值。


5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
当所述轴上的应力为大约零时，致动所述轴以使所述轴旋转；以及
在所述轴旋转时，使用所述扭转振动换能器在所述轴上的所述应力为大约零时获取所述多个零应力测量值。


6.根据权利要求5所述的方法，其中当在所述轴的旋转期间所述轴上的所述应力为大约零时，所述多个零应力测量值分别对应于电气跳动信号。


7.根据权利要求6所述的方法，其中所述相应的电气跳动信号根据所述扭转振动换能器和所述轴之间的所述间隙而变化，在所述间隙处，所述扭转振动换能器获取对应的零应力测量值。


8.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
致动所述轴以使所述轴以预定义的慢滚角速度旋转。


9.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
在所述扭转振动换能器位于所述轴附近时，根据所述至少一个校准系数来校准所述扭转振动换能器的所述输出。


10.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
针对所述多个零应力测量值中的每个零应力测量值选择特定间隙；以及
使用所述扭转振动换能器在针对所述多个零应力测量值中的每个零应力测量值的所述特定间隙处获取所述多个零应力测量值。


11.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
使用以下等式基于所述至少一个校准系数来计算所述扭转振动换能器的增益：
fG(p)＝k0+k1p+k2p2，
其中p对应于从所述多个零应力测量值中的一个或多个零应力测量值得出的信号，fG(p)对应于所述扭转振动换能器的增益函数，并且k0、k1和k2对应于所述至少一个校准系数。


12.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括：
根据fG(p)来校准所述扭转振动换能器的所述输出。


13.根据权利要求11所述的方法，其中所述信号p对应于当所述轴上的应力为大约零时由所述扭转振动换能器在所述轴的旋转期间获取的电气跳动信号。


14.根据权利要求11所述的方法，其中所述信号p随着所述扭转振动换能器和所述轴之间的所述间隙而变化。


15.根据权利要求1所述的方法，其中对所述扭转振动换能器的所述输出的所述校准包括：
使用所述至少一个校准系数来计算所述扭转振动换能器的增益函数和所述扭...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔·法尔，莱尔·特恩博，特雷弗·考恩，
申请(专利权)人：贝克休斯油田作业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US