DE112006004264B4 - Encoder frequency analysis - Google Patents
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Abstract
Ein neues Verfahren zur Diagnose von Problemen mit einem Ventilbetätiger oder anderen Drehausrüstungen. Frequenzanalysen werden von Geschwindigkeits-, Positions-, Moment-, Schub- oder Vibrationsdaten durchgeführt. Geschwindigkeits- oder Positionsdaten können durch einen Drehgeber bereitgestellt werden.A new method for diagnosing problems with a valve actuator or other rotating equipment. Frequency analysis is performed on velocity, position, moment, thrust or vibration data. Speed or position data can be provided by a rotary encoder.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen die Analyse von Ventilbetätigern und Drehpositions-Encodern, und insbesondere die Durchführung einer Frequenzanalyse der Ventilbetätiger und der Drehpositions-Encoder mit einem eingebauten Selbsttest.The invention relates generally to the analysis of valve actuators and rotary position encoders, and more particularly to performing frequency analysis of the valve actuators and rotary position encoders with a built-in self-test.
Hintergrundbackground
In vielen Anwendungen ist es nötig, die Position einer Drehwelle einer Drehvorrichtung zu messen. Jedoch sind Drehvorrichtungen häufig kompliziert und weisen Teile auf, die schwer zugänglich sind. Weiter sind Drehvorrichtungen häufig in industrielle Verfahren integriert, bei denen die Kosten des Anhaltens des Betriebs zum Reparieren der Drehvorrichtung häufig die Kosten der Drehvorrichtung überschreiten. Zum Beispiel sind Drehventile häufig kritisch in industriellen Verfahren und die Reparatur einiger Teile der Ventile erfordert ein Abschalten des Verfahrens. Es besteht eine Notwendigkeit, die Position einer Drehwelle und der Gegenstände, die durch die Drehwelle angetrieben sind, wie ein Ventilschaft, präzise zu identifizieren. Ebenso besteht eine Notwendigkeit, alle Last tragenden Teile in einer Drehvorrichtung zu identifizieren, wie ein Ventil, so dass eine vorbeugende Wartung während der geplanten Abschaltungen durchgeführt werden kann, oder so dass die Drehvorrichtung in einer Art betrieben werden kann, dass die Vorrichtung bis zum nächsten geplanten Abschalten betriebsfähig bleibt. Eine Notwendigkeit besteht für eine Vorrichtung, die in der Lage ist, sowohl die Position einer Drehwelle als auch die Schwere und den Ort der Probleme innerhalb der Drehvorrichtung zu identifizieren, mit der die Drehwelle verbunden ist.In many applications it is necessary to measure the position of a rotating shaft of a rotating device. However, rotating devices are often complicated and have parts that are difficult to access. Further, rotating devices are often integrated into industrial processes where the cost of stopping operations to repair the rotating device often exceeds the cost of the rotating device. For example, rotary valves are often critical in industrial processes and repairing some parts of the valves requires shutting down the process. There is a need to precisely identify the position of a rotating shaft and objects driven by the rotating shaft, such as a valve stem. Likewise, there is a need to identify all load-bearing parts in a rotary device, such as a valve, so that preventive maintenance can be performed during scheduled shutdowns, or so that the rotary device can be operated in a manner that the device can last until the next planned shutdown remains operational. A need exists for a device capable of identifying both the position of a rotating shaft and the severity and location of problems within the rotating device to which the rotating shaft is connected.
Ein Weg zur Diagnose von Drehvorrichtungen verwendet die Frequenzanalyse. Zyklische Daten können mit einem Fourier-Transformations-(FT)-Algorithmus analysiert werden, um die Daten aus einem Zeitbereich in einen Frequenzbereich zu überführen. Ein Versuch, FT bei motorbetriebenen Ventilen anzuwenden, schließt das Messen des zum Motor strömenden Stroms ein, wobei FT auf die Motordaten angewandt wird, und folgliches Verwenden der Peaks in dem Frequenzspektrum, um die Probleme im Antriebsstrang des Ventilbetätigers zu diagnostizieren. Jedoch misst diese Möglichkeit nicht die Rotationsgeschwindigkeit einer Welle und bestimmt auch nicht die Position einer Drehwelle. Eine Motorstrommessvorrichtung schließt ebenso keine Vorrichtung ein, die in der Lage ist, die Position einer Drehwelle zu bestimmen.One way to diagnose rotating devices uses frequency analysis. Cyclic data can be analyzed using a Fourier Transform (FT) algorithm to transform the data from a time domain to a frequency domain. One attempt to apply FT to motor operated valves involves measuring the current flowing to the motor, applying FT to the motor data, and consequently using the peaks in the frequency spectrum to diagnose the problems in the valve actuator drive train. However, this option does not measure the rotation speed of a shaft or determine the position of a rotating shaft. A motor current measuring device also does not include a device capable of determining the position of a rotating shaft.
Eine Möglichkeit zur Messung der Position eines Drehbauteils schließt einen Drehgeber ein. Drehgeber schließen inkrementale und absolute Encoder ein. Inkrementale Encoder werden verwendet zur Messung der Drehänderung einer Welle. Ein Basisinkrementalencoder schließt eine Platte mit einer großen Anzahl radial gezeichneter Linien ein. Eine Fotodiode oder ein anderer Sensor erzeugt einen elektrischen Impuls, jedes Mal wenn eine gezeichnete Linie wahrgenommen wird. Ein Computer oder ein anderen Prozessor verfolgt die Impulse zur Bestimmung der Position der Platte, und wiederum die Position der Welle, an welcher die Platte befestigt ist. Bei inkrementalen Encodern ist die Positionsinformation verloren, wenn der Computer keinen Strom hat, auch wenn der Strom wieder hergestellt wird. Frühere inkrementale Encoder für Ventilbetätiger schlossen einen Geschwindigkeitssensor ein, aber der Geschwindigkeitssensor und die resultierenden Daten wurden nicht für die Frequenzanalyse verwendet.One way to measure the position of a rotating component includes a rotary encoder. Rotary encoders include incremental and absolute encoders. Incremental encoders are used to measure the change in rotation of a shaft. A basic incremental encoder includes a plate with a large number of radially drawn lines. A photodiode or other sensor produces an electrical pulse each time a drawn line is sensed. A computer or other processor tracks the pulses to determine the position of the plate, and in turn the position of the shaft to which the plate is attached. For incremental encoders, position information is lost if the computer has no power, even if power is restored. Previous incremental encoders for valve actuators included a speed sensor, but the speed sensor and resulting data were not used for frequency analysis.
Absolute Encoder benötigen keine Energieversorgung zur Erhaltung der Positionsinformation. Absolute Encoder produzieren einen einzelnen digitalen Code für jeden bestimmten Winkel einer Drehwelle. Absolute Encoder können ein einzelnes Rad mit einem komplexen Muster sein, welches in das Rad eingebracht ist. Das einzelne Rad ist an der fraglichen Welle befestigt und zahlreiche eindeutige winkelige Positionen können durch die Muster auf dem Rad identifiziert werden. Jedoch sind solche Räder nur nützlich, wenn die Welle nur eine einzelne Drehung durchführen wird.Absolute encoders do not require a power supply to maintain position information. Absolute encoders produce a single digital code for each specific angle of a rotating shaft. Absolute encoders can be a single wheel with a complex pattern built into the wheel. The single wheel is attached to the shaft in question and numerous unique angular positions can be identified by the patterns on the wheel. However, such wheels are only useful if the shaft will only make a single rotation.
Eine andere Version der absoluten Encoder verwendet mehrere Räder mit konzentrischen Ringen auf jedem der Räder, wobei jeder Ring eine 1-Bit-Datenposition bereitstellt. Die Vielradversion erlaubt der gemessenen Welle, zahlreiche Rotationen durchzuführen und verfolgt immer noch die Positionen und die Anzahl der Drehungen der Welle. Das Vorhandensein von mehreren Rädern ermöglicht das Verfolgen von mehreren Wellendrehungen oder die Bestimmung von mehreren Positionen für eine einzelne Drehung. Jedoch sind Vielrad-Absolutencoder häufig speziell und wenig zuverlässig. Es wäre wünschenswert einen Vielrad-Absolutencoder zu haben, der zuverlässig ist und in der Lage ist, Geschwindigkeitsdaten für die Verwendung in einer Frequenzanalyse zu erzeugen.Another version of absolute encoders uses multiple wheels with concentric rings on each of the wheels, with each ring providing a 1-bit data position. The multi-wheel version allows the measured shaft to make numerous rotations and still tracks the positions and number of rotations of the shaft. The presence of multiple wheels allows tracking multiple shaft rotations or determining multiple positions for a single rotation. However, multi-wheel absolute encoders are often special and not very reliable. It would be desirable to have a multi-wheel absolute encoder that is reliable and capable of producing velocity data for use in frequency analysis.
Ein Versuch dieses Problem zu lösen verwendet entweder 6 oder 7 Räder. Jedes Rad stellt 3-Bit-Daten bereit. Jedoch wird nur ein 2-Bit-Gray-Code als Positionsdaten durch v-Bit-Verarbeitung erzeugt. Dies erhöht die Zuverlässigkeit des absoluten Encoders. Jedoch werden Doppelsensoren nicht verwendet. Zusätzlich ist ein Geschwindigkeitssensor nicht in den absoluten Encoder integriert und die Geschwindigkeitsdaten werden nicht für die Verwendung in der Frequenzanalyse erzeugt.One attempt to solve this problem uses either 6 or 7 wheels. Each wheel provides 3-bit data. However, only a 2-bit Gray code is generated as position data by v-bit processing. This increases the reliability of the absolute encoder. However, dual sensors are not used. In addition, a speed sensor is not integrated into the absolute encoder and the velocity data is not generated for use in frequency analysis.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung löst die Probleme mit einem Ventilsystem gemäß dem unabhängigen Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 20 angegeben.The present invention solves the problems with a valve system according to
Eine Ausführungsform der Erfindung schließt Drehgeber zur Verwendung mit einer Drehvorrichtung ein. Der Drehgeber umfasst eines oder mehrere codierende Räder, wobei jedes des einen oder der mehreren codierenden Räder zumindest einen Codierabschnitt umfasst, der in der Lage ist, eine Position der Drehvorrichtung zu codieren. Ebenso eingeschlossen ist zumindest ein Doppelsatz von Sensoren, die geeignet sind zum Überwachen des zumindest einen Codierabschnitts.One embodiment of the invention includes rotary encoders for use with a rotary device. The rotary encoder includes one or more encoding wheels, each of the one or more encoding wheels including at least one encoding section capable of encoding a position of the rotating device. Also included is at least one double set of sensors that are suitable for monitoring the at least one coding section.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung schließt einen Ventilbetätiger mit einem Absolutencoder und einem Antriebsstrang ein, der angepasst ist zum Antrieb des Absolutencoders. Der Absolutencoder umfasst zumindest eine codierende Platte, eine Vielzahl von Sensoren, die in der Lage sind, die zumindest eine codierende Platte zu lesen, einen Geschwindigkeitssensor, der in der Lage ist, Geschwindigkeitsdaten zu erzeugen, zumindest einen Doppelsensor für jede der Vielzahl von Sensoren und den Geschwindigkeitssensor.Another embodiment of the invention includes a valve actuator with an absolute encoder and a drive train adapted to drive the absolute encoder. The absolute encoder includes at least one encoding plate, a plurality of sensors capable of reading the at least one encoding plate, a speed sensor capable of generating speed data, at least one dual sensor for each of the plurality of sensors, and the speed sensor.
Die Eigenschaften, Vorteile und verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung werden den Fachleuten aus einer Betrachtung der folgenden detaillierten Beschreibung in Kombination mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich werden.The features, advantages and various aspects of the present invention will become apparent to those skilled in the art from a consideration of the following detailed description in combination with the accompanying drawings.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Während die Beschreibung mit den Ansprüchen besonders herausstellt und eindeutig beansprucht, was als die vorliegende Erfindung betrachtet wird, können die Vorteile dieser Erfindung einfacher aus der folgenden Beschreibung der Erfindung gezogen werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen:
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1 die Räder einer Ausführungsform eines Drehgebers zeigt; -
2 eine vollständig zusammengebaute Version der Ausführungsform von1 zeigt; -
3 eine teilweise zusammengebaute Version der Ausführungsform der1 zeigt; -
4 eine Draufsicht der Ausführungsform von3 zeigt; -
5 die Räder einer besonderen Ausführungsform eines Drehgebers zeigt; -
6 eine repräsentative Reindiagnose in dem Frequenzbereich zeigt; -
7 eine repräsentative Problemdiagnose in dem Frequenzbereich zeigt; -
8 Datenwerte mit 128 Proben zeigt; -
9 die in8 verwendeten Daten vor dem Durchführen einer FourierTransformation (FT) der Daten zeigt; -
10 dieDatenauflösung mit 256 Proben zeigt; -
11 die in10 verwendeten Daten vor dem Durchführen einer FT der Daten zeigt; -
12 eine Datenbestimmung mit 512 Proben zeigt; -
13 die in12 verwendeten Daten vor dem Durchführen einer FT der Daten zeigt; -
14 dieDatenauflösung mit 1024 Proben zeigt; -
15 eine Tabelle zeigt, die die Genauigkeit einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt; -
16 ein Beispiel von Frequenzbereichsdaten ist, die bei 26 Drehungen pro Minute (U/min) erhalten wurden; -
17 ein weiteres Beispiel für Frequenzbereichsdaten ist, die bei 26 U/min erhalten wurden; -
18 ein Beispiel für Frequenzbereichsdaten ist, die bei 18 U/min erhalten wurden; und -
19 ein weiteres Beispiel für Frequenzbereichsdaten ist, die bei 18 U/min erhalten wurden.
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1 shows the wheels of an embodiment of a rotary encoder; -
2 a fully assembled version of the embodiment of1 shows; -
3 a partially assembled version of the embodiment of1 shows; -
4 a top view of the embodiment of3 shows; -
5 shows the wheels of a special embodiment of a rotary encoder; -
6 shows a representative pure diagnosis in the frequency range; -
7 shows a representative problem diagnosis in the frequency range; -
8th Shows data values with 128 samples; -
9 in the8th used data before performing a Fourier Transform (FT) on the data; -
10 shows the data resolution with 256 samples; -
11 in the10 used data before performing an FT of the data; -
12 shows a data determination with 512 samples; -
13 in the12 used data before performing an FT of the data; -
14 shows the data resolution with 1024 samples; -
15 shows a table showing the accuracy of some embodiments of the present invention; -
16 is an example of frequency domain data obtained at 26 revolutions per minute (rpm); -
17 another example of frequency domain data obtained at 26 rpm; -
18 is an example of frequency domain data obtained at 18 rpm; and -
19 another example of frequency domain data obtained at 18 rpm.
Beste Arten zum Ausführen der ErfindungBest Modes for Carrying Out the Invention
Die vorliegende Erfindung kann mit jedem Ventilbetätiger oder jeder anderen Dreheinrichtung verwendet werden, wie eine Einrichtung, welche zwischen zwei Positionen rotiert. Eine besondere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet einen Drehgeber mit einem integrierten Geschwindigkeitssensor. Der Geschwindigkeitssensor ist geeignet zur Erzeugung von Geschwindigkeitsdaten für die Frequenzanalyse. Die vorliegende Erfindung kann auch andere Arten von Sensoren verwenden, die in der Lage sind, in den Frequenzbereich überführbare Daten zu erzeugen. Die Frequenzanalyse kann dann zur Diagnose jeglicher Probleme bei dem Ventilbetätiger oder jeder anderen Dreheinrichtung verwendet werden. In einer Ausführungsform ist der Drehgeber ein absoluter Encoder mit Doppelsensorpaaren.The present invention can be used with any valve actuator or other rotating device, such as a device that rotates between two positions. A particular embodiment of the present invention uses a rotary encoder with an integrated speed sensor. The speed sensor is suitable for generating speed data for frequency analysis. The present invention may also utilize other types of sensors capable of generating data translatable into the frequency domain. The frequency analysis can then be used to diagnose any problems with the valve actuator or any other rotating device. In one embodiment, the rotary encoder is an absolute encoder with dual sensor pairs.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.
Ein unteres Befestigungsgestell 130 ist durch Bolzen 132 an ein unteres Brett 120 gesichert. Die Bolzen 132 können auch Nieten, Schrauben, Klemmen, Clips, Klebstoffe, Schweißpunkte, ein Schnappverschluss oder jedes andere im Stand der Technik bekannte Verbindungsmittel sein. Die Bolzen 132 können an jeder Stelle angebracht sein. Zum Beispiel, wenn der Bolzen 132 eine Klemme ist, kann sich das untere Befestigungsgestell 130 bis zur Kante des unteren Brettes 120 erstrecken und der Bolzen 132 kann sich an dieser Kante befinden. Alternativ, wenn der Bolzen 132 ein Klebstoff ist, kann der Klebstoff über jede Oberfläche des unteren Befestigungsgestells 130 verteilt sein, welches in Kontakt mit dem unteren Brett 120 steht.A
Das untere Brett 120 kann ein Halbleitersubstrat einschließen, auf dem elektrische Komponenten, wie ein Prozessor 150 und ein Sensor 160 miteinander integriert sein können. Jedoch, eher als die Integration der Schaltungen in das untere Brett 120, können die Schaltungen außerhalb des unteren Brettes 120 positioniert sein. Zum Beispiel können Löcher in das untere Brett 120 gebohrt sein, die mit den Eingaben und Ausgaben des Sensors 160 und den Eingaben und Ausgaben des Prozessors 150 übereinstimmen. Die isolierten Drähte können zwischen den Sensoren 160 und dem Prozessor 150 miteinander verbunden sein. Zusätzlich, wenn eine Schaltung außerhalb des unteren Brettes 120 positioniert ist, kann es wünschenswert sein, das untere Befestigungsgestell 130 in das untere Brett 120 zu integrieren.The
Der Drehgeber 1 kann ebenso ein oberes Befestigungsgestell 140 und ein oberes Brett 170 einschließen, wie in den
Zusätzlich ist der Drehgeber 1 nicht auf eine besondere Form beschränkt. Der Drehgeber 1 kann kreisförmig, rechtwinklig oder besonders für eine besondere Vorrichtung oder Anwendung geformt sein. Auch die Begriffe „oben“ und „unten“ werden hier nur verwendet, um die Beschreibung des Drehgebers 1 zu vereinfachten. Demnach kann der Drehgeber 1 in jeder Orientierung verwendet werden.In addition, the
In dem besonderen Beispiel der
Ein Taktungsrad 20 schließt ein Zahnrad 21 und ein Ritzel 25 ein. Das Zahnrad 21 schließt Zähne 22 ein. Das Ritzel 25 schließt Zähne 26 ein. Das Taktungsrad 20 enthält außerdem Taktungsmarkierungen 28. In dieser Ausführungsform sind die Taktungsmarkierungen 28 als Löcher gestaltet, die sich von der oberen Oberfläche des Zahnrades 21 zu der unteren Oberfläche des Zahnrades 21 erstrecken, und die Taktungsmarkierungen 28 sind als Bogenabschnitte gestaltet, welche als rechtwinklig erscheinen. Jedoch wird verstanden, dass diese Elemente jede Form haben können. Die Taktungsmarkierungen 28 können auch gezeichnete Linien, eingebettete Magnete oder alle anderen Strukturen sein, die detektiert werden können. Die Taktungsmarkierungen 28 können auch nicht vorhanden sein und stattdessen können andere Vorrichtungen die Funktion der Taktungsmarkierungen 28 übernehmen. Zum Beispiel können die Zähne auf dem Zahnrad 21 aus einer eisenhaltigen Komponente hergestellt sein und eine ausreichende Anzahl einschließen, um den gewünschten Taktungsmarkierungen zu entsprechen. Ein magnetischer Pick-up befindet sich nahe dem Zahnrad 21 und kann jeden Zahn 22 wahrnehmen, der proximal zu dem magnetischen Pick-up rotiert. Das Taktungsrad 20 stellt nur eine Ausführungsform eines Taktungsmechanismus dar, der mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.A
Das Taktungsrad 20 schließt auch Codierabschnitte 24 ein, die in der vorliegende Erfindung als bogenförmige Löcher gestaltet sind, die sich von der oberen Oberfläche des Ritzels 25 bis zum Boden des Zahnrades 21 erstrecken.
In der gezeigten Ausführungsform der
Das codierende Rad 40 schließt ein Zahnrad 41 ein, welches Zähne 42 einschließt, und ein Ritzel, welches Zähne einschließt (nicht gezeigt). Das Ritzel ist auf der Unterseite des codierenden Rades 40 befestigt und in den Figuren nicht gezeigt. Das codierende Rad 40 weist einen inneren Ring 47 auf, welcher einen Codierabschnitt 44 beinhaltet, und einen äußeren Ring49, welcher den Codierabschnitt 48 beinhaltet. Die Codierabschnitte 44 und 48 erstrecken sich von der oberen Oberfläche des codierenden Rades 40 zu der unteren Oberfläche des Rades 40. Der Codierabschnitt 48 schließt einen kontinuierlichen bogenförmigen Abschnitt ein, welcher eine Hälfte des äußeren Ringes 49 besetzt. Der Codierabschnitt 44 ist in zwei bogenförmige Abschnitte geteilt, Abschnitt 44a und 44b, wobei jeder von ihnen ein Viertel des inneren Ringes besetzt und sie voneinander gleichmäßig beabstandet sind. Der Abschnitt 44a beginnt bei demselben radialen Strahl wie der Codierabschnitt 48. Der Abschnitt 44b beginnt bei demselben radialen Strahl, an dem der Codierabschnitt 48 endet.The
In der vorliegenden Ausführungsform sind die codierenden Räder 50, 70, 90 und 110 identisch zu dem codierenden Rad 30, und die codierenden Räder 60, 80 und 100 sind identisch zu dem codierenden Rad 40. Jedoch ist es nicht nötig, dass irgendeines der codierenden Räder zu einem anderen codierenden Rad identisch ist. Wenn die Begriffe „innerer Ring“ oder „innere Ringe“ verwendet werden, wird auf die inneren Ringe 37, 47, 57, 67, 87, 97, 107 und 117 jedes der codierenden Räder 30 bis 110 Bezug genommen. Nur die inneren Ringe des Taktungsrades 20 und die codierenden Räder 30 und 40 sind in
Das Zahnrad 11 des Eingaberades 10 wirkt mit dem Ritzel 25 des Taktungsrades 20 zusammen. Das Zahnrad 21 des Taktungsrades 20 wirkt mit dem Zahnrad 31 des codierenden Rades 30 zusammen. Das Ritzel 35 des codierenden Rades 30 wirkt mit dem Zahnrad 41 des codierenden Rades 40 zusammen. Das Ritzel 45 des codierenden Rades 40 wirkt mit einem Zwischenritzel 180 zusammen. Das Zwischenritzel 180 wirkt mit dem Zahnrad 51 des codierenden Rades 50 zusammen. Das Ritzel 55 des codierenden Rades 50 wirkt mit dem Zahnrad 61 des codierenden Rades 60 zusammen. Das Ritzel 65 des codierendes Rades 60 wirkt mit dem Zwischenritzel 180 zusammen. Das Zwischenritzel 180 wirkt mit dem Zahnrad 71 des codierenden Rades 70 zusammen. Das Ritzel 75 des codierenden Rades 70 wirkt mit dem Zahnrad 81 des codierenden Rades 80 zusammen. Das Ritzel 85 des codierenden Rades 80 wirkt mit dem Zwischenritzel 180 zusammen. Das Zwischenritzel 180 wirkt mit dem Zahnrad 91 des codierenden Rades 90 zusammen. Das Ritzel 95 des codierenden Rades 90 wirkt mit dem Zahnrad 101 des codierenden Rades 100 zusammen. Das Ritzel 105 des codierenden Rades 100 wirkt mit dem Zwischenritzel 180 zusammen. Das Zwischenritzel 180 wirkt mit dem Zahnrad 111 des codierenden Rades 110 zusammen.The
Wie in
Leichte Schutzabdeckungen (nicht gezeigt) können von dem unteren Befestigungsgestell 130 und dem oberen Befestigungsgestell 140 hervorstehen. Die Schutzabdeckung ist in einem partiellen oder vollständig konzentrischen Ring zwischen den inneren und den äußeren Ringen angeordnet. Zum Beispiel befindet sich bei dem codierenden Rad 30 die Schutzabdeckung zwischen dem inneren Ring 37 und dem äußeren Ring 39. Die Schutzabdeckung kann gestaltet sein, um verschiedene Höhen in Abhängigkeit von der Entfernung zwischen der unteren Oberfläche des Taktungsrades 20 und den codierenden Rädern 30 bis 110 auf der einen Seite sowie dem unteren Befestigungsgestell 130 aufzuweisen. Die Schutzabdeckung bietet eine leichte Barriere zwischen den Sensoren 160. Die Schutzabdeckung kann konzentrische Ringe einschließen, welche in das untere Befestigungsgestell 130 eingebaut sind, welches in die codierenden Räder und das Taktungsrad 20 eingebaut ist, oder kann in das untere Brett 120 und das obere Brett 170 eingebaut sein. Alternativ können Barrieren um die einzelnen Sensoren 160 oder um die Detektoren 162 und die Emitter 164 gebaut werden. Die Schutzabdeckungen können konzentrische Rippenringe, Wände oder jede andere Struktur sein, die in der Lage ist, Nebensignaleffekte zwischen verschiedenen Sensoren 160 zu verhindern.Lightweight protective covers (not shown) may protrude from the
Das Zusammenwirken des Eingaberades 10, des Taktungsrades 20 und der codierenden Räder 30 bis 110 ist in den
Der Drehgeber 1 kann auch in einer abgestuften Struktur gestaltet sein. Das Eingaberad 10, das Taktungsrad 20 und die codierenden Räder 30 bis 110 sind in den
Das Eingaberad 10, das Taktungsrad 20 und die codierenden Räder 30 bis 110 sind als Stirnräder gezeigt. Jedoch können diese Räder auch Schneckenräder, Kegelräder, Winkelzahnräder, hypoide, kranzförmige, Zahn und Ritzel und helische Zahnräder sein. Der Drehgeber 1 zeigt eine Ausführungsform, in der die codierenden Räder eine starre Drehung aufweisen. Alternativ könnte ein Rad- und Ritzelsystem eingesetzt werden, wenn das Taktungsrad 20 und die codierenden Räder 30 bis 110 keine starre Drehung aufweisen.The
Mit Bezug zu der besonderen, in den
Die Geschwindigkeit des Eingaberades 10 wird durch die Geschwindigkeit der zu überwachenden Drehvorrichtung bestimmt. In der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise dreht das Taktungsrad 20 ungefähr 1,34 Mal schneller als das Eingaberad 10. Das codierende Rad 30 dreht sich mit derselben Geschwindigkeit wie das Taktungsrad 20. Das codierende Rad 40 dreht ein Viertel der Geschwindigkeit des codierenden Rades 30. Das codierende Rad 50 dreht ein Viertel der Geschwindigkeit des codierenden Rades 40, welches mit einem Sechzehntel der Geschwindigkeit des codierenden Rades 30 dreht. Dasselbe kann für die anderen codierenden Räder gelten, so dass das codierende Rad 110 ein Viertel der Geschwindigkeit des codierenden Rades 100 dreht, welches mit einem 1/65.536-tel der Geschwindigkeit des codierenden Rades 30 dreht. In manchen Szenarien wird das codierende Rad drehen, aber nicht genug, um eine Rotation des codierenden Rades 110 auszulösen. In alternativen Ausführungsformen können zusätzliche codierende Räder zu dem Drehgeber 1 hinzugefügt werden. Die Geschwindigkeit der zusätzlichen codierenden Räder kann als 1/4n des codierenden Rades 30 (das codierende Rad als n=o zählend, das codierende Rad 40 als n=1, ..., das codierende Rad 110 als n=8 usw.) berechnet werden. Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung können ein codierendes Rad mit einer kleinen Anzahl von Bits für das Rad mit der höchsten Geschwindigkeit einschließen, aber eine steigende höhere Anzahl von Bits pro Rad erlauben, wenn die relative codierende Radgeschwindigkeit abnimmt, wenn der Radzug wächst.The speed of the
Es kann Situationen geben, in denen es wünschenswert ist, die Anzahl der Zähne von Rad zu Rad zu variieren. Wenn beispielsweise die codierenden Räder 40 und 60 nicht dieselbe Anzahl von Zähnen aufweisen. Zusätzlich, in Verbindung mit der Variation der Anzahl der Zähne auf einem Zahnrad, kann die radiale Position eines Codierabschnittes relativ zu einem anderen Rad variiert werden, um eine Geschwindigkeitsverringerung oder -erhöhung zu erzeugen.There may be situations where it is desirable to vary the number of teeth from wheel to wheel. For example, if the
Die Räder können aus jeder Anzahl von Materialien hergestellt sein. Einige wenige repräsentative Beispiele sind Stähle, rostfreie Stähle, Aluminium, andere Metalle, Keramiken, Kunststoffe, Glas und mit Metall bedeckte Kunststoffe. Jedes im Stand der Technik bekannte Material für Zahnräder kann verwendet werden. Alle Räder können aus derselben Zusammensetzung hergestellt sein, oder die Zusammensetzungen können zwischen den Rädern variieren.The wheels can be made from any number of materials. A few representative examples include steels, stainless steels, aluminum, other metals, ceramics, plastics, glass and metal-covered plastics. Any gear material known in the art can be used. All wheels may be made of the same composition, or the compositions may vary between wheels.
Wie mit Bezug zu dem codierenden Rad 80 gezeigt, schließt der Sensor 160 Detektoren 162 und Emitter 164 ein. Die Detektoren 162 und Emitter 164 sind in das untere Brett 120 eingebaut. Spalte 134 sind in das untere Befestigungsgestell 130 eingebaut, um eine Verdunkelung der Detektoren 162 und der Emitter 164 zu verhindern. Mit Bezug zu den Emittern 164 und den Detektoren 162 können diese innerhalb des unteren Brettes 120 über Halbleiterherstellungstechnologien hergestellt werden, die Emitter 164 und die Detektoren 162 auf dem unteren Brett 120 befestigt werden und die Emitter 164 und die Detektoren 162 durch Löcher in dem unteren Brett 120 eingefügt werden. Es wird verstanden, dass jeder andere Weg zur Sicherung der Emitter 164 und der Detektoren 162 an dem unteren Brett 120 ebenso in der vorliegenden Erfindung eingeschlossen ist. Die Spalte 144 (
Die gezeigte Ausführungsform schließt Sensoren 160, 161, 163 und 165 ein. Die Sensoren 161 entsprechen den inneren Ringen des Taktungsrades 20 und der codierenden Räder 30 bis 110. Die Sensoren 163 und 165 entsprechen den äußeren Ringen der codierenden Räder 30 bis 110. Die Sensoren 160', 161', 163' und 165' befinden sich jeweils direkt über den Sensoren 160, 161, 163 und 165. Die Sensoren 163 und 165 können ungefähr 90 Grad radial entfernt voneinander angeordnet sein. In den codierenden Rädern 30, 60, 70, 100 und 110 kann der Sensor 161 den Winkel zwischen den Sensoren 163 und 165 halbieren. In den codierenden Rädern 40, 50, 80 und 90 können die Sensoren 161 und 163 ungefähr 45 Grad radial voneinander entfernt sein, und die Sensoren 161 und 165 können ungefähr 135 Grad radial voneinander entfernt sein. Die Sensoren 161, 163, 165 und 169 sind nur in Bezug auf die codierenden Räder 80 und 100 und das Taktungsrad 20 nummeriert. Jeder Sensor 161, 163 und 165 schließt einen Emitter 164 und einen Detektor 162 ein. Jeder Sensor 161', 163' und 165' schließt einen Emitter 164' und Detektor 162' ein.The embodiment shown includes
Die Sensoren 160/160', einschließlich der Emitter 164/164' und der Detektoren 162/162' kann als ein Satz von Sensorpaaren oder als ein Doppelsatz von Sensoren beschrieben werden. Dasselbe gilt für die besonderen Formen der Sensoren 160/160' und 160'/160" (d.h. die Sensoren 161, 161', 163, 163', 165, 165', 169 und 169'). Anstatt den Emitter 164 und den Detektor 162 als ein Paar zu sehen und den Emitter 164' und den Detektor 162' als ein gegenüberliegendes zweites Paar, können der Emitter 164 und der Detektor 162' als ein Paar gesehen werden, und der Emitter 164' und der Detektor 162 kann als ein paralleles zweites Paar gesehen werden. Das zweite Paar, wie auch immer gesehen, kann eine doppelte Abtastung bereitstellen. Diese Redundanz ermöglicht es dem Drehgeber 1, hochgradig fehlertolerant zu sein. Beispielsweise wenn eines dieser Paare ausfallen sollte, wäre der Drehgeber 1 immer noch betriebsbereit. Der Encoder kann mit einer Vielzahl von aktivierten Sensoren arbeiten, in Abhängigkeit davon, welcher, wenn überhaupt, Sensor oder Sensorkomponente ausgefallen sein könnte.The
In einer besonderen Ausführungsform ist die Lage eines Emitters 164 und eines Detektors 162 eines Sensors 160 der Ort, welcher dem Sensor 160 (und dem entsprechenden Sensor 160') die breiteste und am meisten symmetrische mögliche Versetzungstoleranz gibt. Die Orte, an denen die Codewerte für einen Sensor wechseln, lassen in der Richtung im Uhrzeigersinn (CW) genauso viel Raum wie in der Richtung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn (CCW) bevor der Bitwert wieder wechseln wird. Dieser Weg ist in
In einer alternativen Ausführungsform kann ein Emitter 164 in Bezug zu einem Detektor 162 versetzt sein. Die resultierenden ersten und Versatz codierten Werte können dann verglichen werden, um sicherzustellen, dass die arithmetische Differenz zwischen den zwei Werten die gleiche ist. Wenn die arithmetische Differenz nicht identisch ist, könnte das Problem in dem unten beschriebenen Selbsttest liegen.In an alternative embodiment, an
In einer der beiden Ausführungsformen, solange der Versatz innerhalb der Grenzen der v-Bit Anti-Backlash-Logik und innerhalb der Grenzen der erlaubten mechanischen Toleranzen der Komponenten liegt, werden die resultierenden Codes identisch sein.In either embodiment, as long as the offset is within the limits of the v-bit anti-backlash logic and within the limits of the allowed mechanical tolerances of the components, the resulting codes will be identical.
In einer alternativen Ausführungsform können die Sensoren 161, 163 und 165 jeweils einen einzelnen Emitter haben, und die entsprechenden Sensoren 161', 163' und 165' könnten jeweils einen entsprechenden einzelnen Detektor ohne jede Redundanz haben.In an alternative embodiment,
Die verschiedenen Sensoren sind mit Taktungsmarkierungen 28 verbunden. Der Sensor 169, in
In einer besonderen Ausführungsform befinden sich die entsprechenden Sensoren jeweils auf dem unteren 120 und dem oberen Brett 170 und können gleichzeitig mit einem Rad aktiviert werden. Alternativ können alle oder einige der Räder gleichzeitig aktiviert werden. Die Unterseite jedes Rades wird typischerweise zuerst aktiviert, gefolgt durch die obere Seite jedes Rades. In einer besonderen Ausführungsform können individuelle Emitter der Sensoren 160/160' aktiviert werden. Die verschiedenen Sensoren 169/169' zur Überwachung der Taktungsmarkierungen 28 werden kontinuierlich aktiviert, wie unten detailliert beschrieben. Mit Bezug zu den codierenden Rädern 30 bis 110 können die Emitter 164 der Sensoren 161, 163 und 165 aktiviert werden. Wenn der Drehgeber 1 in der in
Auf dieselbe Art, wenn die Emitter 164' der Sensoren 161', 163' und 165', die sich auf dem oberen Brett 170 befinden, aktiviert sind, werden 6-Bit-Daten erzeugt. Die Detektoren 162' desselben Sensors werden aktiviert, ebenso wie die Detektoren 162 der Sensoren 161, 163 und 165 auf der unteren Seite des Drehgebers 1. Die Sensoren 161, 163 und 165 des codierenden Rades 30 können aktiviert werden. Dann können die Sensoren 161', 163' und 165' des codierenden Rades 30 aktiviert werden. Dieses Muster von alternativer Sensoraktivierung kann relativ zu den codierenden Rädern 40 bis 110 fortgesetzt werden.In the same way, when the emitters 164' of the sensors 161', 163' and 165' located on the
Mit Bezug auf das Taktungsrad 20 können die Sensoren 161 und 161' wie mit Bezug zu den codierenden Rädern 30 bis 110 oben beschrieben aktiviert werden. In einer besonderen Ausführungsform werden die Emitter der Sensoren 169 und 169' kontinuierlich aktiviert. In der in
Der erste Detektor 162a und der zweite Detektor 162b können so positioniert werden, dass wenn eine Taktungsmarkierung 28 über dem ersten Detektor 162a vorhanden ist, eine Taktungsmarkierung 28 über dem zweiten Detektor 162b nicht vorhanden ist. Dies ist in
Alternativ könnten die Sensoren 169 und 169' jeweils sowohl einen Emitter als auch einen Detektor haben und das direkte Seite-an-Seite-Übertragungsmerkmal könnte abgeschaltet sein. Dieses Merkmal könnte unter Verwendung eines anderen Typs von Sensor oder durch Platzieren einer Barriere um die Kanten der Detektoren 162 und 162' und/oder der Emitter 164 und 164' abgeschaltet werden.Alternatively,
Die Sensoren 169 und 169' können ebenso andere Emitter und Detektoren einschließen. Zum Beispiel zeigt
Die Sensoren 160 und 160' bieten drei Redundanzniveaus. Zuerst, wenn irgendeiner der Emitter 164' und 164 und der Detektoren 162' und 162 ausfällt, werden die Sensoren 160 und 160' immer noch einsatzbereit sein. Zum Beispiel, sollte der Emitter 164 des Sensors 161 des codierenden Rades 80 ausfallen, wird dann der Sensor 161 immer noch betriebsbereit sein, da der Emitter 164' des Sensors 161' immer noch zur Kommunikation mit dem Detektor 162 des Sensors 161 in der Lage ist.
Ein zweites Redundanzniveau ist in einer eingebauten Selbsttestfunktion begründet. Das Platzieren eines Detektors 162 benachbart zu einem Emitter 164 ermöglicht einen Selbsttest. Sogar wenn dort kein freier Lichtpfad aufgrund der Position eines codierenden Rades vorhanden ist, wird der Detektor 162 ein Signal empfangen, wenn der Emitter 164 aktiviert ist. Wenn der Detektor 162 ein Signal nicht empfangen hat, dann funktioniert entweder der Emitter 164 und der Detektor 162 oder beide nicht (oder die beigefügte Schaltung und Verarbeitung). Sobald ein codierendes Rad in eine Position bewegt wurde, wo ein freier Lichtpfad ist, und wenn der Detektor 192 kein Signal empfängt, weist wahrscheinlich der Emitter 164 eine Fehlfunktion auf. Die Brauchbarkeit des Detektors 162' und 164 kann durch Aktivieren des Emitters 164' bestimmt werden. Dieselbe Logik gilt, wenn der Detektor 162, der Detektor 162' oder der Emitter 164' anstelle des Emitters 164 beginnt, eine Fehlfunktion aufzuweisen.A second level of redundancy is based on a built-in self-test function. Placing a
Der Prozessor 150 wird jede ausgefallene Komponente in Betracht ziehen, wie einen Emitter 164 oder einen Detektor 162', wenn feststeht, welche Position durch die Sensoren 160 und 160' identifiziert wurde. Wenn beispielsweise der Detektor 162 des Sensors 163 benachbart zum codierenden Rad 80 ausfallen sollte, kann dann der Prozessor 150 dies kompensieren, wenn die Sensoren 163 und 163' keinen blockierten Lichtpfad im selben Rotationspunkt des codierenden Rades 80 wahrnehmen. Alternativ, unter Verwendung des gleichen Beispiels, wenn der Detektor 162 kein Signal empfängt, kann der Detektor 162 durch den benachbarten Emitter 164 getestet werden, um zu bestimmen, ob der Detektor 162 betriebsbereit ist. Der Emitter 164' kann durch den benachbarten Detektor 162 getestet werden, um zu bestimmen, ob der Emitter 164' die Quelle des Problems ist. Wenn der Emitter 164' und der Detektor 162 betriebsbereit sind, und der Emitter 164' überträgt, aber der Detektor 162 die Übertragung nicht empfängt, blockiert dann der äußere Ring 89 den Lichtpfad zwischen dem Emitter 164' und dem Detektor 162. Auch wenn der Detektor 162 ausgefallen ist, kann dann der Prozessor 150 die Position der codierenden Räder 30 bis 70 und 90 bis 110 auswerten, um zu bestimmen, ob der äußere Ring 89 tatsächlich den ausgefallenen Detektor 162 blockiert.The
Eine dritte Redundanz kann durch jeden der Sensoren 160 und 160' unter Verwendung einer Viterbi-Decodierung bereitgestellt werden. Zum Beispiel können entweder die Ausgabe des Sensors 163 oder des Sensors 165 zur Erzeugung eines Viterbi-Bits (v-Bit) verwendet werden. Wenn ein Sensor 160 oder ein Sensor 160' nicht arbeitet, um ein v-Bit zu erzeugen, dann wird der Sensor 160 oder 160' zur Erzeugung eines Datenbits verwendet. In einer besonderen Ausführungsform werden die Sensoren 165 und 165' zur Erzeugung des v-Bits verwendet. Der Viterbi-Decodierungsalgorithmus ist eine fortgeschrittene Fehlerkorrekturtechnologie. Das v-Bit bietet redundanten Daten, die verwendet werden können, um die Positionen der anderen 2-Bits zu decodieren. In dieser Ausführungsform können die Sensoren 161 und 161' 1-Bit-Daten bereitstellen und die Sensoren 163 und 163' können das zweite Bit Daten bereitstellen. Durch Verwendung eines v-Bits kann der winkelige Versatz der durch die Sensoren 161 und 161' und durch die Sensoren 163 und 163' erzeugten Signale mehr als +/- 22,5 Grad von der optimalen Position abweichen, ohne einen Codierungsfehler zu verursachen. Daher kann, sogar wenn ein Signal mit einem Versatz empfangen wird, die wahre Position des Rades immer noch bestimmt werden. Das v-Bit auf einem codierenden Rad klärt ebenso die wahre Position eines benachbarten codierenden Rades. Zum Beispiel hilft das v-Bit des codierenden Rades 30 bei der Klärung der wahren Position des codierenden Rades 40.A third redundancy may be provided by each of
Die Viterbi-Decodierung ist nicht der einzige Decodierungsalgorithmus, für dessen Implementierung die codierenden Räder 30 bis 110 gestaltet sein können. Andere geeignete Algorithmen zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung schließen z.B. sequenzielles Decodieren, Reed-Solomon-Codierung und Turbocodierung ein. Eine andere Alternative zur Viterbi-Decodierung ist das Zahnradzählen.Viterbi decoding is not the only decoding algorithm that the encoding wheels 30-110 may be designed to implement. Other suitable algorithms for use with the present invention include, for example, sequential decoding, Reed-Solomon coding and turbo coding. Another alternative to Viterbi decoding is gear counting.
In dem Drehgeber 1 sind die Sensoren 165, welche die v-Bits erzeugen, von den Sensoren 161 und 163 versetzt. Alternativ kann der Sensor 165 in einer Reihe mit dem Datenbit produzierenden Sensor 163 oder 161 angeordnet sein.
Der Drehgeber 2, gezeigt in
Das codierende Rad 2030 schließt das Zahnrad 2031 mit Zähnen 2032 und das Ritzel 2035 mit Zähnen 2036 ein. Das codierende Rad 2030 weist einen inneren Ring 2037 auf, welcher einen Codierabschnitt 2034 und einen äußeren Ring 2039 einschließt, welcher wiederum den Codierabschnitt 2038 aufnimmt. Die Codierabschnitte 2034 und 2038 erstrecken sich von der oberen Oberfläche des codierenden Rades 2030 zu der unteren Oberfläche des Rades 2030. Der Codierabschnitt 2038 ist als kontinuierlicher bogenförmiger Abschnitt gezeigt, der eine Hälfte des äußeren Ringes 2039 besetzt. Der Codierabschnitt 2034 schließt zwei verschiedene bogenförmige Abschnitte, den Abschnitt 2034a und den Abschnitt 2034b ein, wobei jeder von ihnen als ein Viertel des inneren Ringes besetzend gezeigt ist, und wobei sie gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Das Mittelteil des Abschnittes 2034a ist in einer Linie mit dem Mittelteil des Codierabschnitts 2038. Der Abschnitt 2034b besetzt den Raum direkt gegenüber dem Abschnitt 2034a.The
Das codierende Rad 2040 schließt ein Zahnrad 2041 mit Zähnen 2042 und ein Ritzel 2045 mit Zähnen 2046 ein. Das Ritzel 2045 ist auf der Unterseite des codierenden Rades 2040 befestigt. In der Ausführungsform von
Die codierenden Räder 2050, 2070, 2090 und 2110 können zu dem codierenden Rad 2030 identisch sein. Die codierenden Räder 2060, 2080 und 2100 können zu dem codierenden Rad 2060 identisch sein. Die Ausdrücke „innerer Ring“, „innere Ringe“, „äußerer Ring“, „äußere Ringe“, „Codierabschnitt“ und „Codierabschnitte“ werden verwendet, um den Drehgeber 2 der
Das Eingaberad 2010 wirkt mit dem Zwischenritzel 2180 zusammen, welches wiederum mit dem Ritzel 2025 des Taktungsrades 2020 zusammenarbeitet. Das Ritzel 2025 arbeitet mit dem Zwischenritzel 2180 zusammen, welches wiederum mit dem Zahnrad 2031 des codierenden Rades 2030 zusammenarbeitet. Das Ritzel 2035 des codierenden Rades 30 wirkt mit dem Zahnrad 2041 des codierenden Rades 2040 zusammen usw. bis zum codierenden Rad 2110. Die codierenden Räder 2030 bis 2110 wirken in der gleichen Art wie die codierenden Räder 30 bis 110.The
In der vorliegenden Ausführungsform können die Zähne des Eingaberades 2010 und die Zahnräder der codierenden Räder 2030, 2050, 2070, 2090 und 2110 gestaltet sein, um in derselben Ebene zu liegen wie die Ritzel des Taktungsrades 2020 und der codierenden Räder 2040, 2060, 2080 und 2100. Die Ritzel der codierenden Räder 2030, 2050, 2070, 2090 und 2110 können in derselben Ebene angeordnet sein wie die Zahnräder der codierenden Räder 2040, 2060, 2080 und 2100. Die Ritzel der codierenden Räder 2030, 2050, 2070, 2090 und 2110 können in derselben Ebene wie die Zahnräder der codierenden Räder 2040, 2060, 2080 und 2100 angeordnet sein.In the present embodiment, the teeth of the
Mit Bezug auf den Drehgeber 1 bieten die Sensoren 160 und 160' einen Anhaltspunkt der absoluten Position der Eingabewelle, welche das Eingaberad 10 dreht. Wie gezeigt ist der Drehgeber 1 ein 18-Bit-Absolutencoder. Daher ist der Drehgeber 1 in der Lage, 262.144 Positionen zu bezeichnen. Natürlich müssen nicht alle dieser Positionen verwendet werden. Der Drehgeber 1 kann aufwärts oder abwärts skaliert werden durch Hinzufügen oder Wegnehmen von Rädern und Sensoren zu oder von dem Ende des Strangs. Drei Sätze von Sensoren 160 und 160' können über ein Rad bereitgestellt werden. Alternativ können nur einer oder zwei der Sätze von Sensoren 160 und 160' pro Rad oder an dem letzten Rad in der Kette bereitgestellt werden, solang die Sensoren positioniert sind, um als die Bits nicht größerer Größenordnung in dem codierten Wert zu wirken. Der Drehgeber 1 kann auch nur ein einzelnes codierendes Rad aufweisen, welches sowohl als Quelle der Geschwindigkeits- als auch der Positionsdaten dient. Der Drehgeber 1 kann also nur ein einzelnes Position codierendes Rad und einen einzelnen Geschwindigkeit wahrnehmenden Mechanismus, wie ein Taktungsrad, aufweisen. Zusätzlich kann jedes der codierenden Räder eine Anzahl von Codierabschnitten und entsprechenden Sensoren 160 und 160' aufweisen. Der Drehgeber 1 kann von jeder Encodergestalt sein, welche die Sensoren 160 und 160' verwenden.With respect to the
Wie oben beschrieben sind die Sensoren 160 und 160' in der Lage zu kommunizieren, wenn ein Codierabschnitt zwischen den Sensoren angeordnet ist, womit ein freier Lichtpfad bereitgestellt wird. In den Sensoren 160 geben die Detektoren 162 einen logischen o-Wert aus, wenn ein Signal empfangen wird und geben einen logischen 1-Wert aus, wenn kein Signal empfangen wird. Ähnlich dazu geben die Detektoren 162' in den Sensoren 160' einen logischen o-Wert aus, wenn ein Signal empfangen wird, und geben einen logischen 1-Wert aus, wenn kein Signal empfangen wird. Daher, wenn sich ein Codierabschnitt zwischen dem Sensor 160 und dem Sensor 160' befindet, wenn der Emitter 164 aktiviert ist, empfängt der Prozessor 150 zwei einzelne logische Eingaben: Eine Eingabe vom Detektor 162', welcher die Position wahrnimmt, und eine Eingabe vom Detektor 162, welcher einen Selbsttest durchführt. Sobald der Emitter 164 abgeschaltet ist und der Emitter 164' aktiviert ist, empfängt der Prozessor 150 dann zwei individuelle logische Eingaben: Eine logische Eingabe vom Detektor 162, der die Position wahrnimmt, und eine logische Eingabe vom Detektor 162', welcher einen Selbsttest ausführt.As described above, the
Wenn ein innerer oder ein äußerer Ring die Kommunikation zwischen den Sensoren 160 und 160' blockiert, wird der Prozessor 150 dann eine logische o-Eingabe empfangen, die einem Bitwert in dem Positionscode entspricht, und eine logische 1-Eingabe, die einen erfolgreichen Test eines Emitters in Verbindung mit dieser Bitposition darstellt. Wenn beispielsweise der Emitter 164 aktiviert ist, wird der Detektor 162' vor dem Empfang eines Signals blockiert und wird eine logische 1 übertragen. Der Detektor 162 wird immer noch ein Signal durch eine direkte Seite-an-Seite-Übertragung empfangen, und daher eine logische o an den Prozessor 150 übertragen.If an inner or outer ring blocks communication between
Wenn der Prozessor 150 logische o-Signale von einem Detektor 162' empfängt und ein gegenüberliegender Emitter 164 aktiviert ist, dann erkennt der Prozessor 150, dass ein Codierabschnitt vorhanden sein muss. Dasselbe Ergebnis wird erreicht, wenn ein Emitter 164' aktiviert ist und ein Detektor 162 logische o-Signale sendet. Die vorliegende Ausführungsform verwendet o- und logische o-Signale, jedoch können auch 0 und 5 Volt, 1 und 5 Volt oder alle anderen üblichen Sensorsignale oder Kombinationen davon verwendet werden. Zusätzlich können die Detektoren 162 und 162' so gestaltet sein, dass eine logische 0 erzeugt wird, wann immer ein Lichtsignal nicht empfangen wird, und 0 Volt erzeugt werden, wenn ein Lichtsignal empfangen wird. In solch einer Ausführungsform würde ein Prozessor 150 einen Anhaltspunkt eines Codierabschnittes zwischen den Sensoren 160 und 160' empfangen, wenn 0 Volt von dem Detektor 162' empfangen werden und der Emitter 164 aktiviert ist.If the
In einer besonderen Ausführungsform wird der Selbsttest eines benachbarten Detektors 162 durch einen Emitter 164 durch direkte Übertragung seitens des Emitters 164 zu dem Detektor 162 durchgeführt. Zum Beispiel kann sich der Detektor 162 0,5 mm von dem Emitter 164 befinden. Alternativ können Sensoren verwendet werden, die zur direkten Seite-an-Seite-Übertragung nicht geeignet sind. In solch einer Ausführungsform kann ein Selbsttest durch Reflexion durchgeführt werden. Zum Beispiel, wenn ein Codierabschnitt zwischen den Sensoren 160 und 160' vorhanden ist und der Emitter 164 aktiviert ist, würde nur der Detektor 162' ein Signal empfangen. Wenn der Emitter 164' aktiviert ist, würde nur der Detektor 162 das Signal empfangen. Dies würde beiden Emittern 164 und 164' erlauben, zur selben Zeit aktiviert zu werden. Wenn ein Codierabschnitt nicht vorhanden ist, so dass Licht zwischen den Sensoren 160 und 160' blockiert werden würde, können die Detektoren 162 und 162' zum Empfang reflektierter Lichtsignale angepasst sein. In diesem Szenarium, wenn der Emitter 164 aktiviert ist, kann Licht von der unteren Oberfläche eines inneren oder äußeren Rings reflektiert werden. Der Detektor 162 kann einen Abschnitt des reflektierten Lichtes empfangen. Der Detektor 162 kann zur Übertragung einer logischen 0 gestaltet sein, wenn kein Licht empfangen wird. Der Detektor 162 kann gestaltet sein zur Übertragung einer Spannung, die mit der Intensität des empfangenen Lichts vergleichbar ist. Daher, wenn ein Codierabschnitt vorhanden ist, kann dann der Detektor 162 ein direktes Lichtsignal mit relativ hoher Intensität von dem Emitter 164' empfangen, der sich direkt über dem Detektor 162 befindet. Wenn kein Codierabschnitt vorhanden ist, kann der Detektor 162 ein reflektiertes Lichtsignal mit relativ niedriger Intensität von dem benachbarten Emitter 164 empfangen.In a particular embodiment, the self-test of an
In einer anderen Ausführungsform können die Codierabschnitte auf die Räder gezeichnet sein, eher als das Verlassen auf ausgeschnittene Abschnitte in den Rädern. In solch einer Ausführungsform tritt keine Kommunikation zwischen den Sensoren 160 und 160' auf. Stattdessen empfängt der Detektor 162 reflektiertes Licht aus dem Emitter 164. Dasselbe gilt für den Detektor 162' und den Emitter 164'. Wenn beispielsweise die Räder nicht reflektierend sind (z.B. schwarz gestrichen) und die Codierabschnitte reflektierend sind (z.B. weiß gestrichen), oder umgekehrt, wird dann der Detektor 162' eine Spannung erzeugen, wenn Licht von den Codierabschnitten reflektiert wird und eine unterschiedliche Spannung, wenn Licht von einem Nicht-Codierabschnitt reflektiert wird. Zusätzlich können die Sensoren 160 und 160' auf derselben Seite eines codierenden Rades angeordnet sein.In another embodiment, the coding portions may be drawn on the wheels rather than relying on cut-out portions in the wheels. In such an embodiment, no communication occurs between
Die Sensoren 160 und 160' wurden in Bezug auf optische Sensoren beschrieben. Jedoch wird verstanden werden, dass viele andere Sensoren mit der Erfindung verwendet werden können. Ohne Beschränkung schließen geeignete Beispiele von Sensoren magnetische Sensoren, Hall-Effekt-Sensoren und elektrische Kontakte ein. Jede im Stand der Technik für inkrementale und absolute Encoder bekannte Abtastung kann mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Codierabschnitte können auch jedes Material oder jede Gestaltung einschließen, die mit dem ausgewählten Sensor kompatibel ist.
Der Prozessor 150 kann auch zur Erzeugung von Alarm gestaltet sein. Wenn ein Detektor 162, ein Emitter 164, ein Detektor 162', ein Emitter 164', ein Detektor 162a, ein Detektor 162b, ein Emitter 164a' oder ein Emitter 164b' ausfallen sollte, kann der Prozessor 150 das Absetzen eines Alarms ermöglichen. Variierende Alarme können für verschiedene Niveaus der Versagenspriorität bereitgestellt werden. In extremen Situationen kann der Prozessor 150 zum Erzwingen des Abschaltens des Ventilbetätigers oder einer anderen Dreheinrichtung gestaltet sein, welche durch den Drehgeber 1 überwacht wird. Alarme können auf verschiedene Arten ausgedrückt werden, wie z.B. visuelle Alarme (wie ein Blitzlicht oder eine LCD-Nachricht auf dem Steuerfeld eines Ventilbetätigers oder an einer Steuerungsstation), hörbarer Alarm oder geschriebene Warnungen.The
In dem Sensor 160 und 160', wenn die Emitter 164 und 164' und die Detektoren 162 und 162' nicht richtig funktionieren, wird dann das erzeugte Datenbit oder v-Bit als ungültig erklärt. Ungültige Bitwerte können nach ihrem Einfluss auf die Leistung des Ventilbetätigers oder eine andere Dreheinrichtung beurteilt werden, die durch den Drehgeber 1 auf Grundlage des decodierten Wertes des gefallenen Bits und der Vorlaufzeit beurteilt werden. Ungültige Bitwerte können ebenso auf Grundlage der Anzahl der Bits beurteilt werden, die versagt haben.In the
Die Vorlaufzeit für einen Ventilbetätiger ist die Zeit, die er benötigt, um von einer offenen Position in eine geschlossene Position zu gelangen oder umgekehrt. Die Vorlaufzeit für die andere Dreheinrichtung ist die Zeit, die die Dreheinrichtung benötigt, um von einer ersten Position zu einer zweiten Position zu gelangen. Zum Beispiel für eine industrielle Spule ist die Vorlaufzeit die Zeit, die die Spule braucht, um von vollständig aufgewickelt zu vollständig abgewickelt zu wechseln. Wenn die Vorlaufzeit lang ist, entspricht ein einzelnes Bit nur einem geringen Prozentsatz der Gesamtvorlaufzeit. Daher ist ein einzelnes Bitversagen wahrscheinlich nicht kritisch und das Bereitstellen eines Alarms oder einer Warnung knapp vor einem Erzwingen des Abschaltens einer Maschine kann für solch eine Anwendung ausreichend sein. Wenn die Vorlaufzeit kurz ist, kann ein einzelnes Bitversagen eine große Abweichung zwischen der momentanen Position und der durch den Drehgeber 1 angezeigten Position anzeigen. Daher kann für kurze Vorlaufzeiten ein einzelnes Bitversagen ausreichend zum Erzwingen des Abschaltens der Dreheinrichtung zusätzlich zu der Bereitstellung eines Alarms oder einer Warnung sein. Die Bedeutung eines Bitversagens kann davon abhängen, welcher Abschnitt der Vorlaufzeit durch das Bitversagen für eine gegebene Anwendung dargestellt wird. In einer besonderen Ausführungsform kann der Benutzer zur Gestaltung des erlaubten Schwellenwertes zum Verlust der Genauigkeit in der Lage sein, unterhalb welchem das BIST-Merkmal eher einen Alarm oder eine Warnung auslösen würde, aber hinter welchem das BIST-Merkmal ein sicheres Abschalten der Maschine erzwingen würde, und ebenso einen Alarm oder eine Warnung ausgeben würde.The lead time for a valve actuator is the time it takes for it to move from an open position to a closed position or vice versa. The lead time for the other rotating device is the time required for the rotating device to move from a first position to a second position. For example, for an industrial spool, lead time is the time it takes the spool to go from fully wound to fully unwound. If the lead time is long, a single bit represents only a small percentage of the total lead time. Therefore, a single bit failure is unlikely to be critical and providing an alarm or warning just before a machine is forced to shut down may be sufficient for such an application. If the lead time is short, a single bit failure can indicate a large deviation between the current position and the position indicated by the
Für eine Dreheinrichtung, die nicht eine vorbestimmte erste und zweite Position aufweist, kann die Vorlaufzeit nicht festgelegt werden. Beispiele für solch eine Dreheinrichtung schließen das Schwingrad einer Maschine oder die Hauptwelle einer Turbine ein. Ein Drehgeber der vorliegenden Erfindung kann mit jeder Art von Dreheinrichtung ebenso verwendet werden.For a rotating device that does not have a predetermined first and second position, the lead time cannot be specified. Examples of such a rotating device include the flywheel of an engine or the main shaft of a turbine. A rotary encoder of the present invention can be used with any type of rotary device as well.
Wie zuvor erwähnt, wenn beide Detektoren 162 und 162' der Sensoren 160 und 160' durch Selbsttests als betriebsbereit verifiziert wurden, aber der Detektor 162 kein Signal empfängt, wobei der Detektor 162' ein Signal empfängt, kann dann eine Überprüfung der Positionen der anderen Räder verwendet werden, um die Position des fraglichen Rades zu bestätigen. In diesem Szenarium sind die Datenbits, die durch die Sensoren 160 und 160' erzeugt werden, tatsächlich gültig, aber die Hälfte der Sensoren 160 und 160' werden durch einen inneren oder einen äußeren Ring blockiert. Die Viterbi-Logikoperationen können den identischen Positionscode entweder des ersten oder des redundanten Sensorsatz erlangen (d.h. Emitter 164 oder Detektor 162). Es wird verstanden werden, dass die Ausdrücke „erster“ und „zweiter“ oder „redundanter“ beliebig sind.As previously mentioned, if both
Alternativ können die Sensoren 160 und 160' vollständig funktionsfähig sein, aber eine andere Komponente des Drehgebers 1 hat versagt. Wenn z.B. einer der Zähne auf einem codierenden Rad wegschert, kann die momentane Position, die durch die Sensoren 160 und 160' bezeichnet wird, nicht mit der Position zusammenpassen, die auf Grundlage der vorigen, durch die Sensoren 160 und 160' bereitgestellten Daten angenommen wird. Daher, während die Sensoren 160 und 160' richtig funktionieren, bezeichnen sie nicht die korrekte Position. Der Prozessor 150 oder irgendein anderer Prozessor kann eine Korrektur dieses Fehlers und einen Alarm auslösen. Wenn beispielsweise das codierende Rad 60 einen Zahn 62 von dem Zahnrad 61 verlieren sollte, kann das codierende Rad 60 beginnen, Positionen während jeder Drehung zu verfehlen. Daher wird die Ventilposition, welche durch die codierenden Räder bezeichnet wird, nicht länger präzise der Ventilposition entsprechen. Es wird aussehen als ob das Ventil in eine andere Position gesprungen ist. In einer Ausführungsform kann der Prozessor 150 nach Diskontinuitäten in der Ventilposition suchen, die durch die Positionen der codierenden Räder bezeichnet werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Taktungsrad 20 als ein inkrementaler Encoder verwendet werden, um die Position der codierenden Räder zu verifizieren. Der Prozessor 150 (oder jeder andere geeignete Prozessor) kann dann die Ventilposition neu berechnen, unter Berücksichtigung des Fehlers, welcher durch das codierende Rad 60 eingeführt wurde. Der Prozessor 150 könnte ebenso einen Alarm auslösen und/oder ein Sicherheitsabschalten auslösen, wenn das Versagen eine ernsthafte Größenordnung erreicht hat.Alternatively, the
Jedes Versagen des Drehgebers 1, welches in einer diskontinuierlicheren Bezeichnung der Ventilposition resultiert, kann durch den Prozessor 150 identifiziert werden, oder durch jeden anderen Prozessor, der mit dem Prozessor 150 in Kommunikation steht.Any failure of the
Die Sensoren 160 und 161' wurden hier beschrieben als jeweils sowohl einen Emitter und einen Detektor enthaltend. Alternativ kann der Sensor 160 auch so gestaltet sein, dass er nur einen Emitter enthält und der Sensor 160' kann gestaltet sein, so dass er nur einen Detektor aufweist. In anderen Ausführungsformen braucht der Sensor 160' in dem Drehgeber 1 nicht vorhanden zu sein.
Die
Die Anzahl der Ringe pro codierendem Rad wird durch die Größe des codierenden Rads und die Breite der Codierabschnitte beherrscht, die benötigt werden, um den Sensoren 160 und 160' die Kommunikation miteinander zu ermöglichen. Zusätzlich sollte ein ausreichender Spalt zwischen den Ringen vorgesehen sein, um die Nebensignaleffekte zwischen den Sensoren auf derselben Seite zu beschränken. Beispielsweise wird ein Spalt bereitgestellt, um einen Detektor 162 von einem Sensor 161 von der Registrierung eines Signals von einem Emitter 164 eines Sensors 163 abzuhalten. Jedoch können andere Technologien als die Spalte, wie die Verwendung des oben besprochenen Abdeckschutzes verwendet werden, um die Nebensignaleffekte zu beschränken und kleinere Codierraddurchmesser zu ermöglichen.The number of rings per encoding wheel is governed by the size of the encoding wheel and the width of the encoding sections needed to allow
Jede Anzahl von codierenden Rädern können zu den Encodern der vorliegenden Erfindung hinzugefügt werden. Beispielsweise kann der Drehgeber 1 Positionsdaten von einem üblichen Geschwindigkeitsventilbetätiger mit einer Vorlaufzeit von einer Stunde bereitstellen. Das Hinzufügen von mehreren Codierrädern würde mehrere Datenbits bereitstellen und die Vorlaufzeit erhöhen, die mit dem Drehgeber 1 erreicht werden kann. Natürlich kann der Drehgeber 1 auch mit Ventilbetätigern oder anderen Dreheinrichtungen verwendet werden, die eine Vorlaufzeit von weniger als einer Stunde aufweisen. Der Drehgeber 1 kann ebenso weniger codierende Räder als der in
Zusätzlich kann der Drehgeber 1 ein Einzelrad-Absolutencoder oder ein Einzelrad-Inkrementalencoder sein. In jenen Ausführungsformen können die Sensoren 160 und 160' mehrere Emitter und Detektoren einschließen, und dabei einen eingebauten Selbsttest und einen fehlertoleranten Betrieb ermöglichen. Daher kann ein Satz von Sensoren 160 und 160' mehrere Codierabschnitte überwachen, so wie die Taktungsmarkierungen 28 oder den Codierabschnitt 34, oder einen Satz von Sensoren 160 und 160' kann einen einzelnen Codierabschnitt, wie den Codierabschnitt 38 überwachen.In addition, the
Zusätzlich kann das Taktungsrad 20 als ein Inkrementalencoder in Zusammenhang mit den Absolutcodierfunktionen des Überrests des Drehgebers 1 verwendet werden. Beispielsweise kann eine bestimmte Inkrementalencoder-Ausführungsform so skaliert sein, dass die inkrementale Impulsrate exakt zu der Zählrate des absoluten Abschnitt des Encoders passt. Auf diese Art könnte der inkrementale Encoder zum Erhalten von Positionsdaten verwendet werden, während der Betätiger arbeitet. Wenn der Motor stoppt, sollte die finale inkrementale Zahl, addiert zu dem Absolutpositionscode bei Beginn der Überwachung exakt der neuen absoluten codierten Position entsprechen.In addition, the
Wenn die durch das Taktungsrad 20 (auch als ein inkrementaler Encoder wirkend) bezeichnete Position von der Position abweicht, welche durch die Codierräder bezeichnet wird, dann kann ein Selbsttest der Sensoren 160 und 160' durchgeführt werden. Wenn ein Selbsttest bestätigt, dass alle Sensoren 160 und 160' richtig funktionieren, dann ist es wahrscheinlich, dass ein codierendes Rad nicht richtig folgt. Daher können Alarme oder Warnungen erzeugt werden. In einer besonderen Ausführungsform in jenem Szenarium kann ein Drehgeber von dem inkrementalen Encoder abhängen, bis der Drehgeber repariert ist.If the position designated by the timing wheel 20 (also acting as an incremental encoder) deviates from the position designated by the encoder wheels, then a self-test of the
Die Drehgeber 1 und 2 sind gestaltet zur Verwendung von Gray-Codierung, jedoch kann eine binäre Codierung ebenso verwendet werden. Die Verwendung von v-Bits und doppelten Sensoren ermöglicht, dass die Drehgeber 1 und 2 niemals um mehr als das Bit mit dem niedrigsten Stellenwert (LSB) abweichen, was das Vertrauen des Nutzers in die Zuverlässigkeit der Encoderwerte erhöht.
Die vorliegende Erfindung kann mit einer Vielzahl von Drehreinrichtungen verwendet werden, die sich zwischen zwei Positionen drehen, wie beispielsweise ein Ventilbetätiger, ein Türöffner oder eine Spule. In einem typischen Ventilbetätiger kann ein elektrischer Motor das Ventil über einen Satz von Zahnrädern antreiben. Die Ausgabewelle des Motors kann direkt mit einer Schnecke gekoppelt sein. Die Schnecke kann eine Schneckenradanordnung antreiben, die wiederum eine Antriebshülse oder Welle antreibt, welche wiederum einen Ventilschaft anhebt und absenkt oder dreht. Ein zweiter Schaft kann ebenso durch die Schneckenradanordnung angetrieben werden, um das Eingaberad 10 des Drehgebers 1 anzutreiben. Alternativ kann der Ventilbetätiger einen unterschiedlichen Zahnradsatz verwenden, oder die Ausgabewelle des elektrischen Motors kann direkt mit dem Ventilschaft ohne einen Zwischenradsatz gekoppelt sein. Es sind viele Arten im Stand der Technik bekannt, um Rotationspositions-Encoder mit rotierenden Einrichtungen zu verbinden, die mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, die hier aber nicht diskutiert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform können die rotierenden Drehgeber 1 und 2 zur Durchführung von Diagnosen von Dreheinrichtungen verwendet werden, wie Ventilbetätiger. Mit Bezug auf die Diagnosefunktion wird der Drehgeber 1 als ein illustratives Beispiel verwendet. Jedoch können andere Encoder der vorliegenden Erfindung, wie ein Drehgeber 2 ebenso verwendet werden. Zusätzlich könnte ein Taktungsrad 20 in jeden Drehgeber eingeschlossen werden. Das Taktungsrad 20 könnte das codierende Rad eines inkrementalen Encoders oder eines Einzelrad-Absolutencoders sein. Beispielsweise können die Taktungsmarkierungen 28 auch für die Positionscodierung eines absoluten Encoders verwendet werden. Alternativ, wie in
Die Taktungsräder 20 und 2020 sind jeweils mit zweiunddreißig Taktungsmarkierungen 28 und Taktungsmarkierungen 2028 gezeigt. Jedoch können die Taktungsräder 20 und 2020 jede Anzahl von Taktungsmarkierungen 28 aufweisen.The timing
Mit Bezug zu Frequenzanalysen wird eine bestimmte Ausführungsform des Durchführens von Frequenzanalysen (hierin auch als Frequenzbereichsanalyse bezeichnet) von Geschwindigkeitsdaten unten grundsätzlich diskutiert, gefolgt durch die Diskussion von Nicht-Geschwindigkeitsdaten-Ausführungsformen. Zusätzlich, zur Illustration, werden das Taktungsrad 20 oder die Taktungsmarkierungen 28 des Taktungsrades 20 hierin oft als die Quelle der Geschwindigkeitsdaten bezeichnet. In anderen Ausführungsformen kann jede Art von Geschwindigkeitssensor, mit oder ohne Rotationspositionsencodern für Diagnosen (d.h. Frequenzanalysen) verwendet werden. Zusätzlich ist die Diskussion bezüglich der Frequenzanalyse von Geschwindigkeitsdaten ebenso auf die anderen Datenausführungsformen anwendbar. Andere Datenausführungsformen können z.B. Drehmomentdaten, Positionsdaten, Schubdaten, akustische Geräuschdaten, Stromdaten, Spannungsdaten, Motorleistungsdaten, Motor-Volt-Ampere-Rückwirkungsdaten und Vibrationsdaten einschließen. Viele Arten von Daten und Arten von Sensoren können in Frequenzanalysen verwendet werden, die im Stand der Technik bekannt sind. Die Erfindung deckt jede Art von Daten ab, die durch Sensoren und einen Ventilbetätiger oder andere Rotationseinrichtungen erzeugt werden können.With respect to frequency analysis, a particular embodiment of performing frequency analysis (also referred to herein as frequency domain analysis) of velocity data is discussed in principle below, followed by discussion of non-velocity data embodiments. Additionally, for purposes of illustration, the
Obwohl die folgende Diskussion einen Drehgeber 1 einschließt, wird verstanden werden, dass dieselbe Diskussion für den Drehgeber 2 der
In einer bestimmten Ausführungsform sind die Taktungsmarkierungen 28 als gleichmäßig beabstandet und gleichmäßig dimensionierte Löcher im Taktungsrad 20 gestaltet. Jedoch wird jede der zuvor diskutierten Codierabschnitt-Ausführungsformen und Sensor-Ausführungsformen ebenso auf die Ausführungsformen der Taktungsmarkierungen 28 und der Ausführungsform der Sensoren 169 und 169' jeweils angewandt.In a particular embodiment, the timing marks 28 are designed as evenly spaced and uniformly sized holes in the
Die durch die Taktungsmarkierungen 28 erzeugten Geschwindigkeitsdaten können mit einer FT verarbeitet werden, um die Geschwindigkeitsdaten von einem Zeitbereich in einen Frequenzbereich zu konvertieren. Jedoch kann jede Art von Geschwindigkeitssensor verwendet werden, um die Geschwindigkeitsdaten für die Umwandlung in Frequenzdaten zu erzeugen.The velocity data generated by the timing marks 28 can be processed with an FT to convert the velocity data from a time domain to a frequency domain. However, any type of speed sensor can be used to generate the speed data for conversion to frequency data.
FT erwartet Signalbeispiele, die in regelmäßig beabstandeten Zeitintervallen auftauchen. Da jedoch die Haltezeitwerte für die Geschwindigkeitssignale in dieser Erfindung nicht konstant sein können, kann ein Mittel verwendet werden, um der FT den Erhalt nützlicher Information zu ermöglichen. Durch Auswahl einer ausreichend großen Anzahl von Datenpunkten, von denen die große Mehrheit aufgenommen wird, während die Maschine in einem Dauerzustand arbeitet, kann die durchschnittliche Haltezeit der großen Daten als die „reguläre“ Haltezeit [td] für jedes Datenbeispiel verwendet werden. Diese „reguläre“ Haltezeit kann verwendet werden, um die Frequenzskala der resultierenden FT to skalieren. (fn(Hz)= 1/(td* # Proben). Wenn die Frequenzdaten richtig skaliert werden, werden einem Benutzer Daten mit ausreichender Information zur Bestimmung der Variationen in der Geschwindigkeit bereitgestellt, die mit den bekannten Rotationsgeschwindigkeiten der verschiedenen Komponenten des Antriebsstrangs in Verbindung gebracht werden können, und können existierende oder lauernde Probleme im Antriebsstrang eines Ventilbetätigers oder einer anderen Dreheinrichtung anzeigen. Beispielsweise könnte ein Grundlinien-Frequenz-über-Amplituden-Bild oder Graph erzeugt und gespeichert werden, wenn die Einrichtung neu ist. Später könnten neue Frequenz-über-Amplituden-Bilder oder Graphen erzeugt und mit dem gespeicherten Grundlinienbild oder Graph verglichen werden. Wenn ein Peak entsprechend einer Betriebsfrequenz einer gegebenen Komponente bei einer Frequenz oder Amplitude unterschiedlich zu der zuvor gemessenen auftreten sollte, wird es dann klar, dass die Komponente sich in Verbindung mit dieser Frequenz unterschiedlich zum Neuzustand bestimmt, welcher üblicherweise Abnutzung und ein mögliches Versagen oder eingetretenes Versagen anzeigt. Daher kann eine geeignete Wartung zu einem passenden Zeitpunkt vor dem Versagen der Komponente durchgeführt werden. Zusätzlich könnte eine FT-Analyse angesetzt werden, um automatisch in dem Prozessor 150 abzulaufen, welche so programmiert oder gestaltet werden würde, dass eine Veränderung der Amplitude eines Peaks über einen eingestellten Schwellenwert zur Erzeugung eines automatischen Alarms oder einer Warnung oder dem Erzwingen einer Sicherheitsabschaltung der Maschine verwendet werden. Jedes Verfahren zum richtigen Skalieren von Frequenzdaten, wie im Stand der Technik, kann verwendet werden.FT expects signal examples to occur at regularly spaced time intervals. However, since the hold time values for the velocity signals cannot be constant in this invention, a means may be used to allow the FT to obtain useful information. By selecting a sufficiently large number of data points, the vast majority of which are taken while the machine is operating in a steady state, the average hold time of the large data can be used as the “regular” hold time [t d ] for each data sample. This “regular” hold time can be used to scale the frequency scale of the resulting FT. (f n (Hz)= 1 / (t d * # samples). When the frequency data is properly scaled, a user is provided with data with sufficient information to determine the variations in speed associated with the known rotational speeds of the various components of the drive train and may indicate existing or lurking problems in the drive train of a valve actuator or other rotary device. For example, a baseline frequency versus amplitude image or graph could be generated and stored when the device is new. New ones could be created later Frequency versus amplitude images or graphs are generated and compared with the stored baseline image or graph. If a peak corresponding to an operating frequency of a given component should occur at a frequency or amplitude different from that previously measured, it then becomes clear that the component In connection with this frequency, it is determined differently than when new, which usually indicates wear and possible failure or failure that has occurred. Therefore, appropriate maintenance can be performed at an appropriate time before the component fails. Additionally, an FT analysis could be scheduled to run automatically in the
Beispiele der Frequenzbereichsanalyse sind in den
Der Prozessor 150 oder der Prozessor, welcher die FT durchführt, kann gestaltet sein zur automatischen Erzeugung der geeigneten Markierungen für Peaks, welche bedeutsam sind (z.B. oberhalb eines bestimmten Schwellenwerts). Beispielsweise kann der Prozessor ein Programm einschließen, welches gestaltet ist zum Zusammenfügen kürzlich erzeugter Peaks mit der Amplitude und der Frequenz kürzlich erzeugter Peaks. In dieser Ausführungsform, wenn der Prozessor nicht in der Lage ist, einen Peak zu identifizieren, kann ein solches Versagen als eine Warnung an einen Benutzer vor einem potentiellen Problem dienen. Alternativ können die Daten im Frequenzbereich manuell mit Teilen eines Antriebsstrangs des Ventilbetätigers korreliert werden. Ein Nutzer kann ausgebildet sein zur Identifizierung und zum Verständnis der Relevanz der verschiedenen Peaks. Beispielsweise wenn eine Drehgeber 1 in einem Ventilbetätiger vorhanden ist, können dann das Taktungsrad 20 und die Sensoren 169 und 169' verwendet werden zur Identifizierung der Geschwindigkeit einer Antriebsstrangkomponente. In einer besonderen Ausführungsform ist die Eingabewelle, welche das Eingaberad 10 antreibt, wiederum durch ein Schneckenrad angetrieben. Daher kann der Geschwindigkeitssensor zur Bestimmung der Geschwindigkeit und folglich der Frequenz des Schneckenrades verwendet werden. Dann, aufgrund der Getriebeverhältnisse, können die Frequenzen der anderen Antriebsstrangkomponenten berechnet werden. Die Komponentenfrequenzen und alle Obertöne könnten dann in einer grafischen Darstellung der Daten im Frequenzbereich identifiziert werden. Andererseits, wenn ein Geschwindigkeitssensor nicht im Ventilbetätiger vorhanden ist, aber die aktuelle Motorwellengeschwindigkeit bekannt ist, kann die Information verwendet werden, um Komponentenfrequenzen zu erzeugen. Verschiedene Arten von elektrischen oder magnetischen Messungen der aktuellen Geschwindigkeit des Motors können verwendet werden, was demnach die Diagnosefähigkeit des Systems als Ganzes verbessert. In vielen Fällen könnte Fabrikpersonal die obige manuelle Identifikation ausführen. Daher können Endnutzer mit vormarkierten Beispielfrequenzbereichsgraphen und Korrelationen ausgestattet werden.The
In einer besonderen Ausführungsform kann die Bauinformation für einen Beätiger (Getriebeübersetzungen, Motorgeschwindigkeit, Zähne pro Zahnrad, Kugeln pro Lager usw.) aus einem Speicher in einer Elektronikverpackung des Betätigers heruntergeladen werden. Eine On-Board-CPU kann sich dann auf die gespeicherte Information beziehen und daraus schließen, welcher Teil des Antriebs die Abweichung verursacht. Eine Darstellung der FT kann direkt auf einem LCD-Bildschirm des Betätigers angezeigt werden, oder das Datenfeld kann auf ein Datenmanagementsystem des Nutzers zur Analyse oder auf einen Laptop oder PDA des Servicetechnikers zur Übertragung an das Heimatbüro zur detaillierten Analyse heruntergeladen werden.In a particular embodiment, the construction information for an actuator (gear ratios, motor speed, teeth per gear, balls per bearing, etc.) may be downloaded from a memory in an electronics package of the actuator. An on-board CPU can then refer to the stored information and conclude which part of the drive is causing the deviation. A representation of the FT can be displayed directly on an operator's LCD screen, or the data field can be downloaded to a user's data management system for analysis or to a service technician's laptop or PDA for transmission to the home office for detailed analysis.
Die Programmierung zum Sammeln von Daten und/oder zum Durchführen von Frequenzanalysen kann in Firmware, Software, Hardware oder in anderen, im Stand der Technik bekannten Arten gespeichert werden. Beispielsweise kann eine Frequenzanalyseprogrammierung in der Firmware eines Ventilbetätigers gespeichert werden.The programming for collecting data and/or performing frequency analysis may be stored in firmware, software, hardware, or other forms known in the art. For example, frequency analysis programming can be stored in the firmware of a valve actuator.
Zusätzlich kann ein Nutzer Peaks im Frequenzbereich einfach durch Vergleichen einer momentanen Analyse mit einer vorherigen Analyse identifizieren. Die vorherige Analyse kann dann eine in der Fabrik durchgeführte Analyse sein. Jedoch kann es Situationen geben, in denen es wünschenswert oder notwendig ist, die Peaks im Frequenzbereich unabhängig von einer vorherigen Analyse zu identifizieren. Beispielsweise im Designzustand eines neuen Ventilbetätigers kann ein Ingenieur wünschen, Frequenzanalysen von einem neuen Prototypen auszuführen, um sicherzustellen, dass keine Lebensdauer verkürzenden Vibrationen, Resonanzen und/oder Obertöne inhärent im Design des Prototyps liegen. Alternativ können Frequenzanalysen als ein Nach-Montage-Vor-Transport-Inspektionswerkzeug verwendet werden, um zu bestimmen, ob einige Teile des mechanischen Antriebsstrangs mit einem physikalischen Fehler hergestellt wurden.Additionally, a user can identify peaks in the frequency domain simply by comparing a current analysis with a previous analysis. The previous analysis can then be an analysis carried out in the factory. However, there may be situations where it is desirable or necessary to identify the peaks in the frequency domain independently of prior analysis. For example, at the design stage of a new valve actuator, an engineer may wish to perform frequency analysis on a new prototype to ensure that there are no life-limiting vibrations, resonances, and/or overtones inherent in the prototype's design. Alternatively, frequency analysis can be used as a post-assembly, pre-shipment inspection tool to determine whether some parts of the mechanical drive train were manufactured with a physical defect.
Ein in dem Drehgeber eingebauter Prozessor oder in den Ventilbetätiger oder die andere Dreheinrichtung eingebauter oder damit verbundener Prozessor kann die FT durchführen. Eine Anzeige, Drucker oder eine andere Ausgabevorrichtung kann in den Ventilbetätiger eingeschlossen werden, um die Ergebnisse in einem Bild oder einer grafischen Form anzuzeigen. Alternativ können die durch die Taktungsmarkierungen 28 erzeugten Geschwindigkeitsdaten an einen entfernten Computer, wie einen PC des Nutzers gesendet werden, um FT auf Grundlage der Geschwindigkeitsdaten durchzuführen und in nutzerfreundlicheren Formaten anzuzeigen, oder um die Daten oder die FT an Techniker zu übertragen, die vor Ort oder nicht sein können.A processor built into the encoder or incorporated into or connected to the valve actuator or other rotating device can perform the FT. A display, printer, or other output device may be included in the valve actuator to display the results in an image or graphical form. Alternatively, the speed data generated by the timing marks 28 may be sent to a remote computer, such as a user's PC, to perform FT based on the speed data and display it in more user-friendly formats, or to transmit the data or FT to technicians on site or may not be.
Die Bereitstellung von mehr Beispielen kann zu einer feineren Frequenzauflösung nach Anwendung der FT auf die Geschwindigkeitsdaten führen. Mehrere Proben können durch Erhöhen der Zeitdauer bereitgestellt werden, welche Proben nehmen, oder durch Erhöhen der Abtastrate.
Jede im Stand der Technik bekannte Art von Frequenzanalyse kann mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden. In der besonderen beschriebenen Ausführungsform wurde die FT auf Geschwindigkeitsdaten durchgeführt unter Verwendung einer Anzahl von Proben gleich 2n, wobei n irgendeine ganze Zahl ist. Daher ist die Gesamtsumme von Proben gleich z.B. 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096, 8192 usw. Wenn daher 3500 Proben genommen wurden, können nur 2048 der Proben in der FT verwendet werden. In anderen Ausführungsformen kann die FT auf Proben angewandt werden, die nicht präzise gleich 2n sind. Jedoch wird Leckage in diesen Ausführungsformen zum Problem. Im Stand der Technik sind Technologien bekannt, die sich mit Leckage befassen.Any type of frequency analysis known in the art can be used with the present invention. In the particular embodiment described, the FT on velocity data was performed using a number of samples equal to 2n , where n is any integer. Therefore, the total sum of samples is equal to e.g. 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096, 8192 etc. Therefore, if 3500 samples were taken, only 2048 of the samples can be used in the FT. In other embodiments, the FT may be applied to samples that are not precisely equal to 2n . However, leakage becomes a problem in these embodiments. Technologies that deal with leakage are known in the prior art.
Zusätzlich, in einer besonderen Ausführungsform, verwendet die FT Proben, die im Dauerzustand genommen wurden. Daher wird das Taktungsrad 20 bei einer relativ konstanten Geschwindigkeit gedreht. Wenn der Drehgeber 1 innerhalb eines elektrisch getriebenen Ventilbetätiger liegt, wird das Taktungsrad 20 während eines Zeitabschnitts beschleunigen und verlangsamen. Die während der Beschleunigung und der Verzögerung erzeugten Geschwindigkeitsdaten können beschränkt, gemittelt oder vor der Durchführung der FT ausgeschnitten werden. Transistente Frequenzanalysen sind im Stand der Technik bekannt und können anstelle der Rundung der Daten verwendet werden.Additionally, in a particular embodiment, the FT uses samples taken at steady state. Therefore, the
Das Runden der Geschwindigkeitsdaten kann durch einen Algorithmus durchgeführt werden, der gestaltet ist zur Analyse der Geschwindigkeitsdaten vor dem FT-Prozess, um sämtliche Beschleunigungs- oder Verzögerungsdaten zu entfernen. Alternativ können Geschwindigkeitsdaten gerundet werden, um die Anzahl der Proben kompatibel mit der FT 2n-Anforderung zu machen.Rounding of the velocity data may be performed by an algorithm designed to analyze the velocity data prior to the FT process to remove any acceleration or deceleration data. Alternatively, velocity data can be rounded to make the number of samples compatible with the
Die FT, wie der Begriff hier verwendet wird, umfasst einen weiten Bereich von Algorithmen, einschließlich der schnellen Fourier-Transformation. FT, wie hier verwendet, deckt vier Hauptfamilien von Fourier-Transformationen ab: Die kontinuierliche Fourier-Transformation, Fourier-Reihen, diskrete Zeit-Fourier-Transformation und diskrete Fourier-Transformation. Es gibt auch FT-Algorithmen, die gestaltet sind zur Handhabung von Annäherungs- und nicht einheitlichen Daten. Die diskrete Fourier-Transformation wird am häufigsten für digitale Signalverarbeitung verwendet. Der Begriff FT, wie hier verwendet, umfasst jeden Algorithmus, der mit den erzeugten Daten kompatibel ist.FT, as the term is used here, covers a wide range of algorithms, including the fast Fourier transform. FT, as used here, covers four main families of Fourier transforms: the continuous Fourier transform, Fourier series, discrete time Fourier transform, and discrete Fourier transform. There are also FT algorithms designed to handle approximate and non-uniform data. The discrete Fourier transform is most commonly used for digital signal processing. The term FT, as used herein, includes any algorithm that is compatible with the data produced.
Die Vorlaufzeit stellt die Maximalzeit dar, während welcher Proben genommen werden können. Beispielsweise mit einem Ventilbetätiger ist die Zeit, die ein Ventil braucht, um sich von der offenen zu der geschlossenen Position zu bewegen, oder umgekehrt die Maximalmengenzeit, während welcher Geschwindigkeitsdaten gesammelt werden können. Ein Ventil kann auch nur teilweise bewegt werden und daher kann auch nur ein Teil der Vorlaufzeit für die Geschwindigkeitsdatenaufnahme verfügbar sein. Ein exemplarischer Weg zur Erhöhung der Anzahl der erzeugten Geschwindigkeitsdatenbeispiele schließt das Erhöhen der Abtastrate ein. Die Abtastrate wird durch die Geschwindigkeit des Taktungsrades 20 und durch die Anzahl der Taktungsmarkierungen 28 beherrscht. Die Drehgeber 1 und 2 sind für Abtastraten deutlich höher als 17 Proben pro Sekunde geeignet.The lead time represents the maximum time during which samples can be taken. For example, with a valve actuator, the time it takes for a valve to move from the open to the closed position, or vice versa, is the maximum amount of time during which velocity data can be collected. A valve can also only be partially moved and therefore only part of the lead time can be available for velocity data recording. An exemplary way to increase the number of velocity data samples generated includes increasing the sampling rate. The sampling rate is controlled by the speed of the
Noch eine andere Art zur Erhöhung der Anzahl der erzeugten Datenbeispiele schließt das Sammeln von Daten über mehrfache Vorlaufzeiten ein. Jeder neue Datensatz kann mit der existierenden Datensammlung verbunden werden, bis die Probenanzahl ausreichend hoch ist, um das Durchführen einer FT damit zu ermöglichen. Sobald der Datensatz voll ist, können jegliche neue Datenproben die ältesten Datenproben ersetzen, und daher die neuesten Datensätze für die Analyse erhalten. Die Geschwindigkeits- oder Positionsdaten können gespeichert werden, z.B. in einer Datentabelle, für die nahe Echtzeit- oder die nächste Frequenzbereichsanalyse.Yet another way to increase the number of data samples generated involves collecting data over multiple lead times. Each new data set can be linked to the existing data collection until the sample number is sufficiently high to allow FT to be performed on it. Once the data set is full, any new data samples can replace the oldest data samples, and therefore obtain the newest data sets for analysis. The velocity or position data can be stored, for example in a data table, for near real-time or next frequency domain analysis.
Ein Beispiel einer Drehkomponente einer Dreheinrichtung ist eine Drehhülse eines Ventilbetätigers. Eine Eingangswelle könnte über einen Kegelsatz die Antriebshülse mit dem Eingaberad 10 verbinden. Jede im Stand der Technik bekannte Art von Verbindungen kann verwendet werden, um das Eingaberad 10 anzutreiben. Als ein mögliches Beispiel der Datenentnahme, wenn sich die Antriebshülse mit 200 U/min dreht, und wenn der Kegelsatz zu einer ungefähr 4,8:1 Geschwindigkeitszunahme führt, dann würde sich die Eingabewelle mit 960 U/min drehen. Daher würde sich das Eingaberad 10 bei 960 U/min drehen. Das Eingaberad 10 treibt das Taktungsrad 20 an. Wenn ein 51/38 Grad Spurverstärker verwendet wird, dann dreht sich das Taktungsrad 20 bei ungefähr 1288 U/min. 1288 U/min geteilt durch 60 entspricht den Umdrehungen pro Sekunde des Taktungsrades 20. Das exemplarische Taktungsrad 20, wie in
Frequenzdaten können auf einer Fall-für-Fall-Basis ausgewertet werden, um zu bestimmen, was die Peak-Orte und die Höhe in Bezug auf einen Ventilbetätiger angibt. Alternativ kann die Frequenzanalyse mit bekannten Frequenzanalysensignaturen verglichen werden, um die Gesundheit eines Ventilbetätigers oder einer Dreheinrichtung zu bestimmen.Frequency data can be evaluated on a case-by-case basis to determine what indicates the peak locations and height relative to a valve actuator. Alternatively, the frequency analysis can be compared to known frequency analysis signatures to determine the health of a valve actuator or rotary device.
Der Drehgeber der vorliegenden Erfindung wurde als ein Mehrrad-Absolutencoder beschrieben. Der Drehgeber kann ebenso ein Einzelrad-Absolutencoder oder ein Inkrementalencoder sein. Zum Beispiel könnte das Taktungsrad 20 in dasselbe Rad wie das Eingaberad 10 integriert sein. Das Eingaberad 10 könnte dann als ein Inkrementalencoder oder auch als ein Taktungsrad wirken. Weiterhin können die Codierabschnitte der codierenden Räder 30 bis 110 in das Eingaberad 10 integriert werden, wie im Stand der Technik bekannt. Das Eingaberad 10 kann dann als ein Einzelrad-Absolutencoder arbeiten. Das Eingaberad 10 kann gestaltet sein zum Zusammenwirken mit dem Ende einer Eingangswelle oder alternativ das Eingaberad 10 kann um eine Eingangswelle befestigt sein, also in dem längsgerichteten Zentrum der Eingangswelle. Jedoch kann das Eingaberad 10 an jedem Punkt entlang der Länge einer Eingangswelle befestigt sein.The encoder of the present invention has been described as a multi-wheel absolute encoder. The encoder can also be a single-wheel absolute encoder or an incremental encoder. For example, the
Zuvor wurde die Frequenzanalyse relativ zu den Geschwindigkeitsdaten diskutiert. Eine zusätzliche Datenausführungsform schließt Drehmomentdaten ein. In Ventilbetätigern, in denen ein Drehmoment gemessen wird, können die Oszillationen des Drehmoments in den Frequenzbereich überführt werden. Wo das Ausgabedrehmoment, welches zu einem Ventilschaft geführt wird, überwacht wird, könnten die Drehmomentdaten ebenso in dem Frequenzbereich analysiert werden. Ein in dem Ventilbetätiger oder entfernt von dem Ventilbetätiger integrierter Prozessor könnte die Drehmomentdaten im Frequenzbereich in jede der oben diskutierten Arten mit Bezug zu den Geschwindigkeitsdaten konvertieren, oder durch jede im Stand der Technik bekannte Technologie. Die Frequenzen können dann mit den Antriebsstrangkomponenten identifiziert werden und der Nutzer ist mit einer Anzeige der Gesundheit des Ventilbetätigers ausgestattet.Previously, frequency analysis was discussed relative to velocity data. An additional data embodiment includes torque data. In valve actuators in which torque is measured, the oscillations of the torque can be converted into the frequency range. Where the output torque delivered to a valve stem is monitored, the torque data could also be analyzed in the frequency domain. A processor integrated in or remote from the valve actuator could convert the torque data in the frequency domain in any of the ways discussed above with respect to the velocity data, or by any technology known in the art. The frequencies can then be identified with the powertrain components and the user is provided with an indicator of the health of the valve actuator.
Eine andere Datenausführungsform schließt Schubdaten ein. Als Beispiel ist ein elektrischer Motor eines Ventilbetätigers an die Schnecke eines Schnecken/Schneckenrades in dem Antriebsstrang gekoppelt. Der axiale Schub der Schnecke wird überwacht, um das Drehmoment auszulesen, welches durch das Schneckenrad geliefert wird. Ein in dem Ventilbetätiger eingeschlossener Prozessor oder ein entfernt von dem Ventilbetätiger eingeschlossener Prozessor kann die Schubdaten im Frequenzbereich identisch zu jeder der oben diskutierten Art mit Bezug zu den Geschwindigkeitsdaten oder durch jede im Stand der Technik bekannte Technologie konvertieren. Die Frequenzen können dann mit den Antriebsstrangkomponenten identifiziert werden - entweder durch den Nutzer oder durch ein Computerprogramm. Daher wird eine Diagnose des Ventilbetätigers bereitgestellt. Zusätzlich können mehrere Schubsensoren verwendet werden.Another data embodiment includes thrust data. As an example, an electric motor of a valve actuator is coupled to the worm of a worm/worm wheel in the drive train. The axial thrust of the worm is monitored to read the torque delivered by the worm wheel. A processor included in the valve actuator or a processor included remotely from the valve actuator may convert the thrust data in the frequency domain identical to any of the types discussed above with respect to the velocity data or by any technology known in the art. The frequencies can then be identified with the powertrain components - either by the user or by a computer program. Therefore, a diagnosis of the valve actuator is provided. In addition, several thrust sensors can be used.
Eine zusätzliche Datenausführungsform schließt Vibrationsdaten ein. Beispielsweise sind acht Beschleunigungsmesser an einer Vielzahl von Orten in einem Ventilbetätiger angeordnet. Alle acht Beschleunigungsmesser lesen dieselben Vibrationen in dem Ventilbetätiger. Jedoch würde der der gegebenen Quelle näheste Beschleunigungsmesser das intensivste Signal aufweisen. Das Betrachten der Vibrationsdaten von allen acht Sensoren im Frequenzbereich kann das zielgenaue Auffinden von Vibrationsquellen ermöglichen. Die Frequenzen der Vibrationen können dann mit den Antriebsstrangkomponenten korreliert werden. Daher kann ein Nutzer vor anstehenden Problemen mit dem Ventilbetätiger gewarnt werden.An additional data embodiment includes vibration data. For example, eight accelerometers are arranged at a variety of locations in a valve actuator. All eight accelerometers read the same vibrations in the valve actuator. However, the accelerometer closest to the given source would have the most intense signal. Viewing vibration data from all eight sensors in the frequency domain can enable pinpoint location of vibration sources. The frequencies of the vibrations can then be correlated with the powertrain components. Therefore, a user can be warned of upcoming problems with the valve actuator.
Jede Anzahl von Sensoren in jeder der Ausführungsformen kann verwendet werden. Zum Beispiel kann mehr als ein Geschwindigkeitssensor verwendet werden. Zusätzlich können mehrere Sensoren verschiedener Art verwendet werden. Beispielsweise kann ein Ventilbetätiger einen Drehgeber, wie einen Drehgeber 1 einschließen. Der Ventilbetätiger kann auch einen axialen Schubsensor einschließen. Frequenzanalysen können mit den Geschwindigkeitsdaten durchgeführt werden, welche durch das Taktungsrad 20 erzeugt werden, oder mit den Schubdaten oder mit beiden.Any number of sensors in any of the embodiments can be used. For example, more than one speed sensor can be used. In addition, several sensors of different types can be used. For example, a valve actuator may include a rotary encoder, such as
Die Drehvorrichtung oder der Ventilbetätiger, der durch die vorliegende Erfindung zu überwachen ist, kann durch einen elektrischen Motor, hydraulischen Druck, eine Maschine, ein Handrad oder jede andere im Stand der Technik bekannte Art angetrieben werden.The rotating device or valve actuator to be monitored by the present invention may be driven by an electric motor, hydraulic pressure, a machine, a handwheel, or any other type known in the art.
Obwohl die vorangegangene Beschreibung mehrere Besonderheiten beinhaltet, sind diese nicht gedacht als den Bereich der vorliegenden Erfindung beschränkend, sondern rein als Bereitstellung gewisser exemplarischer Ausführungsformen. Ähnlich können andere Ausführungsformen der Erfindung erdacht werden, welche nicht den Geist oder den Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen. Der Geist der Erfindung ist daher nur durch die beigefügten Ansprüche und ihre rechtlichen Äquivalente bezeichnet und beschränkt, vielmehr als durch die vorangegangene Beschreibung. Alle Hinzufügungen, Streichungen und Veränderungen der Erfindung, wie hierin beschrieben, welche unter die Bedeutung und den Bereich der Ansprüche fallen, sind in der vorliegenden Erfindung einschlossen.Although the foregoing description includes several features, these are not intended to limit the scope of the present invention, but rather to provide certain exemplary embodiments. Similarly, other embodiments of the invention may be devised which do not depart from the spirit or scope of the present invention. The spirit of the invention is therefore indicated and limited only by the appended claims and their legal equivalents, rather than by the foregoing description. All additions, deletions and variations of the invention as described herein that fall within the meaning and scope of the claims are included in the present invention.
Claims (20)
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