[发明专利]虚拟传感器系统和方法

说明书

技术领域

本发明整体涉及基于计算机的过程建模技术，更具体地，涉及使用过程模型的虚拟传感器系统和方法。

背景技术

物理传感器被广泛用于例如现代机器等很多产品来测量和监控例如温度、速度和机动车排放物等物理现象。物理传感器常常对物理现象进行直接测量并将这些测量转换成测量数据由控制系统进一步处理。尽管物理传感器直接测量物理现象，但物理传感器和相关的硬件通常成本很高且有时是不可靠的。此外，当控制系统依赖物理传感器来适当地操作时，物理传感器的失效可能使这种控制系统不能工作。例如，发动机中的速度或者时间传感器的失效可造成整个发动机停工，即使发动机本身仍能操作。

代替直接测量，开发了虚拟传感器来处理其它各种物理地测量的值并产生以前通过物理传感器直接测量的值。例如，1995年1月31日授予Keeler等人的美国专利No.5386373(‘373专利)公开了一种具有传感器证实性能的虚拟的连续排放监测系统。‘373专利使用反向传播激活模型和蒙特卡罗搜索技术来建立和优化用于虚拟感测系统的计算模型，以从其它测量参数得出感测参数。但是，这种常规技术常常不能处理各个测量参数之间的内部关联，尤其是在生成和/或优化计算模型或者将其它测量参数与感测参数相互关联时。

此外，现代机器可能需要多个传感器来适当地起作用。可能难以确定哪个传感器功能应当由物理传感器来提供，哪个传感器功能应当由虚拟传感器来提供，或者哪个传感器功能应当由物理传感器和虚拟传感器的组合来提供。而且，可能难以确定特定的物理传感器所要求的精度和/或可靠性。具有高精度或高可靠性、即高品质的物理传感器会比一般的物理传感器昂贵。将高品质传感器用于所有的传感器功能会极大地增加产品成本。

在其它情况下，可以对现代机器进行翻新以在现有机器上提供新的功能。这些新的功能可能需要在现有机器上安装新的传感器，这在实践上可能不可行或者可能导致极大的成本用于翻新新的硬件和软件。

与本发明的系统的特定特征一致的方法和系统旨在解决上述的一个或多个问题。

发明内容

本发明的一个方面包括一种为机器提供传感器的方法。该方法包括从用于机器的多个传感器获取包括数据的数据记录并确定与多个传感器中的一个对应的虚拟传感器。该方法还包括基于数据记录建立虚拟传感器的表示至少一个感测参数和多个测量参数之间相互关系的虚拟传感器过程模型并获取与多个测量参数对应的一组值。此外，该方法还包括基于与多个测量参数对应的一组值和虚拟传感器过程模型基本同时计算至少一个感测参数的值并将所述至少一个感测参数的值提供给控制系统。

本发明的另一方面包括利用基于具有支持物理传感器的第二机器形成的虚拟传感器翻新缺少支持物理传感器的第一机器的方法。该方法可包括从可用于第一机器和第二机器两者的多个传感器和从第二机器上的支持物理传感器获取包括数据的数据记录；并基于数据记录计算支持物理传感器和所述多个传感器中的每一个之间的相关值。该方法还包括基于相关值从多个传感器中选择关联传感器；基于关联传感器形成支持物理传感器的虚拟传感器；并将虚拟传感器用在第一机器中以提供第二机器上的支持物理传感器提供的功能。

本发明的另一方面包括一种计算机系统。该计算机系统可包括数据库和处理器。数据库能够存储与虚拟传感器过程模型有关的信息。处理器能够从用于机器的多个传感器获取包括数据的数据记录并确定与多个传感器中的一个对应的虚拟传感器。处理器还能够基于数据记录建立虚拟传感器的表示至少一个感测参数和多个测量参数之间相互关系的虚拟传感器过程模型并获取与多个测量参数对应的一组值。此外，处理器还能够基于与多个测量参数对应的一组值和虚拟传感器过程模型基本同时计算至少一个感测参数的值并将所述至少一个感测参数的值提供给控制系统。