振动监测系统和方法

技术领域

本发明涉及振动监测系统和方法。

背景技术

对各种装置(例如管道或各种机器)的振动监测用于获得处理或装置本身的状态的指示。

对于振动监测，已知使用附接至要监测的目标的加速度计。

为了克服具有永久安装的加速度计的装置的缺点，在US 2011/0288796中提出了使用一个或更多个基于雷达的位移传感器来从操作机器采集振动信息。根据US 2011/0288796，基于雷达的位移传感器可以被操纵或指向操作机器上的多个感兴趣的区域以从所述多个感兴趣的区域采集振动信息。

期望提供改进的振动监测，从而特别地使得能够提高振动监测的用户体验。

发明内容

因此，鉴于以上内容，本发明的总体目的是提供一种改进的振动监测，特别地使得能够提高振动监测的用户体验。

因此，根据本发明的第一方面，提供了一种振动监测系统，其用于远程监测多个目标中的每个目标的振动，该振动监测系统包括：测量单元，该测量单元被配置成对所述多个目标中的每个目标的振动进行无接触测量；以及处理电路系统，该处理电路系统耦接至该测量单元和成像单元并且被配置成：从该测量单元获取所述多个目标中的每个目标的振动数据；从该成像单元获取包括所述多个目标中的每个目标的场景的图像；基于所述多个目标中的每个目标的目标位置、所述多个目标中的每个目标的振动数据、该图像以及该场景的坐标系与该图像的坐标系之间的坐标变换来确定振动监测数据结构，该场景的坐标系中，限定了所述多个目标中的每个目标的目标位置；以及将该振动监测数据结构提供至远程设备，以使得在该远程设备处能够显示包括所述多个目标中的每个目标的场景的视觉表示以及所述多个目标中的每个目标的振动数据的表示。

本发明基于以下认识：监测的场景的图像与场景中的目标的振动数据之间的相关性可以用于在远程位置处显示该场景的视觉表示，其中，该视觉表示包括每个目标以及所述每个目标的振动数据的表示。

因此，用户或操作者可以从远程和安全的位置获得场景的概览以及该场景中的多个目标中的每个目标的振动状态的指示。这提供了对装置状态的改进的监测，这对于安全性以及对于在该装置处进行的任何处理的优化是有益的。

根据实施方式，振动监测系统可以包括成像单元；该成像单元可以相对于测量单元处于固定的位置布置；并且所述坐标变换可以是预定义的并且被存储在该振动监测系统中包括的存储器中。

振动监测系统的这种配置可以方便安装，因为在安装之后将不需要进行坐标变换。此外，例如在振动监测系统的设置期间，用户可以能够看到场景的图像，在该场景中，测量单元能够进行对振动的无接触测量。

此外，根据各种实施方式，振动监测系统的处理电路系统可以被配置成：从远程设备接收指示用于远程监测场景中的附加目标位置处的附加目标的振动的请求的信号；从测量单元获取该附加目标的振动数据；附加地基于该附加目标的振动数据来确定扩展的振动监测数据结构；以及将该扩展的振动监测数据结构提供至远程设备。因此，可以远程且直观地添加要监测的新目标。

根据实施方式，可以在用于监测的请求之后检查附加目标和/或其他潜在的附加目标的振动测量的可行性。替选地或组合地，可以对潜在目标进行预审，并且可以向用户显示可以进行可靠的振动监测的可访问目标的视觉指示。

根据实施方式，测量单元可以有利地包括：收发器，该收发器用于生成、发送和接收电磁信号；天线装置，该天线装置耦接至该收发器以用于向多个目标中的每个目标辐射由该收发器生成的至少一个电磁发射信号，以及用于向该收发器返回由所述至少一个发射信号在所述多个目标中的每个目标处的反射产生的电磁反射信号；以及处理电路系统，其耦接至该收发器并且被配置成基于所述至少一个发射信号与该反射信号之间的定时关系来确定所述多个目标中的每个目标的振动数据。

为了保存能量，该测量单元可以被配置成向所述多个目标中的每个目标仅辐射至少一个发射信号并且不向所选目标之间的位置辐射。

根据实施方式，测量单元的收发器可以被配置成：形成多个测量信号，所述多个测量信号中的每个测量信号基于所述至少一个发射信号和由在所述多个目标中的相应目标处的反射产生的反射信号，该测量信号至少指示所述至少一个发射信号与该反射信号之间的相位差；并且该处理电路系统可以被配置成基于所述多个测量信号中的与目标位置对应的测量信号来确定所述多个目标位置中的每个目标位置的振动数据。

与分析反射信号与发射信号之间的频率差提供的精度(对于典型的频率范围和测量扫描配置，大约为1mm)相比较，分析反射信号与发射信号之间的相位差可以提供明显更高的精度(对于典型的频率范围和测量扫描配置，大约为10μm或更高精度)。

针对这种测量技术，可以使用CW(连续波)或FMCW(调频连续波)雷达系统。这种雷达系统本身是本领域普通技术人员公知的。

在使用FMCW技术的常规无接触填充物位确定系统中，通常不使用相位信息，因为针对典型的距离范围，相位信息与距离之间的关系不是明确的。

本发明人现在发现，针对根据本发明实施方式的振动监测系统，更精确的相位差测量可以产生明确的测量结果，因为所需的测量范围要小得多。

根据本发明的第二方面，提供了一种远程振动监测的方法，该方法包括下述步骤：从测量单元获取多个目标中的每个目标的振动数据，该测量单元被配置成进行无接触振动测量；从成像单元获取包括所述多个目标中的每个目标的场景的图像；基于所述多个目标中每个目标的目标位置、所述多个目标中的每个目标的振动数据、该图像、以及该场景的坐标系与该图像的坐标系之间的坐标变换来确定振动监测数据结构，在该场景的坐标系中，限定了所述多个目标中的每个目标的目标位置；以及将该振动监测数据结构提供至远程设备，以使得在该远程设备处能够显示包括所述多个目标中的每个目标的场景的视觉表示以及所述多个目标中的每个目标的振动数据的表示。

总之，本发明因此涉及一种振动监测系统，该振动监测系统包括：测量单元；以及处理电路系统，该处理电路系统耦接至该测量单元和成像单元并且被配置成：从该测量单元获取多个目标中的每个目标的振动数据；从该成像单元获取包括所述多个目标中的每个目标的场景的图像；确定振动监测数据结构；以及将该振动监测数据结构提供至远程设备，以使得在该远程设备处能够显示包括所述多个目标中的每个目标的场景的视觉表示以及所述多个目标中的每个目标的振动数据的表示。

附图说明

现在将参照附图更详细地描述本发明的这些和其他方面，其中：

图1示意性地示出了根据本发明的振动监测系统的示例实施方式；

图2是图1中的振动监测系统的示例配置的示意性框图；

图3是示出根据本发明的方法的第一示例实施方式的流程图；

图4示意性地示出了图3的流程图中的步骤；

图5A至5B是场景与图像之间的示例性坐标变换的图示；

图6是示出根据本发明的方法的第二示例实施方式的流程图；以及

图7示意性地示出了图6的流程图中的步骤。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本发明的振动监测系统1的示例实施方式，该振动监测系统被布置成用于远程监测处理设施3的示例性设置中的振动，该处理设施3可以例如是用于制造化学品的工厂。应当理解，图1的示例性设置仅表示根据本发明的振动监测系统的实施方式的各种可能且有益的用途的一个示例。其他示例包括例如对机器、建筑物、结构等的振动监测。然而，图1中的处理设施3可以用作其中由根据本发明的实施方式的振动监测系统提供的无接触振动测量和远程监测可能特别有益的设置的说明性示例。

参照图1，场景5中的多个目标中的每个目标T

图2是图1中的振动监测系统1的示例配置的示意性框图。在该示例配置中，振动监测系统1包括测量单元11、成像单元13、包括非易失性存储器17的处理电路系统15、接口19和壳体21。

如图2中示意性地指示的，振动监测系统1可以因此包括成像单元13，并且该成像单元13可以相对于测量单元11处于固定的位置布置。关于监测场景5与由成像单元13捕获的图像之间的关系的信息可以存储在存储器17中，该存储器17此处被例示为包括在处理电路系统15中。该信息可以包括场景5的坐标系与所述图像的坐标系之间的坐标变换。这种配置预期是用户友好的并且具有简单且直接的设置过程，并且如果振动监测系统1移动以及/或者如果期望监测另一场景的振动，则测量单元11和成像单元13“看到”同一场景5也是有益的。

然而，应当注意，成像单元13不必包括在振动监测系统1中。此外，即使成像单元13包括在振动监测系统1中，成像单元13也不需要相对于测量单元11处于固定的位置布置，或者与测量单元11一样被封装在壳体21中。由于通常可能不需要实时图像，因此例如在振动监测系统1的设置期间拍摄图像可能就足够了。然后，可以使用本身已知的图像处理技术来确定场景5的坐标系与图像的坐标系之间的坐标变换。

此外，虽然图2指示了振动监测系统1包括与测量单元11和成像单元13一样布置在壳体21内部的处理电路系统15，但是应当理解，振动监测系统1的处理电路系统15不必与测量单元11共同定位，而是所需处理的一部分或全部可以在另一位置处发生或者可以被分布进行。例如，处理可以发生在云中和/或远程设备7中。

如图2中示意性地指示的，测量单元11可以包括收发器23、天线装置25和测量处理器27。收发器23可以被配置成生成、发送和接收电磁信号，该电磁信号优选地具有高于40Ghz的载波频率例如高于70GHz的载波频率。天线装置25——此处被例示为用于高频的透镜天线——耦接至收发器23，以用于朝向多个目标中的每个目标T

振动数据可以例如基于测量单元11和每个目标T

例如，首先可以使用FMCW型雷达物位计系统的领域中本身已知的技术将发射信号S

此后，可以确定中频信号S

可以朝向整个场景5发射具有宽波瓣的单个发射信号S

虽然诸如上面描述的基于雷达的测量单元11对于许多应用例如涉及热或冷表面或者模糊环境或烟雾环境的应用可能是有利的，但是应当注意，根据本发明的振动监测系统1不限于任何特定的无接触测量技术，并且可以预见的是，例如，根据本发明的实施方式的振动监测系统1中可以包括基于激光的测量单元。

图1中的示意性图示指示从单个视点对每个目标T

除了被配置成对每个目标T

现在将参照图3中的流程图、另外参照图4及图5A至图5B以及上面提及的图1和图2来描述根据本发明的方法的第一示例实施方式。图4是本发明的振动监测系统1的实施方式的示意性图示，其与图1中的实施方式的主要不同之处在于处理电路系统15被提供为云解决方案，使得处理远程地进行。

在第一步骤301中，由处理电路系统15从被配置成进行无接触振动测量的测量单元11获取振动数据。参照图1，所获取的振动数据针对场景5中的多个目标中的每个目标T

在可以在第一步骤301之前、之后或与第一步骤301同时发生的第二步骤302中，由处理电路系统15从成像单元13获取图像，该成像单元13被布置成捕获包括多个目标中的每个目标T

此后，在步骤303中，确定振动监测数据结构。另外，参照图5A至图5B，振动监测数据结构基于下述：多个目标中的每个目标T

暂时转向图5A至图5B，图5A示出了处理设施3中的场景5的坐标系并且图5B示出了场景5的图像的坐标系。如图5A中示意性示出的，每个目标T

现在参照图5B，场景5中的目标T

如上面进一步提及的，用于将目标坐标(x

在图3中的方法的最后步骤304中，将振动监测数据结构提供至远程设备7，以使得能够在远程设备7处显示包括每个目标T

现在将参照图6中的流程图、另外参照图7以及上面提及的图1和图2来描述根据本发明的方法的第二示例实施方式。图7是本发明的振动监测系统1的实施方式的示意性图示，其与图1中的实施方式的主要不同之处在于处理电路系统15被提供为云解决方案，使得处理远程地进行。

在第一步骤601中，由处理电路系统15从远程设备7处接收用于远程监测场景5中的附加目标位置(x

在后续步骤602中，处理电路系统15从测量单元11获取附加目标位置T

在获取附加目标T

如果在步骤604中确定步骤603的评估的结果是附加目标T

在指示附加目标T

在步骤604中，相反，如果确定步骤603的评估的结果是附加目标T

最后，将该扩展的振动监测数据结构提供至远程设备7，以用于在场景5的表示中显示附加目标。

本领域技术人员认识到，本发明绝不限于上面所描述的优选实施方式。相反，在所附权利要求书的范围内可以进行许多修改和变型。例如，发射信号可以是脉冲信号。