專利名稱：用于對機器中的振動進行遠程監(jiān)視的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于對機器中的振動進行監(jiān)視的系統(tǒng)和方法，特別涉及利用電磁詢問光束(interrogator beam)對振動信息的遠程監(jiān)視。
背景技術(shù)：
工廠、倉庫和其它設(shè)施通常采用各種類型的機器進行產(chǎn)品的加工或分配。由于這種機器一般包括正在運轉(zhuǎn)的部分，因此個別機器就會產(chǎn)生振動并傳播到機器外殼。特殊性質(zhì)的額外振動或振動模式可能表示機器不正常(unhealthy)，需要檢修。因此通常對機器的振動進行監(jiān)視以防止可能的故障。
為了確定振動的幅度和特性，可在機器外殼上附加或連接傳感器從而對振動進行監(jiān)視。隨后對利用傳感器確定的振動信息進行的分析可以提供與被監(jiān)視的機器的正常與否(health)相關(guān)的有價值的診斷數(shù)據(jù)。然而，要監(jiān)視所有的機器，就必須在希望進行振動監(jiān)視的每個位置連接傳感器。還需要對各個傳感器的正常與否進一步進行監(jiān)視以確認傳感器正在正常運行。在應(yīng)用數(shù)千個機器的設(shè)施中，購買、安裝、維護和修理數(shù)千個傳感器是非常昂貴的。
或者，可以使用便攜數(shù)據(jù)收集器(PDC’s)對機器的正常與否進行監(jiān)視。PDC’s是包括傳感器和記錄裝置的移動設(shè)備以監(jiān)視機器的正常與否。將PDC遷移到一機器處，傳感器被放置的與機器的外殼相接觸。然后PDC能夠記錄該外殼的振動。隨后對這些記錄進行分析試圖評估機器的正常與否。操作者必須親自視察每個機器并運行PDC以記錄振動信息。因此，PDC操作者要花費過多的時間來監(jiān)視機器。
現(xiàn)有的這些監(jiān)視機器正常與否的方法都花費很高并且耗時。通常，機器都是正常的而不需要額外的診斷檢查。相反，發(fā)生故障的機器又會需要更頻繁的數(shù)據(jù)分析。由此可能造成重要的資源浪費。因此，現(xiàn)有技術(shù)就需要一種對機器振動正常與否進行有效遠程監(jiān)視的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，用于監(jiān)視機器振動的系統(tǒng)可以包括一固定在機器上的反射片(reflective patch)和振動檢測單元。該振動檢測單元包括光學模塊，其中光學模塊向反射片發(fā)射詢問光束，并且反射片將振動調(diào)制光束反射至振動檢測單元。接著振動檢測單元的光學模塊可以解調(diào)詢問光束以確定機器的振動。在本發(fā)明的一個實施例中，詢問光束是激光束。在本發(fā)明的另一方面，反射片是回歸反射帶(retro reflective tape)。
本發(fā)明的另一方面包括光束反射器，可操作用于接收來自于光學模塊的詢問光束，并將詢問光束反射至反射片，以及操作用于接收由反射片反射的振動調(diào)制光束并將該振動調(diào)制光束反射至振動檢測單元。光學模塊還可以由控制模塊確定方向，這樣能夠?qū)⒃儐柟馐鴮使潭ㄔ谝粋€機器或多個機器上的反射片。還可以確定光學模塊的方向以向多個機器中的至少一個遠程發(fā)射詢問光束。進一步的光學模塊可以在至少一個角度內(nèi)可旋轉(zhuǎn)。而根據(jù)本發(fā)明的另一方面，光學模塊可以包括一個處理器，用于解調(diào)振動調(diào)制光束。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，一種對至少一個機器的振動進行監(jiān)視的方法可以包括在至少一個機器上固定至少一個反射片，放置振動檢測單元(該單元包括遠離該至少一個機器的光學模塊)，從該光學模塊將詢問光束發(fā)射至固定在至少一個機器上的至少一個反射片，將來自于該至少一個反射片的振動調(diào)制光束反射至光學模塊，并解調(diào)振動調(diào)制光束以確定至少一個機器的振動。在本發(fā)明的另一方面，該方法可以包括提供光束反射器以操作用于接收來自于光學模塊的詢問光束，將來自于光束反射器的詢問光束反射至反射片，接收由反射片反射的詢問光束，以及將振動調(diào)制光束反射至光學模塊。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，一種方法用于對至少一個設(shè)施的多個機器進行分析。在這個實施例中，該方法包括在至少一個設(shè)施中的多個機器上固定至少一個反射片，放置振動檢測單元，該單元包括遠離該至少一個設(shè)施內(nèi)的多個機器的遠程光學模塊，將來自于光學模塊的詢問光束發(fā)射到固定在該至少一個設(shè)施內(nèi)的多個機器上的至少一個反射片上，將來自于至少一個反射片的振動調(diào)制光束反射到該至少一個設(shè)施中的光學模塊上，解調(diào)該振動調(diào)制光束以確定該至少一個機器的振動數(shù)據(jù)，發(fā)送該至少一個機器的振動數(shù)據(jù)至遠程分析設(shè)施，以及確定來自于多個設(shè)施內(nèi)的至少一個機器的振動數(shù)據(jù)的統(tǒng)計信息。在本發(fā)明的一個方面，確定機器的特定模式的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。在另一方面，確定機器的特定廠商的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。而在另一實施例中，從一個設(shè)施確定多個機器的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。


這里已對本發(fā)明進行了籠統(tǒng)地描述，現(xiàn)在參考附圖進行說明，附圖沒有必要按照比例來繪制，其中圖1a根據(jù)本發(fā)明的一個方面，示出了對來自于機器的振動信息進行遠程監(jiān)視的系統(tǒng)。
圖1b根據(jù)本發(fā)明的一個方面，示出了利用固定在天花板上的可移動系統(tǒng)上的光學模塊對來自于機器的振動信息進行遠程監(jiān)視的系統(tǒng)。
圖1c根據(jù)本發(fā)明的一個方面，示出了利用固定在地板上的可移動系統(tǒng)上的光學模塊對來自于機器的振動信息進行遠程監(jiān)視的系統(tǒng)。
圖2根據(jù)本發(fā)明的一個方面，示出了障礙物周圍的詢問光束的重發(fā)路由。
圖3根據(jù)本發(fā)明的一個方面，示出了在振動檢測單元和遠程業(yè)務(wù)設(shè)施之間的通信關(guān)系。
具體實施例方式
現(xiàn)在，將結(jié)合附圖在下文中，對本發(fā)明進行更詳細的描述，附圖中示出了本發(fā)明的示例性實施例。然而，本發(fā)明能夠以多種不同的方式實施，并不能解釋為限制在此處描述的實施例中；相反，提供了這些實施例以便能夠更加徹底、充分地公開本發(fā)明，并且對本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，將覆蓋本發(fā)明的范圍。
圖1a示出了用于遠程監(jiān)視機器110振動的遠程監(jiān)視系統(tǒng)100。圖1a的實施例可以包括在工廠，倉庫和需要使用機器的其它設(shè)施中。該遠程監(jiān)視系統(tǒng)100可以包括振動檢測單元120和反射片130。振動檢測單元120可以包括控制模塊150和發(fā)射詢問光束145的光學模塊160?？刂颇K可以包括通用目的的計算機，特定目的的計算機，微處理器，其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置，或計算機可讀存儲器，其能夠命令計算機或其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置依照本發(fā)明運行。
詢問光束145可以是電磁波束。電磁波束可以是激光束或其它任何能夠用于檢測機器振動的適當?shù)哪芰坎ㄊＴ谑纠詫嵤├?，光學模塊160是由Polytec，Inc.of Tustin，California制造的振動計。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到光學模塊160可以是可操作用于詢問光束的發(fā)送和接收的設(shè)備中的任何設(shè)備和系統(tǒng)。
振動檢測單元120可以位于可操縱來監(jiān)視機器的振動的任何位置。在示例性實施例中，該振動檢測單元120連接在設(shè)施天花板上的構(gòu)架上。在另一個實施例中，該振動檢測單元120可以安裝在可移動系統(tǒng)上，該可移動系統(tǒng)被定位以允許光學模塊160向希望的位置發(fā)射電磁波束。圖1b和1c示出了固定在可移動系統(tǒng)上的光學模塊160的示例性實施例，以允許光學模塊160詢問定位在視施中各種位置上的機器。如圖1b所示，光學模塊160可以固定在位于該設(shè)施的天花板附近上的傳動裝置(train)162上。傳動裝置162可以與設(shè)施的天花板上的或附近的軌道164對接。傳動裝置162可以相對于軌道164移動，這樣可以相對于任一希望的機器或機群定位傳動裝置。傳動裝置162可以經(jīng)人工操作或電力導(dǎo)引在軌道上移動。如圖1c所示，光學模塊160可以固定在移動車(cart)166上，這個車可以在設(shè)施的地板上移動。移動車166可以直接放在地板上，或可以在軌道上(未示出)。在圖1c的實施例中，移動車166包括輪腳168，從而使得該移動車166能夠在地板上轉(zhuǎn)圈。移動車166可以經(jīng)人工或電力導(dǎo)引來移動。
光學模塊160可以在一個或多個旋轉(zhuǎn)和/或平移自由度上確定方向。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到這里可以設(shè)想應(yīng)用任何數(shù)目的角度自由度。可對光學模塊160進行調(diào)節(jié)以控制所發(fā)射的詢問光束145的特性，這里包括但不限制于對光束的焦距、功率和相重性的調(diào)節(jié)。可以在軟件程序控制下機電地執(zhí)行該調(diào)節(jié)，或由操作者人工來執(zhí)行?？刂颇K150控制光學模塊160的光束指示方向，以及對光學模塊160的其它調(diào)節(jié)，如所發(fā)射的詢問光束145的焦距?？刂颇K150還可以接收與光學模塊160的操縱相關(guān)的外部命令，并且控制模塊150還可以向外部的或遠程分析設(shè)施報告解調(diào)后的振動數(shù)據(jù)?？梢詫⒐鈱W模塊旋轉(zhuǎn)以使得詢問光束正對著基本固定表面上的反射目標，以進行光學模塊對振動的診斷檢查。
遠程監(jiān)視系統(tǒng)100的反射片130可以固定在機器110上。該反射片130可以固定在機器110的任何位置上。還可以將多個反射片固定在機器的多個位置上，以用于對機器的不同部件或不同位置進行振動監(jiān)視。
反射片130可以是一個回歸反射片，其接收垂直或非垂直入射角的詢問光束，并沿著相同的或相近的入射角反射該詢問光束145。在一個示例性實施例中，反射片130可操作用于反射相對垂直于反射片130表面的向量偏離了幾十度的詢問光束145。在一個示例性實施例中，反射片130是一個回歸反射帶。該回歸反射帶可以很容易固定在機器上，并允許以與入射光束的入射角相同或相近的角度反射光束。本示例性實施例中的回歸反射帶可以是商業(yè)上可獲得的帶，其包括但不局限于由Reflexite Americas of New Britian，Connecticut出售的反射帶或為本發(fā)明設(shè)計的或特別制造的帶子。在另一個實施例中，反射片130包括至少一個角隅棱鏡反射器。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，將意識到可以使用任何反射片以沿著發(fā)射光束的相同或相近的入射角來反射光束，其包括但不局限于鏡子或其它類型的回歸反射片。
光學模塊160可以向固定在機器110上的反射片130發(fā)射詢問光束145。該詢問光束145傳輸至固定在被監(jiān)視機器110的外殼上的反射片130處。反射片130接收詢問光束145并將詢問光束反射作為振動調(diào)制光束170。振動調(diào)制光束170沿著與詢問光束145相同或相近的路徑返回至光學模塊160。由于機器的振動以及固定其上的反射片的依次振動，振動調(diào)制光束170將攜帶機器110的振動信息。
為了確定機器的振動，在光學模塊160中對振動調(diào)制光束170進行解調(diào)，并恢復(fù)機器振動數(shù)據(jù)。振動模塊160還可以包括光學濾波器以過濾環(huán)境輻射，該輻射在振動調(diào)制光束170的窄帶光譜范圍之外。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，解調(diào)振動調(diào)制光束是公知的，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到，可以使用任何適當?shù)姆椒ɑ蛳到y(tǒng)來解調(diào)該振動調(diào)制光束以確定其中包含的振動信息，包括多普勒位移解調(diào)。
振動檢測單元120可以進一步包括振動隔離單元180，該單元可以減輕結(jié)構(gòu)上承受的振動以免干擾包含在振動調(diào)制光束170中的振動數(shù)據(jù)。振動隔離單元180可以安裝在振動檢測單元120和其宿主結(jié)構(gòu)之間。振動隔離單元在本領(lǐng)域中是公知的并且是市場上可以買得到的。其基于一種技術(shù)或多種技術(shù)的組合，包括但不局限于彈簧和梁柱隔離裝置，氣囊以及粘彈性阻尼材料。
振動檢測單元的部件可以集合在一個系統(tǒng)中或可以包括獨立的部件。在一個示例性實施例中，光學模塊160和控制模塊150是一起安裝在一個設(shè)施中的獨立部件。在另一個實施例中，光學模塊160和控制模塊150是一個集成系統(tǒng)。而在另外一個實施例中，振動檢測單元的部件沒在不同的位置上。例如，光學模塊160可以位于容納要監(jiān)視的機器的房間中，控制模塊150可以位于一個單獨的房間中或完全獨立于該設(shè)施的位置上。
如圖2的實施例所示，振動檢測單元120可以用于監(jiān)視多個機器110中每個機器的振動。反射片130可以固定在多個被監(jiān)視的機器上。光學模塊160的角度和/或平移指示位置可以通過位于控制模塊150中的軟件控制系統(tǒng)來控制或通過電機控制來手動控制。光學模塊160可以旋轉(zhuǎn)多個角度以使得詢問光束對準被監(jiān)視機器的反射片。在另一個實施例中，光學模塊160可以進一步安裝在至少一個軌道上(未示出)以允許該光學模塊160相對于多個機器直線平移，從而優(yōu)化詢問光束145在被監(jiān)視機器的反射片130上的入射角度。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明白，這里可以預(yù)見任何用于定位光學模塊160使得它能夠?qū)⒃儐柟馐?45發(fā)射到反射片130的裝置。
在工廠或其它地方，光學模塊160和固定在機器上的反射片130之間的路徑可能被阻塞。圖2示出了一種情況，其中障礙物210阻礙從光學模塊160發(fā)射的詢問光束145直線傳輸?shù)椒瓷淦?30。光束反射器220可以用于繞過障礙物在反射詢問光束?？梢哉{(diào)節(jié)光束反射器220，使得詢問光束145從光學模塊160重定向到反射片130。該光束反射器220可以固定在接近反射片130和光學模塊160的任何位置上。在一個示例性實施例中，光束反射器220利用連接單元(attachment unit)225連接至如工廠天花板的構(gòu)架上。連接單元225可以包括光束反射器振動隔離單元230。光束反射器220還可以包括遠程控制旋轉(zhuǎn)器單元以改變詢問光束145的入射和反射角度，進而監(jiān)視多個機器。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，這里可以預(yù)料到任何允許將詢問光束繞過障礙物重定向到反射片130的系統(tǒng)。
圖3示出了在容納多個被監(jiān)視機器的設(shè)施310和遠程分析設(shè)施320之間的雙向通信鏈路330。遠程分析設(shè)施320用于分析振動數(shù)據(jù)以確定解決關(guān)于機器振動的策略。通信鏈路330可以基于衛(wèi)星，光纖，陸上，無線電，有線鏈路，因特網(wǎng)或其它數(shù)據(jù)傳輸設(shè)施。遠程分析設(shè)施320可以包括任何處理器驅(qū)動設(shè)備，如個人電腦、膝上型電腦、手持式計算機等等，以及可以進一步包括存儲器、輸入/輸出(“I/O”)接口和網(wǎng)絡(luò)接口。存儲器可以用于存儲數(shù)據(jù)文件和多種計算機可執(zhí)行程序，如操作系統(tǒng)(“OS”)和數(shù)據(jù)分析程序。
遠程分析設(shè)施320可以利用數(shù)據(jù)分析程序?qū)碜灾辽僖粋€設(shè)施的一個或多個機器的振動數(shù)據(jù)進行分析。數(shù)據(jù)分析程序可以包括對振動數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。在一個實施例中，遠程分析設(shè)施可以確定與多個設(shè)施中的機器的特定模式或廠商相關(guān)的統(tǒng)計信息。在另一個實施例中，遠程分析設(shè)施可以確定一個特定設(shè)施中的所有機器的統(tǒng)計信息。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，本發(fā)明并不局限于前述統(tǒng)計分析，而是涵蓋與多個機器相關(guān)的任何統(tǒng)計分析。
對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說可以想到本發(fā)明的多種改變和其它實施例，本發(fā)明適于具有前面說明和附圖所提出的益處。因此，可以理解本發(fā)明并不局限于所公開的特定實施例，旨在將其改進以及其它實施例都包含在所述權(quán)利要求的范圍內(nèi)。盡管這里使用了特定術(shù)語，但它們用于一般和說明性的意義，而不是用于限制。
部件列表100 遠程監(jiān)視系統(tǒng)110 機器120 振動檢測單元130 反射片145 詢問光束150 控制模塊160 光學模塊162 傳動裝置164 軌道166 移動車168 輪腳170 振動調(diào)制光束180 振動隔離單元210 障礙物220 光束反射器225 連接單元230 振動隔離單元310 設(shè)施320 遠程分析設(shè)施330 通信鏈路
權(quán)利要求
1.一種用于對機器(110)的振動進行監(jiān)視的系統(tǒng)，包括固定在機器(110)上的反射片(130)；和包括光學模塊(160)的振動檢測單元(120)，其中光學模塊(160)發(fā)射詢問光束(145)到反射片(130)，并且反射片(130)反射振動調(diào)制光束(170)至振動檢測單元(120)，其中振動檢測單元(120)的光學模塊(160)解調(diào)該詢問光束(145)以確定機器(110)的振動。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中詢問光束(145)包括激光束。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括光束反射器(220)，操作用于接收來自于光學模塊(160)的詢問光束(145)并將該詢問光束(145)反射至反射片(130)，以及操作用于接收由反射片(130)反射來的振動調(diào)制光束(170)并將該振動調(diào)制光束(170)反射至振動檢測單元(120)。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中光學模塊(160)可以由控制模塊(150)確定方向，以便能夠?qū)⒃儐柟馐?145)對準固定在機器(110)上的反射片(130)。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，進一步包括多個機器，其中光學模塊(160)可以由控制模塊(150)確定方向，以將詢問光束(145)發(fā)射到多個機器中的至少一個。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中光學模塊(160)可以由控制模塊(150)確定方向，以將詢問光束(145)遠程發(fā)射到多個機器中的至少一個。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中光學模塊(160)在至少一個角度中可以旋轉(zhuǎn)。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中光學模塊(160)包括處理器，用于解調(diào)振動調(diào)制光束(170)。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中光學模塊(160)固定在傳動裝置(162)上，該傳動裝置可在軌道(164)系統(tǒng)上移動，而軌道系統(tǒng)固定在容納機器(110)的設(shè)施(310)的天花板上。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中光學模塊(160)固定在裝配車(166)上，該車可以在容納機器(110)的設(shè)施(310)的地板上移動。
全文摘要
一種用于監(jiān)視機器振動的系統(tǒng)和方法，其包括固定在機器上的反射片以及包括詢問器單元和解調(diào)單元的振動檢測模塊。該詢問器單元可以位于機器的遠處，由此該詢問器單元向反射片發(fā)射電磁波束，并將來自于反射片的反射波束發(fā)射至解調(diào)單元。該解調(diào)單元解調(diào)電磁波束以確定機器的振動。
文檔編號G01M7/00GK101038207SQ20071010062
公開日2007年9月19日 申請日期2007年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月1日
發(fā)明者M·A·奈爾遜, N·S·艾爾, C·E·西利, J·E·赫爾希, P·P·博尼索恩, K·F·格貝爾 申請人:通用電氣公司