器2。此外，定時輪20可合并到任何旋轉(zhuǎn)編碼器內(nèi)。定時輪20可為增量編碼器的編碼輪或單輪絕對編碼器的編碼輪。例如，定時標記28可用于絕對編碼器的位置編碼?；蛘?，如圖1所示，定時輪20也可包括與定時標記28分開的編碼分段。在另一實施例中，定時標記28可為較大編碼圖案的一部分，諸如單輪絕對編碼器的編碼圖案。在一特定實施例中，定時輪20可為與其它編碼輪分開或結(jié)合的增量編碼器。在該實施例中，定時標記28不僅用于產(chǎn)生速度數(shù)據(jù)，而且產(chǎn)生增量位置數(shù)據(jù)。定時標記28，類似于編碼分段，可采取與傳感器160和160’ 一起工作所需的任何形式或結(jié)構(gòu)。定時標記28可為孔、線、嵌入磁體、雕刻或本領(lǐng)域中已知用于絕對編碼器或增量編碼器的任何其它結(jié)構(gòu)。
[0086]定時輪20和2020分別示出為具有三十二個定時標記28和定時標記2028。然而，定時輪20和2020可具有任意數(shù)目的定時標記28。
[0087]關(guān)于頻率分析，在下文最初討論對速度數(shù)據(jù)執(zhí)行頻率分析(在本文中也被稱作頻域分析)的特定實施例，之后討論非速度數(shù)據(jù)實施例。此外，出于說明目的，定時輪20或定時輪20的定時標記28常常在本文中被稱作速度數(shù)據(jù)源。在其它實施例中，任何類型的速度傳感器，無論具有旋轉(zhuǎn)位置傳感器還是不具有旋轉(zhuǎn)位置傳感器，可用于診斷(即，頻率分析)。此外，關(guān)于速度數(shù)據(jù)的頻率分析的討論同樣適用于其它數(shù)據(jù)實施例。其它數(shù)據(jù)實施例可例如包括扭矩數(shù)據(jù)、位置數(shù)據(jù)、推力數(shù)據(jù)、噪聲數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)、電機功率數(shù)據(jù)、電機的伏安反應(yīng)數(shù)據(jù)以及振動數(shù)據(jù)。多種數(shù)據(jù)類型和傳感器類型可用于頻率分析，如本領(lǐng)域中所知。本發(fā)明涵蓋可經(jīng)由傳感器和閥促動器或其它旋轉(zhuǎn)裝置可產(chǎn)生的任何數(shù)據(jù)類型。
[0088]盡管下文的討論涉及旋轉(zhuǎn)編碼器1，但是應(yīng)了解的是，該討論同樣適用于旋轉(zhuǎn)編碼器2。定時輪20上的定時標記28可用于產(chǎn)生速度數(shù)據(jù)。傳感器169和169’可記錄定時標記28中的每一個呈現(xiàn)于傳感器前的時間長度。然后此駐留時間可用于精確地確定諸如閥促動器的旋轉(zhuǎn)裝置的速度。速度數(shù)據(jù)可用于確定驅(qū)動輸入輪10的輸入軸的速度。而輸入軸常常附連到其它旋轉(zhuǎn)裝置，諸如閥驅(qū)動器的蝸輪。因此，定時標記28可用于確定諸如蝸輪的其它旋轉(zhuǎn)裝置的速度。
[0089]在特定實施例中，定時標記28被配置為在定時輪20中等間距和等大小的孔。然而，先前所討論的編碼分段實施例和傳感器實施例中的任何實施例也分別用于定時標記28和傳感器169和169’的實施例。
[0090]由定時標記28所產(chǎn)生的速度數(shù)據(jù)可利用FT來操作，以將速度數(shù)據(jù)從時域轉(zhuǎn)換成頻域。然而，可使用任何類型的速度傳感器來產(chǎn)生速度數(shù)據(jù)，以轉(zhuǎn)換成頻率數(shù)據(jù)。
[0091]FT預期信號樣品以規(guī)則隔開的時間間隔發(fā)生。然而，由于在本發(fā)明中的速度信號的駐留時間值可能不是恒定的，故可采用措施以允許FT得到有效信息。通過選擇足夠大量的數(shù)據(jù)點，在機器以穩(wěn)態(tài)進行操作時，這些數(shù)據(jù)點中的絕大多數(shù)將被采用，較大數(shù)據(jù)集的平均駐留時間可用作每個數(shù)據(jù)樣品的“規(guī)則”駐留時間[td]。此‘規(guī)則’駐留時間可用于標定(scale)所得FT的頻率標度(fn (Hz) = I/ (td * #樣品)。在適當?shù)貥硕l率數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)向操作者提供足夠的信息來確定與傳動系的各個構(gòu)件的已知旋轉(zhuǎn)速度相關(guān)聯(lián)的速度變化，且可指示閥促動器或其它旋轉(zhuǎn)裝置的傳動系中現(xiàn)有的或可能要出現(xiàn)的問題。例如，當設(shè)備較新時，將形成基線頻率與振幅的圖表或曲線并進行保存。之后，可形成新的頻率與振幅的圖表或曲線并與所保存的基線圖表或曲線相比較。如果對應(yīng)于給定構(gòu)件的操作頻率的峰值出現(xiàn)在與先前所測量的頻率或振幅不同的頻率或振幅處，那么顯而易見的是，與該頻率相關(guān)聯(lián)的構(gòu)件的特性不同于較新的時候，這通常指示磨損和可能失效或即將發(fā)生的失效。因此，可在構(gòu)件失效之前在適宜的時間執(zhí)行適當?shù)木S護。此外，可計劃進行FT分析，以在處理器150中自動地運行，處理器150可被編程和配置為使得超過所配置的閾值的峰值振幅變化可用于產(chǎn)生自動的警報或警告或強迫機器安全停機?？墒褂帽绢I(lǐng)域中已知的任何適當?shù)貥硕l率數(shù)據(jù)的方法。
[0092]頻域分析的示例包括于圖6至圖8中。圖6示出閥促動器在頻域中無問題診斷或“良好”傳動系的示例。圖6示出了在45.9 Hz的峰值；然而，相對于促動器的操作速度測量的0.1%幅值(在26 rpm或0.43Hz時，幅值為100%)的峰值不具有足以引起關(guān)注的幅值。圖7示出在頻域中產(chǎn)生若干不正常信號的閥促動器或“壞”傳動系的示例。不正常信號的頻率可用于識別出現(xiàn)問題的傳動系構(gòu)件。在圖7中，蝸桿或蝸輪超出容限。例如，在26.1 Hz的峰值指示出現(xiàn)問題。然而，在52.5 Hz和78.6 Hz的峰值是26.1 Hz峰值的諧波。
[0093]處理器150或執(zhí)行FT的處理器可設(shè)計成自動地產(chǎn)生用于顯著峰值(例如，超過預定閾值)的適當標記。例如，處理器可包括設(shè)計成使當前所產(chǎn)生的峰值與先前所產(chǎn)生的峰值的振幅和頻率相匹配的程序。在該實施例中，如果處理器不能夠識別峰值，那么這個失效可用作對操作者的存在潛在問題的警告?；蛘?，頻域中的數(shù)據(jù)可與閥促動器的傳動系的部件手動地相關(guān)?？捎柧毑僮髡邅碜R別并理解不同峰值的相關(guān)性。例如，如果旋轉(zhuǎn)編碼器I存在于閥促動器中，那么定時輪20和傳感器169和169’可用于識別傳動系構(gòu)件的速度。在一特定實施例中，驅(qū)動輸入輪10的輸入軸由蝸輪驅(qū)動。因此，速度傳感器可用于確定蝸輪的速度，并因此確定頻率。然后，基于齒輪比，可計算其它傳動系構(gòu)件的頻率。然后，可根據(jù)頻域中的數(shù)據(jù)的圖形表現(xiàn)來識別構(gòu)件頻率和任何諧波。另一方面，如果速度傳感器不存在于閥促動器中，而是已知實際的電機軸速度，那么該信息可用于產(chǎn)生構(gòu)件頻率。可采用電機的實際速度的各種類型的電測量或磁測量，因此進一步提高系統(tǒng)整體上的診斷能力。在許多情況下，工廠人員將執(zhí)行上述手動識別。因此，可向終端用戶提供預先標注的樣品頻域曲線和相互關(guān)系。
[0094]在一特定實施例中，可下載促動器的內(nèi)置信息(齒輪比、電機速度、每個齒輪的齒、每個軸承的球等)，以儲存于促動器的電子封裝中。然后，機載CPU可參考所儲存的信息并推導出傳動系的哪部分造成該變化。FT的繪圖可直接顯示于促動器的LED屏幕上，或者數(shù)據(jù)陣列可被下載到操作者的資源管理系統(tǒng)用于分析或被下載到服務(wù)技師的便攜式電腦或PDA上以傳送到總公司進行具體分析。
[0095]用于收集數(shù)據(jù)和/或執(zhí)行頻率分析的編程可儲存于固件、軟件、硬件或本領(lǐng)域中已知的任何其它裝置中。例如，頻率分析編程可儲存于閥促動器的固件中。
[0096]此外，操作者可簡單地通過比較當前分析與先前分析而識別頻域中的峰值。先前分析可為在工廠中進行的分析。然而，可存在需要或必需獨立于任何先前分析而識別頻域中的峰值的情形。例如，在新閥促動器的設(shè)計階段，工程師可能希望對新的原型執(zhí)行頻率分析以確保原型設(shè)計中沒有內(nèi)在的縮短壽命的振動、共振和/或諧波。或者，頻率分析可用作在組裝后裝運前對工具進行檢查，以確定機械傳動系的某些部件是否被制造成具有物理缺陷。
[0097]內(nèi)置于旋轉(zhuǎn)編碼器內(nèi)，或內(nèi)置于閥促動器或其它旋轉(zhuǎn)裝置內(nèi)或與閥促動器或其它旋轉(zhuǎn)裝置相關(guān)聯(lián)的處理器可執(zhí)行FT。顯示器、打印機或其它輸出裝置可合并到閥促動器內(nèi)，用于以圖表或圖形的形式來顯示結(jié)果?；蛘?，由定時標記28所產(chǎn)生的速度數(shù)據(jù)可傳送至諸如操作者PC的遠程計算機，以對速度數(shù)據(jù)執(zhí)行FT并以更加用戶友好的格式顯示，或傳送數(shù)據(jù)或FT到可能位于現(xiàn)場或遠離現(xiàn)場的技師。
[0098]提供更多的樣品可導致在對速度數(shù)據(jù)進行FT后更細致的頻率分辨率?？赏ㄟ^增加取得樣品的時間長度或通過增加取樣速率來提供更多的樣品。圖8至圖15示出了由以每秒17個樣品取得的數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的曲線圖。圖8示出利用總共128個樣品的閥促動器的頻率分析分辨率。圖9示出在對速度數(shù)據(jù)執(zhí)行FT之前的圖8的速度數(shù)據(jù)。圖10示出利用總共256個樣品的閥促動器的頻率分析分辨率。圖11示出在對速度數(shù)據(jù)執(zhí)行FT之前的圖10的速度數(shù)據(jù)。圖12示出利用總共512個樣品的閥促動器的頻率分析分辨率。圖13示出在對速度數(shù)據(jù)執(zhí)行FT之前圖12的速度數(shù)據(jù)。圖14示出利用總共1024個樣品的閥促動器的頻率分析分辨率。如圖所示，頻率分析的分辨率隨著樣品數(shù)目的增加而提高。
[0099]本領(lǐng)域中已知的任何類型的頻率分析可用于本發(fā)明。在所描述的特定實施例中，使用等于2"的多個樣品來對速度數(shù)據(jù)執(zhí)行FT，其中η是任何整數(shù)。因此，樣品的總數(shù)例如等于128、256、512、1024、2048、4096、8192等。因此，如果取得3500個樣品，那么僅僅2048個樣品可用于FT。在其它實施例中，可對并不精確地等于2n的樣品執(zhí)行FT。然而，在那些實施例中，泄露可能成為一個關(guān)注問題。在本領(lǐng)域中已知用于解決泄露的技術(shù)。
[0100]此外，在一特定實施例中，F(xiàn)T利用在穩(wěn)態(tài)所取得的樣品。因此，定時輪20以相對恒定的速度轉(zhuǎn)動。當旋轉(zhuǎn)編碼器I合并于電驅(qū)動閥促動器內(nèi)時，定時輪20將在一段時間加速和減速。在加速期間所產(chǎn)生的速度數(shù)據(jù)和減速數(shù)據(jù)可在執(zhí)行FT之前被進行舍項(truncate)、平均(average)或開窗(window)。瞬時頻率分析是本領(lǐng)域中已知的且可用于替代舍項數(shù)據(jù)。
[0101]可通過算法對速度數(shù)據(jù)執(zhí)行舍項，該算法被設(shè)計成在FT處理之前分析速度數(shù)據(jù)以便去除任何加速數(shù)據(jù)或減速數(shù)據(jù)?；蛘?，速度數(shù)據(jù)可被舍項以使樣品數(shù)目與FT的2"要求兼容。
[0102]如本文所用的短語FT涵蓋很寬的算法范圍，包括快速傅里葉變換。如本文所用的FT涵蓋四個傅里葉變換大類:連續(xù)傅里葉變換、傅里葉級數(shù)、離散時間傅里葉變換和離散傅里葉變換。還存在被設(shè)計成處理近似和非均勻數(shù)據(jù)的FT算法。離散傅里葉變換最常用于數(shù)字信號處理。如本文所用的短語FT涵蓋與所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)兼容的任何算法。
[0103]動作時間表示可取得樣品的最長時間。例如，對于閥促動器而言，閥從打開位置移動到關(guān)閉位置或從關(guān)閉位置移動到打開位置所需的時間是可采集速度數(shù)據(jù)的最大量時間。閥僅僅可部分地移動，因此僅僅動作時間的一部分可用于速度數(shù)據(jù)取樣。增加所產(chǎn)生的速度數(shù)據(jù)樣品的一個示范性方法包括增加取樣速率。取樣速率由定時輪20的速度和定時標記28的數(shù)目來決定。旋轉(zhuǎn)編碼器I和2能夠具有遠高于每秒鐘17個樣品的取樣速率。
[0104]增加所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)樣品數(shù)目的另一方法包括在多個動作時間收集數(shù)據(jù)。每個新的數(shù)據(jù)集可與現(xiàn)有數(shù)據(jù)收集聯(lián)合，直至樣品計數(shù)足夠高以允許利用FT對其操作。一旦數(shù)據(jù)集滿了，則任何新數(shù)據(jù)樣品可替換最舊的數(shù)據(jù)樣品，從而維持最新的數(shù)據(jù)集用于分析?？稍谥T如數(shù)據(jù)表中儲存速度或位置數(shù)據(jù)，用于接近實時或者隨后的頻域分析。
[0105]圖15提供可能的取樣速率和可用于頻率分析的所得樣品總數(shù)的表。在圖15中，增量脈沖頻率等于以Hz為單位的取樣速率。速度DS是閥促動器的傳動套筒(DS)的傳動速度。然而，速度DS可與任何裝置的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件相關(guān)。錐齒組速度倍數(shù)(Bevel Set SpeedMultiplier)表示將DS連接至驅(qū)動輸入輪10的輸入軸的齒輪所造成的速度增加。輸入輪10速度倍數(shù)表示在輸入輪10的齒輪11與定時輪20的小齒輪25之間的齒輪比所造成的速度增加。
[0106]旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的示例是閥促動器的傳動套筒。輸入軸可經(jīng)由錐齒組將傳動套筒互連至輸入輪10。本領(lǐng)域中已知的任何連接方式可用于驅(qū)動輸入輪10。作為數(shù)據(jù)取樣的一個可能的示例，如果傳動套筒以200 rpm轉(zhuǎn)動，且如果錐齒組導致大約4.8:1的速度增加，那么輸入軸將以960 rpm轉(zhuǎn)動。因此，輸入輪10可以以960rpm轉(zhuǎn)動。輸入