专利名称：传感器和采用光管道的检查系统的制作方法
传感器和采用光管道的检查系统
背景技术：
本文公开的主题涉及检查系统，并且，更具体地，涉及使用光来操作传感器的检查系统的实施例。机器在操作期间可呈现异常行为(例如，过度的振动)。检查系统能够测量这一异常行为，以提供该异常行为的警报或其它指示。例如，这些检查系统可采用接近该机器的一个或多个传感器来确定该机器的振动的量、运动或其它工作特性。传感器提供信号给检查系统的其它部件，其能够处理该信号，并且在一个示例中显示数据的图形表示。许多检查系统使用电缆(例如，铜线缆、同轴线缆等)将传感器耦合到操作传感器和/或接收与处理来自传感器的信号的部件。然而，由电缆传输的信号容易遭受噪声、干扰和能够使信号降级和失真的其它外界影响。此外，当电缆的长度增加时，这些问题变得益加明显。仅提供上面的讨论以用于一般性的背景信息，并无意于将其用作确定所要求保护的主题的范围的辅助。
发明内容
公开了一种接近检查系统，其中，该接近检查系统包括能够在传感器和信号处理与控制部件之间传送光信号的管道。可以在该检查系统的一些公开的实施例的实践中实现的一个优点是，失真以及在传统的电缆中发现的其它问题的减少、从而增加了在传感器和诊断部件之间的可能的隔离距离。本发明的这一简要说明意在于仅提供根据一个或多个说明性实施例的本文所公开主题的概述，并不作为解释权利要求的指导或用来限定或限制本发明的范围，本发明的范围仅由所附的权利要求限定。提供这一简要的描述来以简化的形式介绍概念的说明性选择，其在下面的详细描述中进一步描述。这一简要描述并无意于标识权利要求的主题的主要特征或基本特征，也无意于用作确定所要求保护的主题的范围的辅助。要求保护的主题不限于解决了在背景中指出的任何或所有缺点的实现。
为使得成为其中能理解本发明的特征的方式，本发明的详细描述可以通过参考某些实施例进行，实施例的一些在附图中示出。然而，应当说明的是，附图仅示出了本发明的某些实施例，并且因而不被认为是限制其范围，因为本发明的范围包含了其它同样有效的实施例。附图不一定按比例绘制，一般是强调示出本发明的某些实施例的特征。在附图中，在多种视图中的相同的标号被用来指示相同的部分。因此，为进一步理解本发明，可参考以下的详细描述，结合附图进行阅读，在附图中:
图1是检查系统的示范性实施例的示意图；以及 图2是检查系统的另一示范性实施例的示意图。
具体实施例方式图1示出了能够测量、监测和检查对象102的检查系统100示范性的实施例。检查系统100包括能够生成电磁场106的传感器104和带有控制部件110和处理部件112的诊断部件108。检查系统100还包括给传感器104供电(例如，+5V DC)的电源114和诸如显示器116和/或计算装置118的一个或多个外围装置。检查系统100能够是网络系统120的一部分，它包括网络122和一个或多个外部服务器124。检查系统100还包括将传感器104耦合到信号处理和控制部件126的第一数据管道125。在一个不例中，传感器104和信号处理和控制部件126可以被认为是传感器组件。检查系统100还包括第二数据管道127来将信号处理和控制部件126耦合到诊断部件108。第一数据管道125能够传送光和/或光信号到传感器104以及信号处理和控制部件126。在本不例中，光信号标识为驱动光信号128和接收光信号130。检查系统100的实施例将电信号转换为光信号(例如,驱动光信号128和接收光信号130)，反之亦然。光信号有助于在传感器104和信号处理和控制部件126之间的通信。使用光作为通信介质允许在传感器104和信号处理和控制部件126之间的更大的分离。光较小遭受噪声和电磁干扰并且通常不受噪声和电磁干扰的影响。这些问题能够使穿过传统的电缆(例如，铜线缆)的信号失真。通过有效地消除失真，检查系统100的实施例允许传感器104从信号处理和控制部件126分离开至少约8230毫米(27英尺)和更大，允许第一数据管道125的长度比等效的电缆的长度更大。此外，使用光信号的无失真允许使用较高频率的装置(例如，传感器104)，它们提供了更准确和更有效的测量，并且在近场区域中进行测量是特别有用的。传感器104能够代替已知的润电流传感器、磁拾波式(magnetic pickup)传感器和电容传感器。传感器104的示例能够测量对于对象102的接近和/或距离。其它的示例能够在任何数量的应用中找到用处。某些应用可能需要静态检测，其中例如传感器104检测对象102的接近以测量例如对象102的膨胀和/或收缩。其它应用可采用传感器104进行动态检测，其中传感器104测量对象102的接近以检测运动，例如旋转轮机轴的振动。第一数据管道125能够包括带有能够传送光的一个或多个元件的光纤和/或光纤线缆。检查系统100的实施例能够采用任意数目的光纤线缆，例如，用于驱动光信号128的光纤线缆，以及分离地，用于接收光信号130的光纤线缆。在一个实施例中，第一数据管道125包括能够在传感器104和传感器信号处理和控制部件126之间传送多个不同的光信号的单个光纤线缆。电力线缆能够与光纤线缆一起(或作为其一部分)在相同空间延伸以将电力从电源114传送到传感器104。诊断部件108的示例能够是接收表示工业环境中的装备的操作状态的信号的独立部件。这些信号能够表示在工业环境中的装备和资产的诸如温度、速度、振动、位置等的多种操作状况。诊断部件108能够处理这些信号，在一个示例中生成被传送到诸如显示器、监督控制和数据采集(SCADA)系统等附加部件的一个或多个输出信号。在一个实施例中，控制部件110生成能够控制多种工厂资产的操作和功能的、处于可变的频率和状态的电信号。例如，控制部件110可以改变用于控制调节进入轮机的蒸汽量的阀的DC电压的电平。控制部件110的示例包括振荡器、继电器和电压输出。处理部件112处理电信号，并且，在一个示例中，能够比较两个电信号以确定它们之间的差别。比较的结果被表达为经处理的信号和/或其它电输出。显示器116和计算装置118能够将经处理的信号显示为数据的图形表示和/或由通过经处理的信号编码的信息。装置的示例能够包括示波器或相关的测试仪器。其它示例还能够提供图形用户界面(⑶I)或其它显示器，终端用户能够通过图形用户界面(⑶I)或其它显示器与诊断部件108以及网络系统120的其它部分接口。在一个实施例中，终端用户能够诸如通过挑选和/或选择例如数据的采样率、采样时间周期、可变频率、可变电压等不同的设定来操纵经处理的信号。传感器信号处理和控制部件126能够生成驱动光信号128。传感器104使用驱动光信号128生成电驱动信号(未不出),这会导致形成电磁场106。当对象102干扰电磁场106时，在电磁场106中感应出失真，该失真被传感器104感测。在一个实施例中，传感器104能够生成光的不同波长的接收光信号130。不同的波长将接收光信号130与驱动光信号128区别开。接收光信号130表示失真，该失真在对象102干扰电磁场106时由阻抗不匹配而创建。图2示出了以电磁场206监测对象202的检查系统200的另一个实施例。检查系统200包括第一数据管道225和第二数据管道227。检查系统200还包括被耦合到电信号振荡器234的第一光源232、滤光器236、第一光检测器238、第二光源240以及第三光源242。检查系统200还包括生成电磁场206的兀件244。定向稱合器246将第一光检测器238、第二光源240以及第三光源242耦合到元件244。检查系统200还包括第二光检测器248和第三光检测器250。此外，图2中也示出了检查系统200能够生成的各种信号(或“输入和输出”)。这些信号包括电信号和光信号。信号的详细信息如下，结合对检查系统200的示范性操作的讨论来给出。在一个实施例中，电信号振荡器234生成电驱动信号252,电驱动信号252被第一光源232转换为光驱动信号254。这个信号穿过第一数据管道225到第一光检测器238,第一光检测器238将光驱动信号254转换回电信号,作为恢复的驱动信号256而不出。在一个示例中，定向耦合器246指引恢复的驱动信号256的一部分作为前向反射的电信号258。前向反射的电信号258具有与恢复的驱动信号256的特性(例如，相位和频率)一致和/或成比例的和/或基于恢复的驱动信号256的特性的特性。在一个示例中，前向反射的电信号258与恢复的驱动信号256具有相同的频率和相位特性,但振幅较小。定向耦合器246还将指引恢复的驱动信号256的一部分至元件244，其电激励元件244并创建电磁场206。在一个实施例中，对象202与电磁场206的电容性和/或电感性率禹合“解调(detuning)”或使元件244共振响应变化。这些变化感应出元件244中的载荷(loading),这导致恢复的驱动信号256反射在兀件244中并作为逆向反射的电信号260从元件244中反射出。第二光源240和第三光源242将前向反射的电信号258和逆向反射的电信号260转换为光信号，并且更具体地，转换为前向反射的光信号262和逆向反射的光信号264。这些光信号穿过管道225。前向反射的光信号262和逆向反射的光信号264可以穿过相同的线缆，或在另一示例中，管道225可以包括用于前向反射的光信号262和逆向反射的光信号264的分离的线缆。同样，光驱动信号254、前向反射的光信号262和逆向反射的光信号264可以根据需要而穿过相同的和/或分离的线缆。滤光器电路236的示范性配置能够分离不同波长的光。这个特征例如对分离来自第二光源240的光(例如，前向反射的光信号262)和来自第三光源242的光(例如，逆向反射的光信号264)是有用的，特别是在这个光穿过单个的光纤管道时。棱镜和类似地光学配置的装置是滤光器238的例示。第二光检测器248和第三光检测器250能够将前向反射的光信号262和逆向反射的光信号264转换为诸如前向反射的处理信号266和逆向反射的处理信号268的电信号。这些电信号的进一步的处理能够发生在例如处理部件212处，处理部件212能够生成差信号(未示出)。这个信号限定了检查系统200要测量的对象202的特征、特性、关系和其它方面。在一个不例中，差信号表不对象202相对于传感器204的接近(mV/mm)。检查系统200的实施例将前向反射的处理信号266与逆向反射的处理信号268比较，例如以确定对象202的位置相对于元件244的变化。差信号能够显示在屏幕上或其它装置(例如，图1的显示器116和/或计算装置118)上。同样，存储在差信号中的信息能够被存储在诊断部件208或其它位置(例如，图1的计算装置118和外部服务器124)内的存储器中，或被保持以备将来使用。在一个实施例中，电信号中的一个或多个是微波信号。如本文中所用的，术语“微波”是指具有约300 MHz或更大的频率的信号，并且，在一个实施例中，是具有从约300MHz至约300GHz的频率的信号。在一个实施例中，虽然如本文所讨论的和考虑的那样，频率能够根据传感器204的构造而改变，但电驱动信号252的频率是从约3 MHz至约6 GHz0相关的传感器领域的技术人员一般知晓用于元件244的构造的示范性的元件和材料。在一个示例中，恢复的驱动信号256的频率与电信号振荡器234生成的电驱动信号252的频率是相同或基本相同的。光源(例如，第一光源232、第二光源240、第三光源242)能够包括发光二极管(LED)以及其它光发射、光生成装置。光检测器(例如，第一光检测器238、第二光检测器248、第三光检测器250)能够包括光电二极管和/或能够将光转换为例如电压或电流的电信号的其它装置。在本示例的上下文内，以及本公开作为一个整体，光电二极管能够接收来自LED的光信号，并将光信号转换成电信号。在一个实施例中，检查系统200采用具有不同波长的LED。合适的波长能够在从约700nm到约1600nm间变化，并且一般大于约850nm。在一个示例中，用于第一光源232的LED生成处于800nm的光，用于第二光源240的LED生成处于IOOOnm的光，且第三光源242生成处于1300nm的光。仍参考图2，检查系统200的实施例也能够包括混合器270、处理滤波器272和取最终电压输出并使其线性(而不是对数或指数)化的信号线性化器274。诊断部件208能够例如经由第二数据管道227接收产生的“线性”输出。混合器270和处理滤波器272的实施例有助于诸如比较参考信号和解调信号(上面讨论并示于图2)的功能的信号处理功能。相关的信号处理和传感器领域的技术人员将知晓，检查系统能够用其来提供这样的比较功能性以及本公开所设想的其它功能的多种说明性的电路、装置和元件。虽然本公开设想了在图1和图2中所示的部件的各种配置，但在一个示例中，传感器204能够包括第一光检测器238、第二光源240、第三光源242、元件244和定向耦合器246。信号处理和控制部件226能够包括第一光源232、电信号振荡器234、滤光器236、第二光检测器248和第三光电检测器250。在另外的其它实施例中，信号处理和控制部件226可包括其它部件，例如处理部件212和/或它的部件。除了在上面示出和描述的部件外，本公开的检查系统能够包括一个或多个处理器、存储器和有助于在本文所公开的功能和操作的其它辅助元件。处理器能够包括一个或多个微控制器、微处理器、精简指令集电路(RISC)、特定应用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路(PLC)和现场可编程门阵列(FPGA)。处理器也能够包括能够接收输入和生成输出的状态机电路或其它合适的元件。存储器能够包括易失性和非易失性存储器，并能够用于存储可执行指令(例如，软件和/或固件)和配置设定。在一些实施例中，处理器、存储器和其它电路能够被包含在单个的集成电路(IC)或其它部件中。作为另一个示例，处理器能够包括诸如RAM和/或ROM的集成程序存储器。类似地，这些部件的任何一个或多个功能能够被分布在附加的部件(例如，多个处理器或其它部件)中。如本文中所用的，以单数叙述并以词“一”或“一个”开头的元件或功能应被理解为不排除复数个所述元件或功能，除非明确指定了这样的排除。而且，对所要求保护的发明的“一个实施例”的引用不应解释为排除也并入了所叙述的特征的附加实施例的存在。这一书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求书限定，并可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果其它示例具有与权利要求书的字面语言并无不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的结构元件，则意在于这样的其它示例是在权利要求的范围内。部件列表
100检查系统 102对象 104传感器 106电磁场 108诊断部件 110控制部件 112处理部件 114电源 116显不器 118计算装置 120网络系统 122网络 124外部服务器 125第一数据管道 126控制部件 127第二数据管道 128驱动光信号130接收光信号
200检查系统
202对象
204传感器
206电磁场
208诊断部件
212处理部件
225第一数据管道
226控制部件
227第二数据管道
232第一光源
234电信号振荡器
236滤光器电路
238第一光检测器
240第二光源
242第三光源
244元件
246定向I禹合器
248第二光检测器
250第三光检测器
252电驱动信号
254光驱动信号
256恢复的驱动信号
258前向反射的电信号
260逆向反射的电信号
262前向反射的光信号
264逆向反射的光信号
266前向反射的处理信号
268逆向反射的处理信号
270混合器
272处理滤波器
274信号线性化器。
权利要求
1.一种传感器组件，包括: 传感器； 耦合到所述传感器的光数据管道；和 耦合到所述光数据管道的传感器信号处理和控制部件； 其中，所述传感器和所述传感器信号处理和控制部件经由所述光数据管道交换光信号; 其中，所述传感器包括:能够生成电驱动信号的光检测器，以及定向耦合器，所述定向耦合器指引所述电驱动信号到能够响应于所述电驱动信号生成电磁场的元件以及到光源； 其中，所述光源能够响应于所述电驱动信号在所述元件中的反射来生成逆向反射的光信号，以及能够生成具有基于所述电驱动信号的特性的特性的前向反射的信号，并且 其中，所述传感器信号处理和控制部件包括光检测器，所述光检测器能够将所述逆向反射的光信号转换为能够标识对象对于所述传感器的接近的逆向反射的处理信号。
2.根据权利要求1所述的传感器组件，其中，所述特性包括所述电驱动信号的频率、相位和振幅。
3.根据权利要求2所述的传感器组件，其中，所述光源包括能够生成所述前向反射的光信号的第一发光二极管和能够生成所述逆向反射的光信号的第二发光二极管。
4.根据权利要求1所述的传感器组件，其中，所述光检测器包括光电二极管。
5.根据权利要求1所述的传感器组件，还包括耦合到所述光数据管道的滤光器，其中，所述滤光器能够将所述逆向反射的光信号和所述前向反射的光信号指引到一对光电二极管。
6.—种检查系统,包括: 耦合到传感器信号处理和控制部件的光数据管道； 耦合到所述光数据管道的传感器，所述传感器包括能够响应于来自所述传感器信号处理和控制部件的光驱动信号生成电磁场的兀件， 其中，所述传感器生成穿过所述光管道的多个光信号，并且 其中，所述传感器信号处理和控制部件能够从所述光信号生成标识对象对于所述传感器的接近的一个或多个处理信号。
7.根据权利要求6所述的检查系统，还包括电信号振荡器，其中，所述电信号振荡器生成处于能够引起所述电磁场的频率的电驱动信号。
8.根据权利要求7所述的检查系统，其中，所述频率是300MHz或更大。
9.根据权利要求6所述的检查系统，其中，所述光信号包括表示所述元件的解调的逆向反射的光信号，以及具有基于所述电驱动信号的特性的特性的前向反射的光信号。
10.根据权利要求9所述的系统，还包括接收所述光信号的滤光器，其中，所述滤光器能够从前向反射的光信号分离所述逆向反射的光信号，其中，所述前向反射的光信号具有基于所述电驱动信号的振幅和相位。
11.根据权利要求6所述的检查系统，其中，所述光纤线缆包括载有在所述传感器和所述传感器信号处理和控制部件之间的所述光信号的多模式线缆。
12.根据权利要求6所述的检查系统，还包括耦合到所述传感器的电源。
13.根据权利要求6所述的检查系统，其中，所述第一光源包括发光二极管。
14.一种检查系统,包括: 多个光源； 耦合到所述多个光源的光纤线缆； 耦合到所述光纤线缆的多个光检测器；以及 响应于穿过光纤线缆从所述光源到所述光检测器的光而生成电磁场的元件； 其中，所述光源生成具有基于电驱动信号的特性的前向反射的光信号，以及响应于对象与所述电磁场的干扰而生成逆向反射的光信号，并且 其中，所述光检测器将所述前向反射的光信号和所述逆向反射的光信号转换为能够量化所述对象对于所述元件的接近的一个或多个处理信号。
15.根据权利要求14所述的检查系统，其中，所述光源包括发光二极管。
16.根据权利要求14所述的检查系统，其中，所述光检测器包括光电二极管。
17.根据权利要求14所述的检查系统，还包括耦合到所述光源中的一个的振荡器，其中，所述振荡器能够生成能够引起所述电磁场的电驱动信号。
18.根据权利要求17所述的检查系统，其中，所述电驱动信号具有约300Mhz或更大的频率。
19.根据权利要求14所述的检查系统，还包括耦合到所述传感器的电源。
20.根据权利要求14所述的检查系统，还包括耦合到所述光纤线缆的滤光器，其中，所述滤光器能够指引光从一对所述光源到一对所述光检测器。
全文摘要
本发明的名称为“传感器和采用光管道的检查系统”。检查系统的实施例包括一个能够在传感器和处理部件之间传送光的管道。在一个实施例中，传感器包括响应于来自处理部件的输入而生成电磁场的元件。输入包括穿过到传感器的管道的光信号。传感器将光信号转换为电信号来操作元件。在一个示例中，传感器生成也穿过到诊断部件的管道的多个光信号；其中光信号被处理，以在一个示例中确定对象对于传感器的接近。
文档编号G01D5/26GK103162718SQ201210536959
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月13日 优先权日2011年12月13日
发明者B.L.谢克曼, N.A.韦勒 申请人:通用电气公司
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