[发明专利]振动和状态监控系统及其部件

说明书

技术领域

本发明涉及涡流探头驱动器系统和作为数字处理模块一部分或作为单独的涡流探头驱动器模块的相关数字线性化，特别是在危险区域。本发明还涉及振动和状态监控系统。

背景技术

涡流探头(ECP)传感器系统从二十世纪70年代开始在主要与轴颈(套筒)轴承一起操作的旋转设备监控和保护中进行非接触式位移测量。ECP系统通常也称为“接近式探头系统”。

涡流探头依赖于包括振荡器的驱动器。振荡器用来激励所连接的涡流探头，以使其产生变化的磁场。当该第一磁场靠近钢制目标材料时，将在目标材料表米感生出时变涡流。所述涡流又会产生与原先第一磁场相反的第二磁场，因此影响探头末梢的合成阻抗。感生出的涡流大小取决于探头末梢和钢制目标材料之间的距离。因此，探头阻抗变化是探头末梢和目标材料之间距离的直接量度。

涡流驱动器系统中的振荡器电路通常建立在使用离散匹配晶体管级路(stage)作为活动元件的Collpits型振荡器。这种振荡器是电流驱动型的，并基本上以完全饱和模式操作，作为开关并因此为维持振荡提供所需的能量。产生的幅值由驱动电流的非线性属性限定，并且因寄生效应影响而依赖于温度和设备。为了从多个模块获得类似的输出响应，这种成本非常低的方法要求幅值校准，以及因驱动晶体管所使用的PN结而要求温度和频率补偿。此外，由于输出阻抗和寄生电容的影响，幅值稳定性取决于振荡器电路负载的稳定性。除了部件之间寄生效应的影响之外，这些电容性负载影响还取决于频率，因此影响探头/电缆谐振总体阻抗值。即使采用不同的电缆长度，也希望振荡器频率在探头系统全部操作范围内尽可能保持恒定。此外，对于较长的电缆长度来说，为了优化阻抗响应而调谐谐振电路，通常在电流系统采用并联、通常为铁基的负载电感。但是，这种铁基电感跟随时间而发生长期变化/漂移，因此对于谐振电路输出阻抗也有影响。

利用恒定驱动电流，输出电压将作为谐振阻抗和激励电流基础谐波响应的函数。由于这种特性，对于相等的探头/电缆系统来说，产生的谐振电压受到电平变化影响，因此在不同的驱动模块之间，不可以认为是恒定的。因此，这就要求存在不希望的手工校准，需要更好的维持幅值精度和稳定性的装置。因此，显然存在改进空间。

发明内容

本发明的目标是限定一种驱动方法和一种具有简单高精度模拟部件的涡流探头驱动器。

本发明进一步的目的是限定一种能在危险区域有效进行振动监控的单元和方法。

本发明的前述目标借助一种涡流探头振荡器单元来实现，该单元具有独立的幅值增益控制和探头阻抗测量敏感性控制，即幅值增益相对于探头阻抗呈线性。根据本发明，涡流探头振荡器单元包括双重反馈环路，该环路包括第一支路和第二支路，即第一反馈环路和第二反馈环路。

前述目标还借助一种布置成耦接到涡流探头的涡流探头振荡器单元来实现。根据本发明，涡流探头振荡器单元包括双重反馈环路，该环路包括第一支路和第二支路。该双重反馈环路的第二支路适当地布置为电压限制器，从而创建限定的电压受限的输入，该输入与输出信号同相。优选，所连接的涡流探头和将涡流探头连接到涡流探头振荡器单元的电缆形成涡流振荡器单元的LC谐振器。在一些实施方式中，双重反馈环路的第一支路的增益至少部分限定振荡器单元的幅值增益。此外，优选，双重反馈环路第二支路的增益至少部分限定探头阻抗检测灵敏性的线性特性。在一种实施方式中，双重反馈环路第一支路和第二支路的增益限定探头阻抗检测灵敏性的线性特性。

本发明的前述目标借助一种振动监控系统来实现，该振动监控系统布置成借助来自至少一个涡流探头的测量值来监控至少一个旋转部件。根据本发明，该系统包括位于该至少一个旋转部件的本地的分布式单元，该分布式单元包括根据前述任意实施方式的涡流驱动器。优选该分布式单元布置到区域1环境中，或者同等分类诸如类别1分部1，并且该至少一个旋转部件位于区域1环境中。

对于其他系统来说，接近无限间隙(远距离)时，由于响应为非线性，所以谐振阻抗(tank impedance)变化变小，这可能被认为是一种缺陷。测量这种小阻抗变化的能力将扩大适用的涡流探头系统的测量范围。因此，振荡器电路应该进行优化，从而对接近最大探头阻抗时的这种小阻抗变化(dV_out/dZ_probe高)敏感。根据目标监控场合，涡流探头系统设计方案需要适应许多参数变化。这些变化包括但不限于位移探头尺寸、电缆长度、目标材料和所需输出灵敏性。