具有内置式自测试的旋转编码器制造技术

一种带有冗余和容错位置检测的利用内置式自测试能力的旋转编码器。其中，旋转编码器用于包括阀促动器的多种旋转装置，用于产生速度数据。用于诊断阀促动器问题和其它旋转装置的应用包括对速度、位置、扭矩、推力或振动数据执行频率分析，其中包括由旋转编码器提供的阀的速度或位置数据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体涉及阀促动器和旋转位置编码器的分析，且更具体地涉及利用内置式 自测试对阀促动器和旋转位置编码器执行频率分析。
技术介绍
在许多应用中，需要测量旋转装置的旋转轴的位置。然而，旋转装置常常是复杂的 且具有难以接近的部分。而且，旋转装置常常集成到特定工业过程中，其中停止该过程来维 修旋转装置的成本常常远远超过旋转装置的成本。例如，旋转阀对于工业过程而言常常是 至关重要的，并且阀的某些部件的维修需要使该过程停止。存在对于精确地识别旋转轴和 由该旋转轴所驱动的诸如阀杆的物件的位置的需要。还存在识别诸如阀的旋转装置中的任 何磨损部件的需要，以便在预定停机时执行预防性维修，或以便操作旋转装置从而保持该 装置进行操作直到下一次预定停机。存在对于能够确定旋转轴的位置以及识别旋转轴所连 接的旋转装置内的问题的严重性和位置的装置的需要。诊断旋转装置的一个方法是采用频率分析。可利用傅里叶变换(FT)算法来分析 循环数据，以将数据从时域变换成频域。一个尝试是对电动阀应用傅里叶变换，包括测量流 到电机的电流，对电机数据应用傅里叶变换，然后使用频谱中的峰值来诊断阀促动器的传 动系中的问题。然而，这种方法并不测量轴的旋转速度，也不确定旋转轴的位置。电机电流 测量装置也不集成到能够确定旋转轴位置的装置内。测量旋转部件的位置的一种方法涉及旋转编码器。旋转编码器包括增量编码器和 绝对编码器。增量编码器用于测量轴的旋转变化。基本的增量编码器包括带有大量径向画 线(painted line)的盘。光电二极管或其它传感器只要检测到画线就产生电脉冲。计算 机或其它处理器追踪脉冲以确定该盘的位置，并且确定该盘所附连的轴的位置。利用增量 编码器，如果计算机断电，则在电力恢复时位置信息将会丢失。用于阀促动器的先前的增量 编码器包括速度传感器，但是速度传感器和所产生的数据并不用于进行频率分析。绝对编码器不需要电源来维持位置信息。绝对编码器产生独特的数字码用于旋转 轴的每个不同的角度。绝对编码器可为单个轮，其具有加工到轮上的复杂图案。单个轮附 连到相关轴上，并且许多不同的角位置可通过在该轮上的图案来识别。然而，这种轮仅适用 于轴仅经历单次旋转的情况。绝对编码器的另一形式利用多个轮，其具有在每个轮上的同心环，其中每个环提 供1比特的位置数据。多个轮的形式允许所测量的轴经历多次旋转并且仍然追踪轴的位置 和旋转次数。存在更多的轮允许追踪更多轴的旋转或确定单个旋转的更多位置。然而，多 轮式绝对编码器常常易损坏且可靠性较差。需要可靠且可通过操作产生用于频率分析的速度数据的多轮式绝对编码器。解决这个问题的一个尝试是利用6个轮或7个轮。每个轮提供3比特数据。然而， 经由ν比特处理仅仅产生2比特格雷码作为位置数据。这增加了绝对编码器的可靠性。然 而，不使用重复传感器(duplicate sensor)。此外，速度传感器未集成到绝对编码器内，并 且不产生速度数据用于频率分析。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例包括用于旋转装置的旋转编码器。旋转编码器包括一个或多 个编码轮，一个或多个编码轮中的每个编码轮包括至少一个编码分段，这些编码分段可操 作以对旋转装置的位置进行编码。还包括至少一个双组传感器，其可操作以监控至少一个 编码分段。本专利技术的另一实施例包括阀促动器，阀促动器包括绝对编码器和适合于驱动绝对 编码器的传动系。绝对编码器包括至少一个编码器盘，可操作以读取至少一个编码器盘的 多个传感器，可操作以产生速度数据的速度传感器，用于多个传感器和速度传感器中的每 个传感器的至少一个重复传感器。本专利技术的又一实施例包括分析包括传感器的阀促动器的方法。该方法包括从传感 器产生数据并对该数据执行频域分析。本专利技术的特定实施例包括分析在两个位置极限之间旋转的旋转装置的方法。该方 法包括将旋转位置编码器可操作地联接至旋转装置的轴，其中旋转位置编码器包括速度指 示器。该方法包括利用速度传感器产生速度数据并且对该速度数据执行频率分析。通过结合附图考虑下文的详细描述，本专利技术的特征、优点和替代方面将对于本领 域技术人员显而易见。附图说明虽然说明书以特定地指出并明确地主张被认为是本专利技术的内容的权利要求书作 为总结，但是当结合附图阅读时，通过本专利技术的下文的描述可以更易于确定本专利技术的优点，在附图中图1示出了旋转编码器的一个实施例的轮；图2示出了图1的实施例的完全组装形式；图3示出了图1的实施例的部分组装形式；图4示出了图3的实施例的顶视图5示出了旋转编码器的特定实施例的轮；图6示出了在频域中的代表性的无问题诊断；图7示出了在频域中的代表性的出现问题的诊断；图8示出了利用128个样品的数据分辨率；图9示出了在对数据执行傅里叶变换(FT)之前在图3中使用的数据图10示出了利用256个样品的数据分辨率；图11示出了在对数据执行FT之前在图10中使用的 女据；图12示出了利用512个样品的数据分辨率；图13示出了在对数据执行FT之前在图12中使用的数据；图14示出了利用1024个样品的数据分辨率；图15是指示本专利技术的某些实施例的准确度的表格；图16是以每分钟26次旋转(rpm)获得的频域数据的示例；图17是以26rpm获得的频域数据的另一示例；图18是以ISrpm获得的频域数据的示例；以及图19是以ISrpm获得的频域数据的另一示例。具体实施例方式本专利技术可用于任何阀促动器或其它的旋转装置，诸如在两个位置之间旋转的装 置。本专利技术的特定实施例利用带有集成的速度传感器的旋转编码器。速度传感器可操作以 产生速度数据用于频率分析。本专利技术还可使用能够产生可变换成频域的数据的另一类型的 传感器。而频率分析可用于诊断阀促动器或其它旋转装置的任何问题。在一个实施例中， 旋转编码器是带有重复传感器对的绝对编码器。在附图中，相似的附图标记表示相似的元件。图1示出了本专利技术的旋转编码器的 一个实施例。旋转编码器1表示绝对编码器的特定实施例。不存在诸如“输入”、“时序”或 “编码”等修饰词的术语“轮”或“多个轮”可适用于输入轮10、定时轮20以及编码轮30至 110。短语“编码轮”或“多个编码轮”适用于编码轮30至110。底部安装架130经由螺栓132紧固到底板120上。螺栓132还可为铆钉、螺钉、夹 具、夹子、粘合剂、焊接点、搭扣配合连接或本领域中已知的任何其它连接装置。螺栓132还 可放置于任何位置。例如，当螺栓132是夹具时，底部安装架130可延伸到底板120的边缘， 螺栓132可定位于该边缘。或者，当螺栓132是粘合剂时，粘合剂可在与底板120接触的底 部安装架130的任何表面上展开。底板120可包括半导体衬底，其中诸如处理器150和传感器160的电气元件可彼 此集成。连接处理器150与传感器160的电路未被示出。然而，除了将电路集成到底板120 内之外，电路可定位于底板120外部。例如，可在底板120中钻孔以与传感器160的输入端 与输出端以及处理器150的输入端与输出端相对应。绝缘线可在传感器160与处理器150 之间互连。此外，如果电路定位于底板120外部，可需要将底板安装架130合并到底板120 内。旋转编码器1还可包括顶部安装架140和顶板170，如图2至图4所示。关于底板 120和底部安装架130的相同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绝对编码器，其包括：输入轮，其构造成用于接收旋转输入；定时轮，其能够产生速度数据并且由所述输入轮来驱动；多个编码轮，其可操作地联接至所述定时轮；和多个传感器，其构造成用于检测所述多个编码轮和所述定时轮的位置，其中，所述多个传感器中的每一个包括冗余传感器。

【技术特征摘要】
1.一种绝对编码器，其包括输入轮，其构造成用于接收旋转输入；定时轮，其能够产生速度数据并且由所述输入轮来驱动；多个编码轮，其可操作地联接至所述定时轮；和多个传感器，其构造成用于检测所述多个编码轮和所述定时轮的位置，其中，所述多个 传感器中的每一个包括冗余传感器。2.根据权利要求1所述的绝对编码器，其特征在于，所述绝对编码器包括处理器，其可 操作以将由所述定时轮所产生的速度数据变换成频率数据。3.根据权利要求1所述的绝对编码器，其特征在于，所述多个传感器选自光学传感器、 霍尔效应传感器、磁性传感器或电触点。4.根据权利要求1所述的绝对编码器，其特征在于，所述多个传感器和所述冗余传感 器能够当所述多个传感器或所述冗余传感器被促动时彼此进行测试。5.一种阀促动器，其包括绝对编码器，其包括至少一个编码器盘；多个传感器，其可操作以读取所述至少一个编码器盘；速度传感器，其可操作以产生速度数据；和至少一个重复传感器，其用于所述多个传感器和所述速度传感器中的每一个；和适于驱动所述绝对编码器的传动系。6.根据权利要求5所述的阀促动器，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：WT多伦蒂，B弗罗伊里，DJ莫里斯，WC霍斯，
申请(专利权)人：芙罗服务管理公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]