處理從狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所獲得的數(shù)據(jù)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種方法、系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，用于處理從狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所獲得的數(shù)據(jù)，該狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)和可選地預(yù)測(cè)諸如軸承的部件的剩余壽命，即，用于預(yù)測(cè)需要或期望服務(wù)、更換或翻新(再制造)部件的時(shí)刻。
【背景技術(shù)】
[0002]狀態(tài)監(jiān)測(cè)是確定操作過(guò)程中機(jī)械狀態(tài)的過(guò)程。狀態(tài)監(jiān)測(cè)能夠在失效之前對(duì)問(wèn)題部件進(jìn)行維修，并且不僅有助于工廠人員減少災(zāi)難性故障的可能性，而且還可以讓他們提前訂購(gòu)部件、安排人力和在停機(jī)期間計(jì)劃其它維修。
[0003]諸如滾動(dòng)元件軸承的部件通常用在關(guān)鍵應(yīng)用中，其中，這些部件在服務(wù)中的失效將導(dǎo)致最終用戶顯著的商業(yè)損失。從而，重要的是能夠預(yù)測(cè)該軸承的剩余壽命，從而計(jì)劃以避免在服務(wù)中失效的方式來(lái)干預(yù)，同時(shí)最大限度地減少可能由于采用不符合服務(wù)的有問(wèn)題的機(jī)械而引起損失，以更換軸承。
[0004]滾動(dòng)元件軸承的剩余壽命一般是由操作使用中重復(fù)應(yīng)力導(dǎo)致的操作表面的疲勞來(lái)確定的。滾動(dòng)元件軸承的疲勞失效由滾動(dòng)元件表面和相應(yīng)的軸承座圈表面的逐漸剝落或點(diǎn)蝕導(dǎo)致。剝落和點(diǎn)蝕可能使一個(gè)或多個(gè)滾動(dòng)元件不能正常運(yùn)行，這進(jìn)而可能產(chǎn)生過(guò)多的熱量、壓力和摩擦。
[0005]在與軸承將用于其中的應(yīng)用中的預(yù)期服務(wù)類型兼容的計(jì)算或預(yù)測(cè)的剩余壽命的基礎(chǔ)上，軸承被選擇用于一種特定的應(yīng)用。然而，認(rèn)為該類型的壽命預(yù)測(cè)對(duì)于若干原因的維護(hù)計(jì)劃是不充分的。
[0006]—個(gè)原因是，實(shí)際操作狀態(tài)可能與額定狀態(tài)有很大不同。另一個(gè)原因是，軸承的剩余壽命可能由諸如過(guò)載、潤(rùn)滑失效、安裝誤差等短時(shí)事件或意外事件而徹底受損。另一個(gè)原因是，即使額定操作狀態(tài)準(zhǔn)確地再現(xiàn)于服務(wù)中，疲勞過(guò)程的固有隨機(jī)特性可能會(huì)在基本上相同軸承的實(shí)際剩余壽命方面引起較大的統(tǒng)計(jì)變化。
[0007]為了改善維護(hù)計(jì)劃，通常的做法是，監(jiān)測(cè)與諸如軸承的部件在操作使用中所遭受的振動(dòng)和溫度有關(guān)的物理量的值，以便能夠檢測(cè)到即將發(fā)生的故障的第一個(gè)信號(hào)。
[0008]高頻應(yīng)力波事件伴隨著少量材料在非常短的時(shí)間內(nèi)突然位移。當(dāng)發(fā)生沖擊、疲勞開裂、劃傷或磨損時(shí)，在軸承中可能產(chǎn)生高頻應(yīng)力波事件。應(yīng)力波的頻率取決于源的性質(zhì)和材料特性。因此，聲發(fā)射(AE)傳感器可以用于檢測(cè)該高頻應(yīng)力波事件，從而提供重要的信息，以有助于故障檢測(cè)和嚴(yán)重性評(píng)估。由于高頻率應(yīng)力波包的色散和衰減，理想的是盡可能的將傳感器靠近于起始位點(diǎn)。從而，傳感器可以放置在軸承殼體的附近，或放置在軸承殼體上，優(yōu)選地，放置在負(fù)載區(qū)域。
[0009]此外，潤(rùn)滑膜可能由過(guò)大的負(fù)載、低粘度潤(rùn)滑劑或顆粒材料污染的潤(rùn)滑劑，或者缺少潤(rùn)滑劑而受損。如果潤(rùn)滑膜以這種方式受損，高頻波將通過(guò)軸承的滾動(dòng)接觸發(fā)出。從而，潤(rùn)滑膜的狀態(tài)可以通過(guò)檢測(cè)高頻應(yīng)力波來(lái)評(píng)估，在潤(rùn)滑膜損壞的情況下，該檢測(cè)高頻應(yīng)力波通過(guò)軸承環(huán)和周圍結(jié)構(gòu)來(lái)傳播。
[0010]在該狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，從AE傳感器中獲得的AE時(shí)間波形在發(fā)送到中央處理單元(CPU)之前，通常被放大，穿過(guò)精密模擬低通濾波器和模擬高通濾波器，解調(diào)，穿過(guò)抗混疊濾波器，然后通過(guò)具有kHz范圍內(nèi)的輸入頻率的低頻模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。該傳統(tǒng)模擬包絡(luò)系統(tǒng)具有以下缺點(diǎn):高電流、低動(dòng)態(tài)范圍、體積大、不適合用于包含在應(yīng)用特定的集成電路(ASIC)中，以及溫度性能不佳。
[0011]此外，在狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，從至少一個(gè)傳感器中獲得時(shí)間波形的形式的數(shù)據(jù)(即，通常包括許多樣本的變化量與時(shí)間的曲線圖)。這些時(shí)間波形通常發(fā)送并顯示給分析員。然而，這可能導(dǎo)致較長(zhǎng)的傳輸和顯示時(shí)間并且數(shù)據(jù)可能難以顯示或解釋。這些數(shù)據(jù)的發(fā)送、顯示以及解釋可能要求大量的能量、時(shí)間和專業(yè)知識(shí)，因此降低了進(jìn)行測(cè)量和分析的速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的是提供一種用于處理從狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所獲得的數(shù)據(jù)的改進(jìn)方法。該目的通過(guò)一種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，該方法包括以下步驟:從至少一個(gè)傳感器中獲得聲發(fā)射(AE)時(shí)間波形，以及數(shù)字解調(diào)該AE時(shí)間波形。
[0013]該方法可以用來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬解調(diào)方法，從而避免了涉及傳統(tǒng)的模擬解調(diào)方法的上述缺點(diǎn)。由于精密過(guò)濾是使用數(shù)字電路來(lái)完成的，而且比傳統(tǒng)的模擬解調(diào)方法需要更少的運(yùn)算放大器，從而降低了電流。由于需要較少的模擬濾波器，所以電路較小。模擬整流具有40_50dB的動(dòng)態(tài)范圍，而數(shù)字整流具有的動(dòng)態(tài)范圍可以超過(guò)70dB。因?yàn)槁暟l(fā)射的傳輸路徑可以是有損的，所以數(shù)字整流還可以極大地改善電路的性能。此外，由于不需要精確模擬濾波器，因此，不需要精密無(wú)源電阻和電容，這些難以在集成電路中制造。
[0014]至少一個(gè)傳感器可以配置成測(cè)量高頻應(yīng)力波事件(具有100-500kHz或更高的頻率，例如，20kHz-3MZ或更高)。
[0015]如本文件中所用的表述“高頻應(yīng)力波事件”是指短的(S卩，高達(dá)5毫秒(ms)的持續(xù)時(shí)間，通常為1ms的持續(xù)時(shí)間)“突發(fā)”或“包絡(luò)”的高頻應(yīng)力波(即，100-500kHz或更高)，其接收為一單位，即，一波包。該波包可以電子處理，以產(chǎn)生一“包絡(luò)”，其描述了波包中應(yīng)力波的持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，該方法包括以下步驟:發(fā)送，和/或顯示和/或存儲(chǔ)數(shù)字解調(diào)的AE時(shí)間波形，而不是從至少一個(gè)傳感器所獲得的AE時(shí)間波形。該方法避免了對(duì)于發(fā)送和/或顯示來(lái)自至少一個(gè)傳感器的整體AE時(shí)間波形的需要，并減少了需要通過(guò)僅發(fā)送數(shù)字解調(diào)的信號(hào)來(lái)發(fā)送的數(shù)據(jù)量。這導(dǎo)致了需要發(fā)送和/或顯示的數(shù)據(jù)的顯著減少。發(fā)送，顯示和數(shù)據(jù)處理時(shí)間將會(huì)縮短，將需要較少的能量來(lái)發(fā)送，顯示和處理，因此，這導(dǎo)致延長(zhǎng)傳感器的電池壽命，或降低傳感器電池尺寸或發(fā)電要求。
[0017]在部件被監(jiān)測(cè)和安裝不良或不佳的操作手法的情況下，用戶將被更加迅速地警告惡化，諸如，如果長(zhǎng)此下去將減少部件的剩余壽命的未對(duì)中、不平衡、高振動(dòng)、缺乏潤(rùn)滑，以及污染的潤(rùn)滑劑等可以更快速地識(shí)別。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，該方法包括以下步驟:在數(shù)字解調(diào)AE時(shí)間波形的步驟之前，傳遞AE時(shí)間波形通過(guò)數(shù)字高通濾波器(其與通常為100kHz的模擬濾波器具有相同的響應(yīng))和數(shù)字低通濾波器(例如，其與具有500kHz的截止頻率的模擬濾波器也具有相同的響應(yīng))。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，該方法包括以下步驟:在數(shù)字解調(diào)AE時(shí)間波形的步驟之后，傳遞AE時(shí)間波形通過(guò)數(shù)字低通濾波器。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，該方法包括以下步驟:在數(shù)字解調(diào)AE時(shí)間波形的步驟之前，使用抗混疊濾波器(例如，具有通常2kHz的通帶)過(guò)濾AE時(shí)間波形以將AE時(shí)間波形的帶寬限制成大約滿足采樣定理。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，該方法包括以下步驟:在數(shù)字解調(diào)AE時(shí)間波形的步驟之前，放大AE時(shí)間波形。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，該方法包括以下步驟:在數(shù)字解調(diào)AE時(shí)間波的步驟之前，傳遞AE時(shí)間波形通過(guò)具有MHz范圍內(nèi)的諸如2MHz的輸入頻率的高頻模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，該方法包括以下步驟:無(wú)線地傳遞數(shù)字解調(diào)的AE時(shí)間波形通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，該方法包括以下步驟:在數(shù)據(jù)庫(kù)中電子記錄數(shù)字解調(diào)的AE時(shí)間波形。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，該方法包括以下步驟:數(shù)字整流AE時(shí)間波形。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置成監(jiān)測(cè)至少一個(gè)軸承，諸如，滾動(dòng)元件軸承。滾動(dòng)軸承可以是圓柱滾子軸承、球面滾子軸承、環(huán)形滾子軸承、錐形滾子軸承、圓錐滾子軸承或滾針軸承中的任何一種。
[0027]本發(fā)明還涉及一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括含有計(jì)算機(jī)程序代碼裝置的計(jì)算機(jī)程序，計(jì)算機(jī)程序代碼裝置布置成使計(jì)算機(jī)或處理器執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的任何實(shí)施例的方法的步驟，該步驟存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或載波上。
[0028]本發(fā)明還涉及一種用于處理從狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所獲得的數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括布置成提供聲發(fā)射(AE)時(shí)間波形的至少一個(gè)傳感器。該系統(tǒng)包括處理單元，其配置成執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的任何實(shí)施例的方法的至少一個(gè)步驟。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該處理單元布置在諸如應(yīng)用特定的集成電路(ASIC)或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)的集成電路(1C)中。
[0030]應(yīng)當(dāng)注意的是，在該部件制造期間、在該部件制造之后且該部件使用之前、在該部件使用期間、在該部件不使用期間和/或在該部件的運(yùn)輸期間，根據(jù)本發(fā)明的方法、計(jì)算機(jī)程序和系統(tǒng)可以用于監(jiān)測(cè)諸如軸承的至少一個(gè)部件。從而，可以產(chǎn)生部件的完整歷史記錄日志。因此，由于具有條件狀態(tài)和/或從其所有的方式的完全制造開始直至目前積累在部件的壽命上的剩余壽命數(shù)據(jù)，關(guān)于其壽命周期的任何一點(diǎn)的個(gè)體部件的剩余壽命，可以更準(zhǔn)確的進(jìn)行預(yù)測(cè)?？梢酝ㄖ治鰡T或終端用戶的相關(guān)事實(shí)包括建議更換或翻新部件的時(shí)間。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的方法、系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以用于監(jiān)測(cè)和可選地預(yù)測(cè)的諸如軸承的至少一個(gè)部件的剩余壽命，該部件用于汽車、航空、鐵路、采礦、風(fēng)力、船舶、金屬生產(chǎn)和其它機(jī)械應(yīng)用，其需要高耐磨損性和/或增加的疲勞和拉伸強(qiáng)度。
【附圖說(shuō)明】
[0032]下面，參照所附的附圖，本發(fā)明將通過(guò)非限制性示例來(lái)進(jìn)一步進(jìn)行說(shuō)明，其中:
[0033]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的系統(tǒng)，
[0034]圖2是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法的步驟的流程圖，以及
[0035]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的方法的步驟的流程圖。
[0036]應(yīng)當(dāng)注意的是，附圖沒(méi)有按比例繪制，并且為清晰起見(jiàn)，某些特征的尺寸被放大。
[0037]此外，只要沒(méi)有沖突，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的任何特征可以與本發(fā)明的任何其它