專利名稱：測量機(jī)器部件與傳感器的接近度的傳感器組件和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請大體上涉及功率系統(tǒng)(power system)，更具體地涉及測量機(jī)器部件相對于傳感器的接近度的傳感器組件和方法。
背景技術(shù)：
已知的機(jī)器可在運(yùn)行期間展現(xiàn)振動和/或其他異常行為。一個或多個傳感器可用于測量和/或監(jiān)測這樣的行為并且確定例如在機(jī)器傳動軸中展現(xiàn)的振動量、該機(jī)器傳動軸的轉(zhuǎn)速和/或運(yùn)行機(jī)器或馬達(dá)的任何其他運(yùn)行特性。通常，這樣的傳感器耦合于包括多個監(jiān)測器的機(jī)器監(jiān)測系統(tǒng)。該監(jiān)測系統(tǒng)從一個或多個傳感器接收信號、執(zhí)行關(guān)于這些信號的至少一個處理步驟和傳送修改的信號到診斷平臺，其向用戶顯示測量。至少一些已知的機(jī)器使用渦流傳感器來測量機(jī)器部件中的振動和/或機(jī)器部件的相對位置。然而，已知的渦流傳感器的使用可受到限制，因?yàn)檫@樣的傳感器的檢測范圍僅是渦流感測元件的寬度的大約一半。其他已知的機(jī)器使用光學(xué)傳感器來測量機(jī)器部件的振動和/或位置。然而，已知的光學(xué)傳感器可由污染物弄臟并且提供不準(zhǔn)確的測量，并且如此可不適合于工業(yè)環(huán)境。此外，已知的光學(xué)傳感器可不適合用于通過液體介質(zhì)和/或包括微粒的介質(zhì)來檢測機(jī)器部件的振動和/或位置。此外，至少一些已知的接近傳感器包括探頭和信號處理器。已知的探頭包括天線， 其產(chǎn)生一個或多個信號并且從緊密接近該天線的物體接受一個或多個反射信號。該探頭傳送反射信號到信號處理器用于處理和/或用于在計(jì)算接近度測量中使用。這樣的信號典型地經(jīng)由在探頭和信號處理器之間延伸的數(shù)據(jù)電纜傳送。然而，取決于探頭和信號處理器之間的距離，在探頭和信號處理器之間傳送的信號可由于該數(shù)據(jù)電纜的阻抗而在幅度和/或功率上衰減。這樣的衰減可使信號處理器產(chǎn)生不準(zhǔn)確的接近度測量。如此，已知的接近度傳感器的使用可受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實(shí)施例中，提供用于在監(jiān)測機(jī)器部件中使用的傳感器組件，其包括信號處理裝置和至少一個探頭。該至少一個探頭包括配置成從至少一個微波信號產(chǎn)生電磁場的發(fā)射器，其中當(dāng)機(jī)器部件安置在該電磁場內(nèi)時該發(fā)射器失諧使得產(chǎn)生加載信號。該至少一個探頭還包括耦合于該發(fā)射器并且配置成無線傳送該加載信號到該信號處理裝置的傳送器。在另一個實(shí)施例中，提供功率系統(tǒng)，其包括機(jī)器，該機(jī)器包括至少一個部件和接近該至少一個部件安置的傳感器組件。該傳感器組件包括信號處理裝置和至少一個探頭。該至少一個探頭包括配置成從至少一個微波信號產(chǎn)生電磁場的發(fā)射器，其中當(dāng)機(jī)器部件安置在該電磁場內(nèi)時該發(fā)射器失諧使得產(chǎn)生加載信號。該至少一個探頭還包括耦合于該發(fā)射器并且配置成無線傳送該加載信號到該信號處理裝置的傳送器。在再另一個實(shí)施例中，提供用于測量機(jī)器部件接近度的方法。該方法包括從至少一個微波信號產(chǎn)生電磁場并且產(chǎn)生代表該電磁場中斷的加載信號。該加載信號無線傳送到信號處理裝置，并且該至少一個機(jī)器部件的接近度基于接收的該加載信號而計(jì)算。


圖1是示范性功率系統(tǒng)的框圖。圖2是可與在圖1中示出的功率系統(tǒng)一起使用的示范性傳感器組件的框圖。圖3是可與在圖1中示出的功率系統(tǒng)一起使用的備選傳感器組件的框圖。圖4是可與在圖1中示出的功率系統(tǒng)一起使用的另一個備選傳感器組件的框圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出包括機(jī)器102的示范性功率系統(tǒng)100。在示范性實(shí)施例中，機(jī)器102可以是，但不限于，只是風(fēng)力渦輪機(jī)、水電渦輪機(jī)、燃?xì)鉁u輪機(jī)或壓縮機(jī)。備選地，機(jī)器102可以是在功率系統(tǒng)中使用的任何其他機(jī)器。在示范性實(shí)施例中，機(jī)器102使耦合于負(fù)載106(例如發(fā)電機(jī)等)的傳動軸104旋轉(zhuǎn)。在示范性實(shí)施例中，傳動軸104至少部分由容置在機(jī)器102內(nèi)和/或負(fù)載106內(nèi)的一個或多個軸承(未示出)支撐。備選地或另外，這些軸承可容置在例如變速箱等獨(dú)立支撐結(jié)構(gòu)108內(nèi)或在使功率系統(tǒng)100能夠起到如本文描述的作用的任何合適的結(jié)構(gòu)或部件內(nèi)。在示范性實(shí)施例中，功率系統(tǒng)100包括至少一個傳感器組件110，其測量和/或監(jiān)測機(jī)器102、傳動軸104、負(fù)載106和/或使系統(tǒng)100能夠起到如本文描述的作用的任何其他部件的至少一個運(yùn)行狀況。更具體地，在示范性實(shí)施例中，傳感器組件110是緊密地接近傳動軸104安置用于測量和/或監(jiān)測在傳動軸104和傳感器組件110之間限定的距離(在圖1中未示出)的接近度傳感器組件110。此外，在示范性實(shí)施例中，傳感器組件110使用微波信號來測量功率系統(tǒng)100的部件關(guān)于傳感器組件110的接近度。如本文使用的，術(shù)語 “微波”指接收和/或傳送具有在大約300兆赫(MHz)至大約300千兆赫(GHz)之間的一個或多個頻率的信號。備選地，傳感器組件110可測量和/或監(jiān)測功率系統(tǒng)100的任何其他部件，并且/或可以是使功率系統(tǒng)100能夠起到如本文描述的作用的任何其他傳感器或換能器。在示范性實(shí)施例中，每個傳感器組件110安置在功率系統(tǒng)100內(nèi)的任何位置中。此夕卜，在示范性實(shí)施例中，至少一個傳感器組件110耦合于診斷系統(tǒng)112用于在處理和/或分析由傳感器組件110產(chǎn)生的一個或多個信號中使用。在運(yùn)行期間，在示范性實(shí)施例中，機(jī)器102的運(yùn)行可使功率系統(tǒng)100的一個或多個部件(例如傳動軸104)關(guān)于至少一個傳感器組件110改變位置。例如，可引起部件振動并且/或部件可隨著功率系統(tǒng)內(nèi)的運(yùn)行溫度變化而伸展或收縮。在示范性實(shí)施例中，傳感器組件110測量和/或監(jiān)測部件相對于每個傳感器組件110的接近度、位置和/或振動量，并且傳送代表測量的部件的接近度、位置和/或振動量的信號(在下文中稱為“接近度測量信號”)到診斷系統(tǒng)112用于處理和/或分析。圖2是可與功率系統(tǒng)100(在圖1中示出)一起使用的示范性傳感器組件110的示意圖。在示范性實(shí)施例中，傳感器組件Iio包括信號處理裝置200和經(jīng)由數(shù)據(jù)連接204 與信號處理裝置200通信的探頭202。在示范性實(shí)施例中，數(shù)據(jù)連接204是無線數(shù)據(jù)連接 204，其使探頭202能夠與信號處理裝置200無線通信。此外，在示范性實(shí)施例中，探頭202包括耦合于探頭外殼208或安置在探頭外殼208內(nèi)的發(fā)射器206。更具體地，在示范性實(shí)施例中，探頭202是包括微波發(fā)射器206的微波探頭202。如此，在示范性實(shí)施例中，發(fā)射器 206具有在微波頻率范圍內(nèi)的諧振頻率。此外，在示范性實(shí)施例中，探頭202包括傳送器210和信號發(fā)生器212，其集成在探頭外殼208內(nèi)并且/或安置在探頭外殼208內(nèi)。備選地，傳送器210和/或信號發(fā)生器 212可安置在耦合于探頭外殼208的任何其他外殼或結(jié)構(gòu)(未示出)內(nèi)。傳送器210、信號發(fā)生器212和/或探頭202的任何其他部件可從電池(未示出)、從電力管道(未示出) 和/或從使傳感器組件110能夠起到如本文描述的作用的任何其他電源接收電力。在示范性實(shí)施例中，傳送器210是無線傳送器210，其經(jīng)由數(shù)據(jù)連接204傳送數(shù)據(jù)到信號處理裝置 200。更具體地，在示范性實(shí)施例中，傳送器210經(jīng)由任何無線協(xié)議和/或傳輸機(jī)制傳送數(shù)據(jù)到信號處理裝置200。這樣的無線協(xié)議和/或傳輸機(jī)制可包括，但不限于只包括無線以太網(wǎng)、ZigBee、藍(lán)牙、紅外通信、微波通信和/或任何其他射頻或無線通信協(xié)議和/或介質(zhì)。此外，在示范性實(shí)施例中，傳送器210包括用于在存儲信號數(shù)據(jù)中使用的存儲器 214。例如，存儲器214可包括，但不限于只包括隨機(jī)存取存儲器(RAM)、閃速存儲器和/或任何其他存儲電路和/或使傳感器組件110能夠起到如本文描述的作用的裝置。在示范性實(shí)施例中，存儲器214從發(fā)射器206接收信號并且存儲代表這些信號的數(shù)據(jù)用于傳送到信號處理裝置200。更具體地，在示范性實(shí)施例中，如果例如數(shù)據(jù)連接204等通信鏈路中斷， 則存儲器214緩沖數(shù)據(jù)。當(dāng)恢復(fù)數(shù)據(jù)連接204時，傳送器210從存儲器214檢索數(shù)據(jù)并且傳送該數(shù)據(jù)到信號處理裝置200。如此，存儲器214和傳送器210便于防止在數(shù)據(jù)連接204 中斷期間來自發(fā)射器206的數(shù)據(jù)損失。在示范性實(shí)施例中，信號發(fā)生器212是振蕩器，其產(chǎn)生具有等于或近似等于發(fā)射器206的諧振頻率的微波頻率的至少一個電信號(在下文中稱為“微波信號”)。備選地， 信號發(fā)生器212可以是產(chǎn)生微波信號的任何電路和/或裝置。信號發(fā)生器212傳送該微波信號到發(fā)射器206用于在產(chǎn)生電磁場216中使用。在示范性實(shí)施例中，接收器218集成和/或安置在信號處理裝置200內(nèi)。在示范性實(shí)施例中，接收器218通信地耦合于傳送器210。更具體地，在示范性實(shí)施例中，接收器 218是無線接收器218，其經(jīng)由數(shù)據(jù)連接204從傳送器210接收數(shù)據(jù)。此外，在示范性實(shí)施例中，探頭202包括集成在探頭外殼208內(nèi)的定向耦合裝置 220。更具體地，定向耦合裝置220耦合于天線206、傳送器210和信號發(fā)生器212。在示范性實(shí)施例中，信號發(fā)生器212經(jīng)由定向耦合裝置220傳送微波信號到發(fā)射器206，并且定向耦合裝置220傳送微波信號的反射到傳送器210，如在本文更充分描述的。傳送器210傳送反射微波信號或代表反射微波信號的數(shù)據(jù)到接收器218。在備選實(shí)施例中，定向耦合裝置 220安置在信號處理裝置200內(nèi)。在這樣的實(shí)施例中，反射微波信號可傳送到接收器218并且接收器218傳送反射微波信號到定向耦合裝置220。在示范性實(shí)施例中，接收器218從傳送器210接收代表反射微波信號的數(shù)據(jù)。此夕卜，在示范性實(shí)施例中，接收器218從該數(shù)據(jù)再生反射微波信號，并且傳送該反射微波信號到接收功率檢測器224。備選地，接收器218傳送代表反射微波信號的一個或多個特性的一個或多個信號到接收功率檢測器224，例如包含在反射微波信號中的功率量、反射微波信號的頻率、反射微波信號的幅度和/或反射微波信號的任何其他特性。
在示范性實(shí)施例中，信號處理裝置200還包括傳送功率檢測器222和信號調(diào)節(jié)裝置226。在示范性實(shí)施例中，信號調(diào)節(jié)裝置2 包括信號參考228、減法器230和線性化器 232。傳送功率檢測器222耦合于信號參考2 和減法器230。此外，減法器230耦合于接收功率檢測器2M和線性化器232。在運(yùn)行期間，在示范性實(shí)施例中，信號發(fā)生器212產(chǎn)生至少一個微波信號并且傳送該微波信號到發(fā)射器206。當(dāng)該微波信號傳送通過發(fā)射器206時，電磁場216從發(fā)射器 206發(fā)射并且從探頭外殼208出來。如果例如傳動軸104或機(jī)器102(在圖1示出)和/ 或功率系統(tǒng)100的另一個部件等物體進(jìn)入電磁場216內(nèi)并且/或改變電磁場216內(nèi)的相對位置，電磁耦合可在該物體和磁場216之間發(fā)生。更具體地，因?yàn)樵撐矬w的存在和/或因?yàn)檫@樣的物體移動，電磁場216可例如被打亂，因?yàn)樵谠撐矬w內(nèi)引起的感應(yīng)和/電容效應(yīng)可使電磁場216的至少一部分作為電流和/或電荷感應(yīng)地和/或電容性地耦合于部件。在這樣的實(shí)例中，發(fā)射器206失諧(即，發(fā)射器206的諧振頻率減小和/或改變)并且引起對發(fā)射器206加載(loading)。引起發(fā)射器206加載使微波信號的反射(在下文中稱為“失諧加載信號”)和/或代表該失諧加載信號的數(shù)據(jù)經(jīng)由定向耦合裝置220、傳送器210和數(shù)據(jù)連接204傳送到接收器218。在示范性實(shí)施例中，該失諧加載信號具有比微波信號的功率幅度更低的功率幅度和/或與微波信號的相位不同的相位。此外，在示范性實(shí)施例中，該失諧加載信號的功率幅度取決于物體到發(fā)射器206的接近度。如此，在示范性實(shí)施例中，傳送器 210在計(jì)算接近度測量之前傳送該失諧加載信號和/或代表該失諧加載信號的數(shù)據(jù)到接收器218。因此，探頭202和/或探頭外殼208包括僅最少的部件，其使探頭202和/或探頭外殼208與包括另外的信號處理部件的探頭相比能夠在尺寸上更小。在示范性實(shí)施例中，接收器218傳送失諧加載信號和/或代表失諧加載信號的數(shù)據(jù)到接收功率檢測器224。在示范性實(shí)施例中，接收功率檢測器2M確定基于失諧加載信號和/或包含在失諧加載信號內(nèi)的功率的量并且傳送代表該確定的失諧加載信號的信號到信號調(diào)節(jié)裝置226。在示范性實(shí)施例中，信號參考2 傳送與由信號發(fā)生器212產(chǎn)生的微波信號大致上相似的微波信號(在下文中稱為“參考信號”)到傳送功率檢測器222。更具體地，在示范性實(shí)施例中，信號參考2 傳送參考信號，其具有例如頻率、幅度、功率的量和/或任何其他特性等一個或多個特性，這與由信號發(fā)生器212產(chǎn)生的微波信號的一個或多個特性大致上相等。傳送功率檢測器222確定基于參考信號和/或包含在參考信號內(nèi)的功率的量并且傳送代表該參考信號功率的信號到信號調(diào)節(jié)裝置226。在示范性實(shí)施例中，減法器230接收參考信號功率和失諧加載信號功率，并且計(jì)算參考信號功率和失諧加載信號功率之間的差。減法器230傳送代表該計(jì)算差的信號(在下文中稱為“功率差信號”)到線性化器232。 在示范性實(shí)施例中，該功率差信號的幅度與在電磁場216內(nèi)的物體和探頭202之間限定的距離234( S卩，距離234稱作物體接近度)成比例，例如反比例或指數(shù)比例。取決于發(fā)射器 206的特性(例如發(fā)射器206的幾何形狀)，功率差信號的幅度可關(guān)于物體接近度至少部分展現(xiàn)非線性關(guān)系。在示范性實(shí)施例中，線性化器232將功率差信號轉(zhuǎn)變成電壓輸出信號(即，“接近度測量信號”)，其在物體接近度和接近度測量信號的幅度之間展現(xiàn)大致上線性關(guān)系。此外， 在示范性實(shí)施例中，線性化器232傳送接近度測量信號到診斷系統(tǒng)112 (在圖1中示出)，該接近度測量信號具有適合用于在診斷系統(tǒng)112內(nèi)處理和/或分析的比例因子。在示范性實(shí)施例中，接近度測量信號具有每毫米電壓數(shù)的比例因子。在示范性實(shí)施例中，接近度測量信號可具有使診斷系統(tǒng)112和/或功率系統(tǒng)100能夠起到如本文描述的作用的任何其他比例因子。在備選實(shí)施例中，信號處理裝置200不包括傳送功率檢測器222。相反，在這樣的實(shí)施例中，信號參考2 存儲代表包含在由信號發(fā)生器212產(chǎn)生的微波信號內(nèi)的功率的量的數(shù)據(jù)。在這樣的實(shí)施例中，信號參考2 直接傳送確定的微波信號功率數(shù)據(jù)到減法器 230，并且減法器230將微波信號功率數(shù)據(jù)與失諧加載信號功率數(shù)據(jù)比較以計(jì)算功率差信號。功率差信號如上文描述的那樣傳送到線性化器232。在另一個實(shí)施例中，傳送功率檢測器222和/或接收功率檢測器2 可代替安置在信號處理裝置200而安置在探頭202內(nèi)。在這樣的實(shí)施例中，省略信號參考2 并且傳送功率檢測器222經(jīng)由傳送器210傳送代表包含在微波信號(從信號發(fā)生器212和/或定向耦合裝置220接收的)中的功率的數(shù)據(jù)到接收器218。此外，接收功率檢測器2M經(jīng)由傳送器210傳送代表包含在失諧加載信號中的功率的數(shù)據(jù)到接收器218。該微波信號功率數(shù)據(jù)和失諧加載信號功率數(shù)據(jù)可通過減法器230比較并且功率差信號如上文描述的那樣傳送到線性化器232。備選地，減法器230還可安置在探頭202內(nèi)并且可省略信號參考228 使得僅接收器218和線性化器232安置在信號處理裝置200內(nèi)。此外，在一個實(shí)施例中，探頭202和/或信號處理裝置可包括功率管理系統(tǒng)(未示出)，其使探頭202和/或信號處理裝置內(nèi)的一個或多個部件例如在預(yù)定的閑置期后或在第一預(yù)定時段過去后斷電。該第一預(yù)定時段可以是大約1秒、大約1分鐘或使探頭202和 /或信號處理裝置200能夠測量物體相對于發(fā)射器206和/或探頭202的接近度、位置和/ 或振動量的任何其他時段。在這樣的實(shí)施例中，功率管理系統(tǒng)可使探頭202和/或信號處理裝置的部件例如在第二預(yù)定時段過去后和/或當(dāng)另一個事件發(fā)生(例如用戶發(fā)起的喚醒事件)時通電。該第二預(yù)定時段可以是大約1小時、大約15分鐘、大約1分鐘、大約30秒或使探頭202和/或信號處理裝置200能夠起到如本文描述的作用的任何其他時段。圖3是可與功率系統(tǒng)100(在圖1中示出)一起使用的備選傳感器組件300的框圖。傳感器組件300與傳感器組件110(在圖2中示出)大致上相似，并且同樣的部件在圖 3中用與在圖2中使用的相同的標(biāo)號標(biāo)記。在示范性實(shí)施例中，傳感器組件300包括多個探頭202，例如第一探頭302、第二探頭304和第三探頭306。盡管三個探頭202在圖3中圖示，應(yīng)該認(rèn)識到任何數(shù)量的探頭202可包括在傳感器組件300中。在示范性實(shí)施例中，每個探頭202經(jīng)由數(shù)據(jù)連接204耦合于信號處理裝置200，并且更具體地，耦合于接收器218。備選地，每個探頭202可經(jīng)由獨(dú)立數(shù)據(jù)連接204耦合于獨(dú)立信號處理裝置200。此外，在示范性實(shí)施例中，每個探頭202的信號發(fā)生器212產(chǎn)生與其他探頭202的微波信號大致上相似的微波信號。更具體地，在示范性實(shí)施例中，每個探頭信號發(fā)生器212產(chǎn)生微波信號，其具有例如頻率、幅度、功率的量和/或任何其他特性等一個或多個特性，這與所有其他探頭202的信號發(fā)生器212產(chǎn)生的微波信號的一個或多個特性近似相等。如此，接收器218和信號參考2 調(diào)到信號頻率和/或微波信號使得單個信號處理裝置200可使用多個探頭202來計(jì)算一個或多個物體接近度。圖4是可與功率系統(tǒng)100(在圖1中示出)一起使用的另一個備選傳感器組件400。傳感器組件400與傳感器組件110 (在圖2中示出)大致上相似，并且同樣的部件在圖4中用與在圖2中使用的相同的標(biāo)號標(biāo)記。在示范性實(shí)施例中，傳感器組件400包括多個探頭 202，例如第一探頭402、第二探頭404和第三探頭406。盡管三個探頭202在圖4中圖示， 應(yīng)該認(rèn)識到任何數(shù)量的探頭202可包括在傳感器組件400中。此外，當(dāng)單個傳送功率檢測器222、接收功率檢測器224、信號調(diào)節(jié)裝置226、信號參考228、減法器230和線性化器232 在圖4中圖示時，應(yīng)該認(rèn)識到任何數(shù)量的傳送功率檢測器222、接收功率檢測器224、信號調(diào)節(jié)裝置226、信號參考228、減法器230和/或線性化器232可包括在信號處理裝置200中。 如此，例如通過對于每個探頭202提供獨(dú)立傳送功率檢測器222、接收功率檢測器224、信號調(diào)節(jié)裝置226、信號參考228、減法器230和/或線性化器232，獨(dú)立信號處理路徑可對于每個探頭202提供。在示范性實(shí)施例中，信號處理裝置200包括多個接收器218。更具體地，在示范性實(shí)施例中，每個探頭202經(jīng)由相應(yīng)的數(shù)據(jù)連接204耦合于相應(yīng)的接收器218。例如，第一探頭402經(jīng)由第一數(shù)據(jù)連接410耦合于第一接收器408，第二探頭404經(jīng)由第二數(shù)據(jù)連接414 耦合于第二接收器412，并且第三探頭406經(jīng)由第三數(shù)據(jù)連接418耦合于第三接收器416。 此外，在示范性實(shí)施例中，至少一個探頭202的信號發(fā)生器212產(chǎn)生與至少另一個探頭202 的微波信號大致上不同的微波信號。更具體地，在示范性實(shí)施例中，至少一個探頭202的信號發(fā)生器212產(chǎn)生微波信號，其具有例如頻率、幅度、功率的量和/或任何其他特性等一個或多個特性，這與由至少另一個探頭202的信號發(fā)生器212產(chǎn)生的微波信號的一個或多個特性大致上不同。在一個實(shí)施例中，每個探頭202的信號發(fā)生器212產(chǎn)生微波信號，其與由每個另外的探頭202的信號發(fā)生器212產(chǎn)生的微波信號大致上不同。此外，在示范性實(shí)施例中，盡管可發(fā)生相移使得失諧加載信號可具有不同于微波信號的相位，在每個探頭202 內(nèi)產(chǎn)生的失諧加載信號具有與傳送到每個探頭202的發(fā)射器206的微波信號大致上相似的頻率和/或其他特性。如此，在示范性實(shí)施例中，每個探頭202傳送失諧加載信號(其與一個或多個探頭202的失諧加載信號大致上不同)到信號處理裝置200。每個接收器218調(diào)到由相應(yīng)的探頭202 (其耦合于接收器218)產(chǎn)生的微波信號的頻率和/或失諧加載信號的頻率使得每個接收器218能夠接收由該相應(yīng)的探頭產(chǎn)生的失諧加載信號。此外，信號參考2 提供與在每個探頭202內(nèi)產(chǎn)生的微波信號大致上相似的參考信號和/或數(shù)據(jù)。備選地，獨(dú)立信號參考2 包括在對于每個探頭202的信號調(diào)節(jié)裝置 226內(nèi)，使得每個信號參考2 提供與由相應(yīng)的探頭202產(chǎn)生的微波信號大致上相似的參考信號和/或數(shù)據(jù)。失諧加載信號和參考信號和/或數(shù)據(jù)傳送到接收功率檢測器224、傳送功率檢測器222和/或減法器230用于在對于每個比較產(chǎn)生功率差信號中使用。對于每個探頭202 的接近度測量信號采用與如上文參照圖2描述的相似的方式產(chǎn)生。如此，每個接收器218 和與接收器218關(guān)聯(lián)的每個信號參考2 可調(diào)到同頻并且/或可提供有相似的微波信號使得單個信號處理裝置200可使用多個探頭202來計(jì)算一個或多個物體的接近度。在一個實(shí)施例中，每個探頭202傳送識別數(shù)據(jù)連同失諧加載信號到相應(yīng)的接收器 218用于在識別從中生成失諧加載信號的探頭202中使用。該識別數(shù)據(jù)可傳送到信號參考 228、傳送功率檢測器222、減法器230和/或信號處理裝置200的任何其他部件以使信號處理裝置200能夠?qū)⑹еC加載信號與參考信號和/或數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。如此，減法器230可將來自多個探頭202的失諧加載信號與匹配參考信號和/或數(shù)據(jù)比較來計(jì)算對于每個探頭202的功率差信號。因此，信號處理裝置200和探頭202便于使用單個信號處理裝置200來產(chǎn)生對于多個探頭202 (其具有一個或多個不同的微波信號頻率和/或特性)的接近度測量。與已知的微波傳感器相比，本文描述的傳感器組件包括集成在微波探頭內(nèi)的無線傳送器和集成在信號處理裝置內(nèi)的無線接收器。這些無線接收器和傳送器使傳感器組件與使用物理數(shù)據(jù)電纜的已知傳感器相比能夠傳送具有更低的信號損失量的微波信號。本文描述的傳感器組件每個從集成在每個探頭內(nèi)的微波信號發(fā)生器產(chǎn)生電磁場，并且每個基于每個場內(nèi)的物體存在而產(chǎn)生失諧加載信號。探頭傳送代表該失諧加載信號的信號到信號處理裝置。信號處理裝置將包含在用于產(chǎn)生電磁場的微波信號中的功率的量與包含在失諧加載信號中的功率的量比較。信號處理裝置使用功率比較的結(jié)果來產(chǎn)生接近度測量。失諧加載信號的無線傳送便于在傳送期間減小信號損失，從而便于使信號處理裝置與已知傳感器 (其使用不同的接近度測量計(jì)算和/或使用物理數(shù)據(jù)電纜)相比能夠提供更準(zhǔn)確和穩(wěn)健的接近度測量。傳感器組件的示范性實(shí)施例和用于測量機(jī)器部件到傳感器的接近度的方法在上文詳細(xì)描述。方法和傳感器組件不限于本文描述的具體實(shí)施例，相反地，傳感器組件的部件和/或方法的步驟可獨(dú)立并且與本文描述的其他部件和/或步驟分開使用。例如，傳感器組件還可結(jié)合其他測量系統(tǒng)和方法使用，并且不限于只用本文描述的功率系統(tǒng)實(shí)踐。相反， 示范性實(shí)施例可以連同許多其他測量和/或監(jiān)測應(yīng)用實(shí)現(xiàn)和使用。盡管本發(fā)明的各種實(shí)施例的具體特征可在一些圖中而不在其他圖中示出，這僅是為了方便。根據(jù)本發(fā)明的原理，圖的任何特征可結(jié)合任何其他圖的任何特征來參考和/或來要求保護(hù)。該書面描述使用示例以公開本發(fā)明，其包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域內(nèi)任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何包含的方法。本發(fā)明的專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員想起的其他示例。這樣的其他示例如果它們具有不與權(quán)利要求的書面語言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求的書面語言無實(shí)質(zhì)區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件則規(guī)定在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。部件列表
權(quán)利要求
1.一種用于在監(jiān)測機(jī)器部件(104)中使用的傳感器組件(110)，所述傳感器組件包括信號處理裝置O00)；和至少一個探頭002)，其包括配置成從至少一個微波信號產(chǎn)生電磁場的發(fā)射器006)，其中當(dāng)機(jī)器部件安置在所述電磁場內(nèi)時所述發(fā)射器失諧使得產(chǎn)生加載信號；和耦合于所述發(fā)射器的傳送器O10)，所述傳送器配置成無線傳送所述加載信號到所述信號處理裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器組件(110)，其中所述信號處理裝置(200)計(jì)算包含在所述至少一個微波信號內(nèi)的功率的量和包含在從所述傳送器(210)接收的所述加載信號內(nèi)的功率的量之間的差。
3.如權(quán)利要求1所述的傳感器組件(110)，其中所述信號處理裝置(200)計(jì)算所述機(jī)器部件(104)關(guān)于所述至少一個探頭O02)的接近度。
4.如權(quán)利要求1所述的傳感器組件(110)，其中所述至少一個探頭(202)包括多個探頭，其每個無線傳送至少一個加載信號到所述信號處理裝置(200)。
5.如權(quán)利要求4所述的傳感器組件(110)，其中所述信號處理裝置(200)包括多個接收器018)，其每個從所述多個探頭Q02)中的相應(yīng)一個接收至少一個加載信號。
6.如權(quán)利要求1所述的傳感器組件(110)，其中所述傳送器(210)包括存儲器裝置 014)，其配置成如果所述傳送器和所述信號處理裝置(200)之間的通信被中斷則緩沖代表所述加載信號的數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求1所述的傳感器組件(110)，其中所述至少一個探頭(202)包括配置成傳送至少一個微波信號到所述發(fā)射器O06)的信號發(fā)生器012)。
8.一種功率系統(tǒng)(100)，其包括機(jī)器(102)，其包括至少一個部件(104)；和接近所述至少一個部件安置的傳感器組件(110)，所述傳感器組件包括 信號處理裝置O00)；和至少一個探頭002)，其包括發(fā)射器(206)和傳送器010)，所述發(fā)射器配置成從至少一個微波信號產(chǎn)生電磁場，其中當(dāng)所述至少一個部件安置在所述電磁場內(nèi)時所述發(fā)射器失諧使得產(chǎn)生加載信號，所述傳送器耦合于所述發(fā)射器并且配置成無線傳送所述加載信號到所述信號處理裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的功率系統(tǒng)(100)，其中所述信號處理裝置(200)計(jì)算包含在所述至少一個微波信號內(nèi)的功率的量和包含在從所述傳送器(210)接收的所述加載信號內(nèi)的功率的量之間的差。
10.如權(quán)利要求8所述的功率系統(tǒng)(100)，其中所述信號處理裝置(200)計(jì)算所述機(jī)器部件(104)關(guān)于所述至少一個探頭O02)的接近度。
全文摘要
本發(fā)明涉及測量機(jī)器部件與傳感器的接近度的傳感器組件和方法。用于在監(jiān)測機(jī)器部件(104)中使用的傳感器組件(110)包括信號處理裝置(200)和至少一個探頭(202)。該至少一個探頭包括配置成從至少一個微波信號產(chǎn)生電磁場的發(fā)射器(206)，其中當(dāng)機(jī)器部件安置在該電磁場內(nèi)時該發(fā)射器失諧使得產(chǎn)生加載信號。該至少一個探頭還包括耦合于該發(fā)射器并且配置成無線傳送該加載信號到該信號處理裝置的傳送器(210)。
文檔編號G01H9/00GK102540175SQ20111039333
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月22日
發(fā)明者B·L·謝克曼, R·詹森 申請人:通用電氣公司