旋轉部件的振動相量監視系統的製作方法
2023-06-05 02:53:41 3
專利名稱：旋轉部件的振動相量監視系統的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及到旋轉部件的監視技術。本發明具體涉及到用來實時監視一個旋轉軸的基波頻率振動相量的裝置和方法，以便確定這種振動是否處在預定的限制範圍之內。
通常都包括旋轉部件的發電設備在依靠變速箱極限工作時往往會出故障，導致費用增加或是可能的破壞作用，這其中包括機械斷裂甚至人身傷害。因而就需要監視這種設備以避免此類故障。具體舉例來說，為了降低設備上的熱效應，經常按步進間隔使渦輪機上、下偏離其工作速度。然而，旋轉機器具有固有的共振頻率，這些頻率有時候會和加速或減速過程中產生的頻率吻合。為了減少對機器的損害，在加速和減速過程中需要避免進入這些共振點的範圍。
對旋轉機器特別是發電設備的監視可以通過監視振動相量或矢量的幅值和角度(例如是相對於軸上的一個標誌點)變化來實現。在超出可接受限制的變化時可以關閉或是暫停機器以避免損壞或是避免發生進一步的損壞。或者是由一種控制邏輯按照指示變化超出可接受限制的數據來執行不同的動作，讓振動恢復到可接受的限制之內。當機器發生結構故障時，幅值和/或角度就會出現明顯的急劇變化。當渦輪機的旋轉頻率通過共振頻率時就可能出現急劇的振動變化。由於預期或意外的零件磨損也可能會緩慢地出現振動相量變化。因為存在著急劇變化的可能性，就需要有效的保護手段，需要連續地實時確定振動相量的幅值和角度。
按照General Electric(通用電器公司)現有技術的旋轉部件振動相量監視方法，是採用後期處理通過對位移傳感器獲得的讀數矩陣進行Fourier分析來確定振動相量幅值和角度。然而，積累讀數以及從輸入/輸出(I/O)卡向一個個人計算機式人機接口傳送數據以便後續處理所造成的延遲會導致幅值和角度更新太慢，難以保護或控制急劇的振動變化，這種方法僅僅適合用來監視零件磨損。例如在GeneralElectric的Speedtronic Mark V渦輪機控制器中就使用了基於傅立葉分析的系統。
在Goodman的美國專利US3,220,247中公開了另一種振動監視技術，它是用來檢測船舶推進設備的振動的。Goodman的技術採用了正弦和餘弦算子來產生參考信號，其參考周期和一個不平衡信號的周期相同。將不平衡信號和參考信號提供給乘法器，所得的結果通過濾波電路獲得平均值。按照Goodman的技術，需要將一個測速發電機實際連接到旋轉軸上。然而，這種連接可能既複雜又昂貴。另外，測速發電機會受到機械磨損，並且在它發生故障的情況下可能需要將被監視的機器關機，儘管機器本身並沒有故障。這種不必要的關機對發電廠操作人員和其它人是極為昂貴的代價。進而，正弦和餘弦參考與測速發電機的90度正交關係對任何精確的計算都是極為重要的。遺憾地是，這種90度關係依賴於彼此相差90度地安裝測速發電機的各個繞組時的製造公差。另外，Goodman的裝置不能按適用於自動保護或控制的形式來提供振動相量角。數據只能通過一個示波器來顯示。顯示的數據只能提供從視覺上確定角度的原始手段。另外，按照Goodman的技術，在旋轉軸上用來測量相量角的參考點是軸向旋轉的一點，測速發電機在此點上的正弦輸出等於0，而餘弦輸出等於1。如果測速發電機和軸的連接出現滑動，軸上的參考點就會滑動或是移動。最後，在Goodman的裝置中檢查諧波振動需要有一個齒輪箱或是多繞組測速發電機，這就進一步增加了複雜性和費用。
在Giers的美國專利US4,015,480中公開了另一種振動監視技術，它是用來測量瞬時不平衡的。這種裝置包括用參考相量的正弦和餘弦分量乘以振動幅值的多個讀數。然而，Giers的裝置在許多方面仍存在限制。該裝置需要在旋轉軸上實際連接時鐘發生器或者是在採用物理參考發生器的情況下需要連接參考和時鐘發生器。這種連接可能難以實現，因而不夠理想。進而，Giers的採樣頻率取決於時鐘發生器中的轉盤外圓周上的孔的數量。為了相量幅值和角度的精確和高解析度計算所需的高採樣頻率需要具有更多孔的更大的轉盤，這也是難以實現的。再者，Giers的裝置需要同步的參考和時鐘發生器，並且通過增加採樣頻率來補償同步的不足。然而，如上所述，採樣頻率會受到孔的數量的限制。
另外，在Giers的裝置中，協調和精確的採樣頻率和周期取決於其時鐘發生器的轉盤中的孔的精確位置。這就需要精密的製造技術。再有，和Goodman的裝置一樣，檢查諧波振動需要有一個齒輪箱。
因而需要有一種簡單，實時的方法和裝置來精確和有效地監視旋轉部件的振動相量，這樣才能實現有效的監視和控制。
本發明的目的是用本文所述的裝置和方法相對於旋轉軸上的一個參考點實時地提供振動相量幅值和角度，這一旋轉軸是旋轉機器上的一個軸，例如是蒸汽渦輪機等發電機的原動機。精確地產生這種振動參數能夠為可能出現結構故障或零件磨損的機器提供有益的保護作用。例如可以使機器及時地「關機」或是暫停，從而避免損害或是額外的損害。控制系統也可以用這些振動參數來移動機器的工作點，將振動減少到額定的水平。最佳實施例可以通過簡單，經濟，耐用且靈活的方式實時地提供這些參數。
具體地說，採用一個用軟體或硬體實現的正交檢測器，通過硬體將其參考相量的相位鎖定在一個旋轉軸的物理參考點上，用來實時地確定振動相量幅值和角度。圍繞著軸布置一個用來檢測振動的位移傳感器和一個用來檢測軸的轉數的位移傳感器。傳感器可以沿著這個軸在軸向和/或圓周上分離。實現一種計時裝置，以確定讀取振動傳感器輸出時的軸角度。
然後獲得確定的軸角度的正弦和餘弦，並且用來乘以振動傳感器輸出讀數，從而在單位的幅值正弦和餘弦參考相量上形成振動相量的各個投影。然後處理這些投影以獲得振動相量角和幅值。
這樣，本發明的振動傳感器的每個讀數都能提供新的振動相量幅值和新的角度，從而實時地測量一個旋轉部件的振動。
與Goodman和Giers所述的裝置不同，不需要實際連接到機器的軸上就能夠提供完全正交的參考相量，馬上就能獲得精確和有用的振動相量幅值和角度信息，並且便於實現對諧波的分析。
圖1-3表示本發明最佳實施例的振動相量檢測系統的示意圖。
圖4A和4B用曲線表示了按照一個最佳實施例的傳感器輸出，用來監視作為旋轉部件關鍵的一個壓緊縫隙或壓緊軸承。
圖5用曲線表示了按照一個最佳實施例用來檢測和旋轉軸有關的振動的一個位移傳感器的輸出。
圖6表示振動相量和單位參考相量的一個正交對之間的一種可能的關係。
以下參照附圖具體說明本發明的實施例。圖1表示了一個旋轉部件10，它例如是渦輪機的一個軸，當軸10旋轉時，具有一個旋轉軸基波頻率的振動分量12。當然，此處所述的軸可以和任何類型的旋轉機器相聯繫。兩個位移傳感器16,18被設在軸10的周圍，與其靠近但沒有接觸。傳感器16監視設在軸10上的一個鍵或是切削出的縫隙14，並且其位置使其能夠響應通過鍵14的位移也就是距離變化。或者是可以用傳感器16監視對著上述壓緊縫隙的一個切削而成的軸承。圖4A和4B表示傳感器16在通過壓緊縫隙或壓緊軸承時輸出的典型電壓信號400,405。另一方面，傳感器18是一個用來測量振動的位移傳感器。傳感器18可以沿著軸10的軸向裝在任何需要確定振動相量12的位置。圖5表示當傳感器18檢測到振動也就是位移時從傳感器18輸出的一種典型電壓信號500。從圖4A,4B和5中可以看出，傳感器16,18各自產生的輸出電壓與傳感器面和旋轉軸10之間的距離成正比。這些電壓的直流分量與靜止的軸10(假設忽略軸向偏差)和傳感器之間的距離成正比。這一距離有時被稱為傳感器16或18與軸10之間的間隙或是氣隙。如圖4A,4B和5所示，電壓信號400,405或500的動態或交流分量分別與由振動造成的距離的增加或減少或在鍵傳感器16的情況下通過鍵14的次數成正比。值得注意的是，傳感器16,18之間的角度關係並不重要，可以根據需要來設置這種關係，不會影響準確地計算振動相量。
如圖1所示，最好是用信號控制電路來處理傳感器16輸出的電壓信號400或405。具體地說，按照這一最佳實施例，需要在鍵14通過傳感器16的瞬時產生一個邏輯信號26TRUE，否則就產生FALSE。這是通過電壓比較器20和具有滯後作用的邊沿檢測器22的組合而實現的，將傳感器16的輸出和用來限定鍵通過事件的門限的一個預定電平30相比較。預定的比較電平30最好是經由通信總線28通過軟體(儘管也可以用硬體線路)來設置，並且用D/A轉換器24轉換成模擬信號。最好是由信號400或405的下降沿觸發比較器/邊沿檢測器20,22組合的輸出，在TRUE狀態下產生指示「鍵處在0度」的邏輯信號26。
圖2表示用來提供本實施例中主要的其他信號控制功能的一種現場可編程門陣列40。本領域的技術人員都可以理解，由現場可編程門陣列(FPGA)40所執行的功能可以用分立的部件完成，也可以完全用軟體或是某種組合方式來完成，這取決於具體實施的環境。在FPGA40中用一個振蕩器42供給一個計數器44。振蕩器42的頻率和計數器44的位寬度是按照精確測量振動相量幅值和角度的需要來選擇的。例如在最佳實施例中採用6.25兆赫振蕩器42來供應一個24位計數器44可用於轉速高達18,000rpm或是300Hz軸速度的發電渦輪機。然而，根據具體的用途也可以選擇任何時鐘或振蕩器速度以及計數器大小。在接收到兩個獨立的啟動信號26(「鍵處在0度」邏輯信號)或34之一時，將計數器44的內容通過傳遞框46,48傳遞給兩個鎖存器50,52之一。
具體地說是在信號26為TRUE也就是出現鍵相量中斷信號時啟動將計數器44的計數傳遞給鎖存器50。另外，一旦完成了向鎖存器50的傳遞，就將計數器44復位到零。通過復位能避免計算增量計數和/或對計數器翻轉的補償。這樣，在鎖存器50中就包含振蕩器42在鍵14連續兩次通過傳感器16之間所經歷的時間內產生的6.25MHz脈衝數量。因此，鎖存器50的計數就能以6.25MHz時鐘信號代表鍵連續通過傳感器16的測量周期。
響應一條讀請求線34來啟動將計數器44的計數傳遞給鎖存器52，讀請求線34還連接到與傳感器18的輸出32相連的A/D轉換器62。由一個微處理器(未示出)來控制讀請求線34的動作，以周期性的方式用傳感器18輸出的最佳頻率1322.75Hz對讀數進行初始化。在圖2和3中用64表示數字讀數值。計數器44在向傳遞鎖存器52時不復位。因此，鎖存器52中包含從出現最後一次鍵相量復位也就是「鍵處在0度」邏輯信號26時起直止A/D轉換器62出現讀數為止由振蕩器42所產生的6.25MHz脈衝或時鐘的數量。注意到圖2中的框60可用來消除振動測量值中的直流分量也就是氣隙所造成的偏移。
鎖存器50,52的有效位取決於鎖存器52的內容58除以鎖存器50的內容54所得的比例。如圖3所示，這一比例是在處理振動讀數64時由除法器或是比例框70來確定的。框70輸出的比例值代表軸的一整轉相對於這一瞬時振動讀數發生瞬間的鍵相量的分數部分。在一個乘法器72中將一轉的這一分數部分乘以360度，變成讀取傳感器18的輸出即圖中用64表示的讀數的那一時刻與傳感器16(0度)相距的軸角度。在圖6中同樣用元素113繪製出了從乘法器72獲得的軸角度，如下文所述，它也是相位鎖定在鍵14上的單位相量的正交對之一的角度。
圖3進一步表示了按照本實施例的鎖相正交檢測器的實施例，而圖6用曲線表示了振動相量與單位參考相量的這一正交對的一種可能的關係。來自乘法器72的角度輸出被用來建立單位相量的一個正交對。通過餘弦框74獲得的單位餘弦參考相量110代表與縫隙或鍵14同相的一個相量。通過框76獲得的單位正弦參考相量112代表比鍵相量滯後90度的一個相量。滯後90度意味著這一相量在軸的旋轉方向上比作為鍵14的壓緊縫隙或壓緊軸承落後90度。
利用由此獲得的單位參考相量，對振動相量114的讀數執行正交檢測，它在採樣時刻的瞬時幅值是通過A/D轉換器62來測量的。按照本實施例，將信號64乘以各個單位參考相量。由每一個乘積得到一個合成信號。合成的「交流」部分是軸的二倍頻率的正弦波。合成信號的「直流」部分是振動相量在與其相乘的單位參考相量上的投影的一半。對相量乘法運算的數學分析可參見下文。
為了僅僅提取投影，對乘法器78,80輸出的每一項產物提供一個低通濾波器84或86。濾波器的截止頻率和階數是這樣選擇的，用來提供幅值和角度確定的理想響應，儘量減少這些輸出的波動。例如在一個最佳實施例中採用了截止頻率為0.25Hz的六階低通濾波器。這種濾波結果基本上能夠將振動相量分解成其在兩個單位正交相量110,112上的投影，其中一個(相量110)與壓緊縫隙或鍵14同相。投影的幅值是其原有的一半(參見數學分析)，如下文所述。
為了確定振動相量114的幅值和角度，還要執行圖3中所示的其他功能。具體地說，在平方框88,90中取低通濾波器輸出的平方，並且在求和框92中相加。通過平方根功能94獲得的加法結果的平方根是振動相量114幅值的一半，並且在乘法器框96中乘以2。振動相量114和餘弦參考相量之間的角度與振動相量114和壓緊縫隙或鍵14之間的角度相同。為了獲得這一角度，要通過框100和102來確定在單位餘弦參考相量110上的振動相量投影的一半除以振動相量114幅值的一半的反餘弦。例如，從低通濾波器84的輸出可以獲得在單位餘弦參考相量上的振動相量投影的一半量值，從低通濾波器輸出的平方之和的平方根也就是平方根功能框94的輸出可以獲得振動相量幅值的一半量值。這樣就能實時地獲得振動相量幅值98和振動相量角度104。可以將振動相量的幅值和/或角度和門限值相比較，如果超出，就可以用來停止或是暫停旋轉機器以免發生損害或額外的損害。
為了研究軸振動的諧波，在乘法器72的輸出與餘弦和正弦框74和76之間提供了一個乘法器120。為了分析振動的基波頻率，可將乘法器120的輸入設置為1。另一方面，通過為乘法器120輸入2或是更高的值就可以分析研究振動的諧波分量。這樣，通過簡單改變乘法器120的乘法器輸入值將能對諧波進行分析。
進而將振動相量幅值98和振動相量角度104輸入一個用來監視幅值和角度的控制框130，並且在認為這些值之一或兩者超出了可接受的限制或者超過一個額定值時按照指定的方式提供響應。例如，響應這種狀態，控制框130可以啟動設備速度控制和/或停車。控制框130還包括指定相量幅值和角度的顯示器132a,132b。
以下的分析為按照最佳實施例的電路和方法提供了一種數學基礎。
數學分析指定相量與參考相量的乘法運算按以下的公式執行。[AvibSIN(ωvibt+φvib)][ArefSIN(ωreft+φref)]=[(AvibAref/2)COS((ωvibt+φvib)-(ωreft+φref))]-[(AvibAref/2)COS((ωvibt+φvib)+(ωreft+φref))](公式1)如果兩個相量的頻率相同，即ω=ωvib=ωref，則公式1變成[AinSIN(ωvibt+φvib)][ArefSIN(ωreft+φref)]=[(AvibAref/2)COS(φvib-φref)]-[(AvibAref/2)COS(2ωt+φvib+φref)](公式2)
從中可以看出有一個直流項即第一個括號和一個交流項即第二個括號。僅僅在兩個相量的頻率相同時才出現直流項。如果讓公式2通過一個低通濾波器在直流分量通過的同時消除交流分量，就可以將公式2簡化為濾波的{[AvibSIN(ωvibt+φvib)][ArefSIN(ωreft+φref)]}=[(AvibAref/2)COS(φvib-φref)](公式3)如果選用一個單位相量作為單位相量，也就是Aref=1，公式3可以進一步簡化為濾波的{[AvibSIN(ωvibt+φvib)][ArefSIN(ωreft+φref)]}=[(Avib/2)COS(φvib-φref)](公式4)這就有必要參看圖6。
從中可以確定COS(φvib-φref)=(adjacent/hypotenuse)=Avib到Aref上的投影(公式5)解公式5求Avib到Aref上的投影(projection of Avibonto Aref)項的值(Avib到Aref上的投影)=AvibCOS(φvib-φref)(公式6)比較公式6和公式4可以看出
濾波{[AvibSIN(ωvibt+φvib)][ArefSIN(ωreft+φref]}=(Avib到Aref上的投影)/2(公式7)換句話說，濾波器輸出是振動相量在參考相量上的投影的一半。
因此，按照這一最佳實施例提供了一種實時振動監視系統，它能夠快速和準確地測量旋轉部件振動相量的幅值和角度。
儘管上文中包括了許多具體的細節，可以理解的是這些都是為了解釋而並非要限制本發明的範圍。在權利要求書所限定的本發明的範圍及其法律意義上的等效物的基礎上，本領域的普通技術人員很容易對上述實施例作出各種各樣的修改。
權利要求
1．旋轉部件的振動相量的一種監視方法包括以下步驟在預定的時間獲得上述旋轉部件中一種振動的幅值；在上述預定時間獲得上述旋轉部件的角度，上述角度獲得步驟包括產生一個代表上述旋轉部件的一整轉的信號；將一個計數器增值，直至再次產生上述信號為止，存儲上述計數器的第一計數並且將上述計數器復位；在上述幅值獲得步驟的同時讀出並存儲上述計數器的第二計數；以及將上述第二計數除以上述第一計數；確定上述振動相量各自在相位與上述旋轉部件鎖定的參考相量的一個正交對上的投影；用至少一個低通濾波器對上述投影濾波；計算一個數值，它等於上述投影的平方之和的平方根；以及將上述數值乘以2並且獲得上述投影除以上述數值所得的一個值的反餘弦，從中分別確定上述振動相量的至少一個幅值和角度。
2．按照權利要求1的方法，其特徵是上述幅值獲得步驟包括測量設在上述旋轉部件附近的一個傳感器的輸出。
3．按照權利要求1的方法，其特徵是用一個振蕩器為上述計數器增值。
4．按照權利要求3的方法，其特徵是上述振蕩器的頻率大約是6.25MHz。
5．按照權利要求1的方法，其特徵是進一步包括阻塞上述振動幅值的直流分量。
6．按照權利要求1的方法，其特徵是還包括對上述振動的上述幅值進行A/D轉換。
7．按照權利要求1的方法，其特徵是進一步包括比較上述信號和一個預定的門限值，並且當上述信號的幅值大於上述預定門限值時產生一個邏輯信號TRUE。
8．按照權利要求7的方法，其特徵是進一步包括修改上述預定的門限值。
9．按照權利要求1的方法，其特徵是上述投影確定步驟包括計算上述角度的正弦和餘弦值，並且分別將其乘以上述振動的上述幅值。
10．按照權利要求1的方法，其特徵是進一步包括將上述角度乘以一個預定數的步驟，從而獲得對上述振動的一個諧波分量的分析結果。
11．旋轉部件的一個軸上的振動相量的一種測量方法，包括以下步驟響應代表上述軸的一整轉的一個信號將一個計數器復位，並且令上述計數器開始增值；對應著剛好在上述復位步驟前出現的計數存儲上述計數器的第一計數；在預定時間讀出代表上述軸的振動幅值的一個值；對應著上述預定時間點上出現的計數存儲上述計數器的第二計數；將上述第二計數除以上述第一計數並且將所得結果乘以360度以獲得對應著上述預定時間的軸角度；將代表上述軸的一個振動幅值的上述值乘以上述軸角度的正弦和餘弦分量，從而分別獲得上述振動相量在相位與上述旋轉軸鎖定的參考相量的一個正交對上的投影；分別通過低通濾波器對每個上述投影濾波；計算一個數值，它等於上述投影的平方之和的平方根；以及將上述數值乘以2並且獲得上述投影除以上述數值所得的一個值的反餘弦，從中分別確定上述振動相量的幅值和角度的至少一個。
12．按照權利要求11的方法，其特徵是進一步包括用一個振蕩器為上述計數器增值。
13．按照權利要求12的方法，其特徵是上述振蕩器的頻率大約是6.25MHz。
14．按照權利要求11的方法，其特徵是進一步包括阻塞代表上述軸的振動幅值的上述值的直流分量。
15．按照權利要求11的方法，其特徵是還包括對代表上述軸的振動幅值的上述值進行A/D轉換。
16．按照權利要求11的方法，其特徵是進一步包括比較上述信號和一個預定的門限值，並且當上述信號的幅值大於上述預定門限值時產生一個邏輯信號TRUE。
17．按照權利要求16的方法，其特徵是進一步包括修改上述預定的門限值。
18．按照權利要求11的方法，其特徵是上述投影確定步驟包括計算上述角度的正弦和餘弦值，並且分別將其乘以上述振動的上述幅值。
19．按照權利要求11的方法，其特徵是進一步包括將上述角度乘以一個預定數的步驟，從而實現對上述振動相量的諧波分析。
20．用來測量旋轉部件中的一個振動相量的一種裝置包括用來獲得上述旋轉部件中的一個振動幅值的瞬時測量值的裝置；在上述旋轉部件中的振動幅值的上述瞬時測量值的時刻獲得上述旋轉部件的角度的裝置，上述獲得裝置包括用來產生代表上述旋轉部件的一整轉的裝置，用來將一個計數器增值，直至隨著上述旋轉部件轉過一整轉而再次產生上述信號為止的裝置，並且響應上述信號存儲出現在上述計數器中的第一計數，在獲得幅值的上述瞬時測量值的時刻讀出並存儲上述計數器的第二計數的裝置，以及將上述第二計數除以上述第一計數的裝置；用來確定上述振動相量各自在相位與上述旋轉部件的上述角度鎖定的參考相量的一個正交對上的投影的裝置；對上述投影進行低通濾波的裝置；用來計算一個數值的裝置，該數值等於上述投影的平方之和的平方根；以及將上述數值乘以2並且獲得上述投影除以上述數值所得的一個值的反餘弦，從中分別確定上述振動相量的幅值和角度的至少一個的裝置。
21．按照權利要求20的裝置，其特徵是用來獲得上述幅值的上述裝置包括一個振動傳感器。
22．按照權利要求20的裝置，其特徵是進一步包括為上述計數器增值的一個振蕩器。
23．按照權利要求22的裝置，其特徵是上述振蕩器的頻率大約是6.25MHz。
24．按照權利要求20的裝置，其特徵是還包括阻塞上述振動幅值的直流分量的裝置。
25．按照權利要求20的裝置，其特徵是還包括對上述振動的上述幅值進行A/D轉換的裝置。
26．按照權利要求22的裝置，其特徵是進一步包括比較上述信號和一個預定的門限值的裝置，並且當上述信號的幅值大於上述預定門限值時產生一個邏輯信號TRUE。
27．按照權利要求26的裝置，其特徵是還包括用來修改上述預定的門限值的裝置。
28．按照權利要求20的裝置，其特徵是用來確定上述投影的上述裝置包括用來計算上述角度的正弦和餘弦值的裝置，以及用來分別將上述正弦和餘弦值乘以上述振動的上述幅值的裝置。
29．按照權利要求20的裝置，其特徵是進一步包括用來對上述振動相量進行諧波分析的裝置。
30．用來測量機器的旋轉部件中的一個振動相量的一種裝置包括設在上述旋轉部件附近的一個振動傳感器，上述振動傳感器在接收到一個讀數請求時產生上述旋轉部件的振動幅值的瞬時測量值；設在上述旋轉部件附近的一個鍵傳感器，上述鍵傳感器在檢測到和上述旋轉部件有關的一個鍵時產生一個鍵信號；在連續的兩個鍵信號之間增值的一個計數器，並且響應每一個鍵信號而復位；連接到上述計數器的第一寄存器，並且存儲剛好出現在復位之前的第一計數；連接到上述計數器的第二寄存器，並且存儲其在上述讀數請求時刻的第二計數；連接著上述第一和第二寄存器的輸出的一個除法器，並且產生上述第二計數與上述第一計數的比例；連接到上述除法器的第一乘法器，並且將上述比例乘以360度獲得上述旋轉部件在上述讀數請求時刻的角度，以及連接到上述第一乘法器的正弦和餘弦發生電路，上述正弦和餘弦發生電路產生與上述振動相量同相的一個相量正交對；以及分別連接到上述正弦和餘弦發生電路的輸出和上述振動傳感器的輸出的第二和第三乘法器，上述第二和第三乘法器分別輸出上述振動相量在上述相量正交對上的投影；分別連接到上述第二和第三乘法器輸出端的第一和第二低通濾波器；連接到上述低通濾波器的一個裝置，用來計算一個數值，該數值等於上述投影的平方之和的平方根；以及連接到至少一個用來計算數值的上述裝置上的一個裝置，用來將上述數值乘以2並且獲得上述投影除以上述數值所得的一個值的反餘弦，從中分別確定上述振動相量的幅值和角度的至少一個。
31．按照權利要求30的裝置，其特徵是用一個振蕩器為上述計數器增值。
32．按照權利要求31的裝置，其特徵是上述振蕩器的頻率大約是6.25MHz。
33．按照權利要求30的裝置，其特徵是還包括連接到上述振動傳感器的一個直流阻塞電路。
34．按照權利要求30的裝置，其特徵在於上述除法器和乘法器都是數字式的。
35．按照權利要求30的裝置，其特徵是進一步包括以上述鍵信號和一個門限值作為輸入的一個比較器，如果上述鍵傳感器的上述輸出的幅值大於上述門限值，上述比較器的輸出就是TRUE。
36．按照權利要求35的裝置，其特徵是還包括用來修改上述門限值的裝置。
37．按照權利要求30的裝置，其特徵是進一步包括連接在上述第一乘法器和上述正弦和餘弦發生電路之間的另一個乘法器。
38．按照權利要求30的裝置，其特徵是進一步包括連接到用來確定上述振動的幅值和角度的至少一個的上述裝置上的一個控制器。
全文摘要
用來實時確定振動相量幅值和角度的一種振動相量監視系統包括一個用軟體或硬體實現的正交檢測器,通過硬體將其參考相量鎖定在與一個旋轉軸上的物理參考點同相。將一個振動傳感器(18)和用來檢測軸(10)的一整轉的一個傳感器(16)設置在軸的周圍。傳感器可以沿著該軸在軸向上分離。採用一個時鐘裝置(40)來確定讀出振動傳感器的輸出那一時刻的軸角度。然後獲得確定的軸角度的正弦和餘弦(74,76),並且用來乘以(78,80)振動傳感器的輸出讀數,從而分別產生振動相量在正弦和餘弦參考相量上的投影。然後計算這些投影以獲得振動相量幅值和角度。通過對產生的軸角度進行乘法運算(120)就能便利地實現諧波分析。
文檔編號G01M1/22GK1321241SQ00801795
公開日2001年11月7日 申請日期2000年8月22日 優先權日1999年8月25日
發明者J·A·霍格勒 申請人:通用電氣公司