专利名称：用于传送来自旋转组件的数据的系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及用于传送来自旋转组件的数据的系统和方法。在具体实施例中， 系统和方法可能将功率提供到旋转组件上的传感器。
背景技术：
许多机器包含有旋转组件。例如，风力涡轮机、燃气轮机、蒸汽轮机、泵、风扇、发电机、发动机、和常含有轴、叶片和其他旋转组件的其他形式商用设备。在本领域中已知的是， 在旋转组件上安装一个或多个传感器以测量旋转组件的多种特性从而控制、监测、和/或提高旋转组件的操作。例如，测量旋转组件的温度、速率、应力、应变、振动和/或其他特性的传感器可允许对异常情况的早期检测，调整以修复或维护进度表，和/或其他动作来提高操作。已知在本领域中多种集电环(slip ring)和遥测系统用于将来自旋转组件的传感器数据传送到固定组件做进一步分析。例如，在集电环系统中，模拟传感器数据可能通过集电环传送到固定数据采集电路。然而，可通过各集电环传输的模拟数据量与可存在于每个旋转组件上的传感器的数量相比是相对有限的。另一方面，遥测系统可能包括在旋转组件上的、将传感器数据打包成压缩数据流的电路。在旋转组件上的发射机可接下来将来自旋转组件的压缩数据流传送到邻近的固定环形天线。以这种方式，与通过集电环可传输的的相比，在遥测系统中的每个发射机可传输更大量的传感器数据。尽管遥测系统与传统的集电环系统相比一般提供了增强的数据传输能力，但是遥测系统同样有它们的限制。对每种类型的传感器典型地需要分离的发射机，并且发射机和环形天线组件一般地比用在集电环系统中的组件更贵。由于与环形天线和发射机之间的电感耦合相关联的固有问题，可通过环形天线供给到传感器的功率量有些受限。另外，在环形天线和发射机之间要求有特定几何形状以确保可靠的通信。振动、电磁干扰和关于旋转组件呈现的其他效应可干扰特定集合形状并导致在发射机和环形天线之间数据丢失。结果，用于传递来自旋转组件的数据的系统和方法中的持续改进将会是有用的。
发明内容
本发明的方面和优点将在下面的描述中陈述，或者可以从描述中显而易见，或者可通过实践本发明而了解。本发明的一个实施例是用于传送来自旋转组件的数据的系统。该系统包括在旋转组件上的多个传感器，其中多个传感器的每个检测旋转组件的至少一个特性并传送反映特性的信号。与多个传感器通信的多个数据集电环，以及在多个传感器和多个数据集电环之间的信号调节电路将来自多个传感器的信号的每个转换成数字信号。本发明的另一个实施例是用于传送来自旋转组件的数据的系统。该系统包括在旋转组件上的多个传感器，其中多个传感器检测旋转组件的多个特性并传送反映多个特性的多个信号。与多个传感器通信的多个数据集电环，以及在多个传感器和多个数据集电环之间的信号调节电路将多个信号转换成多个数字信号。本发明也包括用于传送来自旋转组件的数据的方法。该方法包括使用多个传感器来感测旋转组件的特性并从多个传感器的每个生成反映旋转组件特性的信号。上述方法进一步包括将每个信号转换成数字信号并通过多个数据集电环传输来自旋转组件的每个数字信号。在回顾说明书时，本领域普通技术人员将会更好地意识到这样的实施例或者其他的实施例的特征和方面。
针对本领域技术人员的、本发明的完整和使能性的公开(包括其最佳模式)，在参考附图的说明书剩余部分中更具体地加以陈述，在附图中图1是根据本发明一个实施例的系统的一部分的透视图；以及图2是图1所示的系统的另一部分的透视图。
具体实施例方式现在，将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例示于附图中。详细描述用数字和字母标识来指示附图中的特征。在附图和描述中相同或相似的标识用来指示本发明中相同或者相似的部件。通过解释本发明而不是限制本发明的方式来提供每个示例。实际上，对于本领域技术人员显然的是在不脱离本发明的范围或精神的情况下，能在本发明中进行修改和变化。例如，作为一个实施例部分示出或描述的特征能在另一个实施例上使用，以产生又一个实施例。因而，本发明意在覆盖如所附权利要求及它们等同范围之内的此类修改和变化。本发明的实施例提供了用于传送来自旋转组件的数据的系统和方法。上述系统和方法采用一个或多个调节电路来数字化、多路复用、和/或流化(stream)来自多个传感器通过集电环到数据采集电路的数据信号。调节电路可被编程以接收来自选择以测量旋转组件特性的实际上任何传感器的数据信号。具体实施例可进一步包括促进传感器的互连、置换、替代的或可交换性的电路板连接器。数据采集电路可能定位成远离旋转组件以进一步处理、记录和分析数据信号用于随后在旋转组件的测试、控制操作、修复、和/或维护中使用。另外，集电环可提供用于将电功率供给到传感器的方便和可靠的方法。图1和图2提供了根据本发明的一个实施例的系统10的简化透视图。系统10 — 般地包括多个传感器12、一个或多个信号调节电路14、和多个数据集电环16。具体实施例可进一步包括电路板连接器18、数据采集电路20、和多个功率集电环22。传感器12位于旋转组件13上并监测旋转组件13上的一个或多个特性。旋转组件13可能实质上包含旋转或者往复的任何装置。例如，旋转组件13可能是转子、轴、叶轮、 压缩机叶片、涡轮叶片或者旋转或者往复的任何其他组件。传感器12可包含压力检测器、 应变计或加速计，它们生成反映通过压缩机叶片、涡轮叶片或者其他旋转组件的振动或运动的一个或多个信号M。以这种方式，由传感器12检测到的特性可用来确定按照要求最小化或者增强叶片或者旋转组件中振动的最佳流量或者次佳流量。在其他实施例中，传感器 12可能包含热电偶或者电阻温度检测器，它们生成反映多种旋转组件温度的一个或多个信号24。以这种方式，传感器12检测到的特性可用来提高效率、检测异常情况，和/或监测旋转组件13的操作。除非在权利要求中特别陈述，否则本领域普通技术人员将容易意识到本发明的实施例并不局限于任何具体传感器。信号调节电路14 一般地位于传感器12和数据集电环16之间。具体实施例可包括用于传感器12的每个类型(例如，应变计、热电偶等)的、分离的信号调节电路。信号调节电路14接收由传感器12生成的信号M并处理或格式化用于传输通过数据集电环16的信号24。例如，信号调节电路14可接收来自传感器12的多个模拟信号M，并将模拟信号 M转换成数字信号、二进制信号、或其他基础系统格式化信号。信号调节电路14可进一步将多个数字化的信号多路复用到单个数字数据流。例如，信号调节设备可将热电偶信号M 转换成0-2. 3伏的数字值和将应变计信号M转换成2. 6-5伏的数字值。然后，信号调节电路14可将来自多个类型传感器12的多个数字化信号多路复用到交流数据格式的单个流， 用于通过数据集电环16的传送。以这种方式，通过单个数据集电环传送的数据的单个流可包括来自位于多个位置的多个传感器12的信息。可进一步编程信号调节电路14以确定每个具体传感器12的采样率。例如，与压力或者振动相比，温度一般是相对缓慢变化的特性。因此，可编程信号调节电路14，以比来自压力传感器12信号M的采样率低得多的频率来采样来自温度传感器12的信号M。另夕卜，在旋转组件13的具体区域上的传感器12可能需要不同的采样率。例如，更短的压缩机叶片或者涡轮叶片以比更长的压缩机叶片或者涡轮叶片高很多的频率振动。因此，可编程信号调节电路14从而比附连到更长的压缩机叶片或者涡轮叶片的压力传感器更频繁地采样来自附连到更短的压缩机叶片或者涡轮叶片的压力传感器12的信号M。如本文所述，信号调节电路14可包括硬连线逻辑、处理器、微处理器、控制器、微控制器或适于任何合适方式提供所需功能性的其它嵌入式电路。例如，通过响应用户经由控制软件发出的命令，一个或多个处理器可适于提供描述的功能性。然而，本文讨论的信号调节电路14并不局限于任何具体的硬件或软件架构或配置，而且不同的信号调节电路14 可用于正使用的传感器12的每个类型。例如，如无需要求额外详细讨论本领域普通技术人员就将理解的，本文陈述和公开的一些系统和方法也可由硬连线逻辑或者其他电路(包括但不限于专用电路)来实现。当然，计算机执行软件和硬连线逻辑或者其他电路的多种组合可能也是合适的。如图1和图2中所示，信号调节电路14和多个数据集电环16之间的电路板连接器 18可能与信号调节电路14相呼应地行动，以组织和引导数据流到特定的数据集电环16。例如，如图1中所示，信号调节电路14产生多个数据流观，并且每个数据流观可能又包含来自多个传感器12的信息。每个数据流观连接到电路板连接器18的第一侧30，以及在电路板连接器18上的内部连线(可简单地是束线)重新布线和组织输入数据流观到电路板连接器18的第二侧32。如图2中所示，电路板连接器18的第二侧32可包括引线(pigtail)、 束34、或者用于收集或者分开连线以促进将连线连接到特定数据集电环16的其它结构。例如，如果需要，电路板连接器18可根据传感器12类型、旋转组件13上的位置、或者操作者选择的任何其他鉴别器来组织数据流观。数据集电环16提供用于传送来自旋转组件13的数据的装置。每个数据集电环16 包含与旋转组件13—起旋转的导电圈或者导电带。传感器12和数据集电环14之间的电连接允许数据通过数据集电环16从传感器12持续通信。与数据集电环16接触的静电刷 (static brush)或者连线使电路完整，以允许在旋转组件13的数据传送离开。本领域普通技术人员可容易地意识到，通过将每个集电环16分成多个导电段，数据率传输可能成倍地提高。例如，四个独立的数据流观可能通过具有四个导电段的数据集电环16传送；八个独立的数据流观可能通过具有八个导电段的数据集电环16传送；等等。额外的功率集电环22可能用来提供或者传输电力到旋转组件13上。以这种方式，功率集电环22可用来将功率通过信号调节电路14供给到传感器12。本领域普通技术人员将容易地意识到，在刷和数据集电环及功率集电环16、22之间的电连接是充分更安全的并且对噪声、几何形状改变、和限制遥测系统功率传输和可靠性的其他因素更不敏感。如图2中所示，数据采集电路20连接到多个数据集电环及功率集电环16、22，以接收来自信号调节电路14的数据流28。数据采集电路20 —般地起到解复用器或者解码器的功能，以从由信号调节电路14产生的数据流观取下单独的传感器信号M。由于数据采集电路20没有位于旋转组件13上，因此它可能易于定位在远离旋转组件13的固定组件上。本领域普通技术人员将容易地意识到，相对图1和图2示出的所描述的系统10可提供用于传输来自旋转组件的数据的方法。该方法一般包括使用多个传感器12感测旋转组件的特性，并从多个传感器12的每个生成反映旋转组件特性的信号24。该方法进一步包括将每个信号22转换成数字信号M，并从旋转组件通过多个数据集电环16传输数字信号M的每一个。在具体实施例中，方法可进一步包括使用多个传感器12感测旋转组件的多个特性，并生成反映特性的多个信号22。另外，信号调节电路14可能多路复用反映特性的多个信号22。多个信号22可能因此通过数据集电环16并远离旋转组件地传输到数据采集电路20。本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，以及还使本领域技术人员能实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统及执行任何结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求来定义，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例包括与权利要求字面语言无不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求字面语言无实质不同的等效结构要素，则它们规定为在权利要求范围之内。组件表附图标记组件10系统12传感器13旋转组件14信号调节电路16数据集电环18电路板连接器20数据采集电路22功率集电环24模拟信号28数据流30电路板连接器的第一侧
32电路板连接器的第二侧34束
权利要求
1.一种用于传送来自旋转组件(13)的数据的系统(10)，包括a.在所述旋转组件(1 上的多个传感器(12)，其中，所述多个传感器(1 的每个检测所述旋转组件(13)的至少一个特性并传送反映所述特性的信号04)；b.多个数据集电环(16)，其与所述多个传感器(1 通信；以及c.在所述多个传感器(1 和所述多个数据集电环(16)之间的信号调节电路(14)，其中，所述信号调节电路(14)将来自所述多个传感器(1 的所述信号04)的每个转换成数字信号。
2.如权利要求1所述的系统(10)，其中，所述多个传感器(12)包括以下至少之一热电偶、应变计、电阻温度检测器、压力计、或加速计以及其组合。
3.如任何权利要求1-2中的任一项所述的系统(10)，其中，所述多个传感器(12)检测所述旋转组件(1 的多个特性并传送反映所述特性的多个信号04)。
4.如任何权利要求1-3中的任一项所述的系统(10)，其中，所述信号调节电路(14)多路复用来自所述多个传感器(1 的所述信号04)的每个。
5.如任何权利要求1-4中的任一项所述的系统(10)，进一步包括在所述信号调节电路 (14)和所述多个数据集电环(16)之间的电路板连接器(18)。
6.如任何权利要求1-5中的任一项所述的系统(10)，进一步包括与所述多个数据集电环(16)通信的数据采集电路(20)，其中，所述数据采集电路OO)接收所述数字信号04)。
7.如权利要求6所述的系统(10)，其中，所述数据采集电路OO)远离所述旋转组件 (13)。
8.如任何权利要求1-7中的任一项所述的系统(10)，进一步包括与所述多个传感器 (12)通信的多个功率集电环(22)，其中，所述多个功率集电环0 向所述多个传感器(12) 供给电功率。
9.一种用于传送来自旋转组件(1 的数据的方法，包括a.使用多个传感器(1 感测所述旋转组件(1 的特性；b.从所述多个传感器(1 的每个生成反映所述旋转组件(1 的所述特性的信号 (24)；c.将所述信号04)的每个转换成数字信号；以及d.通过多个数据集电环(16)传递来自所述旋转组件(1 的所述数字信号的每个。
10.如权利要求9所述的方法，进一步包括使用所述多个传感器(1 来感测所述旋转组件(13)的多个特性并生成反映所述特性的多个信号04)。
11.如权利要求10所述的方法，进一步包括多路复用反映所述特性的所述多个信号 04)。
12.如任何权利要求9-11中的任一项所述的方法，进一步包括将所述数字信号的每个传递到与所述多个数据集电环(16)通信并远离所述旋转组件(1 的数据采集电路00)。
13.如任何权利要求9-12中的任一项所述的方法，进一步包括通过多个功率集电环 (22)将电功率传递到所述多个传感器(12)。
全文摘要
本发明名称为“用于传送来自旋转组件的数据的系统和方法”。一种用于传送来自旋转组件(13)的数据的系统(10)，包括在旋转组件(13)上的传感器(12)，其中，每个传感器(12)检测旋转组件(13)的至少一个特性并传送反映该特性的信号(24)。数据集电环(16)与传感器(12)通信，以及在传感器(12)和数据集电环(16)之间的信号调节电路(14)将来自传感器(12)的信号(24)的每个转换成数字信号。一种用于传送来自旋转组件(13)的数据的方法，包括使用传感器(12)来感测旋转组件(13)的特性并从传感器(12)的每个生成反映旋转组件(13)特性的信号(24)。该方法进一步包括将每个信号(24)转换成数字信号并通过多个数据集电环(16)传递来自旋转组件(13)的数字信号的每个。
文档编号G08C19/00GK102542771SQ20111037957
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月7日 优先权日2010年11月8日
发明者C·J·施尔, D·R·威尔逊, D·W·肖, M·A·鲍尔 申请人:通用电气公司