[发明专利]采用时间同步的多个检测器监测旋转部件

说明书

一种获取具有旋转元件的机械系统(例如，具有相对于中心太阳齿轮或涡轮发动机中的叶片旋转的多个行星齿轮的行星齿轮系统)的准确振动数据，到达时间或其他机械状态的系统和方法。多个振动传感器沿着齿轮系统的外部(例如沿着系统的环形齿轮或系统的外部壳体)间隔开布置。每个振动传感器定位成使得当行星齿轮围绕中心太阳齿轮旋转时，周期性地连续检测来自每个行星齿轮的振动。使用定时和齿轮系统构造信息，可以确定在任何时间由任何一个传感器感测哪个齿轮；还确定在任何时间由特定传感器感测每个齿轮的哪个齿。该系统和方法合并来自多个传感器的振动数据，以确定每个行星齿轮的合并振动曲线。

技术领域

本发明涉及评估在旋转系统(诸如运输系统)中采用的旋转机械部件的系统性能。更具体地，本发明涉及监测复杂齿轮系统(例如行星齿轮系统)或旋转涡轮叶片中的振动。

背景技术

运载器传感器和感测系统：现代运输运载器(以下称为“运载器”)包括直升机，飞机，汽车，卡车，轮船和火车。运载器通常包括电子传感器以监测运载器的性能和环境。在运载器中，一个或多个加速度计传感器可以记录指示机械系统或机电系统(例如发动机或传动装置)的性能或行为的数据。

经由运载器传感器获取的数据可以用于多种目的。例如，传感器可以监测运载器部件的实时性能，以确保部件在安全或适当的参数(例如，热量，压力，电气性能等)内进行操作。在通过传感器检测到来自预期性能范围的变化的情况下，可以使用具有适当代码的硬件处理器来调整运载器的操作以纠正问题。收集的传感器数据的另一种用途是事后分析运载器性能。事后分析可能有助于在运载器设计过程中开发运载器原型。在其他情况下，此类数据在经过一段时间分析后，可能会为已经在现场使用的运载器提供对于潜在或未决的问题的预警警报。

数据获取和处理单元：运载器感测/监测系统(VSMS)由已经安装到许多运载器(包括但不限于飞行器，例如飞机和直升机)的一个或多个独特的维护和/或安全系统形成。这些维护和/或安全系统通常需要使用多个数据获取和处理单元(DAPU)，每个数据获取和处理单元都从各种传感器收集和处理数据。示例性DAPU可以包括例如但不限于：可幸免于撞毁的驾驶舱语音和飞行数据记录器(CVFDR)；机载维护系统(OMS)；发动机监测单元(EMU)；以及健康和使用情况监测/管理系统(HUMS)。

例如，主要在机器上安装健康和使用情况监测系统(HUMS)，以便对即将发生的故障提供高级警报。在HUMS的直升机应用中，这些系统执行数据获取，处理，存储和传输，并从专用传感器(例如加速度计)中提取它们的数据。

振动监测和齿轮系统：典型的DAPU功能(例如HUMS功能)包括直升机各部分的振动健康监测(VHM)。振动传感器可用于监测整个运载器的齿轮系统中的振动量。这些振动传感器与合适的DAPU结合使用，可以确定振动特征是否保持在指定界限内，该指定界限可以由工程师在系统设计期间确定，也可以由用户经由软件构造。可以针对或不考虑齿轮/传动系安全问题，性能评估，磨损指示以及许多其他因素来指定界限。

振动特征可以包括例如但不限于：振动幅度，振动频率，频率或幅度的时间变化，幅度或频率的平均值，频率带宽，以及原始传感器振动信号的任意数量的其他参数，或源自原始信号的特性。

因为齿轮转动，所以将振动传感器安装在旋转齿轮自身上通常是不实际的，甚至是不可能的。相反，振动传感器通常安装在包含齿轮的壳体上。振动传感器可以检测壳体内齿轮附近的固定位置(相对于传感器固定)的振动。但是，这种监测仅间接记录实际齿轮本身的振动。

周转齿轮监测：此外，一些齿轮系统(在本文档中等效称为“行星齿轮系统”和“周转齿轮系统”)涉及多个齿轮，该多个齿轮参与两种移动：第一种移动是几个行星齿轮中的每一个齿轮围绕其自身的中心点转动；第二种移动是几个行星齿轮围绕共同中心轴线的空间自转/公转。