扭转-横向交叉耦合检测制造技术

本发明专利技术题为“扭转

【技术实现步骤摘要】
扭转
‑
横向交叉耦合检测
[0001]相关申请
[0002]本申请根据35U.S.C.
§
119(e)要求于2020年7月24日提交的美国临时专利申请号63/056,158的优先权，该专利申请的全部内容据此以引用方式明确地并入本文。

技术介绍

[0003]相干性可用于检查两个信号或数据集之间的关系。例如，相干性可用于估计线性系统的输入和输出之间的功率传递。另外，对于线性系统，相干性可用于估计输入和输出之间的因果关系。

技术实现思路

[0004]所公开的主题的各个方面可提供以下能力中的一种或多种。
[0005]本专利技术公开了一种方法，该方法包括接收表征机器的轴的时间相关横向振动的数据，该横向振动指示该轴的至少一部分垂直于第一方向的运动。该横向振动由位于该轴上的第一预先确定的位置处的第一传感器检测。该方法还包括接收表征该轴的时间相关扭转振动的数据，该扭转振动指示该轴围绕该第一方向的旋转。该扭转振动由位于该轴上的第二预先确定的位置处的第二传感器检测。该方法还包括计算表征时间相关横向振动的该数据和表征时间相关扭转振动的该数据的相干性。该方法还包括基于该相干性识别该频域中指示该时间相关横向振动和该时间相关扭转振动之间的耦合的第一频率值。该耦合包括在第一频率下将能量从横向振动传递到扭转振动或反之亦然。该方法还包括提供第一频率和/或相干性的至少一部分。
[0006]以下特征中的一个或多个特征可包括在任何可行组合中。
[0007]在一个具体实施中，第一预先确定的位置位于该轴与被构造成驱动该轴的驱动机构的耦合位置的近侧。在一些具体实施中，该驱动机构是被构造成使轴围绕第一轴线旋转的齿轮箱。在一些具体实施中，该驱动机构是被构造成使轴围绕第一轴线旋转的感应马达。在一些具体实施中，第二预先确定的位置位于该轴的横向振动的波节的近侧。
[0008]在一些具体实施中，计算相干性还包括通过将时间相关横向振动从时域变换到频域来计算横向频谱；以及通过变换频域中的时间相关扭转振动来计算扭转频谱。相干性是基于横向频谱与扭转频谱的乘积的。
[0009]在一些具体实施中，识别频域中的第一频率值包括识别相干性的第一峰值，其中第一峰值具有大于预先确定的阈值的值，并且第一峰值位于第一频率处。在一些具体实施中，该方法还包括通过至少识别相干性的第二峰值来识别频域中的第二频率值，其中第二峰值具有大于预先确定的阈值的值，并且第二峰值位于第二频率处。
[0010]在一些具体实施中，该计算包括将时间相关横向振动和时间相关扭转振动从时域变换到频域。在一些具体实施中，第一传感器是涡流传感器。在一些具体实施中，第二传感器是磁致伸缩扭转传感器、解调扭转传感器和应变扭转传感器中的一者。
[0011]在一些具体实施中，第一传感器是轴向振动传感器，该轴向振动传感器被构造成
检测并提供表征该轴的时间相关轴向振动的信号。该轴向振动指示该轴的至少一部分平行于第一方向的运动。该轴向振动传感器位于该轴上的第一预先确定的位置处。在一些具体实施中，第二传感器是轴向振动传感器。
[0012]还描述了存储指令的非暂态计算机程序产品(即，物理体现的计算机程序产品)，当指令由一个或多个计算系统的一个或多个数据处理器执行时，使至少一个数据处理器执行本文中的操作。类似地，还描述了计算机系统，该计算机系统可以包括一个或多个数据处理器和耦接到该一个或多个数据处理器的存储器。存储器可以临时或永久地存储使至少一个处理器执行本文描述的操作中的一个或多个操作的指令。另外，方法可以由单个计算系统内的一个或多个数据处理器或分布在两个或多个计算系统之间的一个或多个数据处理器来实现。此类计算系统可经由一个或多个连接、包括网络(例如，互联网、无线广域网、局域网、广域网、有线网络等)上的连接、经由多个计算系统中的一个或多个计算系统之间的直接连接等来连接并且可交换数据和/或命令或其他指令等。
[0013]所公开的这些和其他能力将在回顾下面的附图、具体实施方式和权利要求书之后被更全面地理解。
附图说明
[0014]根据以下结合附图的详细描述，将更容易理解这些和其他特征，其中：
[0015]图1示出了质量弹簧阻尼系统的示例性具体实施；
[0016]图2示出了图1中的质量弹簧阻尼系统的响应的示例性曲线图；
[0017]图3示出了图1中的质量弹簧阻尼系统的输入信号和输出信号的相干性的示例性曲线图；
[0018]图4是用于确定横向振动和扭转振动之间的交叉耦合的示例性方法的流程图；
[0019]图5示出了示例性机器系统；
[0020]图6示出了扭转振动信号、横向振动信号和相干性的示例性曲线图；
[0021]图7示出了裂纹进展程度不同的轴的示例性相干性曲线图；
[0022]图8示出了与图7中的第一频带相关联的第一组峰值和与第二频带相关联的第二组峰值的示例性曲线图。
具体实施方式
[0023]工业系统可包括具有可耦合在一起的多个移动部件的机器。在一些具体实施中，给定的机器部件可同时经历多个运动。例如，机器部件(例如，轴)可同时沿横向方向、轴向方向和扭转方向移动(例如，振动)。各种振动可彼此脱离(例如，横向/轴向振动可不影响扭转振动)。然而，机器的变化(例如，裂纹的形成、轴的非对称加载等)可导致横向/轴向振动和扭转振动之间的耦合。例如，与横向/轴向振动相关联的能量可传递到扭转振动(或反之亦然)。这可导致机器的不期望的操作(例如，机器以不可预测的方式运行、机器损坏等)。因此，希望识别横向/轴向振动和扭转振动之间的耦合。在本主题的一些具体实施中，可通过确定横向/轴向振动和扭转振动之间的交叉耦合来识别横向/轴向和扭转振动耦合之间的耦合。这可包括经由可操作地耦接到机器的第一传感器确定横向/轴向振动，以及经由可操作地耦接到机器的第二传感器确定扭转振动。在一些具体实施中，传感器可放置在机器上
的预先确定的位置处，使得目标振动(例如，横向振动、扭转振动等)的检测得到改善(例如，通过选择性检测)。这可导致改善相干性的计算并识别正在发生耦合的振动频率。
[0024]在时变系统的一些具体实施中，理解其中单个输入和单个输出之间的线性关系可能是有帮助的。相干性可用于理解频域中的这种关系。相干性是可描述信号之间的关系的统计量度。相干函数(例如，量值平方相干性)可估计两个信号之间的功率传递。相干函数(或“相干性”)假定信号之间的传递函数是线性的，并且系统随时间推移具有统计相似性。相干性返回0和1之间的值(包括端值)，其中0表示无关系，并且1表示理想的线性系统。
[0025]弹簧质量阻尼系统可示出机械系统分析中的相干性应用。图1示出了质量弹簧阻尼系统100的示例性具体实施。系统100包括耦合到具有刚度k的弹簧104的物体102(具有质量m)。系统100的特征在于阻尼因数b和施加在对象102上的力F。该系统的未采样自然频率由下式表示：
[0026][0027]如果物体的质量m是1千本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种方法，所述方法包括：接收表征机器的轴的时间相关横向振动的数据，所述横向振动指示所述轴的至少一部分垂直于第一方向的运动，其中所述横向振动由位于所述轴上的第一预先确定的位置处的第一传感器检测；接收表征所述轴的时间相关扭转振动的数据，所述扭转振动指示所述轴围绕所述第一方向的旋转，其中所述扭转振动由位于所述轴上的第二预先确定的位置处的第二传感器检测；计算表征时间相关横向振动的所述数据和表征时间相关扭转振动的所述数据的相干性；基于所述相干性，识别所述频域中指示所述时间相关横向振动和所述时间相关扭转振动之间的耦合的第一频率值，其中所述耦合包括在所述第一频率下将能量从所述横向振动传递到所述扭转振动或反之亦然；以及提供所述第一频率和/或所述相干性的至少一部分。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一预先确定的位置位于所述轴与被构造成驱动所述轴的驱动机构的耦合位置的近侧。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述驱动机构是被构造成使所述轴围绕第一轴线旋转的齿轮箱。4.根据权利要求2所述的方法，其中所述驱动机构是被构造成使所述轴围绕所述第一轴线旋转的感应马达。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二预先确定的位置位于所述轴的所述横向振动的波节的近侧。6.根据权利要求1所述的方法，其中计算所述相干性还包括：通过将所述时间相关横向振动从所述时域变换到所述频域来计算横向频谱；以及通过变换所述频域中的所述时间相关扭转振动来计算扭转频谱，其中所述相干性是基于所述横向频谱与所述扭转频谱的乘积的。7.根据权利要求1所述的方法，其中识别所述频域中的所述第一频率值包括识别所述相干性的第一峰值，其中所述第一峰值具有大于预先确定的阈值的值，并且所述第一峰值位于所述第一频率处。8.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括通过至少识别所述相干性的第二峰值来识别所述频域中的第二频率值，其中所述第二峰值具有大于所述预先确定的阈值的值，并且所述第二峰值位于所述第二频率处。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述计算包括将所述时间相关横向振动和所述时间相关扭转振动从时域变换到频域。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一传感器是涡流传感器。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二传感器是磁致伸缩扭转传感器、解调扭转传感器和应变扭转传感器中的一者。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一传感器是轴向振动传感器，所述轴向振动传感器被构造成提供表征所述轴的时间相关轴向振动的信号，所述轴向振动指示所述轴的至少一部分平行于所述第一方向的运动，其中所述轴向振动传感器位于所述轴上的所述
第一预先确定的位置处。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二传感器是轴向振动传感器。14.一种系统，所述系统包括：至少一个数据处理器；存储器，所述存储器耦接到所述至少一个数据处理器，所述存储器存储指令以使得所述至少一个数据处理器执行操作，所述操作包括：接收表征机器的轴的时间相关横向振动的数据，所述横向振动指示所述轴的至少一部分垂直于第一方向的运动，其中所述横向振动由位于所述轴上的第一预先确定的位置处的第一传感器检测；接收表征所述轴的时...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
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：