[发明专利]低延迟可变旋转频率测量

说明书

用于测量旋转机器中的旋转频率的系统和方法使用可变滑动测量窗口。该系统和方法计算并存储测量间隔开始和来自脉冲发生器的每个脉冲信号之间的内部时钟周期的数量。旋转频率是通过在测量间隔内获取最近脉冲信号的计数和某个先前脉冲信号的计数之间的差值来确定的。在最近脉冲信号和先前脉冲信号之间出现的脉冲信号的数量表示测量窗口。然后，该测量窗口或其大小可以与计数差值一起用于确定旋转频率。然后，测量窗口可以滑动到下一最近脉冲信号和下一先前脉冲信号的计数，以获得新的计数差值等。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求享有于2019年12月31日提交的标题为“Low Latency VariableRotational Frequency Measurements”的美国临时申请第62/956,123号的优先权，并通过引用再次本申请。

技术领域

本公开涉及用于测量电机、涡轮机和类似旋转机器中的旋转频率的系统和方法，尤其涉及用于提供可变频率测量和并行可变频率测量的系统和方法，以在测量这种旋转机器的旋转频率时以高精度和低延迟来改善测量响应时间。

背景技术

旋转机器(如电机、涡轮机等)需要对旋转频率进行快速且准确的测量，以进行适当的控制和操作，并且防止可能损坏机器和/或危及人员的超速状况。本文使用的术语“旋转频率(rotational frequency)”是指齿轮或类似物体在给定的时间单位内绕轴旋转的次数，并且通常以每分钟转数(revolutions per minute，rpm)来测量。在典型的布置中，传感器被安装为紧邻旋转机器的齿轮。当机器运行并且齿轮旋转时，传感器针对每个齿轮齿生成脉冲信号，该信号经过传感器上或附近的点。各种类型的传感器可用于该目的，包括机械传感器、磁传感器、光传感器等。每个脉冲信号触发捕获自先前脉冲信号以来经过的时间量(通常通过对自先前脉冲信号以来的内部时钟周期的数量进行计数)的计数器。控制器使用脉冲信号之间经过的时间(时钟周期的数量)来确定齿轮的旋转频率。

然而，虽然在测量旋转频率的技术方面已经取得了许多进步，但是很容易理解，仍然需要不断的改进。

发明内容

本公开的实施例提供了使用可变滑动测量窗口来测量旋转机器中的旋转频率的系统和方法。该系统和方法存储自测量间隔开始和来自脉冲发生器的每个脉冲信号以来经过的时间。该经过的时间被捕获并被存储为自测量间隔开始和每个脉冲信号以来经过的内部时钟周期数的计数。对于给定的测量间隔，每个计数被分开地且顺序地存储，使得新的测量间隔重置计数并开始所存储的计数的新序列。旋转频率是通过在测量间隔内获取最近脉冲信号的计数和某个预定义的先前脉冲信号的计数之间的差值来确定的。最近脉冲信号和先前脉冲信号之间已经出现的脉冲信号的数量表示测量窗口。该测量窗口(或更确切地，其大小)然后可以与计数差值一起用于确定测量间隔内的旋转频率。然后，测量窗口可以滑动到下一最近脉冲信号和下一先前脉冲信号的计数，以获得新的计数差值，依此类推。以这种方式，旋转频率的变化可以在持续的基础上被快速捕获，因为当测量窗口滑动到下一脉冲信号的计数时，任何变化都将表现为计数差值的增加或减少。前述布置还允许非常低的延迟，因为新的/更新的旋转频率测量值是使用已经存在的、先前捕获的计数来确定的。

在一些实施例中，根据特定应用的需要，滑动窗口的大小可以在给定的测量间隔内随测量的不同而动态变化，或者随测量间隔的不同而动态变化。

在一些实施例中，可以并行使用多个滑动窗口来同时获得多个计数差值和旋转频率测量值。在一些情况下，滑动窗口可能会部分重叠，或者在一些情况下，它们可能会保持分离。然后数学函数(诸如平均函数)可以应用于旋转频率测量值，以产生合成的旋转频率测量值。

在一些实施例中，可以使用分频器对来自脉冲发生器的脉冲信号进行分频。分频器可以产生分频后的信号，其中取决于分频器的大小，该分频后的信号的单个脉冲反映了或对应于给定的测量间隔内原始脉冲信号的几个脉冲。这种布置通过避免在测量间隔内对原始脉冲信号中的每个单独脉冲进行采样的需要，降低了实施复杂性。