專利名稱：分析具有旋轉(zhuǎn)部件的機器的狀態(tài)的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機器狀態(tài)的分析方法，并涉及機器狀態(tài)的分析裝置。本發(fā)明也涉及包括這樣的裝置的系統(tǒng)并涉及操作這樣的裝置的方法。本發(fā)明也涉及使計算機執(zhí)行分析功能的計算機程序。
背景技術(shù)：
具有運動部件的機器容易隨著時間流逝而受到磨損，這往往使機器的狀態(tài)退化。 這樣的具有可運動部件的機器實例為電機、泵、發(fā)電機、壓縮機、車床和計算機數(shù)控機器。可運動部件可以包括軸和軸承。為了防止機器故障，這樣的機器應(yīng)當(dāng)取決于機器的狀態(tài)受到維護。所以優(yōu)選情況下時常評估這樣的機器的運行狀態(tài)。通過測量從軸承發(fā)出的振動或者通過測量機器外殼上的溫度，能夠確定運行狀態(tài)，機器的溫度取決于軸承的運行狀態(tài)。對具有旋轉(zhuǎn)或其他運動部件的機器進行這樣的狀態(tài)檢查對于安全非常重要，對于這樣的機器的壽命長度也非常重要。手工地在機器上進行這樣的測量已經(jīng)公知。普通的做法是由操作員在測量儀器的幫助下在一臺或幾臺機器上的測量點進行測量。許多商用儀器已經(jīng)面世，它們?nèi)Q于以下事實滾珠軸承中的缺陷產(chǎn)生短脈沖，通常稱為沖擊脈沖。沖擊脈沖測量裝置可以產(chǎn)生指示軸承或機器狀態(tài)的信息。WO 03062766公開的機器具有測量點以及具有一定軸直徑的軸，其中機器使用時軸能夠旋轉(zhuǎn)。WO 03062766也公開了具有旋轉(zhuǎn)軸的機器的狀態(tài)分析裝置。所公開的裝置具有傳感器，用于產(chǎn)生指示測量點振動的測量值。WO 03062766中公開的裝置具有數(shù)據(jù)處理器和存儲器。該存儲器可以存儲程序代碼，當(dāng)程序代碼在數(shù)據(jù)處理器上運行時，將使分析裝置執(zhí)行機器狀態(tài)監(jiān)視功能。這樣的機器狀態(tài)監(jiān)視功能可以包括沖擊脈沖測量。US 6，053，047公開了用作振動傳感器的加速度計，它采集被傳遞到A/D轉(zhuǎn)換器的模擬振動數(shù)據(jù)，A/D轉(zhuǎn)換器向處理器90提供數(shù)字振動數(shù)據(jù)。根據(jù)US 6，053，047，處理器執(zhí)行數(shù)字振動數(shù)據(jù)的數(shù)字帶通濾波、濾波后信號的整流以及整流后信號的低通濾波以產(chǎn)生低頻信號。該低頻信號通過電容器以產(chǎn)生解調(diào)信號。對解調(diào)信號116進行FFT以產(chǎn)生振動譜。 US 6，053，047也教導(dǎo)了計算從加速度計到電機中各種振動源的每條物理路徑的諧振頻率， 并且US 6，053，047教導(dǎo)了先執(zhí)行這個校準步驟再讓電機出廠。根據(jù)US 6，053，047，作為替代，從各種振動源到加速度計的每條物理路徑的這樣的校準必須使用校準錘進行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面涉及分析具有以某轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的部件的機器狀態(tài)的裝置，包括第一傳感器，適于產(chǎn)生取決于從所述部件的旋轉(zhuǎn)發(fā)出的機械振動的模擬電測量信號(Sea)；模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(44)，響應(yīng)所述接收的模擬測量數(shù)據(jù)，以采樣頻率(fs)對所述模擬測量信號進行采樣，以便產(chǎn)生數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號(Ssffi)；所述數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號(Ssffi)具有第一信噪比值；
第一降采樣器，執(zhí)行所述數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號(SM、Senv)的降采樣，以實現(xiàn)具有第一降低采樣頻率(fSK1)的第一數(shù)字信號(Sm、Senv)；第二降采樣器G70、470A、470B)，所述第二降采樣器(470、470A、470B)具有第一輸入，用于接收所述第一數(shù)字信號(SM、SENV)；以及第二輸入，用于接收指示與所述部件相關(guān)聯(lián)的可變轉(zhuǎn)速(froT)的信號；第三輸入，用于接收指示輸出采樣率設(shè)置信號的信號；所述第二降采樣器(470、470A、470B)適于響應(yīng)以下諸項產(chǎn)生具有第二降低采樣頻率(fSE2)的第二數(shù)字信號(Seed2)所述第一數(shù)字信號(S·、Senv)，指示相關(guān)轉(zhuǎn)速(fKQT)的所述信號，以及指示使得所述旋轉(zhuǎn)部件每轉(zhuǎn)的樣點值數(shù)目保持為基本上不變的值的輸出采樣率設(shè)置信號的所述信號；以及增強器，具有接收所述第二數(shù)字信號(Sked2)的輸入；所述增強器適于接收第一多個(I CTH)樣點值，其中，所述第二數(shù)字信號(Sked2)表示某持續(xù)時間從所述部件的旋轉(zhuǎn)發(fā)出的機械振動；所述增強器適于執(zhí)行相關(guān)，以便產(chǎn)生輸出信號序列(0)，其中，重復(fù)信號振幅分量關(guān)于隨機信號分量被放大；鑒別器Q30)，用于執(zhí)行狀態(tài)分析功能(Fl、F2Jn)以分析取決于所述第二數(shù)字信號(&ED2)的機器的狀態(tài)。根據(jù)所述裝置的實施例，所述第一降采樣器適于以整數(shù)因子(M)降低所述采樣率。本發(fā)明的另一方面Bl涉及計算機程序，使計算機分析具有緩慢旋轉(zhuǎn)部件的機器的狀態(tài)，所述計算機程序包括計算機可讀代碼裝置，在計算機上運行時，使所述計算機產(chǎn)生取決于從所述軸的旋轉(zhuǎn)發(fā)出的機械振動的模擬電測量信號(Sea)；計算機可讀代碼裝置，在計算機上運行時，使所述計算機響應(yīng)所述接收的模擬測量數(shù)據(jù)，以采樣頻率(fs)對所述模擬測量信號進行采樣，以便產(chǎn)生數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號 (Smd)；計算機可讀代碼裝置，在計算機上運行時，使所述計算機執(zhí)行所述數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號(Sm)的降采樣，以實現(xiàn)具有降低采樣頻率(fSK1、fSK2)的數(shù)字信號(Sked)；計算機可讀代碼裝置，在計算機上運行時，使所述計算機控制所述降低采樣頻率 (fSK1、fSK2)，使得所述軸( 每轉(zhuǎn)的樣點值數(shù)目保持為基本上不變的值；以及計算機可讀代碼裝置，在計算機上運行時，使所述計算機執(zhí)行狀態(tài)分析功能(F1、 F2,Fn)以分析取決于具有降低采樣頻率(fSK1、fSK2)的所述數(shù)字信號(&ED)的機器的狀態(tài)。一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機可讀介質(zhì)；以及根據(jù)權(quán)利要求方面Bl的計算機程序， 所述計算機程序記錄在所述計算機可讀介質(zhì)上。
本發(fā)明也涉及狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)，包括
與行星齒輪系統(tǒng)(700)相關(guān)聯(lián)的沖擊脈沖測量傳感器，用于產(chǎn)生模擬信號；A/D轉(zhuǎn)換器，被連接以接收所述模擬信號；多個信號處理功能(94、240、250、310、470、320)。本發(fā)明也涉及操作有限脈沖響應(yīng)濾波器的方法，所述濾波器具有接收取決于從軸的旋轉(zhuǎn)發(fā)出的機械振動的數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號(Ssffi)的檢測到輸入數(shù)據(jù)值(S(j))的輸入 080)，所述數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號(Ssffi)具有采樣頻率(fSK1)；以及接收指示被監(jiān)視旋轉(zhuǎn)部件在與所述輸入數(shù)據(jù)值(S(j))的所述檢測相關(guān)聯(lián)的時間的轉(zhuǎn)速的信號的輸入；以及存儲器 (604)，適于接收和存儲所述數(shù)據(jù)值(S(j))和指示對應(yīng)轉(zhuǎn)速(froT)的信息；以及數(shù)值發(fā)生器 (606)，適于產(chǎn)生分數(shù)值(D)；以及具有各個濾波器值的多個HR濾波器階；所述方法包括對濾波器值進行插值的步驟。


為了使理解本發(fā)明變得簡單，將利用實例并參考附圖進行說明，其中
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的狀態(tài)分析系統(tǒng)2實施例的示意框圖2A是圖1所示狀態(tài)分析系統(tǒng)2的一部分的實施例的示意框圖2B是傳感器接口實施例的示意框圖2C是來自振動傳感器的測量信號的展示；
圖2D展示了沖擊脈沖傳感器產(chǎn)生的測量信號振幅；
圖2E展示了振動傳感器產(chǎn)生的測量信號振幅；
圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的沖擊脈沖測量傳感器的簡化展示；
圖4是存儲器60及其內(nèi)容的實施例的簡化展示；
圖5是在具有可運動軸的機器6的客戶位置的分析裝置實施例的示意框圖6展示了根據(jù)本發(fā)明實施例的預(yù)處理器實施例的示意框圖7展示了鑒別器230的實施例；
圖8展示了鑒別器230的另一個實施例；
圖9展示了預(yù)處理器200的另一個實施例；
圖IOA是流程圖，展示了增強信號中重復(fù)信號模式方法的實施例；
圖IOB是流程圖，展示了產(chǎn)生數(shù)字輸出信號的方法；
圖11是具有多個存儲器位置的第一存儲器的示意展示；
圖12是具有多個存儲器位置的第二存儲器的示意展示；
圖13是包括兩個重復(fù)信號特征的實例輸出信號Ssrop的示意展示；
圖14A展示了傳遞給降采樣器310的輸入的信號中的許多樣點值；
圖14B展示了對應(yīng)時間周期的輸出樣點值；
圖15A展示了根據(jù)本發(fā)明實施例的降采樣器；
圖15B展示了本發(fā)明的另一個實施例；
圖16展示的本發(fā)明的實施例包括如以上介紹的降采樣器和增強器，以及分數(shù)降采樣器；
圖17展示了分數(shù)降采樣器的實施例；
圖18展示了分數(shù)降采樣器的另一個實施例；
圖19展示了降采樣器和分數(shù)降采樣器的另一個實施例；圖20是降采樣器和分數(shù)降采樣器又一個實施例的框圖；圖21是流程圖，展示了運行圖20中降采樣器和分數(shù)降采樣器方法的實施例；圖22A、22B和22C介紹了能夠以計算機程序?qū)嵤┑姆椒?；圖23是展示行星齒輪系統(tǒng)的正視圖；圖M是圖23中行星齒輪系統(tǒng)700的示意側(cè)視圖，從圖23中箭頭SW的方向所見；圖25展示了響應(yīng)由至少一個傳感器10依據(jù)行星齒輪系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)所檢測的信號， 由預(yù)處理器200產(chǎn)生并由其輸出的示范信號的模擬版本(見圖5或圖16)；圖沈展示了圖25所示信號的高振幅區(qū)域702A的一部分的實例；圖27展示了包括圖沈所示小周期擾動903的信號的示范頻譜；圖觀展示了圖25所示的示范信號的一部分的實例；圖四展示了根據(jù)本發(fā)明實施例的狀態(tài)分析系統(tǒng)的又一個實施例；圖30是框圖，展示了連同用戶界面和顯示器一起的圖四的信號處理組合體的部件。
具體實施例方式在以下說明中不同實施例中的相似特征可以由相同的附圖標記指示。圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的狀態(tài)分析系統(tǒng)2實施例的示意框圖。附圖標記4 涉及具有可運動部件8的機器6的客戶機位置。可運動部件可以包括軸承7和軸8，當(dāng)機器在運行狀態(tài)時，軸8旋轉(zhuǎn)。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時，響應(yīng)從軸和/或軸承發(fā)出的振動，能夠確定軸8和軸承7的運行狀態(tài)?？蛻魴C位置4，也可以指客戶機部件或用戶部件，可以是例如風(fēng)力發(fā)電廠的房屋及地基，即在某位置處的一組風(fēng)力渦輪，或者某造紙廠的房屋及地基，或者具有可運動部件機器的某個其他制造廠。當(dāng)傳感器10被連接到機器6的機體上或在其上測量點12處時，狀態(tài)分析系統(tǒng)2 的實施例在運行。盡管圖1僅僅展示了兩個測量點12，但是應(yīng)當(dāng)理解位置4可以包括任何數(shù)目的測量點12。圖1所示的狀態(tài)分析系統(tǒng)2包括分析裝置14，根據(jù)傳感器10傳遞的測量值分析機器的狀態(tài)。分析裝置14具有通信端口 16，用于雙向數(shù)據(jù)交換。通信端口 16可連接到通信網(wǎng)絡(luò)18，如經(jīng)由數(shù)據(jù)接口 19。通信網(wǎng)絡(luò)18可以是環(huán)球網(wǎng)，也稱為因特網(wǎng)。通信網(wǎng)絡(luò)18還可以包括公共交換電話網(wǎng)。服務(wù)器計算機20被連接到通信網(wǎng)絡(luò)18。服務(wù)器20可以包括數(shù)據(jù)庫22、用戶輸入/輸出接口 M和數(shù)據(jù)處理硬件26，以及通信端口四。服務(wù)器計算機20位于位置觀，在地理上與客戶機位置4分離。服務(wù)器位置觀可以在第一座城市，比如瑞典的首都斯德哥爾摩，而客戶機的位置可以在另一座城市，比如德國的斯圖加特或美國密歇根州的底特律。作為替代，服務(wù)器位置觀可以在某城鎮(zhèn)的第一部分，而客戶機位置可以在同一城鎮(zhèn)的另一部分。服務(wù)器位置觀還可以稱為供應(yīng)商部件觀或供應(yīng)商部件位置觀。根據(jù)本發(fā)明的實施例，中央控制位置31包括控制計算機33，具有數(shù)據(jù)處理硬件和軟件，用于測量在客戶機位置4的多臺機器。機器6可以是風(fēng)力渦輪或風(fēng)力渦輪中使用的齒輪箱。作為替代，這些機器可以包括如造紙廠中的機械?？刂朴嬎銠C33可以包括數(shù)據(jù)庫22B、用戶輸入/輸出接口 24B和數(shù)據(jù)處理硬件沈隊以及通信端口 ^B。中央控制位置31 可以與客戶機位置4分開一段地理距離。利用通信端口 29B控制計算機33能夠被連接，以經(jīng)由端口 16與分析裝置14進行通信。分析裝置14可以傳遞正被部分處理的測量數(shù)據(jù)，以便允許在中央位置31由控制計算機33進一步執(zhí)行信號處理和/或分析。供應(yīng)商公司占據(jù)著供應(yīng)商部件位置觀。供應(yīng)商公司可以出售和遞送分析裝置14 和/或分析裝置14所用的軟件。供應(yīng)商公司還可以出售和遞送中央控制位置31處的控制計算機所用的分析軟件。以下連同圖4討論了這樣的分析軟件94、105。這樣的分析軟件 94,105可以通過在所述通信網(wǎng)絡(luò)18上的傳輸而遞送。根據(jù)系統(tǒng)2的一個實施例，裝置14是便攜式裝置，可以時時連接到通信網(wǎng)絡(luò)18。根據(jù)系統(tǒng)2的另一個實施例，裝置14基本上被連續(xù)地連接到通信網(wǎng)絡(luò)18。因此， 根據(jù)這個實施例的裝置14可以基本上一直“在線”可用于與供應(yīng)商計算機20和/或與在控制位置31處的控制計算機33進行通信。圖2A是圖1所示的狀態(tài)分析系統(tǒng)2的一部分的實施例的示意框圖。圖2A中展示的狀態(tài)分析系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生測量值的傳感器單元10。所述測量值可以取決于運動，或者更確切地說，取決于軸旋轉(zhuǎn)時由軸承引起的振動或沖擊脈沖。當(dāng)設(shè)備30被穩(wěn)固地安裝在機器6上或其上的測量點處時，狀態(tài)分析系統(tǒng)2的實施例在運行。安裝在測量點處的設(shè)備30可以指雙頭螺栓30。雙頭螺栓30可以包括連接耦接 32，傳感器單元10與其可拆卸地連接。連接耦接32可以例如包括雙頭螺紋，使得傳感器單元能夠利用1/4轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)與雙頭螺栓機械地嚙合。測量點12可以包括機器外殼上帶螺紋的凹處。雙頭螺栓30可以具有帶有螺紋的突出部分，對應(yīng)于這些凹處，使得雙頭螺栓能夠像螺栓一樣通過納入到凹處中而牢固地連接到測量點。作為替代，測量點可以包括機器外殼上帶螺紋的凹處，而傳感器單元10可以包括對應(yīng)的螺紋，使得它能夠被直接地納入到所述凹處中。作為替代，僅僅以彩色標記在機器外殼上標注了測量點。圖2A例示的機器6可以具有旋轉(zhuǎn)軸，具有一定的軸直徑dl。機器6在使用時，機器中的軸M可以以轉(zhuǎn)速Vl旋轉(zhuǎn)。傳感器單元10可以連接到分析機器狀態(tài)的裝置14。參考圖2A，分析裝置14包括傳感器接口 40，用于接收由傳感器10產(chǎn)生的測量信號即測量數(shù)據(jù)。傳感器接口 40被連接到數(shù)據(jù)處理裝置50，它能夠按照程序代碼控制分析裝置14的運行。數(shù)據(jù)處理裝置50也被連接到存儲所述程序代碼的存儲器60。根據(jù)本發(fā)明的實施例，傳感器接口 40包括接收模擬信號的輸入42，輸入42被連接到模-數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器44，其數(shù)字輸出48被連接到數(shù)據(jù)處理裝置50。A/D轉(zhuǎn)換器44以一定的采樣頻率fs對所接收的模擬信號進行采樣，以便遞送具有一定的采樣頻率fs的數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號Sm，并且其中每個樣點的振幅都取決于在采樣時刻所接收的模擬信號的振幅。根據(jù)展示在圖2B中本發(fā)明的另一個實施例，傳感器接口 40包括從沖擊脈沖測量傳感器接收模擬信號Sea的輸入42、被連接以接收模擬信號的調(diào)節(jié)電路43以及被連接以從調(diào)節(jié)電路43接收調(diào)節(jié)后模擬信號的A/D轉(zhuǎn)換器44。A/D轉(zhuǎn)換器44以一定的采樣頻率fs對所接收的調(diào)節(jié)后模擬信號進行采樣，以便遞送具有一定的采樣頻率fs的數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號SM，并且其中每個樣點的振幅都取決于在采樣時刻所接收的模擬信號的振幅。采樣定理保證了有限帶寬的信號(即具有最高頻率的信號)根據(jù)其采樣后的形式能夠完美地被重建，如果采樣率fs大于被監(jiān)視的模擬信號Sea的最大頻率fSEAmax的兩倍的話。等于采樣率一半的頻率因此是對能夠被采樣后的信號Ssffi明確地表示的最高頻率的理論限制。這個頻率(采樣率的一半)稱為采樣系統(tǒng)的尼奎斯特頻率。在采樣后的信號中能夠觀察到尼奎斯特頻率&之上的頻率，但是它們的頻率是不明確的。也就是說，具有頻率f 的頻率分量無法與具有其中B為非零整數(shù)的頻率B * fN+f和B * fN-f的其他分量區(qū)分。 這種歧義性稱為假頻，應(yīng)對方法可以是先用反假頻濾波器(通常是具有接近尼奎斯特頻率的截止點的低通濾波器)過濾該信號，再轉(zhuǎn)換到采樣后離散表達?？紤]到允許非理想濾波器在頻率響應(yīng)中具有一定的斜率，為了提供安全余量，采樣頻率可以選擇高于2的值。因此，根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以將采樣頻率設(shè)置為fs = k * fSEAmax其中，k是具有大于2. 0的值的因子。所以可以選擇因子k為大于2.0的值。優(yōu)選情況下，可以選擇因子k為2.0與2. 9 之間的值，以便提供好的安全余量同時避免產(chǎn)生不必要的許多采樣值。根據(jù)實施例，作為有益的情況，選擇的因子k使得100女k/2呈現(xiàn)為整數(shù)。根據(jù)實施例，因子k可以被設(shè)置為 2. 56。選擇k為2. 56致使100 * k = 256 = 2的8次方。根據(jù)實施例，數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號Ssffi的采樣頻率fs可以固定到一定的值fs，比如fs =102. 4kHz。因此，當(dāng)采樣頻率fs被固定到一定的值fs時，模擬信號^的最高頻率fSEAmax將為 _8] fSEAmax = fs/k其中fSEAmax是采樣后信號中要被分析的最高頻率。因此，當(dāng)采樣頻率fs被固定到一定的值fs = 102400Hz，而因子k被設(shè)置為2. 56 時，模擬信號^的最大頻率fSEAmax將為fSEAmax = fs/k = 102400/2. 56 = 40kHz所以，響應(yīng)所述接收的模擬測量信號Sea而產(chǎn)生具有一定的采樣頻率fs的數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號^。A/D轉(zhuǎn)換器44的數(shù)字輸出48經(jīng)由傳感器接口 40的輸出49被連接到數(shù)據(jù)處理裝置50，以便能夠向數(shù)據(jù)處理裝置50傳遞數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號i5m。傳感器單元10可以包括振動轉(zhuǎn)換器，傳感器單元被構(gòu)造為在物理上嚙合測量點的連接耦接，使得在測量點的機器振動能夠被傳輸?shù)秸駝愚D(zhuǎn)換器。根據(jù)本發(fā)明的實施例，傳感器單元包括具有壓電元件的轉(zhuǎn)換器。當(dāng)測量點12振動時，傳感器單元10或者至少其一部分也振動，然后轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生電信號，其頻率和振幅分別取決于測量點12的機械振動頻率和振動振幅。根據(jù)本發(fā)明的實施例，傳感器單元10是振動傳感器，提供如頻率范圍為1. OOHz 至10000Hz的10mV/g的模擬振幅信號。這樣的振動傳感器被設(shè)計為基本上是為了傳遞IOmV 的相同振幅，而不考慮它是在1Ηζ、3Ηζ還是在IOHz被施加Ig (9. 82m/s2)的加速度。因此典型的振動傳感器在高達約IOkHz的指定頻率范圍內(nèi)具有線性響應(yīng)。從旋轉(zhuǎn)機器部件中發(fā)出的在這個頻率范圍內(nèi)的機械振動往往由不平衡或未對準導(dǎo)致。不過，當(dāng)安裝在機器上時， 典型情況下，線性響應(yīng)振動傳感器也具有幾個不同的機械諧振頻率，取決于傳感器與振動源之間的物理路徑。
滾柱軸承的故障導(dǎo)致相對尖銳的彈性波，稱為沖擊脈沖，在到達傳感器之前沿著機器外殼的物理路徑傳播。這樣的沖擊脈沖往往具有很寬的頻譜。典型情況下，滾柱軸承沖擊脈沖的振幅低于由不平衡或未對準所導(dǎo)致振動的振幅。寬頻譜的沖擊脈沖特征使得它們能夠激活”鳴震響應(yīng)”或與傳感器相關(guān)聯(lián)的諧振頻率的諧振。因此，來自振動傳感器的典型測量信號可能具有圖2C所示的波形，即在主要低頻信號上疊加了更高頻率更低振幅諧振的“鳴震響應(yīng)”。為了能夠分析往往從軸承的故障中發(fā)出的沖擊脈沖特征，必須濾除低頻分量。這能夠利用高通濾波器或利用帶通濾波器實現(xiàn)。不過，必須調(diào)整這些濾波器以便在高頻信號部分通過的同時，阻塞低頻信號部分。典型情況下，單個的振動傳感器將具有與從一個沖擊脈沖信號源的物理路徑相關(guān)聯(lián)的一個諧振頻率，以及與從另一個沖擊脈沖信號源的物理路徑相關(guān)聯(lián)的不同的諧振頻率，正如在US 6，053，047中提及。因此，當(dāng)使用振動傳感器時，旨在使高頻信號部分通過的濾波器調(diào)整需要個別調(diào)整。當(dāng)正確地調(diào)整了這樣的濾波器時，結(jié)果信號將由沖擊脈沖特征組成。不過，分析從振動傳感器發(fā)出的沖擊脈沖特征稍微受以下事實傷害振幅響應(yīng)以及諧振頻率固有地取決于沖擊脈沖信號的個別物理路徑而改變。作為有益的情況，與振動傳感器相關(guān)聯(lián)的這些缺點可以利用沖擊脈沖測量傳感器減輕。沖擊脈沖測量傳感器被設(shè)計為并適應(yīng)提供預(yù)定的機械諧振頻率，以下將進一步詳細介紹。作為有益的情況，沖擊脈沖測量傳感器的這種特征呈現(xiàn)了可重復(fù)的測量結(jié)果，因為沖擊脈沖測量傳感器的輸出信號具有穩(wěn)定的諧振頻率，基本上不取決于沖擊脈沖信號源與沖擊脈沖傳感器之間的物理路徑。不僅如此，相互不同的各個沖擊脈沖傳感器提供的諧振頻率偏差如果有也非常小。這個的有益效果是簡化了信號處理，因為濾波器不再需要個別調(diào)整，與以上介紹的使用振動傳感器時的情況大不相同。不僅如此，沖擊脈沖傳感器的振幅響應(yīng)定義明確，使得按照由S. P. M. InstrumentAB所定義的適宜測量方法進行測量時，單個測量就提供了可
靠的信息。圖2D展示了沖擊脈沖傳感器產(chǎn)生的測量信號的振幅，而圖2E展示了振動傳感器產(chǎn)生的測量信號的振幅。兩個傳感器都被施加了相同系列的機械沖擊而沒有典型的低頻信號內(nèi)容。正如從圖2D和圖2E清楚可見，來自沖擊脈沖測量傳感器的沖擊脈沖特征的諧振響應(yīng)持續(xù)時間，要短于對應(yīng)的來自振動傳感器沖擊脈沖特征的諧振響應(yīng)。沖擊脈沖測量傳感器提供獨特的沖擊脈沖特征響應(yīng)的這種特性，具有的有益效果是從它提供的測量信號有可能區(qū)分在短時間跨度內(nèi)發(fā)生的不同機械沖擊脈沖之間的差別。根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述傳感器是沖擊脈沖測量傳感器。圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的沖擊脈沖測量傳感器10的簡化展示。根據(jù)這個實施例，傳感器包括具有一定質(zhì)量或重量的部件110和壓電元件120。壓電元件120有些彈性，所以被施加外力時它能夠伸縮。 壓電元件120在對立表面上分別配備了導(dǎo)電層130和140。當(dāng)壓電元件120伸縮時它產(chǎn)生電信號，由導(dǎo)電層130和140拾取。所以，機械振動被轉(zhuǎn)換為模擬測量電信號Sea，它被傳遞到輸出端子145、150。壓電元件120可以位于配重110與表面160之間，在運行期間，它被物理地連接到測量點12，如圖3展示。
沖擊脈沖測量傳感器10具有的諧振頻率取決于傳感器機械特征，比如配重部件 110的質(zhì)量m和壓電元件120的彈性。因此，壓電元件具有彈性和彈簧常數(shù)k。傳感器的機械諧振頻率fKM所以也取決于質(zhì)量m和彈簧常數(shù)k。根據(jù)本發(fā)明的實施例，傳感器的機械諧振頻率fM能夠由下面的等式確定 ΚΜ=/(2π)4 Τη (等式 1)根據(jù)另一個實施例，沖擊脈沖測量傳感器10的實際機械諧振頻率也可以取決于其他因素，比如傳感器10與機器6機體連接的性質(zhì)。因而諧振沖擊脈沖測量傳感器10對于以機械諧振頻率fM或其附近的頻率的振動特別靈敏。沖擊脈沖測量傳感器10可以被設(shè)計為使得機械諧振頻率fM在^kHz到37kHz 的范圍內(nèi)某處。根據(jù)另一個實施例，機械諧振頻率fM在30kHz到35kHz的范圍內(nèi)某處。所以模擬測量電信號具有的電振幅可以在頻譜上變化。為了說明理論背景的目的，可以假設(shè)要是對沖擊脈沖測量傳感器10施加從如IHz到如200000kHz的所有頻率振幅一致的機械振動，那么來自沖擊脈沖測量傳感器的模擬信號的振幅在機械諧振頻率fKM 處將具有最大值，因為傳感器以該頻率“推動”時將會諧振。參考圖2B，調(diào)節(jié)電路43接收模擬信號 5ΕΑ。調(diào)節(jié)電路43可以被設(shè)計為阻抗適應(yīng)電路，被設(shè)計為適應(yīng)A/D轉(zhuǎn)換器的從傳感器端子145、150所見的輸入阻抗，以便出現(xiàn)最佳的信號傳輸。因此，調(diào)節(jié)電路43可以運行以適應(yīng)從傳感器端子145、150所見的輸入阻抗&η， 以便將最大的電功率傳遞給A/D轉(zhuǎn)換器44。根據(jù)調(diào)節(jié)電路43的實施例，模擬信號Sea被供給了變壓器的初級線圈，而調(diào)節(jié)后模擬信號由變壓器的次級線圈傳遞。初級線圈有nl匝而次級線圈有n2阻，比值nl/n2 = η12。因此，A/D轉(zhuǎn)換器44被連接以從調(diào)節(jié)電路43接收調(diào)節(jié)后的模擬信號。A/D轉(zhuǎn)換器44具有輸入阻抗Z44，而在調(diào)節(jié)電路43被連接在傳感器端子 145、150與A/D轉(zhuǎn)換器44的輸入端子之間時，從傳感器端子145、150所見的A/D轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗將是(nl/n2)2 * Z44。A/D轉(zhuǎn)換器44以一定的采樣頻率fs對所接收的調(diào)節(jié)后模擬信號進行采樣，以便傳遞具有一定的采樣頻率fs的數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號Sm，并且其中每個樣點的振幅都取決于在采樣時刻所接收的模擬信號的振幅。根據(jù)本發(fā)明的實施例，數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號Sm被傳遞到裝置180進行數(shù)字信號處理 (見圖5)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于數(shù)字信號處理的裝置180包括數(shù)據(jù)處理器50和使數(shù)據(jù)處理器50執(zhí)行數(shù)字信號處理的程序代碼。根據(jù)本發(fā)明的實施例，處理器50由數(shù)字信號處理器實施。數(shù)字信號處理器也被稱為DSP。參考圖2A，數(shù)據(jù)處理裝置50被連接到存儲所述程序代碼的存儲器60。優(yōu)選情況下，程序存儲器60是非易失性存儲器。存儲器60可以是讀/寫存儲器，即從存儲器中讀取數(shù)據(jù)和把新數(shù)據(jù)寫到存儲器60上都能夠進行。根據(jù)實施例，程序存儲器60由FLASH存儲器實施。程序存儲器60可以包括第一存儲器段70，用于存儲可執(zhí)行的第一組程序代碼80， 以便控制分析裝置14執(zhí)行基本的操作(圖2A和圖4)。程序存儲器還可以包括第二存儲器段90，用于存儲第二組程序代碼94。在第二存儲器段90中的第二組程序代碼94可以包括使分析裝置處理所檢測的信號或若干信號，以便產(chǎn)生預(yù)處理的信號或一組預(yù)處理的信號的程序代碼。存儲器60還可以包括第三存儲器段100，用于存儲第三組程序代碼104。在第三存儲器段100中的程序代碼組104可以包括使分析裝置執(zhí)行所選定分析功能105的程序代碼。當(dāng)執(zhí)行分析功能時，它可以使分析裝置在用戶界面106上呈現(xiàn)對應(yīng)的分析結(jié)果，或者在端口 16上傳遞該分析結(jié)果(見圖1和圖2A以及圖7和圖8)。數(shù)據(jù)處理裝置50還連接到進行數(shù)據(jù)存儲的讀/寫存儲器52。不僅如此，數(shù)據(jù)處理裝置50還可以連接到分析裝置通信接口 54。分析裝置通信接口討提供與測量點通信接口 56的雙向通信，接口 56可連接在機器的測量點上，或者在其附近。測量點12可以包括連接耦接32、可讀和可寫信息載體58以及測量點通信接口 56。可寫信息載體58和測量點通信接口 56可以在雙頭螺栓30附近放置的單獨設(shè)備 59中提供，正如圖2展示。作為替代，可寫信息載體58和測量點通信接口 56可以在雙頭螺栓30內(nèi)提供。這在WO 98/01831中進行了更詳細的介紹，其內(nèi)容在此引用作為參考。系統(tǒng)2被安排為允許測量點通信接口 56與分析裝置通信接口 M之間的雙向通信。優(yōu)選情況下，測量點通信接口 56和分析裝置通信接口 M被構(gòu)造為允許無線通信。根據(jù)實施例，測量點通信接口和分析裝置通信接口被構(gòu)造為彼此通過射頻(RF)信號進行通信。 這個實施例包括在測量點通信接口 56中的天線，以及分析裝置通信接口 M中的另一條天線。圖4是存儲器60及其內(nèi)容的實施例的簡化展示。該簡化展示意在傳達對存儲器 60中存儲不同程序函數(shù)的總體思路的理解，而這不一定是對在真實存儲器電路中存儲程序的方式的正確的技術(shù)教導(dǎo)。第一存儲器段70存儲的程序代碼用于控制分析裝置14以執(zhí)行基本的操作。盡管圖4的簡化展示顯示了偽代碼，但是應(yīng)當(dāng)理解，程序代碼80可以由機器代碼構(gòu)建，或者由數(shù)據(jù)處理裝置50能夠執(zhí)行或解釋的任何級別的程序代碼構(gòu)建(圖2A)。圖4展示的第二存儲器段90存儲著第二組程序代碼94。在段90中的程序代碼 94，當(dāng)運行在數(shù)據(jù)處理裝置50上時，將使分析裝置14執(zhí)行某功能，比如數(shù)字信號處理功能。 所述功能可以包括對數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號Ssffi的高級數(shù)學(xué)處理。根據(jù)本發(fā)明的實施例，程序代碼94適于使處理器裝置50執(zhí)行連同在本文檔中圖5、圖6、圖9和/或圖16所介紹的信號處理功能。正如以上連同圖1所提及，控制分析裝置功能的計算機程序可以從服務(wù)器計算機 20中下載。這意味著要被下載的程序在通信網(wǎng)絡(luò)18上被傳輸。通過在通信網(wǎng)絡(luò)18上調(diào)制載波以攜帶該程序就能夠?qū)崿F(xiàn)這一點。所以下載后的程序可以被加載到數(shù)字存儲器中，比如存儲器60 (見圖2A和圖4)。因此，信號處理程序94和/或分析功能程序104、105可以經(jīng)由通信端口接收，比如端口 16(圖1和圖2A)，以便將其加載到存儲器60中。同樣，信號處理程序94和/或分析功能程序104、105也可以經(jīng)由通信端口 ^B (圖1)接收，以便將其加載到計算機26B的程序存儲器位置或數(shù)據(jù)庫22B中。本發(fā)明的一方面涉及計算機程序產(chǎn)品，比如可加載到某裝置的數(shù)字存儲器中的程序代碼裝置94和/或程序代碼裝置104、105。計算機程序產(chǎn)品包括軟件代碼部分，當(dāng)所述產(chǎn)品運行在分析機器狀態(tài)的裝置的數(shù)據(jù)處理單元50上時，用于執(zhí)行信號處理方法和/或分析功能。術(shù)語“運行在數(shù)據(jù)處理單元上”意味著計算機程序加上數(shù)據(jù)處理單元執(zhí)行本文檔中介紹種類的方法。措詞“計算機程序產(chǎn)品，可加載到狀態(tài)分析裝置的數(shù)字存儲器中”意味著計算機程序能夠被引入到狀態(tài)分析裝置的數(shù)字存儲器中，以便實現(xiàn)編程為能夠或適于執(zhí)行以上介紹種類的方法的狀態(tài)分析裝置。術(shù)語“加載到狀態(tài)分析裝置的數(shù)字存儲器中”意味著以這種方式編程的狀態(tài)分析裝置能夠或適于執(zhí)行以上介紹種類的方法。上述計算機程序產(chǎn)品也可以加載到計算機可讀介質(zhì)上，比如光盤或DVD。這樣的計算機可讀介質(zhì)可以用于向客戶機傳遞所述程序。根據(jù)分析裝置14(圖2A)的實施例，它包括用戶輸入接口 102，操作員由此可以與分析裝置14互動。根據(jù)實施例，用戶輸入接口 102包括一組按鈕104。分析裝置14的實施例包括用戶輸出界面106。用戶輸出界面可以包括顯示器單元106。當(dāng)數(shù)據(jù)處理裝置50運行基本程序代碼80中提供的基本程序功能時，它利用用戶輸入接口 102和顯示器單元106 提供用戶交互。按鈕組104可限于幾個按鈕，比如五個按鈕，如圖2A展示。中央按鈕107 可以用作ENTER或SELECT功能，而可以使用其他更多的外圍按鈕可以用于移動顯示器106 上的光標。應(yīng)當(dāng)理解，以這種方式，經(jīng)由用戶接口可以把符號和文本輸入到裝置14中。例如，顯示器單元106可以顯示許多符號，比如字母表中的字母，同時光標在顯示器上可移動以響應(yīng)用戶輸入，所以允許用戶輸入信息。圖5是分析裝置14的實施例的示意框圖，處在具有可運動軸8的機器6所在的客戶機位置4。傳感器10可以是沖擊脈沖測量傳感器，被顯示為連接到機器6的機體，以便拾取機械振動和向傳感器接口 40傳遞表明所檢測到的機械振動的模擬測量信號SEA。傳感器接口 40可以被設(shè)計為如連同圖2A或圖2B的介紹。傳感器接口 40向用于數(shù)字信號處理的裝置180傳遞數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號i5m。數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號Ssffi具有采樣頻率fs，而每個樣點的振幅值都取決于采樣時刻所接收的模擬測量信號Sea的振幅。根據(jù)實施例，數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號Sm的采樣頻率fs可以被固定到一定的值fs，比如fs = 102kHz。采樣頻率fs可以由時鐘190所傳遞的時鐘信號控制，如圖5展示。時鐘信號也可以傳遞給用于數(shù)字信號處理的裝置180。用于數(shù)字信號處理的裝置180能夠響應(yīng)所接收的數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號^ffi、時鐘信號以及采樣頻率fs與時鐘信號之間關(guān)系，產(chǎn)生有關(guān)所接收的數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號Sm的短暫持續(xù)時間的信息，因為兩個連續(xù)樣點值之間的持續(xù)時間等于Ts = l/fs。根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于數(shù)字信號處理的裝置180包括預(yù)處理器200，用于執(zhí)行數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號Sm的預(yù)處理，以便將預(yù)處理后的數(shù)字信號Smp傳遞到輸出210上。輸出 210被連接到鑒別器230的輸入220。鑒別器230適于鑒別預(yù)處理后的數(shù)字信號SmP，以便將鑒別結(jié)果傳遞給用戶界面106。作為替代，鑒別結(jié)果也可以傳遞給通信端口 16，以便使結(jié)果能夠傳輸?shù)奖热缭诳刂茍鏊目刂朴嬎銠C33(見圖1)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，連同用于數(shù)字信號處理的裝置180中功能框所介紹的功能，預(yù)處理器200和鑒別器230可以由計算機程序代碼94和/或104實施，正如以上連同圖4結(jié)合存儲器塊90和100的介紹。用戶可以僅僅需要幾項基本的監(jiān)視功能，檢測某機器的狀態(tài)是正常還是異常。檢測出異常狀態(tài)后，用戶可以要求專門的職業(yè)維護人員確定該問題的精確性質(zhì)，并且執(zhí)行必要的維修工作。職業(yè)維護人員經(jīng)常需要和使用寬范圍的鑒別功能，使得有可能確定異常機器狀態(tài)的性質(zhì)和/或原因。因此，分析裝置14的不同用戶對裝置的功能可以提出非常不同的要求。在本文檔中術(shù)語狀態(tài)監(jiān)視功能是用于檢測某機器的狀態(tài)是正常還是有點退化還是異常的功能。術(shù)語狀態(tài)監(jiān)視功能還包括鑒別功能，使得有可能確定異常機器狀態(tài)的性質(zhì)和 /或原因。機器狀態(tài)監(jiān)視功能的實例狀態(tài)監(jiān)視功能Fl、F2. . . Fn包括若干功能，比如振動分析、溫度分析、沖擊脈沖測量、沖擊脈沖測量數(shù)據(jù)的頻譜分析、振動測量數(shù)據(jù)的快速傅氏變換、狀態(tài)數(shù)據(jù)在用戶界面上的圖形表示、在所述機器上的可寫信息載體中存儲狀態(tài)數(shù)據(jù)、在所述裝置中的可寫信息載體中存儲狀態(tài)數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)速測量、不平衡檢測以及未對準檢測。根據(jù)實施例，裝置14包括以下功能Fl =振動分析；F2 =溫度分析，F(xiàn)3 =沖擊脈沖測量，F(xiàn)4 =沖擊脈沖測量數(shù)據(jù)的頻譜分析，F(xiàn)5 =振動測量數(shù)據(jù)的快速傅氏變換，F(xiàn)6 =狀態(tài)數(shù)據(jù)在用戶界面上的圖形表示，F(xiàn)7 =在所述機器上的可寫信息載體中存儲狀態(tài)數(shù)據(jù)，F(xiàn)8 =在所述裝置中的可寫信息載體52中存儲狀態(tài)數(shù)據(jù)，F(xiàn)9 =轉(zhuǎn)速測量，F(xiàn)lO =不平衡檢測，以及Fll =未對準檢測。F12 =從所述機器上的可寫信息載體58中檢索狀態(tài)數(shù)據(jù)。F13 =執(zhí)行振動分析功能Fl和執(zhí)行功能F12 “從所述機器上的可寫信息載體58 中檢索狀態(tài)數(shù)據(jù)”，以便能夠根據(jù)當(dāng)前振動測量數(shù)據(jù)和歷史振動測量數(shù)據(jù)進行對比或趨勢判斷。F14 =執(zhí)行溫度分析F2 ；并且執(zhí)行功能“從所述機器上的可寫信息載體58中檢索狀態(tài)數(shù)據(jù)”，以便能夠根據(jù)當(dāng)前溫度測量數(shù)據(jù)和歷史溫度測量數(shù)據(jù)進行對比或趨勢判斷。F15 =從所述機器上的可寫信息載體58中檢索標識數(shù)據(jù)。功能F7“在所述機器上的可寫信息載體中存儲狀態(tài)數(shù)據(jù)”，以及F13振動分析和狀態(tài)數(shù)據(jù)檢索的實施例在WO 98/01831中進行了更詳細地介紹，其內(nèi)容在此引用作為參考。圖6展示了根據(jù)本發(fā)明實施例的預(yù)處理器200實施例的示意框圖。在這個實施例中，數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號Sm被連接到數(shù)字帶通濾波器M0，它具有較低截止頻率f『較高截止頻率fue以及較高和較低截止頻率之間的通頻帶帶寬。數(shù)字帶通濾波器240的輸出被連接到數(shù)字包絡(luò)器250。根據(jù)本發(fā)明的實施例，包絡(luò)器250的信號輸出被傳遞到輸出沈0。預(yù)處理器200的輸出260被連接到數(shù)字信號處理組合體180的輸出210以向鑒別器230的輸入220傳遞?？梢赃x擇數(shù)字帶通濾波器240的較高和較低截止頻率，使得在傳感器諧振頻率fKM 處的信號Ssffi的頻率分量在通頻帶帶寬中。如上所述，由在諧振頻率fM處機械諧振的傳感器實現(xiàn)機械振動的放大。所以，模擬測量信號Sea反映了在諧振頻率fM處及其周圍振動的放大值。因此，作為有益的情況，根據(jù)圖6實施例的帶通濾波器抑制了在諧振頻率fKM之下和之上頻率的信號，以便進一步增強測量信號在諧振頻率fKM處的分量。不僅如此，作為有益的情況，數(shù)字帶通濾波器240進一步降低了測量信號中固有地包括的噪聲，因為在較低截止頻率fm以下和較高截止頻率fuc以上的任何噪聲分量也被除去或減弱。因此，使用具有在最低諧振頻率值f-到最高諧振頻率值f·范圍內(nèi)的機械諧振頻率fKM的諧振沖擊脈沖測量傳感器10時，數(shù)字帶通濾波器240可以被設(shè)計為使較低截止頻率4。= f-，和較高截止頻率= f·。根據(jù)某實施例，較低截止頻率& = ffflL = ^kHz,和較高截止頻率fuc *ΕΜυ 3 7 kHz ο根據(jù)另一個實施例，機械諧振頻率fKM在從30kHz到35kHz范圍內(nèi)某處，然后數(shù)字帶通濾波器240可以被設(shè)計為具有較低截止頻率4。= 30kHz，和較高截止頻率fw = 35kHz。根據(jù)另一個實施例，數(shù)字帶通濾波器240可以被設(shè)計為使較低截止頻率4。低于最低的諧振頻率值f-，和較高截止頻率高于最高的諧振頻率f·。例如，機械諧振頻率fKM 可以是從30kHz到35kHz范圍內(nèi)的頻率，然后數(shù)字帶通濾波器240可以被設(shè)計為使較低截止頻率、=17kHz，和較高截止頻率fue = 36kHz。所以，數(shù)字帶通濾波器240傳遞的通頻帶數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號$具有有益的低噪聲內(nèi)容并反映了通頻帶內(nèi)的機械振動。通頻帶數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號$被傳遞到包絡(luò)器250。所以，數(shù)字包絡(luò)器250收到了通頻帶數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號$，它可以反映具有正的以及負的振幅的信號。參考圖6，所接收的信號被數(shù)字整流器270整流，并且整流后的信號可以被可選的低通濾波器280濾波以產(chǎn)生數(shù)字包絡(luò)信號SENV。所以，信號Senv是響應(yīng)濾波后的測量數(shù)據(jù)信號$而產(chǎn)生的包絡(luò)信號的數(shù)字表示。 根據(jù)本發(fā)明的某些實施例，可以除去可選的低通濾波器觀0。以下連同圖9討論了一個這樣的實施例。所以，當(dāng)以下連同圖9討論的降采樣器310包括低通濾波器功能時，可以除去在包絡(luò)器250中的可選低通濾波器觀0。根據(jù)本發(fā)明的圖6實施例，信號Senv被傳遞到預(yù)處理器200的輸出沈0。因此，根據(jù)本發(fā)明的實施例，在輸出210 (圖5)上傳遞的預(yù)處理后數(shù)字信號Ssrop是數(shù)字包絡(luò)信號SENV。盡管用于響應(yīng)測量信號而產(chǎn)生包絡(luò)信號的現(xiàn)有技術(shù)模擬設(shè)備采用了模擬整流器， 該模擬整流器會固有地導(dǎo)致系統(tǒng)誤差被引入結(jié)果信號中，但是作為有益的情況，數(shù)字包絡(luò)器250將產(chǎn)生真正的整流而沒有任何系統(tǒng)誤差。所以，數(shù)字包絡(luò)信號Senv將具有良好的信噪比，因為在數(shù)字帶通濾波器240通頻帶中的諧振頻率處進行機械諧振的傳感器會引起高的信號振幅，并且在數(shù)字域中進行的信號處理不增加噪聲，并且不增加系統(tǒng)誤差。參考圖5，預(yù)處理后的數(shù)字信號Smp被傳遞到鑒別器230的輸入220。根據(jù)另一個實施例，濾波器240是具有截止頻率4。的高通濾波器。這個實施例通過以高通濾波器240代替帶通濾波器而簡化了設(shè)計，從而將低通濾波處理留給了下游另一個低通濾波器，比如低通濾波器觀0。高通濾波器240的截止頻率4。被選擇為接近諧振沖擊脈沖測量傳感器10的最低預(yù)期機械諧振頻率值f-。當(dāng)機械諧振頻率fKM在30kHz到 35kHz范圍內(nèi)某處時，高通濾波器240可以被設(shè)計為使較低截止頻率= 30kHz。然后把高通濾波后的信號傳給整流器270以及繼續(xù)到低通濾波器觀0。根據(jù)實施例，應(yīng)當(dāng)有可能使用諧振頻率在20kHz到35kHz范圍內(nèi)某處的傳感器10。為了實現(xiàn)這個目的，高通濾波器 240可以被設(shè)計為使較低截止頻率fV。= 20kHz。圖7展示了鑒別器230(也見圖5)的實施例。鑒別器230的圖7實施例包括狀態(tài)分析器四0，適于接收指示機器6狀態(tài)的預(yù)處理后的數(shù)字信號SmP。利用在控制輸入300上傳遞的選擇信號，可以控制狀態(tài)分析器290執(zhí)行所選定的狀態(tài)分析功能。利用用戶與用戶接口 102(見圖2A)的互動可以產(chǎn)生在控制輸入300上傳遞的選擇信號。當(dāng)所選定的分析功能包括快速傅氏變換時，選擇信號300將設(shè)置分析器四0以在頻率域中對輸入信號進行操作。取決于要執(zhí)行的分析是什么類型，狀態(tài)分析器290可以在時間域?qū)斎氲念A(yù)處理后數(shù)字信號Smp進行操作，或者在頻率域?qū)斎氲念A(yù)處理后數(shù)字信號Smp進行操作。所以， 取決于在控制輸入300上傳遞的選擇信號，如圖8所示可以包括FFT四4，或者如圖7所展示可以把信號Smp直接傳遞給分析器四0。圖8展示了鑒別器230的另一個實施例。在圖8的實施例中，鑒別器230包括可選的快速傅氏變換器四4，被連接以從鑒別器230輸入220接收信號。來自快速傅氏變換器 294的輸出可以被傳遞到分析器四0。為了分析旋轉(zhuǎn)部件的狀態(tài)，所期望的是在足夠長的時間監(jiān)視所檢測的振動，以便能夠檢測出重復(fù)的信號。一定的重復(fù)信號特征指示了旋轉(zhuǎn)部件的已退化狀態(tài)。分析重復(fù)信號特征還可以指示已退化狀態(tài)的類型。這樣的分析也可以引起對已退化狀態(tài)程度的檢測。因此，測量信號可以包括取決于可旋轉(zhuǎn)運動部件8振動的至少一種振動信號分量 Sd ；其中所述振動信號分量具有取決于可旋轉(zhuǎn)運動部件8的轉(zhuǎn)速froT的重復(fù)頻率fD。所以， 取決于可旋轉(zhuǎn)運動部件8振動的振動信號分量可以指示所監(jiān)視機器的已退化狀態(tài)或故障。 事實上，振動信號分量&的重復(fù)頻率fD與可旋轉(zhuǎn)運動部件8的轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系可以指示哪個機械部件有故障。因此，在具有多個旋轉(zhuǎn)部件的機器中，有可能通過使用分析功能 105(包括頻率分析)，利用處理測量信號而識別出單個輕微損壞的部件。這樣的頻率分析可以包括對包括振動信號分量&的測量信號的快速傅氏變換?？焖俑凳献儞Q(FFT)使用了一定的頻率分辨率。該一定的頻率分辨率可以按照頻率片段表示，決定了辨別不同頻率的界限。術(shù)語“頻率片段”有時指“線條”。如果需要頻率分辨率提供高達軸速的Z個頻率片段，那么有必要在該軸旋轉(zhuǎn)X周期間記錄該信號。連同旋轉(zhuǎn)部件的分析，分析高于旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)頻率的信號頻率可能引人關(guān)注。旋轉(zhuǎn)部件可以包括軸和軸承。軸旋轉(zhuǎn)頻率 ·ΜΤ往往被稱為“級別1”。所關(guān)注的軸承信號可能發(fā)生每軸轉(zhuǎn)約10次(級別10)，即故障重復(fù)頻率fD(以Hz測量)除以轉(zhuǎn)速fKQT(以 rps測量)等于ΙΟΗζ/rps,即級別y = fD/fE0T = lOHz/rps。不僅如此，分析軸承信號的諧波可能引人關(guān)注，所以測量高達級別100的情況可能引人關(guān)注。令最大級別為Y，而在FFT 在要使用的頻率片段總數(shù)為Z，以下情況成立Z = X * Y。相反X = Z/Y，其中，X是分析數(shù)字信號期間所監(jiān)視軸的轉(zhuǎn)數(shù)；以及Y是最大級別；以及Z是以許多頻率片段表示的頻率分辨率?？紤]把降采樣后數(shù)字測量信號Smp(見圖5)傳遞到FFT分析器294時的情況，如圖8中介紹在這樣的情況下，當(dāng)FFT分析器294被設(shè)置為Z = 1600頻率片段，而用戶關(guān)注的分析頻率高達級別Y = 100，那么X的值變?yōu)閄 = Z/Y = 1600/100 = 16。因此，當(dāng)期望Z = 1600頻率片段并且用戶關(guān)注的分析頻率高達級別Y = 100時， 有必要在X = 16軸轉(zhuǎn)期間進行測量。使用用戶界面102、106(圖2A)可以設(shè)置FFT分析器四4的頻率分辨率Z。
因此，使用用戶界面102、106(圖2A)可以設(shè)置用于狀態(tài)分析功能105和/或信號處理功能94 (圖4)的頻率分辨率值Z。根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過從一組值中選擇一個值Z可以設(shè)置頻率分辨率Z。頻率分辨率Z的可選擇值組可以包括Z = 400Z = 800Z = 1600Z = 3200Z = 6400如上所述，采樣頻率fs可以被固定到一定的值，比如& = IOMOOkHz,而因子k可以設(shè)置為2. 56，從而致使要被分析的最高頻率fSEAmax為fSEAmax = fs/k = 102400/2. 56 = 40kHz對于具有轉(zhuǎn)速fKQT = 1715rpm = 28. 58rps軸的機器，選定的級別值Y = 100致使要分析的最大頻率為fE0T 女 Y = 28. 58rps 女 100 = 2858Hz快速傅氏變換器294可以適于對所接收的具有一定數(shù)目樣點值的輸入信號，執(zhí)行快速傅氏變換。當(dāng)將樣點值的該一定數(shù)目設(shè)置為可以被二( 除而不會出現(xiàn)分數(shù)的偶整數(shù)時是有益的。所以，表示從軸的旋轉(zhuǎn)而發(fā)出機械振動的數(shù)據(jù)信號可以包括重復(fù)的信號模式。因此在被監(jiān)視軸的每轉(zhuǎn)，一定的信號模式可以被重復(fù)一定量的次數(shù)。不僅如此，重復(fù)信號也可以以互相不同的重復(fù)頻率發(fā)生。在Victor Wowk所著"Machinery Vibration Measurements and Analysis，，(ISBN 0-07-071936-5)的書中，在149頁上提供了互相不同重復(fù)頻率的幾個實例“軸承保持器損壞頻率(FTF)軸承滾動件損壞(BQ頻率外環(huán)(OR)內(nèi)環(huán)(IR) ”該書還在150頁上提供了計算這些特定頻率的公式。Victor Wowk所著 "Machinery Vibration Measurements and Analysis” 白勺1 ! 弓石；I 切地說，計算這些特定頻率的上述公式在此引用作為參考。同一書中151頁上的表指示，這些頻率也隨軸承制造商而改變，并且FTF可以具有0. 378的軸承頻率因子；BS可以具有1. 928的軸承頻率因子；OR可以具有3. 024的軸承頻率因子；以及頂可以具有4. 976的軸承頻率因子。頻率因子與軸的轉(zhuǎn)速相乘以獲得重復(fù)頻率。該書指出，對于具有轉(zhuǎn)速為1715rpm， 即28. 58Hz的軸，從標準類型6311的軸承外環(huán)(OR)發(fā)出脈沖的重復(fù)頻率可能為大約86Hz ； 而FTF重復(fù)頻率可能為10. 8Hz。當(dāng)被監(jiān)視軸以〒^■轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，可以按照被監(jiān)視軸每時間單位的重復(fù)或按照每轉(zhuǎn)的重復(fù)討論這樣的重復(fù)頻率，而不需要在兩者之間進行區(qū)分。不過，如果機器部件以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，事情就進一步復(fù)雜化，如以下連同圖16、圖17和圖20的討論。出現(xiàn)突然故障的機械某些類型的機械可能非常突然地遭受整體故障或破壞。對于某些機器類型，比如風(fēng)力電站中的旋轉(zhuǎn)部件，已經(jīng)知道發(fā)生過突然的破壞，并且使維護人員和機器擁有者感到十分驚奇。這樣的突然破壞對機器擁有者損失很大并可能導(dǎo)致其他的負面效應(yīng)，如在未預(yù)計到的機器故障使機器部件跌落時。本發(fā)明人意識到，在一定的機械的機械振動中存在著特別高的噪聲級別，并且這樣的噪聲級別妨礙了對機器故障的檢測。因此，對于某些類型的機械，保護性狀態(tài)監(jiān)視的常規(guī)方法已經(jīng)無法對即將到來的退化狀態(tài)提供足夠早期和/或可靠的警告。本發(fā)明人推斷， 在這樣的機械中可能存在著表明已退化狀態(tài)的機械振動Vm，但是測量振動的常規(guī)方法可能尚未完善。本發(fā)明人還意識到，具有緩慢旋轉(zhuǎn)部件的機器是似乎特別易于突發(fā)故障的機械類型。本發(fā)明人在已經(jīng)意識到一定的機械的機械振動中特別高的噪聲級別妨礙對機器故障的檢測之后，提出了在噪聲環(huán)境中能夠檢測微弱機械信號的方法。如上所述，測量信號 Sea中振動信號分量&的重復(fù)頻率fD取決于指示被監(jiān)視機器6的旋轉(zhuǎn)部件8的初始故障的機械振動Vm。本發(fā)明人意識到，有可能檢測出初始故障，即剛剛開始發(fā)展的故障，只要能夠辨別出對應(yīng)的微弱信號。因此，測量信號可以包括取決于可旋轉(zhuǎn)運動部件8振動的至少一個振動信號分量 4，其中所述振動信號分量具有重復(fù)頻率fD，它取決于可旋轉(zhuǎn)運動部件8的轉(zhuǎn)速froT。所以， 取決于可旋轉(zhuǎn)運動部件8的振動的振動信號分量的存在，可以提供被監(jiān)視機器的退化狀態(tài)或初始故障的早期指示。在風(fēng)力渦輪的應(yīng)用中，其軸承被分析的轉(zhuǎn)軸可以以小于每分120轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)， 即軸的旋轉(zhuǎn)頻率fMT小于每秒2轉(zhuǎn)(rps)。有時要被分析的這種軸以小于每分50轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)(rpm)，S卩小于0.83rps的軸旋轉(zhuǎn)頻率fKQT。事實上，典型情況下，轉(zhuǎn)速可能小于15rpm。 盡管具有1715rpm轉(zhuǎn)速的軸，如在上述書中討論，在17. 5秒中產(chǎn)生了 500轉(zhuǎn)；而以每分50 轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)的軸卻要用十分鐘才產(chǎn)生500轉(zhuǎn)。某些大型風(fēng)力電站的軸，典型情況下可以以12RPM =0. 2rps 旋轉(zhuǎn)。所以，當(dāng)要被分析的軸承與緩慢旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)聯(lián)，并且監(jiān)視軸承的檢測器產(chǎn)生的模擬測量信號Sea使用大約IOOkHz的采樣頻率采樣時，與該軸一次完整旋轉(zhuǎn)相關(guān)聯(lián)的樣點值的數(shù)目變得非常大。作為展示性實例，當(dāng)該軸以50rpm旋轉(zhuǎn)時，為了描述500轉(zhuǎn)以IOOkHz 的采樣頻率獲得了 6千萬(60000000)個樣點值。不僅如此，當(dāng)信號包括如此多的樣點時，對信號執(zhí)行高級數(shù)學(xué)分析需要大量時間。 所以，期望先減少每秒的樣點數(shù)目，再進一步處理信號SENV。圖9展示了預(yù)處理器200的另一個實施例。預(yù)處理器200的圖9實施例包括數(shù)字帶通濾波器240和數(shù)字包絡(luò)器250，如以上連同圖6的介紹。如上所述，信號Senv是響應(yīng)濾波后測量數(shù)據(jù)信號$產(chǎn)生的包絡(luò)信號的數(shù)字表示。根據(jù)預(yù)處理器200的圖9實施例，數(shù)字包絡(luò)信號Sked被傳遞到降采樣器310，它適
18于產(chǎn)生具有降低的采樣頻率的數(shù)字信號SKED。降采樣器310運行以產(chǎn)生輸出數(shù)字信號， 其中兩個連續(xù)樣點值之間的短暫持續(xù)時間要長于輸入信號中兩個連續(xù)樣點值之間的短暫持續(xù)時間。以下連同圖14更詳細地介紹降采樣器。根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以除去可選的低通濾波器觀0，如上所述。在圖9實施例中，當(dāng)由數(shù)字整流器270產(chǎn)生的信號被傳遞到包括低通濾波的降采樣器310時，就可以除去低通濾波器觀0。降采樣器310的輸出312把數(shù)字信號Sked傳遞到增強器320的輸入315。增強器 320能夠接收數(shù)字信號Sked并響應(yīng)它而產(chǎn)生輸出信號SmP。輸出信號Ssrop被傳遞到預(yù)處理器 200的輸出端口 260。圖IOA是流程圖，展示了增強信號中重復(fù)信號模式方法的實施例。有益的是，這種方法可以用于在表示具有旋轉(zhuǎn)軸的機器狀態(tài)的信號中，增強重復(fù)信號模式。增強器320可以被設(shè)計為根據(jù)圖IOA展示的方法運行。圖IOA中方法步驟S1000到S1040表示在實際產(chǎn)生輸出信號值之前為了進行設(shè)置而采取的準備動作。一旦已經(jīng)執(zhí)行了這些準備動作，就可以計算輸出信號值，如參考步驟 S1050的介紹。圖IOB是流程圖，展示了產(chǎn)生數(shù)字輸出信號的方法。更確切地說，圖IOB展示了已經(jīng)執(zhí)行了參考圖IOA中步驟S1000至S1040所介紹的準備動作時，產(chǎn)生數(shù)字輸出信號的方法實施例。參考圖IOA的步驟S1000，確定了輸出信號Smp的期望長度(\ENCTH。圖11是具有多個存儲器位置i的第一存儲器的示意展示。第一存儲器的存儲器位置i保存著包括數(shù)字值序列的實例輸入信號。根據(jù)本發(fā)明的實施例，實例輸入信號用于計算輸出信號Smp。圖11顯示了輸入信號I的許多連續(xù)數(shù)字值的某些。輸入信號I中的數(shù)字值2080僅僅展示了在輸入信號中出現(xiàn)的幾個數(shù)字值。在圖11中，輸入信號中的兩個相鄰數(shù)字值被持續(xù)時間tdelta分開。值tdelta是增強器320所接收的輸入信號的采樣頻率fSK 的倒數(shù)(見圖9和圖16)。圖12是具有多個存儲器位置t的第二存儲器的示意展示。第二存儲器的存儲器位置t保存著包括數(shù)字值序列的實例輸出信號SmP。因此，圖12展示了將數(shù)字值3090存儲在連續(xù)存儲器位置中的一部分存儲器。圖12顯示了輸出信號Smp的連續(xù)數(shù)字值。輸出信號^ffip中的數(shù)字值3090僅僅展示了在輸出信號中出現(xiàn)的幾個數(shù)字值。在圖12中，輸出信號中的兩個相鄰數(shù)字值可以被持續(xù)時間、&3在時間上分開。參考圖10的步驟S1000，可以選擇輸出信號Ssrop的期望長度C\ENCTH3010，以便有可能使用輸出信號Smp分析輸出信號中的一定的頻率。例如，如果較低的頻率比較高的頻率更受關(guān)注，就需要更長的輸出信號。使用輸出信號能夠分析的最低頻率是1/(Omcth女tdelta), 其中Omcra是輸出信號中樣點值的數(shù)目。如果fSK是輸入信號I的采樣率，那么每個數(shù)字樣點值之間的時間tdelta將是l/fSK。如上所述，重復(fù)信號模式可能出現(xiàn)在表示機械振動的數(shù)據(jù)信號中。所以，測量信號，比如由包絡(luò)器250傳遞的信號Senv和傳遞給增強器320的信號Sked 可以包括取決于可旋轉(zhuǎn)運動部件8的振動的至少一個振動信號分量$，其中所述振動信號分量&具有重復(fù)頻率fD，它取決于可旋轉(zhuǎn)運動部件8的轉(zhuǎn)速fTOT。因此，在輸出信號^ffip中的連續(xù)數(shù)字值被持續(xù)時間tdelta分開時，為了可靠地檢測出重復(fù)頻率為fKEP = fD = 1/(Olength 女tdelta)的重復(fù)信號模式的出現(xiàn)，輸出信號^ffip必須包括至少Omcth個數(shù)字值。
根據(jù)實施例，用戶可以輸入表示要被檢測的最低重復(fù)頻率fKEMn的值，以及要被監(jiān)視的軸的最低預(yù)期轉(zhuǎn)速的有關(guān)信息。分析系統(tǒng)2(圖1)包括用于響應(yīng)這些值計算變量Omcra 的適合值的功能。作為替代，參考圖2A，分析裝置14的用戶利用經(jīng)由用戶界面102輸入對應(yīng)值，可以設(shè)置輸出信號Smp的值(\encth3010。在下一個步驟S1010中，選擇了長度因子L。長度因子L確定了輸出信號Ssrop中隨機信號被抑制的程度。較高的L值比較低的L值在輸出信號Smp中給出更少的隨機信號。 因此，長度因子L可以被稱為信噪比改進值。根據(jù)本方法的一個實施例，L是1至10之間的整數(shù)，但是也可以將L設(shè)置為其他值。根據(jù)本方法的實施例，L值可以在增強器320中預(yù)置。根據(jù)本方法的另一個實施例，L值由本方法的用戶經(jīng)由用戶接口 102(圖2A)輸入。因子L的值對計算輸出信號所需要的計算時間也有影響。較高的L值比較低的L值需要更長的計算時間。下一步，在步驟S1020，設(shè)置了起始位置&TAKT。起始位置是輸入信號I中的位置。設(shè)置起始位置是為了避免或減少輸出信號Smp中非重復(fù)模式的出現(xiàn)。如果設(shè)置起始位置&TAKT以便使得起始位置之前的輸入信號部分2070有一定的時間間隔Tstohastk MAX對應(yīng)的長度，那么具有對應(yīng)頻率fSTOHASTIe—MX和更高頻率的隨機信號將在輸出信號0、Ssffip 中被衰減。在下一個步驟S1030中，計算輸入數(shù)據(jù)信號的所要求長度。輸入數(shù)據(jù)信號的所要求長度在步驟S1030中根據(jù)以下公式(1)計算(1) Ilength — Olength 女 L+Sstaet+Olength下一步，在步驟S1040中，計算輸入數(shù)據(jù)信號中的長度QENCTH。長度在其上執(zhí)行輸出數(shù)據(jù)信號計算的長度。根據(jù)以下的公式C3)計算這個長度CraCTH:(3) Clength 一 Ilength_Sstaet_Olength也能夠?qū)⒐?3)寫為Ilencth= CLENGTH+SSTAET+0LENGTH然后在步驟S1050中計算輸出信號。根據(jù)以下公式(5)計算輸出信號。在公式 (5)中，對輸出信號中時間值t計算了輸出信號的值。
I=CLENGTH(5) SMDP⑴=Σ^)*^ + 5^" + ,)其中 1 彡 t 彡 Olength
i=\輸出信號Ssrop具有長度(\ENCTH，如上所述。為了獲得整個輸出信號^ffip,必須用公式 (5)計算從t = 1到t = Omcra每個時間值的值。在圖11中，數(shù)字值2081展示了在輸出信號計算中使用的一個數(shù)字值。數(shù)字值2081展示了在輸出信號計算(其中i = 1)中使用的一個數(shù)字值。數(shù)字值2082展示了在輸出信號計算中使用的另一個數(shù)字值。附圖標記2082 指以上公式(5)中的數(shù)字值I (l+&TAKT+t)，此時i = 1和t = 1。因此，附圖標記2082展示了輸入信號中在位置號P處的數(shù)字樣點值P 1+SgTAJ^p+1 SSTART+2在圖12中，附圖標記3091指在輸出信號(其中t= 1)中的數(shù)字樣點值Ssrop⑴?，F(xiàn)在將介紹本方法運行增強器320的另一個實施例，用于增強表示具有旋轉(zhuǎn)軸的機器狀態(tài)的信號中重復(fù)模式。根據(jù)實施例，長度Omcra可以在增強器320中預(yù)置。根據(jù)本方法的其他實施例，通過用戶經(jīng)由用戶接口 102(圖2A)輸入可以設(shè)置長度(\ENCTH。根據(jù)本方法的優(yōu)選實施例，變量Omcth被設(shè)置為可以被二 O)除而不會出現(xiàn)分數(shù)的偶整數(shù)。有益的是，根據(jù)這條規(guī)則選擇變量調(diào)整輸出信號中的樣點數(shù)，使其適于在可選的快速傅氏變換器 294中使用。因此，根據(jù)本方法的實施例，優(yōu)選情況下，變量Omcth的值被設(shè)置為比如1024、 2048、4096 的數(shù)字。在特別有益的實施例中，在步驟S1020中設(shè)置&TAKT值，以便使得起始位置之前的輸入信號部分2070與輸出信號3040的長度相同，即&TAKT = (\ENCTH。正如以上連同公式(1)的例示，輸入數(shù)據(jù)信號的所要求長度是!length — Olength 女 L+Sstaet+Olength因此，在公式(1)中設(shè)置S
start wlength 致使!length — olength 女 l+0length+0length — olength 女 l+0length 女 2所以，輸入信號的所要求的長度能夠根據(jù)以下公式(6)按照輸出信號的長度表示(6) Ilength = (L+2) * Olength其中L是以上討論的長度因子，而Omcth是輸出信號中數(shù)字值的數(shù)目，如以上討論。在本發(fā)明的這個實施例中，根據(jù)以下公式(7)能夠計算長度(\ENCTH。(7) Clength — L * Olength當(dāng)已經(jīng)執(zhí)行了參考圖IOA中步驟S1000至S1040所介紹的準備動作時，利用參考圖IOB所介紹的方法就可以產(chǎn)生數(shù)字輸出信號。根據(jù)本發(fā)明的實施例，參考圖IOB介紹的方法利用DSP 50(圖2A)執(zhí)行。在步驟SllOO (圖10B)中，增強器320接收數(shù)字輸入信號I，在輸入315上具有第一多個I^th樣點值(見圖9和/或圖16)。正如以上指出，數(shù)字輸入信號I可以表示從軸旋轉(zhuǎn)發(fā)出的機械振動，只要導(dǎo)致出現(xiàn)了具有重復(fù)周期為Tk的振動。接收的信號值被存儲(步驟S1120)在與增強器320相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)存儲器的輸入信號存儲器部分中。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該數(shù)據(jù)存儲器可以由讀/寫存儲器52實施(圖 2A)。在步驟S1130中，在以上等式(5)中使用的變量t被設(shè)置為初始值。初始值可以為 1( 一)。在步驟S1140中，計算了樣點號為t的輸出樣點值Smp(t)。計算可以采用下面的等式
I=CLENgthSmdp ⑴= Yj /(/) * I(i + Sstart +1)
i=l結(jié)果樣點值SmP(t)被存儲(圖IOB步驟S1150)在存儲器52的輸出信號存儲器部分中(見圖12)。在步驟S1160中，本過程檢查變量t的值，并且如果t的值表示的數(shù)目低于輸出樣點值的所期望數(shù)目C\ENCTH，則先執(zhí)行增加變量t的值的步驟S1160，再重復(fù)步驟S1140、S1150 和 S1160。在步驟Sl 160中，如果t的值表示的數(shù)目等于輸出樣點值的所期望數(shù)目(\ENCTH，，便執(zhí)行步驟Sl 180。在步驟S1180中，輸出信號0、Ssrop被傳遞到輸出260上(見圖9和/或圖16)。如上所述，表示從軸旋轉(zhuǎn)發(fā)出機械振動的數(shù)據(jù)信號可以包括重復(fù)信號特征，因此一定的信號特征可以在被監(jiān)視軸的每轉(zhuǎn)中重復(fù)一定數(shù)目的次數(shù)。不僅如此，也可能出現(xiàn)幾種互相不同的重復(fù)信號特征，其中互相不同的重復(fù)信號特征可以具有互相不同的重復(fù)頻率。正如以上介紹的增強信號中重復(fù)信號特征的方法，能夠有益地同時檢測具有互相不同重復(fù)頻率的許多重復(fù)信號特征。優(yōu)選情況下，這使得在單一測量和分析周期內(nèi)，能夠同時檢測比如軸承內(nèi)環(huán)故障特征和軸承外環(huán)故障特征，正如下面的介紹。圖13是包括兩個重復(fù)信號特征4010和4020的實例輸出信號Smp的示意展示。輸出信號Ssrop可以比圖13中的展示包括更多的重復(fù)信號特征，但是為了展示目的僅僅顯示了兩個重復(fù)信號特征。圖13僅僅顯示了重復(fù)信號特征4010和4020的許多數(shù)字值的某些。在圖13中，展示了外環(huán)(OR)頻率信號4020和內(nèi)環(huán)(IR)頻率信號4010。正如在圖13中可見，外環(huán)(OR)頻率信號4020具有低于內(nèi)環(huán)(IR)頻率信號4010的頻率。外環(huán) (OR)頻率信號4020和內(nèi)環(huán)(IR)頻率信號4010的重復(fù)頻率分別是1/T0K和1/ΤΙΚ。在以上介紹的為增強重復(fù)信號模式而運行增強器320的方法實施例中，在步驟 S1050中計算輸出信號時，放大了重復(fù)信號模式。如果在步驟S1010中給因子L更高的值就比給因子L更低的值達到了重復(fù)信號模式更高的放大。較高的L值意味著在步驟S1030中要求較長的輸入信號I_CTH。所以，較長的輸入信號Imcth會引起輸出信號中重復(fù)信號模式更高的放大。因此，關(guān)于輸出信號中的重復(fù)信號模式，較長的輸入信號Imcth呈現(xiàn)出更好地衰減隨機信號的效果。根據(jù)本發(fā)明的實施例，整數(shù)值Imcth可以響應(yīng)所期望的隨機信號衰減量而選擇。在這樣的實施例中，可以根據(jù)所選定的整數(shù)值I^th確定長度因子L?，F(xiàn)在考慮為增強重復(fù)信號模式而運行增強器320的方法的示范實施例，其中本方法被用于放大具有某一個最低頻率的重復(fù)信號模式。為了能夠分析具有所述某一個最低頻率的重復(fù)信號模式，需要一定長度的輸出信號。如上所述，在輸出信號的計算中使用更長的輸入數(shù)據(jù)信號與使用更短的輸入數(shù)據(jù)信號相比，會引起重復(fù)信號模式放大得更多。如果需要重復(fù)信號模式的一定的放大，所以有可能使用一定長度的輸入信號，以便實現(xiàn)重復(fù)信號模式的這種一定的放大。為了展示上述實施例，考慮以下實例具有最低重復(fù)頻率&的重復(fù)信號模式受到關(guān)注。為了確保檢測出這樣的重復(fù)信號，將有必要生產(chǎn)能夠表明完整周期的輸出信號，也就是說，需要表現(xiàn)的持續(xù)時間為T1 = 1/ fIO當(dāng)連續(xù)的輸出信號樣點值被樣點周期、—分開時，輸出信號中樣點值的最小數(shù)目將為
OLENGTHmin — T1Z^tdeltsi。如上所述，重復(fù)信號的放大量將隨著輸入信號的長度增加。如上所述，運行以上參考圖10至圖13介紹的方法是為了增強從旋轉(zhuǎn)軸發(fā)出的測量數(shù)據(jù)序列中的重復(fù)信號特征。措詞“重復(fù)信號特征”應(yīng)當(dāng)理解為樣點值[x(t)、x(t+T)、
x(t+2T)........x(t+nT)]包括具有非隨機振幅值的振幅分量，并且其中這些樣點值之間
的持續(xù)時間T是不變的，只要該軸以不變的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。參考圖13，應(yīng)當(dāng)理解，數(shù)字值4010由增強輸入信號I中多個重復(fù)信號值而產(chǎn)生(見圖11)，其中輸入信號值在時間上被持續(xù)時間Tik分離。因此在這種情況下，能夠推斷“重復(fù)信號特征”與軸承組件內(nèi)環(huán)處的故障有關(guān)，此時重復(fù)周期Tik對應(yīng)于滾珠在內(nèi)環(huán)的通過速率。當(dāng)然這假設(shè)知道了軸的直徑和轉(zhuǎn)速。同樣， 當(dāng)存在著這樣的“重復(fù)信號特征”信號分量時，就可能有重復(fù)信號分量值X，使得χ (t)的振幅類似于χ (t+T)，它的振幅類似于χ (t+2T)，它的振幅類似于χ (t+nT)，等等。當(dāng)在輸入信號中存在著這樣的“重復(fù)信號特征”時，作為有益的情況，即使該重復(fù)信號特征微弱到產(chǎn)生的振幅分量小于隨機信號分量的振幅分量時，使用以上介紹的方法也可以檢測到它。當(dāng)處理器50執(zhí)行以上連同圖4討論的對應(yīng)程序代碼94時，分析裝置14可以執(zhí)行連同圖10至圖13介紹的方法。數(shù)據(jù)處理器50可以包括中央處理單元，用于控制分析裝置 14以及數(shù)字信號處理器(DSP)的運行。DSP可以被安排為實際運行程序代碼90，使分析裝置14執(zhí)行程序94，使以上連同圖10至圖13介紹的過程得以執(zhí)行。數(shù)字信號處理器可以是如TMS320C6722類型，由Texas Instruments制造。以這種方式，分析裝置14可以運行以便執(zhí)行全部的信號處理功能94，包括濾波功能M0，包絡(luò)功能250、降采樣功能310和470 以及增強功能320。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，信號處理可以在裝置14與計算機33之間共享，如上所述。因此，裝置14可以接收模擬測量信號^并產(chǎn)生對應(yīng)的數(shù)字信號SM，然后將數(shù)字信號Sm傳遞到控制計算機33，允許在控制位置31執(zhí)行進一步的信號處理功能94。采樣率的降采樣正如以上連同圖9的討論，可能期望提供降采樣器310以先降低數(shù)字信號的采樣頻率，再傳遞到增強器320。有益的是，這樣的降采樣器310減少了要被分析信號中樣點的數(shù)目，從而減少了存儲要被使用信號所需要的存儲空間量。降采樣也能夠加快在后續(xù)增強器320中的處理。圖14A展示了傳遞給降采樣器310的輸入的信號中的許多樣點值，而圖14B展示了對應(yīng)時間周期的輸出樣點值。被輸入到降采樣器310的信號可以具有采樣頻率fs。正如能夠看出，輸出信號is具有降低的采樣頻率fSK1。降采樣器310適于執(zhí)行數(shù)字化包絡(luò)信號 Senv的降采樣，以便傳遞具有降低采樣頻fSK1的數(shù)字信號Sked，使得輸出采樣率與輸入采樣率 &相比被降低了整數(shù)因子M倍。因此，輸出信號Sked僅僅包括了在輸入信號Sked中出現(xiàn)的每第M個樣點值。圖14B 展示了 M是4的實例，但是M可以是任何正整數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，降采樣器可以按照 US 5，633，811中的介紹運行，其內(nèi)容在此引用作為參考。圖15A展示了根據(jù)本發(fā)明實施例的降采樣器310。在根據(jù)圖15A的降采樣器310 的實施例310A中，梳狀濾波器400對輸入信號進行濾波和16 1比率的降采樣。S卩，與輸入采樣率相比，輸出采樣率以等于16的第一整數(shù)因子Ml (Ml = 16)被降低。有限脈沖響應(yīng) (FIR)濾波器401接收梳狀濾波器400的輸出，并且以第二整數(shù)因子M2提供了對采樣率的又一次降低。如果整數(shù)因子M2 = 4，HR濾波器401呈現(xiàn)了采樣率4 1的降低，所以降采樣器310A呈現(xiàn)了 64 1總降采樣。圖15B展示了本發(fā)明的另一個實施例，其中降采樣器310的實施例310B包括低通濾波器402，隨后是樣點選擇器403。樣點選擇器403適于在從低通濾波器402接收的信號中拾取出每第M個樣點值。結(jié)果信號Skedi具有fSK1 = fs/M的采樣率，其中fs是收到信號 Senv的采樣率。低通濾波器402的截止頻率由M值控制。
根據(jù)一個實施例，M值被預(yù)置為一定的值。根據(jù)另一個實施例，M值是可設(shè)置的。 降采樣器310可以為可設(shè)置的，以進行選定的降采樣M 1，其中M是正整數(shù)?？梢栽诮挡蓸悠?10的端口 404上接收M值。低通濾波器402的截止頻率是fSK1/(G * Μ)赫茲。因子G可以選擇為二(2.0)的值，或者大于二(2.0)的值。根據(jù)實施例，G值被選擇為2. 5與3之間的值。優(yōu)選情況下， 這能夠避免假頻。低通濾波器402可以由HR濾波器實施。由低通濾波器402傳遞的信號被傳遞到樣點選擇器403。樣點選擇器在一個端口上接收M值，而在另一個端口上接收來自低通濾波器402的信號，并且它響應(yīng)這些輸入產(chǎn)生樣點值序列。樣點選擇器適于在從低通濾波器402接收的信號中拾取出每第M個樣點。結(jié)果信號Skedi具有fSK1 = 1/M ± fs的采樣率，其中fs是在降采樣器310的端口 405上接收的信號Senv的采樣率?？勺冚S速度的補償方法如上所述，作為有益的情況，即使重復(fù)信號特征微弱到產(chǎn)生的振幅分量小于隨機信號分量時，也可以使用以上介紹的方法檢測出輸入信號中出現(xiàn)的重復(fù)信號特征。不過，在一定的應(yīng)用中，軸的轉(zhuǎn)速可能變化。當(dāng)時，使用輸入測
量序列執(zhí)行參考圖10-13介紹的方法會導(dǎo)致結(jié)果輸出信號Ssrop的品質(zhì)退化。所以，根據(jù)本發(fā)明一方面的目的是在整個測量序列期間當(dāng)該軸的轉(zhuǎn)速改變時，實現(xiàn)結(jié)果塊Y具有與軸的轉(zhuǎn)速不變時同等高的品質(zhì)。圖16展示了本發(fā)明的實施例，包括如以上介紹的降采樣器310和增強器320，以及分數(shù)降采樣器470。根據(jù)本發(fā)明的實施例，盡管降采樣器310運行以便以M 1對采樣率降采樣，其中 M是整數(shù)，但是圖16的實施例包括分數(shù)降采樣器470，以U/N對采樣率降采樣，其中U和N 都是正整數(shù)。因此，作為有益的情況，分數(shù)降采樣器470能夠以分數(shù)對采樣率降采樣。根據(jù)某實施例，U和N的值可以在從2到2000的范圍內(nèi)選擇。根據(jù)某實施例，U和N的值可以在從500到1500的范圍內(nèi)選擇。根據(jù)又一個實施例，U和N的值可以在從900到1100的范圍內(nèi)選擇。在圖16的實施例中，來自降采樣器310的輸出信號被傳遞到選擇器460。選擇器能夠?qū)磳⑤斎氲皆鰪娖?20的信號進行選擇。對具有不變轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)部件進行狀態(tài)監(jiān)視時，可以將選擇器460設(shè)置在將具有采樣頻率fSK1的信號Sked傳遞到增強器320的輸入315 的位置，并且可以將禁用分數(shù)降采樣器470。對具有可變轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)部件進行狀態(tài)監(jiān)視時， 可以啟用分數(shù)降采樣器470，并且將選擇器460設(shè)置在將具有采樣頻率fSK2的信號Sked2傳遞到增強器320的輸入315的位置。分數(shù)降采樣器470具有輸入480。輸入480可以被連接以接收從降采樣器310輸出的信號。分數(shù)降采樣器470也具有輸入490，用于接收指示軸8的轉(zhuǎn)速的信息?？梢蕴峁┧俣葯z測器420(見圖幻以傳遞信號表明軸8的轉(zhuǎn)速fTOT。速度信號可以在處理裝置180的端口 430上接收，從而使處理裝置180能夠?qū)⒃撍俣刃盘杺鬟f到分數(shù)降采樣器470的輸入490。可以按照每秒的轉(zhuǎn)數(shù)即赫茲(Hz)提供軸8的轉(zhuǎn)速fKQT。圖17展示了分數(shù)降采樣器470的實施例，它能夠以分數(shù)U/N改變采樣率，其中U 和N都是正整數(shù)。這使得將被傳遞到增強器320的采樣率fSK2能夠被非常準確地控制，從而即使當(dāng)軸速度變化時也能夠非常好地檢測微弱重復(fù)信號特征。在分數(shù)降采樣器470的輸入490上接收的速度信號被傳遞到分數(shù)發(fā)生器500。分數(shù)發(fā)生器500分別在輸出510和520上產(chǎn)生整數(shù)輸出U和N。U輸出被傳遞到升采樣器530。 升采樣器530經(jīng)由輸入480接收信號Sked(見圖16)。升采樣器530包括樣點引入器M0， 用于在端口 480上接收的每個樣點值之間引入U-I個樣點值。每個這樣添加的樣點值都帶有振幅值。根據(jù)實施例，每個這樣添加的樣點值都被提供了零(0)振幅。結(jié)果信號被傳遞到低通濾波器550，其截止頻率由分數(shù)發(fā)生器500所傳遞的值U控制。低通濾波器550的截止頻率是fSK2/(K女U)赫茲。因子K可以選擇為二 O)的值，或者大于二⑵的值。結(jié)果信號被傳遞到降采樣器560。降采樣器560包括低通濾波器570，其截止頻率由分數(shù)發(fā)生器500所傳遞的值N控制。低通濾波器570的截止頻率是fSK2/(K女N)赫茲。 因子K可以選擇為二⑵的值，或者大于二(2)的值。由低通濾波器570傳遞的信號被傳遞到樣點選擇器580。樣點選擇器在一個端口上接收值N，以及在另一個端口上接收來自低通濾波器570的信號，并且它響應(yīng)這些輸入而產(chǎn)生樣點值序列。樣點選擇器適于在從低通濾波器570接收的信號中拾取出每第N個樣點值。結(jié)果信號Sked2具有fSK2 = U/N女fSE1的采樣率，其中fSK1是在端口 480上接收的信號 Seed的采樣率。結(jié)果信號Sked2在輸出端口 590上傳遞。低通濾波器550和570可以由HR濾波器實施。這有益地排除了使用由樣點引入器540引入的零振幅值執(zhí)行乘法的需要。圖18展示了分數(shù)降采樣器470的另一個實施例。圖18的實施例有益地減少了產(chǎn)生信號Sked2所要求的計算量。在圖18的實施例中，除去了低通濾波器570，所以由低通濾波器550傳遞的信號被直接傳遞到樣點選擇器580。當(dāng)由硬件實施分數(shù)降采樣器470時，作為有益的情況，圖18 的實施例減少了硬件量，從而降低了生產(chǎn)成本。當(dāng)由軟件實施分數(shù)降采樣器470時，作為有益的情況，圖18的實施例減少了要求執(zhí)行的程序代碼量，從而降低了處理器的負載并提高了執(zhí)行速度。參考圖17和圖18，被傳遞到分數(shù)降采樣器470的輸出端口上的結(jié)果信號Sked2具有fSK2 = U/N女fSE1的采樣率，其中fSK1是在端口 480上接收的信號Sked的采樣率。分數(shù)值U/N取決于在輸入端口 490上所接收的速率控制信號。如上所述，速率控制信號可以是表明軸8的轉(zhuǎn)速的信號，它可以由速度檢測器420(見圖1和/或圖幻傳遞。速度檢測器 420可以由編碼器實施，提供的脈沖信號具有適當(dāng)選擇的分辨率，使得速度信號具有所期望的準確度。在一個實施例中，編碼器420在軸8的每個整轉(zhuǎn)都傳遞一個整轉(zhuǎn)標記信號。這樣的轉(zhuǎn)標記信號可以是電脈沖的形式，具有能夠被準確檢測到的邊緣并且表明了被監(jiān)視軸 8的一定的旋轉(zhuǎn)位置。根據(jù)另一個實施例，編碼器420在被監(jiān)視軸的每轉(zhuǎn)中可以傳遞許多脈沖信號，以便在該軸的一轉(zhuǎn)內(nèi)也能夠檢測出速度變化。根據(jù)實施例，分數(shù)發(fā)生器500控制U和N的值，使得降低的采樣率具有使提供的信號Sred2能夠有如下性質(zhì)的值軸8每轉(zhuǎn)的樣點數(shù)基本上不變，與軸8的任何速度變化無關(guān)。 所以，U和N的值越大，分數(shù)降采樣器470在使軸8每轉(zhuǎn)樣點值的數(shù)目保持基本上不變方面的能力就越好。
參考圖17和圖18所介紹的分數(shù)降采樣可以通過執(zhí)行對應(yīng)的方法步驟獲得，并且這可以利用存儲器60中存儲的計算機程序94實現(xiàn)，如上所述。計算機程序可以由DSP 50 執(zhí)行。作為替代，計算機程序也可以由現(xiàn)場可編程門陣列電路(FPGA)執(zhí)行。當(dāng)處理器50執(zhí)行以上連同圖4討論的對應(yīng)程序代碼94時，分析裝置14可以執(zhí)行連同圖10-13介紹的方法以及參考圖17和圖18介紹的降采樣。數(shù)據(jù)處理器50可以包括中央處理單元50，用于控制分析裝置14以及數(shù)字信號處理器(DSP)50B的運行。DSP 50B 可以被安排為實際運行程序代碼90，使分析裝置14執(zhí)行程序94，使以上連同圖10至圖13 介紹的過程得以執(zhí)行。根據(jù)另一個實施例，處理器50B是現(xiàn)場可編程門陣列電路(FPGA)。圖19展示了降采樣器310和分數(shù)降采樣器470的另一個實施例。降采樣器310在端口 405上接收具有采樣頻率fs的信號SENV，并且在端口 404上接收整數(shù)M,如上所述。降采樣器310在輸出312上傳遞具有采樣頻率fSK1的信號Skedi，輸出312連接到分數(shù)降采樣器470A的輸入480。輸出采樣頻率fSK1是fSE1 = fs/M其中M是整數(shù)。分數(shù)降采樣器470A接收具有采樣頻率fSK1的信號SKED1，作為數(shù)據(jù)值序列S (j)，并且它在其輸出590上傳遞輸出信號Sked2作為另一個數(shù)據(jù)值序列R(q)。分數(shù)降采樣器470A可以包括存儲器604，適于接收和存儲數(shù)據(jù)值S (j)，以及表明被監(jiān)視旋轉(zhuǎn)部件對應(yīng)轉(zhuǎn)速的信息。因此存儲器604可以存儲每個數(shù)據(jù)值S (j)，以便在檢測數(shù)據(jù)值S (j)所對應(yīng)的傳感器信號Sea的值時使它與表明被監(jiān)視軸轉(zhuǎn)速的值相關(guān)聯(lián)。當(dāng)產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)值R(q)時，分數(shù)降采樣器470A適于從存儲器604讀取數(shù)據(jù)值 S(J)，以及表明對應(yīng)轉(zhuǎn)速的信息。從存儲器604讀取的數(shù)據(jù)值S(j)被傳遞到樣點引入器M0，用于在端口 480上接收的每個樣點值之間引入U-I個樣點值。每個這樣添加的樣點值都帶有振幅值。根據(jù)實施例，每個這樣添加的樣點值都是零(0)振幅。結(jié)果信號被傳遞到低通濾波器550，其截止頻率由分數(shù)發(fā)生器500所傳遞的值U控制，如上所述。結(jié)果信號被傳遞到樣點選擇器580。樣點選擇器在一個端口上接收值N，以及在另一個端口上接收來自低通濾波器550的信號，并且它響應(yīng)這些輸入產(chǎn)生樣點值序列。樣點選擇器適于在從低通濾波器550接收的信號中拾取出每第N個樣點值。結(jié)果信號Sked2具有 fSE2 = U/N女fSE1的采樣率，其中fSK1是在端口 480上接收的信號Sked的采樣率。結(jié)果信號 Seed2在輸出端口 590上傳遞。因此，輸出數(shù)據(jù)值R(q)的采樣頻率fSK2低于輸入采樣頻率fSK1因子D倍。D可以被設(shè)置為大于1的任意數(shù)，并且它可以是分數(shù)。根據(jù)若干優(yōu)選實施例，因子D可設(shè)置為1.0 至20. 0之間的值。在某優(yōu)選實施例中，因子D是分數(shù)，可設(shè)置為大約1. 3至大約3. 0之間的值。將整數(shù)U和N設(shè)置為適合的值可以獲得因子D。因子D等于N除以U:D = N/U根據(jù)本發(fā)明的實施例，整數(shù)U和N可被設(shè)置為大的整數(shù)，以便使因子D = N/U能夠以最小的誤差跟隨速度變化。有益的是，選擇變量U和N為大于1000的整數(shù)，致使高準確度地調(diào)整輸出采樣頻率，以跟蹤所監(jiān)視軸的轉(zhuǎn)速改變。因此，例如將N設(shè)置為500而U為1001致使 D = 1/2. 002。 在測量開始時變量D被設(shè)置為合適的值，并且該值與要被監(jiān)視旋轉(zhuǎn)部件的一定轉(zhuǎn)速相關(guān)聯(lián)。此后，在狀態(tài)監(jiān)視階段期間，響應(yīng)要被監(jiān)視旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)速而自動調(diào)整分數(shù)值D， 使得端口 590上輸出的信號對被監(jiān)視旋轉(zhuǎn)部件每轉(zhuǎn)提供基本上不變數(shù)目的樣點值。
如上所述，編碼器420在軸8的每個整轉(zhuǎn)都傳遞一個整轉(zhuǎn)標記信號。這樣的整轉(zhuǎn)標記信號可以是電脈沖的形式，具有能夠被準確檢測到的邊緣并且表明了被監(jiān)視軸8的一定的旋轉(zhuǎn)位置。所述整轉(zhuǎn)標記信號也可以稱為索引脈沖，能夠在編碼器420的輸出上生成，以響應(yīng)在被監(jiān)視軸旋轉(zhuǎn)時旋轉(zhuǎn)的編碼盤片上檢測到零角度模式。這能夠以幾種方式實現(xiàn)，正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知。該編碼盤片可以如配備了零角度模式，它將在盤片的每轉(zhuǎn)產(chǎn)生零角信號。檢測速度變化可以如通過被監(jiān)視軸每次通過該一定旋轉(zhuǎn)位置時在存儲器604中登記“整轉(zhuǎn)標記”，以及通過將該“整轉(zhuǎn)標記”與在同一時刻接收的樣點值S(j)相關(guān)聯(lián)。以這種方式，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)較慢時，存儲器604將存儲兩個連續(xù)的整轉(zhuǎn)標記之間大量的樣點，因為 A/D轉(zhuǎn)換器傳遞每秒不變量的樣點。圖20是降采樣器310和分數(shù)降采樣器470又一個實施例的框圖。這個分數(shù)降采樣器實施例被標注為470B。分數(shù)降采樣器470B可以包括存儲器604，適于接收和存儲數(shù)據(jù)值S(j)以及表明被監(jiān)視旋轉(zhuǎn)部件對應(yīng)轉(zhuǎn)速的信息。因此存儲器604可以存儲每個數(shù)據(jù)值S(j)，以便在檢測數(shù)據(jù)值S (j)所對應(yīng)的傳感器信號Sea的值時使它與表明被監(jiān)視軸轉(zhuǎn)速的值相關(guān)聯(lián)。分數(shù)降采樣器470B接收具有采樣頻率fSK1的信號SKED1，作為數(shù)據(jù)值序列S (j)，并且它在其輸出590上傳遞具有采樣頻率fSK2的輸出信號Sked2作為另一個數(shù)據(jù)值序列R(q)。分數(shù)降采樣器470B可以包括存儲器604，適于接收和存儲數(shù)據(jù)值S (j)以及表明被監(jiān)視旋轉(zhuǎn)部件對應(yīng)轉(zhuǎn)速fMT的信息。存儲器604可以將數(shù)據(jù)值S (j)存儲在若干塊中，以便每個塊與表明被監(jiān)視軸相關(guān)轉(zhuǎn)速的值相關(guān)聯(lián)，正如以下連同圖21的介紹。分數(shù)降采樣器470B還可以包括分數(shù)降采樣變量發(fā)生器606，它適于產(chǎn)生分數(shù)值D。 分數(shù)值D可以是浮點數(shù)。因此，該分數(shù)能夠被控制成為響應(yīng)所接收的速度值的浮點數(shù)的值，使得該浮點數(shù)的值以一定的誤差表明速度值fMT。當(dāng)如上所述由適宜地編程的DSP實施時，浮點數(shù)值的誤差可以取決于DSP產(chǎn)生浮點數(shù)值的能力。不僅如此，分數(shù)降采樣器470B還可以包括HR濾波器608。FIR濾波器608是低通^R濾波器，具有一定的低通截止頻率，適于利用因子Dmax進行降采樣?？梢詫max設(shè)置為合適的值，如20. 000。不僅如此，分數(shù)降采樣器470B還可以包括濾波器參數(shù)發(fā)生器610。以下參考圖21和圖22介紹分數(shù)降采樣器470B的運行。圖21是流程圖，展示了運行圖20中降采樣器310和分數(shù)降采樣器470B的方法實施例。在第一個步驟S2000中，要被監(jiān)視狀態(tài)部件的轉(zhuǎn)速froT被記錄在存儲器604中(圖 20和圖21)，并且這可以與開始測量振動或沖擊脈沖在基本上同一時間完成。根據(jù)另一個實施例，要被監(jiān)視狀態(tài)部件的轉(zhuǎn)速被測量一段時間。檢測的最高速度fK()Tmax和檢測的最低速度fK。Tmin可以被記錄在如存儲器604中(圖20和圖21)。在步驟S2010中，分析了記錄的速度值，用于確定轉(zhuǎn)速是否變化的目的。如果確定該速度不變，可以將選擇器460(圖16)自動設(shè)置在將具有采樣頻率fSK1的信號Sked傳遞到
27增強器320的輸入315的位置，并且可以將分數(shù)降采樣器470、470B禁用。如果確定該速度可變，可以自動啟用分數(shù)降采樣器470、470B，并且將選擇器460自動設(shè)置在將具有采樣頻率fSK2的信號Sked2傳遞到增強器320的輸入315的位置。在步驟S2020中，用戶界面102、106顯示了所記錄的速度值froT或速度值fKQTmin、 fROTfflax,并且請求用戶輸入所期望的級別值0V。如上所述，軸旋轉(zhuǎn)頻率fK()T常常被稱為“級別 1”。所關(guān)注的信號可能每軸轉(zhuǎn)發(fā)生約10次(級別10)。不僅如此，分析某些信號的諧波可能令人關(guān)注，所以測量高達級別100或級別500甚至更高的情況可能令人關(guān)注。因此，用戶可以使用用戶界面102輸入級別數(shù)0V。在步驟S2030中，確定適當(dāng)?shù)妮敵霾蓸勇蔲SK2。根據(jù)實施例，輸出采樣率fSK2被設(shè)
置為 fsE2 = C 女 Ov 女 fR0Tmin'其中C是大于2. 0的常數(shù)，Ov是表明被監(jiān)視部件的轉(zhuǎn)速與被分析信號的重復(fù)頻率之間關(guān)系的數(shù)，f_in是在即將來臨的測量階段期間，所期望的被監(jiān)視部件的最低轉(zhuǎn)速。根據(jù)實施例，值是在步驟S2020中檢測的最低轉(zhuǎn)速，如上所述?？紤]到采樣定理，可以選擇常數(shù)C為2.00( 二)或更大的值。根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以把常數(shù)C預(yù)置為2. 40與2. 70之間的值。其中，k是具有大于2. 0的值的因子。所以可以選擇因子k為大于2.0的值。根據(jù)實施例，作為有益的情況，選擇因子C 使得100 C/2為整數(shù)。根據(jù)實施例，可以把因子C設(shè)置為2. 56。選擇C為2. 56，致使100 * C = 256 = 2 的 8 次方。在步驟S2040中，根據(jù)被監(jiān)視部件的所檢測的轉(zhuǎn)速froT選擇整數(shù)值Μ。M的值根據(jù)被監(jiān)視部件的所檢測的轉(zhuǎn)速可以被自動選擇，以使得中間降低采樣頻率fSK1將高于所期望的輸出信號采樣頻率fSK2。降低的采樣頻率fSK1的值也根據(jù)在測量階段期間所期望的轉(zhuǎn)速變化程度而選擇。根據(jù)實施例，A/D轉(zhuǎn)換器的采樣率fs可以是102. 4kHz。根據(jù)實施例，可以將整數(shù)值M設(shè)置為100與512之間的值，以便呈現(xiàn)IOMHz與IOOHz之間的中間降低采樣頻率fSK1值。在步驟S2050中，確定了分數(shù)降采樣變量值D。當(dāng)被監(jiān)視狀態(tài)部件的轉(zhuǎn)速變化時， 分數(shù)降采樣變量值D將根據(jù)瞬間檢測的速度值變化。根據(jù)步驟S2040和S2050的另一個實施例，設(shè)置整數(shù)值M時使得中間降低采樣頻率fSK1高于fSK2(如以上在步驟S2030中確定的)的百分比至少與檢測的最高速度值fRQTmax 除以檢測的最低速度值f_in之間的關(guān)系同樣多。根據(jù)這個實施例，最大的分數(shù)降采樣變量值Dmax被設(shè)置為值Dmax = f_ax/f_in，而最小的分數(shù)降采樣變量值Dmin被設(shè)置為1. 0。此后進行了實際速度值的瞬間實時測量，并且相應(yīng)地設(shè)置了瞬間分數(shù)值D。fE0T是表明被監(jiān)視旋轉(zhuǎn)部件的測量轉(zhuǎn)速的值。在步驟S2060中，開始實際測量，并且可以確定期望的測量總持續(xù)時間。這個持續(xù)時間可以根據(jù)增強器中需要的隨機信號衰減的程度確定。因此，期望的測量總持續(xù)時間可以設(shè)置為使它對應(yīng)于或使它超過獲得輸入信號Imcth所需要的持續(xù)時間，正如以上連同圖 IOA至圖13的討論。正如以上連同圖IOA至圖13的論述，關(guān)于輸出信號中的重復(fù)信號模式，較長的輸入信號Imrai致使隨機信號的衰減效果更好。
也可以根據(jù)期望的被監(jiān)視部件的轉(zhuǎn)數(shù)確定測量的總持續(xù)時間。開始測量時，降采樣器310以速率fs接收數(shù)字信號Senv，并且它以降低的速率fSK1 = fs/M向分數(shù)降采樣器的輸入480傳遞數(shù)字信號SKED1。以下按照具有樣點值S(j)的信號討論信號Skedi，其中j是整數(shù)。在步驟S2070，將數(shù)據(jù)值S (j)記錄在存儲器604中，并且將每個數(shù)據(jù)值都與轉(zhuǎn)速值 fMT相關(guān)聯(lián)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，以每秒fKK= 1000次的速率讀取和記錄轉(zhuǎn)速值froT。讀取和記錄速率fKK可以被設(shè)置為其他值，取決于被監(jiān)視旋轉(zhuǎn)部件速度fMT的變化程度。在后續(xù)步驟S2080中，分析已記錄的轉(zhuǎn)速值，并且將已記錄的數(shù)據(jù)值S (j)分成取決于轉(zhuǎn)速值的若干塊。以這種方式，可以產(chǎn)生許多塊數(shù)據(jù)值s(j)的塊，每個數(shù)據(jù)值S(j)塊都與轉(zhuǎn)速值相關(guān)聯(lián)。轉(zhuǎn)速值表明了當(dāng)記錄這個特定塊的數(shù)據(jù)值S (j)時被監(jiān)視部件的轉(zhuǎn)速。 各個數(shù)據(jù)塊的尺寸可以互相不同，即各個塊可以持有互相不同數(shù)目的數(shù)據(jù)值S(j)。例如，假若被監(jiān)視旋轉(zhuǎn)部件在第一時間階段期間首先以第一速度fTOT1旋轉(zhuǎn)，此后它改變了速度在第二個更短的時間階段期間以第二速度fTOT2旋轉(zhuǎn)，則可以將記錄的數(shù)據(jù)值 S(J)分成兩個數(shù)據(jù)塊，第一塊的數(shù)據(jù)值與第一速度值fKm相關(guān)聯(lián)，而第二塊的數(shù)據(jù)值與第二速度值&< 2相關(guān)聯(lián)。在這種情況下，由于第二個時間階段更短，所以第二個數(shù)據(jù)塊含有的數(shù)據(jù)值將少于第一個數(shù)據(jù)塊。根據(jù)實施例，如果已經(jīng)把全部已記錄的數(shù)據(jù)值S(j)都分成數(shù)據(jù)塊，并且已經(jīng)將全部塊與轉(zhuǎn)速值相關(guān)聯(lián)，那么本方法繼續(xù)執(zhí)行步驟S2090。在步驟S2090中，選擇第一塊的數(shù)據(jù)值S (j)，并且確定與相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)速值所對應(yīng)的分數(shù)降采樣值D。將這個分數(shù)降采樣值D與第一塊的數(shù)據(jù)值S(j)相關(guān)聯(lián)。根據(jù)實施例，如果已經(jīng)將全部塊與對應(yīng)的分數(shù)降采樣值D相關(guān)聯(lián)，那么本方法繼續(xù)執(zhí)行步驟S2100。 因此，根據(jù)速度調(diào)整了分數(shù)降采樣值D的值。 在步驟S2100，選擇一塊數(shù)據(jù)值S (j)和相關(guān)聯(lián)的分數(shù)降采樣值D，正如以上在步驟 S2090中的介紹。在步驟S2110中，響應(yīng)所選擇塊的輸入值S和相關(guān)聯(lián)的分數(shù)降采樣值D而產(chǎn)生一塊輸出值R。做到這一點可以如同參考圖22的介紹。在步驟S2120中，檢查是否存在著要處理的任何剩余輸入數(shù)據(jù)值。如果存在著要處理的另一塊輸入數(shù)據(jù)值，那么重復(fù)步驟S2100。如果不存在要處理的剩余輸入數(shù)據(jù)值塊， 那么該測量階段完成。圖22A、22B和圖22C展示了運行圖20中分數(shù)降采樣器470B方法實施例的流程圖。在步驟S2200中，接收了一塊輸入數(shù)據(jù)值S (j)和相關(guān)聯(lián)的特定分數(shù)降采樣值D。 根據(jù)實施例，所接收的數(shù)據(jù)如同以上在圖21步驟S2100中的介紹。在所接收的輸入數(shù)據(jù)值 S塊中的輸入數(shù)據(jù)值S (j)都與特定分數(shù)降采樣值D相關(guān)聯(lián)。在步驟S2210到S2390中，對于在步驟S2200中接收的特定分數(shù)降采樣值D調(diào)整 FIR濾波器608，并且產(chǎn)生了一組對應(yīng)的輸出信號值R(q)。在步驟S2210，選擇適于特定分數(shù)降采樣值D的濾波器設(shè)置。正如以上連同圖20 所述，F(xiàn)IR濾波器608是低通HR濾波器，具有適于用因子Dmax進行降采樣的一定的低通截止頻率?？梢园岩蜃覦max設(shè)置為適合的值，如20。根據(jù)因子Dmax和在步驟S2200中接收的特定分數(shù)降采樣值D，設(shè)置濾波器比值！^的值。步驟S2210可以由濾波器參數(shù)發(fā)生器610 (圖20)執(zhí)行。在步驟S2220中，選擇所接收的輸入數(shù)據(jù)塊s(j)中的起始位置值χ。應(yīng)當(dāng)指出， 起始位置值X不需要是整數(shù)。FIR濾波器608具有長度Fmcth,然后將根據(jù)濾波器長度Fmcra 和濾波器比值 ^選擇起始位置值Χ。濾波器比值是在以上步驟S2210中設(shè)置的值。根據(jù)實施例，起始位置值χ可以被設(shè)置為χ = FmcthAV在步驟S2230中，準備濾波器求和的值SUM，并且設(shè)置初始值，比如SUM := 0. 0。在步驟S2240中，選擇在所接收的輸入數(shù)據(jù)中位置χ鄰近和前方的位置j?？梢园盐恢胘選擇為X的整數(shù)部分。 在步驟S2250中，選擇HR濾波器中的位置Fpos，它對應(yīng)于所接收的輸入數(shù)據(jù)中選定的位置j。位置Fpos可以是分數(shù)。關(guān)于濾波器的中間位置，可以把濾波器位置Fpos確定為Fpos = [ (x-j) * FJ其中!^是濾波器比值。在步驟中，檢查所確定的濾波器位置值Fpos是否在允許的界限值之外，即在濾波器之外某位置處的某些點。如果這種情況發(fā)生，那么繼續(xù)進行下面的步驟S2300。否則繼續(xù)進行步驟S2270。在步驟S2270中，利用插值計算濾波器的值。應(yīng)當(dāng)指出，HR低通濾波器中的相鄰濾波器系數(shù)值一般具有類似的數(shù)字值。因此，作為有益的情況，插值的值將是準確的。首先計算了整數(shù)位置值IFpos:IFpos := Fpos 的整數(shù)部分位置Fpos的濾波器值Fval將是Fval = A (IFpos)+ [A (IFpos+1)-A (IFpos)] * [Fpos-Ifpos]其中A(IFp0S)和A(IFp0S+l)是參考濾波器中的值，而濾波器位置Fpos是這些值之間的位置。在步驟中，響應(yīng)信號位置j計算濾波器求和值SUM的更新SUM: = SUM+Fval * S(j)在步驟中，移動到另一個信號位置設(shè)置j:=j-l此后，到步驟S2250。在步驟S2300中，在所接收的輸入數(shù)據(jù)選擇位置χ鄰近和隨后的位置j。這個位置 j可以選為Χ的整數(shù)部分加上1 ( 一)，即j : = 1+x的整數(shù)部分。在步驟S2310中，選擇HR濾波器中的位置，它對應(yīng)于所接收的輸入數(shù)據(jù)中選定的位置j。位置Fpos可以是分數(shù)。關(guān)于濾波器的中間位置，可以把濾波器位置Fpos確定為Fpos = [ (j-x) * FJ其中!^是濾波器比值。在步驟S2320中，檢查所確定的濾波器位置值Fpos是否在允許的界限值之外，即在濾波器之外某位置處的某些點。如果這種情況發(fā)生，那么繼續(xù)進行下面的步驟S2360。否則繼續(xù)進行步驟S2330。在步驟S2330中，利用插值計算濾波器的值。應(yīng)當(dāng)指出，HR低通濾波器中的相鄰濾波器系數(shù)值一般具有類似的數(shù)字值。因此，作為有益的情況，插值的值將是準確的。首先
計算了整數(shù)位置值IFpos: IFpos = Fpos 的整數(shù)部分位置Fpos的濾波器值將是Fval(Fpos) = A (IFpos)+ [A (IFpos+1)-A (IFpos)] * [Fpos-Ifpos]其中A(IFp0S)和A(IFp0S+l)是參考濾波器中的值，而濾波器位置Fpqs是這些值之間的位置。在步驟S2340中，響應(yīng)信號位置j計算濾波器求和值SUM的更新SUM: = SUM+Fval * S(j)在步驟S2350中，移動到另一個信號位置設(shè)置j:=j+l此后，到步驟S2310。在步驟S2360中，傳遞輸出數(shù)據(jù)值R(j)?？梢园演敵鰯?shù)據(jù)值R(j)傳遞到存儲器， 以便在連續(xù)的存儲器位置中存儲連續(xù)的輸出數(shù)據(jù)值。R(j) = SUM在步驟S2370中，更新位置值χ χ = x+D在步驟S2380中，更新位置值j j = j+1在步驟S2390中，檢查是否已經(jīng)產(chǎn)生了所期望數(shù)目的輸出數(shù)據(jù)值。如果尚未產(chǎn)生所期望數(shù)目的輸出數(shù)據(jù)值，那么去往步驟S2230。如果已經(jīng)產(chǎn)生了所期望數(shù)目的輸出數(shù)據(jù)值，那么去往關(guān)于圖21所介紹方法中的步驟S2120。實際上，設(shè)計步驟S2390是為了確保產(chǎn)生輸出信號值R(q)的塊，與在步驟S2200 中接收的輸入數(shù)據(jù)值S的塊相對應(yīng)，并且當(dāng)已經(jīng)產(chǎn)生了輸入數(shù)據(jù)值S對應(yīng)的輸出信號值R 時，那么應(yīng)當(dāng)執(zhí)行圖21中的步驟S2120。參考圖22介紹的方法可以實施為計算機程序的子程序，并且步驟S2100和步驟 S2110可以實施為主程序。根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，通過控制由時鐘190傳遞的時鐘頻率，可以實現(xiàn)對可變軸速的補償。如上所述，可以提供速度檢測器420(見圖幻以傳遞表明軸8轉(zhuǎn)速f-的信號。速度信號可以在處理裝置180的端口 430上接收，從而使處理裝置180能夠控制時鐘190。所以，處理裝置180可以具有傳遞時鐘控制信號的端口 440。因此，處理裝置180 可以適于響應(yīng)所檢測到的轉(zhuǎn)速f·而控制時鐘頻率。正如連同圖2B所述，A/D轉(zhuǎn)換器的采樣率取決于時鐘頻率。因此，裝置14適于響應(yīng)所檢測到的轉(zhuǎn)速而控制時鐘頻率，以便即使轉(zhuǎn)速變化也使被監(jiān)視旋轉(zhuǎn)部件每轉(zhuǎn)的樣點值數(shù)目基本上保持不變。根據(jù)本發(fā)明的再一個實施例，通過US 7,010,445中介紹的產(chǎn)生自相關(guān)數(shù)據(jù)的方法，可以實現(xiàn)增強器功能320、94，其內(nèi)容在此引用作為參考。確切地說，數(shù)字信號處理器50 可以包括功能94，對數(shù)字化的信號執(zhí)行連續(xù)的傅氏變換操作以提供自相關(guān)數(shù)據(jù)。監(jiān)視齒輪系統(tǒng)的狀態(tài)
應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明的實施例也可以用于測量、監(jiān)視和檢測齒輪系統(tǒng)的狀態(tài)。監(jiān)視包括周轉(zhuǎn)圓傳動、齒輪和/或齒輪箱的周轉(zhuǎn)圓齒輪系統(tǒng)時，某些實施例提供了特別有益的效果。這將在下面更詳細地介紹。周轉(zhuǎn)圓傳動、齒輪和/或齒輪箱也可以被稱為行星傳動、齒輪和/或齒輪箱。圖23是展示行星齒輪系統(tǒng)700的正視圖。行星齒輪系統(tǒng)700包括至少一個或多個外部齒輪702、703、704，圍繞著中心齒輪701旋轉(zhuǎn)。外部齒輪702、703、704通常被稱為行星齒輪，而中心齒輪701通常被稱為太陽齒輪。行星齒輪系統(tǒng)700也可以使用外面的內(nèi)齒圈705，通常也稱為內(nèi)齒環(huán)。行星齒輪702、703、704可以包括P個齒707，太陽齒輪701可以包括S個齒708，而內(nèi)齒環(huán)705可以包括A個齒706。內(nèi)齒環(huán)705上的A個齒被安排與行星齒輪702、703、704上的P個齒嚙合，它們又被安排與太陽齒輪701上的S個齒嚙合。不過應(yīng)當(dāng)指出，太陽齒輪701—般大于行星齒輪702、703、704，從而圖23所示的展示不應(yīng)當(dāng)解釋為是這個方面的限制。當(dāng)太陽齒輪701與行星齒輪702、703、704的尺寸不同時，分析裝置14也可以區(qū)分行星齒輪系統(tǒng)700的不同軸和齒輪的所檢測的狀態(tài)，從以下的敘述將變得顯而易見。在許多行星齒輪系統(tǒng)中，太陽齒輪701、行星齒輪702、703、704或內(nèi)齒環(huán)705這三種基本組件之一被保持固定。兩個剩余組件之一然后可以用作輸入并向行星齒輪系統(tǒng)700 提供動力。最后剩余的組件然后可以用作輸出并從行星齒輪系統(tǒng)700中接收動力。輸入轉(zhuǎn)數(shù)與輸出轉(zhuǎn)數(shù)的比值取決于每個齒輪中的齒數(shù)，以及哪個組件被保持固定。圖M是圖23中行星齒輪系統(tǒng)700的示意側(cè)視圖，從圖23中箭頭SW的方向所見。 包括行星齒輪系統(tǒng)700的示范組合體800可以包括至少一個傳感器10和至少一臺根據(jù)以上介紹的本發(fā)明的分析裝置14。組合體800例如可用于風(fēng)力渦輪的齒輪箱。在組合體800的實施例中，內(nèi)齒環(huán)705保持固定?？尚D(zhuǎn)軸801具有多個可移動的臂或支架801A、801B、801C，被安排與行星齒輪702、703、704連接。向可旋轉(zhuǎn)軸801提供了輸入旋轉(zhuǎn)802后，可旋轉(zhuǎn)軸801和可移動臂801A、801B、801C以及行星齒輪702、703、704 可以用作輸入并向行星齒輪系統(tǒng)700提供動力?？尚D(zhuǎn)軸801和行星齒輪702、703、704然后可以相對于太陽齒輪701旋轉(zhuǎn)?？梢员话惭b在旋轉(zhuǎn)軸803上的太陽齒輪701然后可以用作輸出并從行星齒輪系統(tǒng)700接收動力。這種配置將產(chǎn)生齒輪比G= 1+A/S的增加。比如用作風(fēng)力渦輪中的齒輪箱時，齒輪比G可以安排為使得輸出旋轉(zhuǎn)大約是輸入旋轉(zhuǎn)的5-6倍。 行星齒輪702、703、704可以分別經(jīng)由軸承7A、7B和7C安裝在可移動臂或支架801A、801B、 801C上(在圖23和圖M中都有顯示)?？尚D(zhuǎn)軸801可以安裝在軸承7D上。同樣，旋轉(zhuǎn)軸803可以安裝在軸承7E上，而太陽齒輪701可以經(jīng)由軸承7F安裝在旋轉(zhuǎn)軸803上。根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述至少一個傳感器10可以連接到行星齒輪系統(tǒng)700的固定內(nèi)齒環(huán)705的測量點12上。傳感器10也可以被安排為與分析裝置14通信。分析裝置 14可以被安排為根據(jù)傳感器10傳遞的測量數(shù)據(jù)或信號值，分析行星齒輪系統(tǒng)700的狀態(tài)， 如本文檔中以上的介紹。分析裝置14可以包括如以上的鑒別器230。圖25展示了響應(yīng)由所述至少一個傳感器10在組合體800中行星齒輪系統(tǒng)700旋轉(zhuǎn)后所檢測的信號，由預(yù)處理器200(見圖5或圖16)產(chǎn)生并輸出的示范信號的模擬版本。 顯示信號的持續(xù)時間為Tkev，它表示在可旋轉(zhuǎn)軸801的一轉(zhuǎn)期間所檢測出的信號值。應(yīng)當(dāng)理解，由預(yù)處理器200在端口沈0 (見圖5和圖16)上傳遞的信號可以被傳遞到鑒別器230的輸220(見圖8或圖7)。正如從圖25可見，當(dāng)行星齒輪702、703、704的每一個通過組合體800中傳感器 10的測量點12時，信號的振幅或信號輸出增大。信號的這些部分以下被稱為高振幅區(qū)域 702A、703A、704A，它們可以包括高振幅尖峰901。也能夠顯示出，在可旋轉(zhuǎn)軸801的一轉(zhuǎn)， 即時間周期Tkev上信號中尖峰901、902的總量，直接與內(nèi)齒環(huán)705上齒數(shù)相關(guān)。例如，假若內(nèi)齒環(huán)705上齒數(shù)A = 73，時間周期Tkev期間信號中尖峰的總數(shù)將是73 ；或者假若內(nèi)齒環(huán) 705上齒數(shù)A = 75，時間周期Tkev期間信號中尖峰的總數(shù)將是75，等等。已經(jīng)顯示出這是真實的，只要組合體800的齒輪702、703、704、705中不存在誤差或故障。圖沈展示了圖25所示信號的高振幅區(qū)域702A的一部分的實例。當(dāng)行星齒輪702 通過其機械地離測量點12和傳感器10最近的位置時(見圖23和圖24)可能產(chǎn)生這個信號部分。已經(jīng)注意到，不時地會出現(xiàn)圖沈中展示的小周期擾動或振動903。注意，已經(jīng)將這些小周期擾動903聯(lián)系到圖23和圖M所示軸承7A中誤差、故障或裂痕的出現(xiàn)，軸承7A 可以被安裝到移動臂之一 801A。小周期擾動903從而可以通過行星齒輪系統(tǒng)700的行星齒輪702從軸承7A傳播(或轉(zhuǎn)化)到內(nèi)齒環(huán)705，以上連同圖1至圖M介紹的傳感器10在此可以拾取小周期擾動903。同樣，安裝到可移動臂801B或801C之一的軸承7B或7C中的誤差、故障或裂痕也可能產(chǎn)生這樣的小周期擾動903，傳感器10可以用與以上相同的方式拾取它們。也應(yīng)當(dāng)注意，小周期擾動903也可能從可以安裝到旋轉(zhuǎn)軸803的軸承7F中的誤差、故障或裂痕發(fā)出。在信號中檢測出這些小周期擾動可以指示軸承7A、7B、7C和/或7F 開始退化，或者指示它們處于其現(xiàn)行預(yù)期使用壽命的極限。例如，這可能是重要的，因為它可以有助于預(yù)測行星齒輪系統(tǒng)700和/或組合體800何時需要維護或替換。根據(jù)本發(fā)明的實施例，分析裝置14的鑒別器230中的狀態(tài)分析器290可以安排為檢測從傳感器10收到信號中的這些小周期擾動903。利用先前介紹的本發(fā)明的實施例使得這成為可能。小周期擾動903也可以被稱為沖擊脈沖903或振動903。根據(jù)本發(fā)明的實施例，采用以上介紹的增強器320的分析裝置14，使用以上介紹的安裝在內(nèi)齒環(huán)705上的傳感器10能夠檢測源自軸承7A(或7B、7C或者7F)的這些沖擊脈沖903或振動903。即使機械沖擊脈沖或振動信號已經(jīng)經(jīng)由一個或幾個行星齒輪702、703或704傳播，盡管由連接到內(nèi)齒環(huán)705上傳感器10所拾取的機械沖擊脈沖或振動信號可能微弱，但是提供以上介紹的增強器320使得監(jiān)視軸承7A(或7B、7C或者7F)的狀態(tài)成為可能。正如先前論述和圖7-9顯示，狀態(tài)分析器290可以安排為通過操作時間域中的信號或者頻率域中的信號，執(zhí)行適當(dāng)?shù)姆治?。不過，檢測從傳感器10收到信號中的小周期擾動903最適于在頻率域中描述，如圖27所示。圖27展示了包括圖沈所示小周期擾動903的信號的示范頻譜。該信號的頻譜包括頻率尖峰904，它與行星齒輪702、703、704和內(nèi)齒環(huán)705的齒接合或嚙合直接相關(guān)。事實上，頻譜中尖峰904的頻率將位于AX Ω，其中A是內(nèi)齒環(huán)705的總齒數(shù)，以及Ω是可旋轉(zhuǎn)軸801的每秒轉(zhuǎn)數(shù)，這時以不變的轉(zhuǎn)速發(fā)生旋轉(zhuǎn)802。除了頻譜中的尖峰904，圖沈展示的小周期擾動903還可能在以大約頻譜中尖峰 904為中心的頻率f\、f2處產(chǎn)生尖峰904、906。在頻率f\、f2處的尖峰904、906從而也可以被稱為中心尖峰904周圍的對稱邊帶。根據(jù)本發(fā)明的示范實施例，狀態(tài)分析器四0可以安排為檢測頻譜中的一個或幾個尖峰，從而安排為檢測從傳感器10收到信號中的小周期擾動。 也能夠顯示出，根據(jù)等式1-2，頻率f\、f2#的尖峰905、906與中心尖峰904有關(guān)& = (A X Ω ) - (fD X f702)(等式 1)f2 = (A X Ω ) + (fD X f702)(等式 2)其中A是內(nèi)齒環(huán)705的總齒數(shù)，Ω是可旋轉(zhuǎn)軸801的每秒轉(zhuǎn)數(shù)，以及fD是可以表示已退化狀態(tài)的重復(fù)信號特征的重復(fù)頻率，以及f702是行星702圍繞其自身中心的每秒轉(zhuǎn)數(shù)。重復(fù)信號特征的重復(fù)頻率fD指示了重復(fù)信號特征起源的旋轉(zhuǎn)部件之一。重復(fù)信號特征的重復(fù)頻率fD還能夠用于區(qū)分不同類型的退化狀態(tài)，正如以上如連同圖8的討論。所以，檢測出的重復(fù)信號特征的重復(fù)頻率fD可以表示軸承保持器損壞頻率(FTF)、軸承滾動件損壞(BQ頻率、外環(huán)(OR)頻率或內(nèi)環(huán)(IR)頻率，它們與圖M中組合體800的行星齒輪系統(tǒng)700中軸承7A、7B、7C或7F有關(guān)。因此，正如以上介紹，從一個或幾個軸比如可旋轉(zhuǎn)軸801和/或旋轉(zhuǎn)軸803(見圖 23至圖的旋轉(zhuǎn)發(fā)出的表示機械振動的數(shù)據(jù)信號可以包括幾個重復(fù)信號特征，從而一定的信號特征可以在被監(jiān)控軸之一的每轉(zhuǎn)重復(fù)一定的次數(shù)。不僅如此，還可能出現(xiàn)幾個互相不同的重復(fù)信號特征，其中互相不同的重復(fù)信號特征可以具有互相不同的重復(fù)頻率。增強信號中重復(fù)信號特征的方法，如以上介紹，作為有益的情況，能夠同時檢測具有互相不同重復(fù)頻率的許多重復(fù)信號特征。優(yōu)選情況下，這使得能夠使用單一傳感器10同時監(jiān)視與不同軸801、803相關(guān)聯(lián)的幾個軸承7A、7B、7C、7F。同時監(jiān)視還可以使用以下事實太陽齒輪701 和行星齒輪702、703、704的尺寸正常情況是不同的尺寸，這進一步可以實現(xiàn)容易地檢測出正在產(chǎn)生小周期擾動903的是圖23至圖M中軸承7A、7B、7C、7F的哪一個，從而圖23至圖 24中軸承7A、7B、7C、7F的哪一個可能需要維護或替換。增強信號中重復(fù)信號特征的方法， 如以上介紹，作為有益的情況，也使得有可能在單一信號測量和分析周期中，區(qū)分如軸承內(nèi)環(huán)故障特征和軸承外環(huán)故障特征。Ω的相關(guān)值表示行星齒輪702、703、704的轉(zhuǎn)速，它能夠由傳感器420(見圖24)指示。傳感器420可以適于產(chǎn)生表明軸803關(guān)于內(nèi)齒環(huán)705旋轉(zhuǎn)的信號，并且在已知內(nèi)齒環(huán) 705、行星齒輪702、703、704和太陽齒輪701的齒數(shù)時，從這個信號可以計算出Ω的相關(guān)值。圖觀展示了圖25所示的示范信號的一部分的實例。這個示范部分演示了狀態(tài)分析器290也可以安排為以類似于以上介紹的方式進行檢測的誤差或故障的另一個實例。 如果齒輪701、702、703、704、705的一個或幾個中的齒將破裂或?qū)嵸|(zhì)上已磨損，狀態(tài)分析器 290可以安排為檢測齒已破裂或磨損，因為這也將產(chǎn)生周期擾動，即由于缺失或磨損的齒缺乏接合或嚙合。狀態(tài)分析器290在例如從傳感器10接收的信號的頻譜中可以檢測到這種情況。也應(yīng)當(dāng)指出，這種類型的誤差或故障可以由狀態(tài)分析器290在任何類型的齒輪和/ 或齒輪系統(tǒng)中檢測出。這種類型的齒接合誤差或嚙合誤差的頻率，在齒輪和/或齒輪系統(tǒng)中往往處于顯著高于例如圖27中頻率f\、f2的頻率。圖四展示了根據(jù)本發(fā)明實施例的狀態(tài)分析系統(tǒng)2的又一個實施例。傳感器10在物理上與機器6相關(guān)聯(lián)，機器6可以包括具有多個旋轉(zhuǎn)部件的齒輪系統(tǒng)700 (見圖1和圖 29)。圖四的齒輪系統(tǒng)可以是圖M的行星齒輪系統(tǒng)700。行星齒輪系統(tǒng)700可以例如被用作風(fēng)力渦輪的齒輪箱。傳感器單元10可以是沖擊脈沖測量傳感器，適于產(chǎn)生的模擬信號Sea包括取決于齒輪系統(tǒng)700中可旋轉(zhuǎn)運動部件振動的振動信號分量。傳感器10將模擬信號Sea傳遞給信號處理組合體920。信號處理組合體920可以包括傳感器接口 40和數(shù)據(jù)處理裝置50。傳感器接口 40 包括產(chǎn)生數(shù)字測量信號^ffi的A/D轉(zhuǎn)換器44 (圖2A、圖2B)。A/D轉(zhuǎn)換器44連接到數(shù)據(jù)處理裝置50，以便將數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號Sm傳遞給數(shù)據(jù)處理裝置50。數(shù)據(jù)處理裝置50連接到用戶接口 102。用戶接口 102可以包括用戶輸入裝置 104，讓用戶能夠提供用戶輸入。這樣的用戶輸入可以包括選擇所期望的分析功能105J90、 290T、290F(圖4、圖7、圖8)，以及/或者設(shè)置信號處理功能94、250、310、470、470A、470B、 320J94(見圖 4，圖 30)用戶接口 102還可以包括顯示器單元106，如連同圖2A和圖5的介紹。圖30是框圖，與用戶接口 102、104和顯示器106—起展示了圖四的信號處理組合體920的若干部件。傳感器接口 40包括從沖擊脈沖測量傳感器接收模擬信號Sea的輸入42和A/D轉(zhuǎn)換器44。還可以可選地提供信號調(diào)節(jié)器43 (圖2B)。A/D轉(zhuǎn)換器44以一定的采樣頻率fs 對接收的模擬信號進行采樣，以便傳遞具有一定的采樣頻率fs的數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號 ^。采樣頻率fs可以設(shè)置為fs = k * fSEAmax其中k是具有大于2. 0的值的因子。所以可以選擇因子k為大于2.0的值。優(yōu)選情況下，可以選擇因子k為2.0與2. 9 之間的值，以便避免假頻效應(yīng)。如在本文檔以上所述，選擇因子k為大于2. 2的值提供了關(guān)于假頻效應(yīng)的安全余量?？梢赃x擇因子k為2. 2與2. 9之間的值，以便提供所述安全余量， 同時避免不必要地產(chǎn)生許多樣點值。根據(jù)實施例，作為有益的情況，選擇的因子k使得100 * k/2呈現(xiàn)為整數(shù)。根據(jù)實施例，因子k可以被設(shè)置為2. 56。選擇k為2. 56致使100 * k =256 = 2的8次方。根據(jù)實施例，數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號Ssffi的采樣頻率fs可以固定到一定的值fs，比如fs =102. 4kHz。因此，當(dāng)采樣頻率fs被固定到一定的值fs時，模擬信號^的最高頻率fSEAmax將為fSEAfflax = fs/k其中fSEAmax是采樣后信號中要被分析的最高頻率。因此，當(dāng)采樣頻率fs被固定到一定的值fs = 102. 4kHz，而因子k被設(shè)置為2. 56 時，模擬信號^的最大頻率fSEAmax將為fSEAmax = fs/k = 102400/2. 56 = 40kHz濾波器240接收采樣頻率為fs的數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號SM。根據(jù)實施例，濾波器240 是截止頻率為的高通濾波器。這個實施例通過用高通濾波器240替換連同圖6介紹的帶通濾波器，簡化了設(shè)計。高通濾波器240的截止頻率4。選擇為近似于諧振沖擊脈沖測量傳感器10的期望機械諧振頻率值f·的最低值。當(dāng)機械諧振頻率丨^在30kHz到35kHz范圍內(nèi)的某處時，高通濾波器240可以被設(shè)計為較低截止頻率4。= 30kHz。然后高通濾波后的信號被傳遞給整流器270并繼續(xù)到低通濾波器觀0。根據(jù)實施例，應(yīng)當(dāng)有可能使用諧振頻率在20kHz到35kHz范圍內(nèi)某處的傳感器10。 為了實現(xiàn)這個目標，高通濾波器240可以被設(shè)計為截止頻率fm = 20kHz。數(shù)字濾波器MO的輸出信號被傳遞到數(shù)字包絡(luò)器250。鑒于響應(yīng)測量信號產(chǎn)生包絡(luò)信號的現(xiàn)有技術(shù)的模擬設(shè)備采用模擬整流器，該模擬整流器會固有地導(dǎo)致結(jié)果信號中引入的系統(tǒng)誤差，而作為有益的情況，數(shù)字包絡(luò)器250將產(chǎn)生真正的整流結(jié)果而沒有任何系統(tǒng)誤差。所以，數(shù)字包絡(luò)信號Senv將具有高信噪比，因為在數(shù)字濾波器MO的帶寬內(nèi)諧振頻率處機械諧振的傳感器會引起信號高振幅。不僅如此， 在數(shù)字域中執(zhí)行的信號處理不增加噪聲，從而不增加系統(tǒng)誤差。根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以除去包絡(luò)器250中的可選低通濾波器觀0。實際上，由于降采樣器310包括低通濾波器的功能，所以除去了包絡(luò)器250中的可選低通濾波器觀0。 因此，圖30的包絡(luò)器250有效地包括數(shù)字整流器270，并且由數(shù)字整流器270產(chǎn)生的信號被傳遞給整數(shù)降采樣器310，它包括低通濾波。整數(shù)降采樣器310適于進行數(shù)字包絡(luò)信號Senv的降采樣，以便傳遞具有降采樣率 fSE1的數(shù)字信號Sked，使得輸出采樣率與輸入采樣率fs相比被降低了整數(shù)因子M倍。值M可以根據(jù)檢測出的轉(zhuǎn)速fKQT設(shè)置。降采樣器310可設(shè)置為使得所選的降采樣為M 1，其中M是正整數(shù)。值M可以在降采樣器310的端口 404上收到。優(yōu)選地，使用低通有限脈沖響應(yīng)濾波器在多個步驟中執(zhí)行整數(shù)降采樣，其中每個 FIR濾波器都可設(shè)置為所期望的降采樣程度。與在多個濾波器中進行降采樣相關(guān)聯(lián)的優(yōu)點在于，只有最后的濾波器需要具有陡斜坡。陡斜坡的HR濾波器固有地必須具有許多階，即陡的FIR濾波器必然是長的濾波器。HR階數(shù)指示了以下信息1)實施該濾波器所需要的存儲器量，2)需要的計算量，以及3)濾波器能夠進行的“濾波”量；實際上，更高階意味著抑止頻帶的衰減更強，波紋更少、濾波器更窄，等等。因此濾波器越短，它就能夠由DSP 50執(zhí)行得越快。HR濾波器的長度也與可實現(xiàn)的降采樣程度成正比。所以，根據(jù)整數(shù)降采樣器的實施例，在不止兩個步驟中執(zhí)行降采樣。根據(jù)優(yōu)選實施例，在M1、M2、M3和M4四個步驟中進行整數(shù)降采樣?？偟慕挡蓸拥扔贛l * M2 * M3 * M4。這可以通過提供一族不同的HR濾波器實現(xiàn)，它們可以在幾種組合中結(jié)合以實現(xiàn)所期望的總降采樣M。根據(jù)實施例，在所述族中有八種不同的FIR濾波器。作為有益的情況，在最后第四個步驟中最大的降采樣程度是五(M4 = 5)，致使具有僅僅201階的適當(dāng)短的濾波器。以這種方式能夠允許步驟1、2和3中的HR濾波器具有甚至更低的階。事實上這允許在步驟1、2和3中的每個HR濾波器具有71階或更低。為了實現(xiàn)總降采樣M = 4000，有可能選擇提供降采樣Ml = 10、M2 = 10和M3 = 10的三個HR 濾波器，以及提供降采樣M4 = 4的HR濾波器。這致使輸出采樣率fSK1 = 25. 6，此時fs = ΙΟΜΟΟΗζ，而頻率范圍為10Hz。這四個HR濾波器將總共具有414階，而且抑止頻帶衰減的結(jié)果非常好。事實上，要是在僅僅一個單步驟中進行M4 = 4000的降采樣，它可能將需要大約160000階以實現(xiàn)同樣好的抑止頻帶衰減。整數(shù)降采樣器310的輸出312被連接到分數(shù)降采樣器470以及選擇器460的輸入。 選擇器使得選擇的信號能夠被輸入到增強器320。當(dāng)對具有不變轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)部件進行狀態(tài)監(jiān)視時，可以把選擇器460設(shè)置在將采樣頻率為fSK1的信號Sked傳遞到增強器320的輸入315的位置，并且可以禁用分數(shù)降采樣器 470。當(dāng)對具有可變轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)部件進行狀態(tài)監(jiān)視時，可以啟用分數(shù)降采樣器470，并且可以把選擇器460設(shè)置在將采樣頻率為fSK2的信號Sked2傳遞到增強器320的輸入315的位置。分數(shù)降采樣器470可以由包括連同圖20、21和22以及圖4介紹的可調(diào)整HR濾波器608的分數(shù)降采樣器470B、94實施。分數(shù)降采樣器470被連接以向選擇器460傳遞具有更低采樣率fSK2的降采樣后信號SKED2，所以當(dāng)狀態(tài)分析器被設(shè)置為監(jiān)視具有可變轉(zhuǎn)速的機器時，來自分數(shù)降采樣器470B 的輸出被傳遞到增強器320。可以如連同圖10A、10B、11、12和13以及圖4的介紹，來實施增強器320、94。輸入到增強器320的測量信號是信號Sked (見圖30)，它也在圖11中展示為具有Imcth個采樣值。信號Sked在圖11的說明中也被稱為I和2060。增強器信號處理涉及對離散輸入信號 Seed的離散自相關(guān)。輸出信號0也稱為Ssrop，被展示在圖12和圖13中。將要輸入到增強器的測量信號SKED1、Sked可以包括至少一種振動信號分量SD，取決于所述可旋轉(zhuǎn)運動部件的振動；其中所述振動信號分量具有重復(fù)頻率fD，它取決于所述第一部件的轉(zhuǎn)速f^。信號分量4的重復(fù)頻率fD可以與被監(jiān)視旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)速fK()T成正比。兩個不同的故障特征i5D1、Sd2可以具有不同的頻率fdl、fd2并且仍然可以由增強器增強，即改進SNR。因此，作為有益的情況，增強器320適于增強具有互相不同的重復(fù)頻率 fdl和fd2的不同特征、、、。兩個重復(fù)頻率fdl和fd2都與被監(jiān)視旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)速f·成正比，而fdl與fd2不同(fdl <> fd2)。這可以按照以下方式用數(shù)學(xué)表達fdl = kl * fE0T,以及fd2 = k2 * fK0T，其中kl和k2是正實數(shù)值，以及kl<>k2，以及kl大于或等于一(1)，以及k2大于或等于一(1)增強器將輸出信號序列傳遞給時間域分析器四肌的輸入，以便當(dāng)用戶經(jīng)由用戶接口 102、104選擇執(zhí)行時間域分析時，時間域分析器四01\105(圖30和圖4)將執(zhí)行所選定的功能105，并且將相關(guān)數(shù)據(jù)傳遞到顯示器106。增強器320的優(yōu)點在于它在時間域傳遞輸出信號。因此，要求在時間域輸入信號的狀態(tài)監(jiān)視功能105 J90T可以被設(shè)置為對圖12 和圖13展示的信號輸出的信號值進行直接操作。當(dāng)用戶經(jīng)由用戶接口 102、104選擇執(zhí)行頻率域的分析時，增強器將把輸出信號序列傳遞給快速傅氏變換器四4，并且該快速傅氏變換器將把頻率域數(shù)據(jù)的結(jié)果傳遞給頻率域分析器^0F、105 (圖30和圖4)。頻率域分析器^0F、105將執(zhí)行所選定的功能105并且將相關(guān)數(shù)據(jù)傳遞給顯示器106。
在圖四和圖30所示的實施例中，作為有益的情況，用戶很容易執(zhí)行采用增強器和分數(shù)降采樣器的分析。以下是參數(shù)設(shè)置的實例為了在頻率域執(zhí)行分析，經(jīng)由用戶接口撤、104巧產(chǎn)以下數(shù)據(jù)1)表明所關(guān)注的最高重復(fù)頻率fD的信息。重復(fù)頻率fD是所關(guān)注的特征&的重復(fù)頻率。以頻率的形式或以表明所關(guān)注故障特征4的最高重復(fù)頻率的次序號Ovlligh的形式可以輸入這種信息。2)表明對重復(fù)信號特征&的SNR值期望改進的信息。以SNR改進器值L的形式可以輸入這種信息。連同以上的圖IOA下面還討論了 SNR改進器值L。3)表明在期望對增強器輸出的信號執(zhí)行FFT時，F(xiàn)FT 294中期望頻率分辨率的信息。這種信息可以被設(shè)置為頻率片段的值Z。根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過從一組值中選擇一個值Z，可設(shè)置頻率分辨率Z。對頻率分辨率Z的可選擇值組可以包括Z = 400Z = 800Z = 1600Z = 3200Z = 6400因此，盡管信號處理相當(dāng)復(fù)雜，但是按照用戶所要求的信息，組合體920已經(jīng)被設(shè)計為提供優(yōu)選情況下簡單的用戶接口。當(dāng)用戶對以上三個參數(shù)輸入或選擇數(shù)值時，全部其他數(shù)值都被自動設(shè)置或在組合體920中預(yù)置。SNR改進器值L將要輸入的增強器的信號可以包括取決于可旋轉(zhuǎn)運動部件振動的振動信號分量； 其中所述振動信號分量具有取決于所述第一部件的轉(zhuǎn)速f·的重復(fù)頻率fD ；所述測量信號包括噪聲也包括所述振動信號分量，所以所述測量信號具有關(guān)于所述振動信號分量的第一信噪比。增強器產(chǎn)生的輸出信號序列(0)具有所述至少一個振動信號分量對應(yīng)的重復(fù)信號分量，所以所述輸出信號序列(0)具有關(guān)于所述振動信號分量的第二信噪比值。本發(fā)明人已經(jīng)通過測量結(jié)果確定，當(dāng)SNR改進器值L被設(shè)置為數(shù)值一(1)時，第二信噪比值顯著地高于第一信噪比。不僅如此，本發(fā)明人還通過測量結(jié)果確定，當(dāng)SNR改進器值L增大到L = 4時，那么輸出信號中關(guān)于所述振動信號分量的結(jié)果信噪比與L = 1相關(guān)聯(lián)的SNR值相比加倍。SNR 改進器值L增大到L = 10似乎致使對于輸出信號中振動信號分量，與L = 1時相同輸入信號的SNR值相比，相關(guān)聯(lián)的SNR值以因子3改進。因此，當(dāng)SNR改進器值L WL1 = 1增大到L2時，結(jié)果SNR值可能以L2的平方根增大。另外用戶可以輸入某設(shè)置，使組合體920保持重復(fù)測量。用戶可以設(shè)置它以一定的重復(fù)周期Tpm重復(fù)測量，即一直在時間Tpm已經(jīng)流逝時開始新的測量。可以被設(shè)置為一星期、或者一小時或十分鐘。對這個重復(fù)頻率選擇的值取決于相關(guān)的測量條件。由于增強器方法要求大量的數(shù)據(jù)輸入值，即輸入樣點值的數(shù)目可能很大，并且它適于對緩慢旋轉(zhuǎn)部件進行測量，所以測量的持續(xù)時間有時將相當(dāng)長。因此，存在著測量的重復(fù)頻率的用戶設(shè)置與測量的持續(xù)時間不兼容的風(fēng)險。所以，組合體920在收到以上用戶輸入后立即執(zhí)行的步驟之一是計算測量的期望持續(xù)時間Tm的估計。持續(xù)時間Tm為Tm 一 I Length/f*SE2'其中Itogth是根據(jù)以下定義的選定的用戶設(shè)置為了實現(xiàn)測量將要輸入到增強器的信號中的樣點數(shù)，而fSK2的定義如下。組合體920也適于對比測量的持續(xù)時間Tm和用戶選定的重復(fù)周期值TPM。如果重復(fù)周期值Tpm與測量的期望持續(xù)時間Tm相比更短或大約相同，參數(shù)控制器930適于經(jīng)由用戶接口 102、106提供警告指示，如通過顯示器上的適宜文本。警告也可以包括聲音或閃爍光。根據(jù)實施例，因為重復(fù)周期值Tpm取決于算出的測量的持續(xù)時間Tm的估計，所以組合體920適于計算某建議最小值。根據(jù)以上用戶設(shè)置，信號處理組合體920的參數(shù)控制器930能夠設(shè)置信號處理功能94(圖4)的全部參數(shù)，即整數(shù)降采樣器設(shè)置和增強器設(shè)置。不僅如此，參數(shù)控制器930 也能夠在需要時設(shè)置分數(shù)降采樣器的全部參數(shù)。在期望頻率分析時，參數(shù)控制器930能夠設(shè)置FFT294的參數(shù)。以下參數(shù)可以在組合體920(圖30)中預(yù)置AD轉(zhuǎn)換器40、44的采樣頻率fs。以下參數(shù)可以被測量:fE0T如上所述，參數(shù)值f·可以被測量并與信號Skedi的對應(yīng)樣點值相關(guān)聯(lián)地存儲，Seedi 的樣點值被送入分數(shù)降采樣器470B。以下參數(shù)可以在組合體920中自動設(shè)置從增強器320輸出的信號中的采樣率fSE2 = C * Ov * fE0T其中C是大于2. 0的常數(shù)Ov是用戶輸入的或者響應(yīng)用戶選定的要監(jiān)視的最高頻率而算出的次序號fE0T是在實際狀態(tài)監(jiān)視期間測量出的旋轉(zhuǎn)部件的瞬時轉(zhuǎn)速；M=降采樣器中使用的整數(shù)降采樣器值選自包括總整數(shù)降采樣所用的預(yù)定值組的表格。為了選擇最適宜的值M，參數(shù)控制器930(圖30)首先計算相當(dāng)接近值M_calc = fs/
f*SE2 fROTmin/fROTmax ^ ΨfdnfSK2按以上定義，以及fE0Tfflin/fE0Tfflax是表明測量期間所允許的最低與最高轉(zhuǎn)速之間關(guān)系的值。根據(jù)值M_ calc，選擇器然后從預(yù)置值的列表中選擇適宜的值。如通過從上述表格中選擇小于11_(^1( 的最接近值M，可以做到這一點。fSE1 =要從整數(shù)降采樣器310傳遞的采樣率。fSK1被設(shè)置為fSK1 = fs/MD是分數(shù)降采樣器的分數(shù)降采樣器值。D可以被設(shè)置為D = fSK1/fSK2，其中fSK1和 fSK2按以上定義。Olength = C^Z其中C是大于2. 0的常數(shù)，比如上述2. 56
Z是在期望對從增強器輸出的信號進行FFT時，頻率片段的選定數(shù)目，即表明FFT 294中期望頻率分辨率的信息。Sstaet = Olength或大于Omcth的值，其中Omcra按以上剛剛定義。I Length — ^LENGTH * L+Sstart+OlengthCLength 一 Ilength_Sstaet_OlengthSbp(t)=輸出信號的樣點值，在等式(5)中定義(見圖10A)。因此，參數(shù)控制器930適于產(chǎn)生以上定義的對應(yīng)設(shè)置值，并且將它們傳遞到相關(guān)的信號處理功能94 (圖30和圖4)。一旦由增強器320已經(jīng)產(chǎn)生了輸出信號，便能夠利用在控制輸入300上傳遞的選擇信號，控制狀態(tài)分析器290執(zhí)行選定的狀態(tài)分析功能105J90J90T、290F(圖30)。在控制輸入300上傳遞的選擇信號可以利用用戶與用戶接口 102(見圖2A和圖30)的互動產(chǎn)生。 當(dāng)選定的分析功能包括快速傅氏變換時，將由選擇信號300設(shè)置分析器在頻率域中對輸入信號進行操作?？焖俑凳献儞Q器294可以適于對接收的具有一定數(shù)目的樣點值的輸入信號進行快速傅氏變換。當(dāng)將樣點值的一定數(shù)目設(shè)置為可以被二( 除而不會出現(xiàn)分數(shù)的偶整數(shù)時是有益的。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，從增強器輸出的信號中的樣點數(shù)目Omcth根據(jù)頻率分辨率Z設(shè)置。頻率分辨率Z與從增強器輸出的信號中的樣點數(shù)目Omcth之間的關(guān)系為Olength = k * Z其中Olength是從增強器320傳遞的信號中的樣點值的樣點數(shù)目。K是大于2.0的因子作為有益的情況，因子k可以選擇為2. 2與2. 9之間的值，以便提供足夠安全余量，同時避免不必要地產(chǎn)生許多樣點值。根據(jù)實施例，作為有益的情況，選擇的因子k使得100女k/2呈現(xiàn)為整數(shù)。這種選擇致使Omcth的值適于作為快速傅氏變換器294的輸入。根據(jù)實施例，因子k可以被設(shè)置為 2. 56。選擇k為2. 56致使100 * k = 256 = 2的8次方。表A表明了用戶可選擇的頻率分辨率Z和對應(yīng)的Omcth值的實例。表 A
cZOlength2,5640010242,5680020482,56160040962,56320081922,566400163842,5612800327682,5625600655362,565120013107權(quán)利要求
1.一種分析具有以某轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的部件的機器狀態(tài)的裝置，包括第一傳感器，適于產(chǎn)生取決于從所述部件的旋轉(zhuǎn)發(fā)出的機械振動的模擬電測量信號 (Sea)；模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器G4)，響應(yīng)所述接收的模擬測量數(shù)據(jù)，以采樣頻率(fs)對所述模擬測量信號進行采樣，以便產(chǎn)生數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號(Ssffi)；所述數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號(Ssffi)具有第一信噪比值；第一降采樣器，執(zhí)行所述數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號(SM、SENV)的降采樣，以實現(xiàn)具有第一降低采樣頻率(fSK1)的第一數(shù)字信號(S·、Senv)；第二降采樣器G70、470A、470B)，所述第二降采樣器(470、470A、470B)具有第一輸入，用于接收所述第一數(shù)字信號(SM、SENV)；以及第二輸入，用于接收指示與所述部件相關(guān)聯(lián)的可變轉(zhuǎn)速(fK()T)的信號； 第三輸入，用于接收指示輸出采樣率設(shè)置信號的信號；所述第二降采樣器(470、470A、470B)適于響應(yīng)以下諸項產(chǎn)生具有第二降低采樣頻率 (fSE2)的第二數(shù)字信號(Sked2)所述第一數(shù)字信號(SM、SENV)， 指示相關(guān)轉(zhuǎn)速(fMT)的所述信號，以及指示使得所述旋轉(zhuǎn)部件每轉(zhuǎn)的樣點值數(shù)目保持為基本上不變的值的輸出采樣率設(shè)置信號的所述信號；以及增強器，具有接收所述第二數(shù)字信號(Sked2)的輸入；所述增強器適于接收第一多個 (I )樣點值，其中，所述第二數(shù)字信號(Sked2)表示某持續(xù)時間從所述部件的旋轉(zhuǎn)發(fā)出的機械振動；所述增強器適于執(zhí)行相關(guān)，以便產(chǎn)生輸出信號序列(0)，其中，重復(fù)信號振幅分量關(guān)于隨機信號分量被放大；鑒別器030)，用于執(zhí)行狀態(tài)分析功能(Fl、F2、i^n)以分析取決于所述第二數(shù)字信號 (Seed2)的機器的狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中，所述第一降采樣器適于以整數(shù)因子(M)降低所述采樣率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中，所述整數(shù)因子(M)可設(shè)置為適于在測量階段中測量狀態(tài)的值；所述整數(shù)因子在測量階段期間保持不變。
4.根據(jù)任何一個前面的權(quán)利要求的裝置，其中，所述第二數(shù)字信號(Sked2)表示從旋轉(zhuǎn)所述軸發(fā)出的機械振動，只要使發(fā)生的振動具有重復(fù)周期(Tk)；所述增強器適于把所述第二數(shù)字信號(Sked2)劃分為第一信號部分O070)和第二信號部分；所述增強器適于產(chǎn)生具有第二多個(Omcth)樣點的數(shù)字輸出信號(0)，所述第二多個 (Olength)是正整數(shù)并且小于所述第一多個(Imcth)；所述數(shù)字輸出信號(0)是響應(yīng)所述第一信號部分O070)和所述第二信號部分而產(chǎn)生的。
5.根據(jù)任何一個前面的權(quán)利要求的裝置，其中，所述接收的數(shù)字輸入信號(I)包括從已退化狀態(tài)發(fā)出的信號分量，所述退化信號分量以所述重復(fù)周期(Tk)重復(fù)。
6.一種分析具有旋轉(zhuǎn)軸的機器的狀態(tài)的方法，包括產(chǎn)生取決于從所述軸的旋轉(zhuǎn)發(fā)出的機械振動的模擬電測量信號(Sea)； 響應(yīng)所述接收的模擬測量數(shù)據(jù)，以采樣頻率(fs)對所述模擬測量信號進行采樣，以便產(chǎn)生數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號( )；執(zhí)行所述數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號(Ssffi)的降采樣，以實現(xiàn)具有降低采樣頻率(fSK1、fSK2)的數(shù)字信號(Sked)；其中所述降采樣包括以下步驟控制所述降低采樣頻率(fSK1、fSK2)，使得所述軸⑶每轉(zhuǎn)的樣點值數(shù)目保持為基本上不變的值；以及在增強器輸入接收所述數(shù)字信號(Sked2)；在所述增強器中執(zhí)行相關(guān)，以便產(chǎn)生輸出信號序列(0)，其中重復(fù)信號振幅分量關(guān)于隨機信號分量被放大；執(zhí)行狀態(tài)分析功能(Fl、F2、i^n)以分析取決于具有降低采樣頻率(fSK1、fSK2)的所述數(shù)字信號(&ED)的機器的狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，進一步包括 確定指示所述軸(8)的轉(zhuǎn)速(fKQT)的值；根據(jù)指示轉(zhuǎn)速(Ut)的值，控制所述降低采樣頻率(fSK1、fSK2)，使得所述軸⑶每轉(zhuǎn)的樣點值數(shù)目保持為基本上不變的值。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的方法，其中，進行所述降采樣以便產(chǎn)生降采樣后信號，其中兩個連續(xù)的樣點值之間的時間延續(xù)長于所述輸入信號中兩個連續(xù)的樣點值之間的時間延續(xù)。
9.一種分析具有旋轉(zhuǎn)軸的機器的狀態(tài)的方法，包括產(chǎn)生取決于從所述軸的旋轉(zhuǎn)發(fā)出的機械振動的數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號(Sm)； 執(zhí)行狀態(tài)分析功能(Fl、F2、i^n)以分析取決于所述數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號(Ssffi)的機器的狀態(tài)。
10.一種使計算機分析具有旋轉(zhuǎn)部件的機器的狀態(tài)的計算機程序，所述計算機程序包括計算機可讀代碼裝置，在計算機上運行時，使所述計算機產(chǎn)生取決于從所述軸的旋轉(zhuǎn)發(fā)出的機械振動的模擬電測量信號( )；計算機可讀代碼裝置，在計算機上運行時，使所述計算機響應(yīng)所述接收的模擬測量數(shù)據(jù)，以采樣頻率(fs)對所述模擬測量信號進行采樣，以便產(chǎn)生數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號(Sm)；計算機可讀代碼裝置，在計算機上運行時，使所述計算機執(zhí)行所述數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號 (Sb)的降采樣，以實現(xiàn)具有降低采樣頻率(fSK1、fSK2)的數(shù)字信號(&ED)；計算機可讀代碼裝置，在計算機上運行時，使所述計算機控制所述降低采樣頻率(fSK1、 fSK2)，使得所述軸(8)每轉(zhuǎn)的樣點值數(shù)目保持為基本上不變的值；以及計算機可讀代碼裝置，在計算機上運行時，使所述計算機執(zhí)行狀態(tài)分析功能(Fl、F2、 Fn)以分析取決于具有降低采樣頻率(fSK1、fSK2)的所述數(shù)字信號(Sked)的機器的狀態(tài)。
全文摘要
一種分析具有旋轉(zhuǎn)軸的機器的狀態(tài)的方法，包括產(chǎn)生取決于從所述軸的旋轉(zhuǎn)發(fā)出的機械振動的模擬電測量信號(SEA)；響應(yīng)所述接收的模擬測量數(shù)據(jù)，以采樣頻率(fS)對所述模擬測量信號進行采樣，以便產(chǎn)生數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號(SMD)；執(zhí)行所述數(shù)字測量數(shù)據(jù)信號(SMD)的降采樣，以實現(xiàn)具有降低采樣頻率(fSR1、fSR2)的數(shù)字信號(SRED)；其中所述降采樣包括以下步驟控制所述降低采樣頻率(fSR1、fSR2)，使得所述軸(8)每轉(zhuǎn)的樣點值數(shù)目保持為基本上不變的值；以及在增強器輸入接收所述數(shù)字信號(SRED2)；在所述增強器中執(zhí)行相關(guān)，以便產(chǎn)生輸出信號序列(O)，其中重復(fù)信號振幅分量關(guān)于隨機信號分量被放大；執(zhí)行狀態(tài)分析功能(F1、F2、Fn)以分析取決于具有降低采樣頻率(fSR1、fSR2)的所述數(shù)字信號(SRED)的機器的狀態(tài)。
文檔編號G01M13/02GK102308190SQ200980156086
公開日2012年1月4日 申請日期2009年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
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