用于确定信号的包络的设备和方法与流程
本发明涉及用于确定信号的包络的设备和用于确定信号的包络的方法。
背景技术：
1、通常，轴承设置有振动传感器，该振动传感器传送代表所述轴承的振动的信号。
2、确定信号的包络，并使用例如快速傅立叶分析对包络进行频谱分析以获得频谱。
3、从频谱中识别代表轴承的缺陷(例如轴承的内圈的滚道上的缺陷)的谐波。
4、通常，为了确定由振动传感器传送的信号的包络，信号被采样，并且信号的样本被带通滤波器滤波。
5、带通滤波器可以包括级联的相互依赖的高阶和低阶滤波器，例如无限脉冲响应滤波器iir。每个滤波器都需要精心设计，以限制限制滤波器幅度响应的相位响应失真。
6、信号整流器对由带通滤波器输出的滤波信号进行整流。由于信号整流器是非线性的，信号的采样率必须是包括信号的包络的包络信号的频率的两倍。这种采样率加倍对于计算复杂度和功耗具有有害的后果。此外，信号整流器引入了由振动传感器传送的信号中不存在的频谱线。
7、整流后的信号由低通滤波器滤波，该低通滤波器去除引入的倍频分量并充当平滑滤波器。低通滤波器必须仔细设计以限制相位失真。此外，与带通滤波器的相互影响经常导致固定的和非最佳的低通滤波器参数化。
8、低通滤波器输出由振动传感器传送的信号的包络信号。
9、为了限制包络信号的数据传输/存储，包络信号可以由抽取(decimation)子系统抽取，该抽取子系统在不引入频谱混叠的情况下降低信号采样率。抽取子系统传送包络信号的包络信号抽取的较低采样率表示。抽取子系统的设计必须限制失真。此外，抽取子系统的实现可能增加确定输出包络信号的复杂性并增加功耗。
10、带通滤波、整流、低通滤波和抽取的设计以限制参数选择并使定制调谐变得困难的方式相互作用。
技术实现思路
1、因此，本发明旨在简化信号的包络的确定并减少设计约束。
2、根据一方面，提出了一种用于确定信号的包络的设备。
3、该设备包括：
4、-调节装置，该调节装置被配置为以第一预定采样率从信号的样本生成样本的向量，
5、-第一频谱分析装置，该第一频谱分析装置被配置为执行样本的向量的频谱分析以获得一组频率仓(frequency bins)，每个频率仓表示相对于频率值的幅度和相位，
6、-滤波装置，该滤波装置被配置为对频率仓进行滤波以选择其频率等于至少一个正的预定频率的频率仓，其频率等于预定频率的频率仓是所选择的频率仓，
7、-第二频谱分析装置，该第二频谱分析装置被配置为对所选择的频率仓执行逆频谱分析以获得中间信号，所选择的频率仓从频域转换到时域，以及
8、-确定装置，该确定装置被配置为确定中间信号的幅度，中间信号的幅度等于信号的包络。
9、滤波装置执行频谱滤波而不引入相位失真，因为滤波可以是线性相位滤波。
10、在包络信号中引入有限的相位失真，使得包络信号可以由实现基于时间波形的分析方法(例如时间波形峰-峰值统计)的算法来处理。
11、优选地，调节装置被配置为将信号的样本存储在向量中，并且在所述样本之后用零来扩展所述向量，所述零的数量最多等于样本数量。
12、有利地，滤波装置还被配置为通过预定系数对至少一个所选择的频率仓进行加权。
13、优选地，第二频谱分析装置还被配置为以第二预定采样率对所选择的频率仓进行采样，以生成修改的所选择频率仓，对修改的所选择频率仓执行逆频谱分析。
14、有利地，第一频谱分析装置被配置为实现快速傅立叶变换算法，第二频谱分析装置被配置为实现逆快速傅立叶变换算法。
15、根据另一方面，提出了一种用于监测轴承设备的系统，该轴承设备包括设置有能够相对于彼此同心旋转的内圈和外圈的轴承，以及测量轴承的振动的振动传感器。
16、该系统包括：
17、-联接到振动传感器的如上定义的设备，
18、-第三频谱分析装置，该第三频谱分析装置被配置为对由振动传感器传送的信号的包络进行频谱分析，以及
19、-比较装置，该比较装置被配置为将由第三频谱分析装置执行的频谱分析的频率与故障特征频率进行比较，以识别轴承的缺陷。
20、有利的是，第三频谱分析装置实施快速傅立叶变换算法。
21、根据另一方面，提出了一种轴承设备。
22、该轴承设备包括：
23、-设置有能够相对于彼此同心旋转的内圈和外圈的轴承，
24、-振动传感器，配置为测量所述内圈或外圈的振动，以及
25、-联接到振动传感器的如上定义的系统。
26、根据另一方面，提出了一种用于确定信号的包络的方法。
27、该方法包括：
28、-以第一预定采样率从信号的样本生成样本的向量，
29、-对样本的向量执行第一频谱分析以获得一组频率仓，每个频率仓表示相对于频率值的幅度和相位，
30、-对频率仓进行滤波以选择其频率等于至少一个正的预定频率的频率仓，其频率等于预定频率的频率仓是所选择的频率仓，
31、-对所选择的频率仓执行逆频谱分析以获得中间信号，所选择的频率仓从频域转换到时域，
32、-确定中间信号的幅度，中间信号的幅度等于信号的包络。
33、有利的是，对频率仓进行滤波还包括通过预定系数对至少一个所选择的频率仓进行加权。
34、优选地，该方法还包括以第二预定采样率对所选择的频率仓进行采样以生成修改的所选择频率仓，对修改的所选择频率仓执行逆频谱分析。
35、有利的是，生成样本的向量包括将信号的样本存储在向量中，并在样本后用零来扩展向量，所述零的数量最多等于样本数量。
36、优选地，对样本的向量执行第一频谱分析包括对样本的向量执行快速傅立叶变换，并且执行逆频谱分析包括对所选择的频率仓执行逆快速傅立叶变换。
37、有利地，轴承设备包括轴承和振动传感器，该轴承设置有能够相对于彼此同心旋转的内圈和外圈，该振动传感器测量轴承的振动，该方法包括以下步骤：
38、-根据如上定义的方法确定由振动传感器传送的信号的包络，
39、-对由传感器传送的信号的包络进行第二频谱分析，以及
40、-将从第二频谱分析获得的频率与故障特征频率进行比较，以识别轴承的缺陷。
技术特征：
1.一种用于确定信号(s9)的包络的设备(11)，该设备包括：
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述调节装置(12)被配置为将所述信号(s9)的样本存储在所述向量中，并且在所述样本之后用零来扩展所述向量，所述零的数量最多等于样本数量。
3.一种用于监测轴承设备的系统(10)，该轴承设备包括轴承(4)，该轴承设置有能够相对于彼此同心旋转的内圈(5)和外圈(6)，以及测量轴承的振动的振动传感器(8)，该系统包括：
4.一种轴承设备(1)包括：
5.一种用于确定信号(s9)的包络的方法，该方法包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其中对频率仓进行滤波还包括通过预定系数对至少一个所选择的频率仓进行加权。
7.根据权利要求5或6所述的方法，还包括以第二预定采样率对所选择的频率仓进行采样，以生成修改的所选择频率仓，对修改的所选择频率仓执行逆频谱分析。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中生成样本的向量包括将信号的样本存储在向量中，并且在样本后用零来扩展向量，所述零的数量最多等于样本数量。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的方法，其中对样本的向量执行第一频谱分析包括对样本的向量执行快速傅立叶变换(algo1)，执行逆频谱分析包括对所选择的频率仓执行逆快速傅立叶变换(algo2)。
10.一种用于监测轴承设备的方法，该轴承设备包括轴承(4)和振动传感器(8)，该轴承设置有能够相对于彼此同心旋转的内圈(5)和外圈(6)，该振动传感器测量轴承的振动，该方法包括以下步骤：
技术总结
一种用于确定信号(S9)的包络的设备(11)，该设备包括：调节装置(12)；第一频谱分析装置(13)；滤波装置(14)；第二频谱分析装置(15)；以及确定装置(16)。
技术研发人员：J·P·勒布朗克,P·帕杰尔维
受保护的技术使用者：斯凯孚公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23