(57)【要約】      （修正有）【課題】稼働中の駆動軸との近接度を、測定範囲の広いセンサーで検出し、データを送信する。【解決手段】機械構成部品１０４をモニタするうえで使用するためのセンサ組立体１１０は信号処理デバイス２００と、少なくとも１つのプローブ２０２と、を含む。少なくとも１つのプローブは、少なくとも１つのマイクロ波信号から電磁場が生成されるように構成された放射源２０６を含み、負荷信号が生成されるように電磁場内に機械構成部品が配置されたとき、放射源は、離調する。少なくとも１つのプローブは、放射源に結合され、負荷信号を信号処理デバイスに無線で送信するように構成された送信機２１０も含む。【選択図】図２
2012112943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械構成部品（１０４）をモニタするうえで使用するためのセンサ組立体（１１０）であって、
信号処理デバイス（２００）と、
少なくとも１つのプローブ（２０２）とを備え、
前記少なくとも１つのプローブ（２０２）が、
少なくとも１つのマイクロ波信号から電磁場が生成されるように構成された放射源（２０６）であって、負荷信号が生成されるように前記電磁場内に機械構成部品を配置したとき、離調する放射源（２０６）と、
前記放射源に結合され、前記負荷信号を前記信号処理デバイスに無線で送信するように構成された送信機（２１０）とを備えた、センサ組立体（１１０）。
【請求項２】
前記信号処理デバイス（２００）が、前記少なくとも１つのマイクロ波信号が含む電力の量と前記送信機（２１０）から受信した前記負荷信号が含む電力の量との間の差を算出する請求項１記載のセンサ組立体（１１０）。
【請求項３】
前記信号処理デバイス（２００）が、前記少なくとも１つのプローブ（２００）に関する前記機械構成部品（１０４）の近接度を算出する請求項１記載のセンサ組立体（１１０）。
【請求項４】
前記少なくとも１つのプローブ（２０２）が、少なくとも１つの負荷信号を前記信号処理デバイス（２００）にそれぞれが無線で送信する複数のプローブを備えている請求項１記載のセンサ組立体（１１０）。
【請求項５】
前記信号処理デバイス（２００）が、前記複数のプローブ（２０２）の個々の１つから少なくとも１つの負荷信号をそれぞれが受信する複数の受信機（２１８）を備えている請求項４記載のセンサ組立体（１１０）。
【請求項６】
前記送信機（２１０）が、前記送信機と前記信号処理デバイス（２００）との間の通信が中断した場合、前記負荷信号を示すデータをバッファするように構成されたメモリデバイス（２１４）を備えている請求項１記載のセンサ組立体（１１０）。
【請求項７】
前記少なくとも１つのプローブ（２０２）が、少なくとも１つのマイクロ波信号を前記放射源（２０６）に送信するように構成された信号ジェネレータ（２１２）を備えている請求項１記載のセンサ組立体（１１０）。
【請求項８】
少なくとも１つの構成部品（１０４）を備えた機械（１０２）と、
前記少なくとも１つの構成部品に近接して配置されたセンサ組立体（１１０）とを備え、
前記センサ組立体（１１０）が、
信号処理デバイス（２００）と、
放射源（２０６）および送信機（２１０）を備えた少なくとも１つのプローブ（２０２）であって、前記放射源が、少なくとも１つのマイクロ波信号から電磁場が生成されるように構成され、負荷信号を生成するように電磁場内に前記少なくとも１つの構成部品を配置したとき、前記放射源が、離調し、前記送信機が、前記放射源に結合され、かつ、前記負荷信号を前記信号処理デバイスに無線で送信するように構成されている、少なくとも１つのプローブ（２０２）とを備えた、電力システム（１００）。
【請求項９】
前記信号処理デバイス（２００）が、前記少なくとも１つのマイクロ波信号が含む電力の量と前記送信機（２１０）から受信した前記負荷信号が含む電力の量との間の差を算出する請求項８記載の電力システム（１００）。
【請求項１０】
前記信号処理デバイス（２００）が、前記少なくとも１つのプローブ（２０２）に関する前記機械構成部品（１０４）の近接度を算出する請求項８記載の電力システム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は電力システム全般に関し、より具体的にはセンサ組立体およびセンサに対する機械構成部品の近接度を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
知られている機械では、動作中に振動および／または他の異常な挙動を示すことがある。１つまたは複数のセンサを使用し、このような挙動を測定および／またはモニタし、かつ、例えば、機械の駆動軸で生じている振動の量、機械の駆動軸の回転速度、および／または、運転中の機械またはモータの他の任意の動作上の特徴を決定することができる。このようなセンサは複数のモニタを含む機械モニタシステムにしばしば結合される。このモニタシステムは１つまたは複数のセンサから信号を受信し、信号に対して少なくとも１つの処理ステップを実行し、かつ、ユーザに対して測定値を表示する診断プラットフォームに修正信号を送信する。
【０００３】
少なくとも一部の知られている機械は、機械の構成部品の振動および／または相対位置を測定するために渦電流センサを使用している。しかし、知られている渦電流センサはその利用に制限を伴うことがある。なぜなら、このセンサの検出範囲が渦電流感知素子の幅の約半分しかないからである。他の知られている機械は、機械の構成部品の振動および／または位置を測定するために光学センサを使用している。しかし、知られている光学センサは汚れによって不具合を生じることがあり、不正確な測定値を提供し、そのため、産業環境に適さないことがある。さらに、知られている光学センサは、液状媒体および／または微粒子を含む媒体を介しての機械の構成部品の振動および／または位置の検出には適さないことがある。
【０００４】
さらに、少なくとも一部の知られている近接度センサはプローブヘッドおよび信号プロセッサを含む。知られているプローブヘッドはアンテナを含み、このアンテナは１つまたは複数の信号を生成し、かつ、アンテナに非常に近接している物体から１つまたは複数の反射信号を受信する。プローブヘッドは、処理するため、および／または、近接度測定値を計算するうえで使用するためにこの反射信号を信号プロセッサに送信する。典型的には、この信号は、プローブヘッドと信号プロセッサとの間に延長したデータケーブルを介して送信される。しかし、プローブヘッドと信号プロセッサとの間の距離によっては、プローブヘッドと信号プロセッサとの間で送信する信号で、データケーブルのインピーダンスの結果として振幅および／または電力が減衰することがある。この減衰は信号プロセッサに不正確な近接度測定値を生成させることがある。そのため、知られている近接度センサは使用に制限を伴うことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０２１１３３４号明細書
【発明の概要】
【０００６】
一実施形態では、信号処理デバイスと、少なくとも１つのプローブと、を含み、機械構成部品をモニタするうえで使用するためのセンサ組立体を提供する。少なくとも１つのプローブは、少なくとも１つのマイクロ波信号から電磁場を生成するように構成された放射源を含み、この放射源は、負荷信号が生成されるように機械構成部品が電磁場内に配置されたとき、離調する。少なくとも１つのプローブは送信機も含み、この送信機は放射源に結合され、かつ、負荷信号を信号処理デバイスに無線で送信するように構成されている。
【０００７】
他の実施形態では、少なくとも１つの構成部品を含む機械と、この少なくとも１つの構成部品に近接して配置されたセンサ組立体と、を含む電力システムを提供する。センサ組立体は、信号処理デバイスと、少なくとも１つのプローブを含む。この少なくとも１つのプローブは、少なくとも１つのマイクロ波信号から電磁場が生成されるように構成された放射源を含み、負荷信号が生成されるように機械構成部品が電磁場内に配置されたとき、放射源は、離調する。少なくとも１つのプローブは送信機も含み、この送信機は放射源に結合され、負荷信号を信号処理デバイスに無線で送信するように構成されている。
【０００８】
さらに他の実施形態では、機械構成部品の近接度を測定する方法を提供する。この方法は、少なくとも１つのマイクロ波信号から電磁場を生成する段階と、電磁場の乱れを示す負荷信号を生成する段階と、を含む。負荷信号は信号処理デバイスに無線で送信し、少なくとも１つの機械構成部品の近接度を受信した負荷信号に基づいて算出する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的な電力システムを示すブロック図。
【図２】図１に示した電力システムとともに使用可能な例示的センサ組立体を示すブロック図。
【図３】図１に示した電力システムとともに使用可能な代替センサ組立体のブロック図。
【図４】図１に示した電力システムとともに使用可能な他の代替センサ組立体のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は機械１０２を含む例示的電力システム１００を示す。この例示的実施形態において、機械１０２は風力タービン、水力発電タービン、ガスタービン、または、圧縮機であってよいが、それらのみには限定しない。代替として、機械１０２は電力システムで使用している任意の他の機械であってもよい。例示的実施形態では、発電機などの負荷１０６に結合された駆動軸１０４を機械１０２が回転させる。
【００１１】
例示的実施形態において、駆動軸１０４は機械１０２および／または負荷１０６内に収納された（図示せず）１つまたは複数の軸受によって少なくとも部分的に支持されている。代替として、または、加えて、これらの軸受はギヤボックスなどの分離した支持構造体１０８内に、または、本明細書に説明している通りに電力システム１００が機能することを可能にする任意の適した構造体または構成部品内にも収納可能である。
【００１２】
例示的実施形態において、電力システム１００は、機械１０２、駆動軸１０４、負荷１０６、および／または、本明細書に説明している通りに電力システム１００が機能することを可能にする電力システム１００の他のいずれかの構成部品の少なくとも１つの動作状態を測定および／またはモニタする少なくとも１つのセンサ組立体１１０を含む。より具体的には、例示的実施形態では、センサ組立体１１０が、駆動軸１０４とセンサ組立体１１０との間で規定の（図１には示していない）距離を測定および／またはモニタするために、駆動軸１０４に対して非常に近接して配置された近接度センサ組立体１１０となっている。さらに、例示的実施形態において、センサ組立体１１０は、センサ組立体１１０について電力システム１００の構成部品の近接度を測定するためにマイクロ波信号を使用する。本明細書で使用しているように、用語「マイクロ波」は、約３００メガヘルツ（ＭＨｚ）と約３００ギガヘルツ（ＧＨｚ）との間の１つまたは複数の周波数を有した信号を受信および／送信する信号または成分を指す。代替として、センサ組立体１１０は、電力システム１００の他の任意の構成部品も測定および／またはモニタすることが可能であり、および／または、本明細書に説明している通りに電力システム１００が機能することを可能にする他の任意のセンサまたはトランスデューサ組立体であってもよい。例示的実施形態において、各センサ組立体１１０は電力システム１００内の任意の場所にも配置されている。さらに、例示的実施形態において、少なくとも１つのセンサ組立体１１０は、センサ組立体１１０によって生成された１つまたは複数の信号を処理および／または解析するうえで使用するための診断システム１１２に結合される。
【００１３】
動作中、例示的実施形態では、機械１０２の動作が、駆動軸１０４などの電力システム１００の１つまたは複数の構成部品に、少なくとも１つのセンサ組立体１１０に関して位置を変更させることが可能である。例えば、各構成部品に対して振動が誘発されることがあり、および／または、各構成部品は電力システム１００内の動作温度が変化するに従って膨張または収縮することがある。例示的実施形態において、センサ組立体１１０は、各センサ組立体１１０を基準として構成部品の近接度、位置、および／または、振動の量を測定および／またはモニタし、かつ、構成部品の測定された近接度、位置、および／または、振動の量を示す信号（以下、「近接度測定信号」と称する）を、処理および／または解析するために診断システム１１２に送信する。
【００１４】
図２は（図１に示した）電力システム１００とともに使用可能な例示的センサ組立体１１０の概略図である。例示的実施形態において、センサ組立体１１０は、信号処理デバイス２００と、データ接続２０４を介して信号処理デバイス２００と通信するプローブ２０２と、を含む。例示的実施形態において、データ接続２０４は、プローブ２０２が信号処理デバイス２００と無線で通信することを可能にする無線データ接続２０４である。さらに、例示的実施形態において、プローブ２０２は、プローブ筐体２０８に結合され、および／または、その内部に配置された放射源２０６を含む。より具体的には、例示的実施形態では、プローブ２０２がマイクロ波放射源２０６を含むマイクロ波プローブ２０２となっている。このため、例示的実施形態では、放射源２０６がマイクロ波周波数範囲内の共鳴周波数を有している。
【００１５】
さらに、例示的実施形態において、プローブ２０２は、プローブ筐体２０８内に一体化され、および／または、プローブ筐体２０８内に配置された送信機２１０および信号ジェネレータ２１２を含む。代替として、送信機２１０および／または信号ジェネレータ２１２は、プローブ筐体２０８に結合された（図示せず）他の任意の筐体または構造体内にも配置可能である。送信機２１０、信号ジェネレータ２１２、および／または、プローブ２０２の他の任意の構成部品も、（図示せず）電池、（図示せず）電力ダクト、および／または、本明細書に説明した通りにセンサ組立体１１０が機能することを可能にする他の任意の電力源からも電力を受け取ることが可能である。例示的実施形態において、送信機２１０はデータをデータ接続２０４を介して信号処理デバイス２００に送信する無線送信機２１０である。より具体的には、例示的実施形態において、送信機２１０はデータをいずれかの無線プロトコルおよび／または搬送機構を介して信号処理デバイス２００に送信する。このような無線プロトコルおよび／または搬送機構は無線Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（商標）、ＺｉｇＢｅｅ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（商標）、赤外線通信、マイクロ波通信、および／または、他の任意の無線周波数または無線通信プロトコルおよび／または媒体を含むことが可能だが、これらのみを含むことに限定しない。
【００１６】
さらに、例示的実施形態において、送信機２１０は信号データを保存するうえで使用するためにメモリ２１４を含む。例えば、メモリ２１４はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリ、および／または、本明細書に説明した通りにセンサ組立体１１０が機能することを可能にする他の任意の保存回路および／またはデバイスも含むことが可能だが、これらのみを含むことに限定しない。例示的実施形態において、メモリ２１４は放射源２０６から信号を受信し、かつ、信号処理デバイス２００に送信するためにこの信号を示すデータを保存する。より具体的には、例示的実施形態において、メモリ２１４は、データ接続２０４などの通信リンクが中断した場合、データをバッファする。データ接続２０４が復旧した際、送信機２１０はメモリ２１４からデータを取り出し、データを信号処理デバイス２００に送信する。これにより、メモリ２１４および送信機２１０は、データ接続２０４の中断の間、放射源２０６からのデータの喪失の防止を容易にする。
【００１７】
例示的実施形態において、信号ジェネレータ２１２は放射源２０６の共鳴周波数と等しいか、または、ほぼ等しいマイクロ波周波数を有した少なくとも１つの電気信号（以下、「マイクロ波信号」と称する）を生成する発振器である。代替として、信号ジェネレータ２１２はマイクロ波信号を生成する任意の回路および／またはデバイスであってもよい。信号ジェネレータ２１２は電磁場２１６を生成させるうえで使用するために放射源２０６にマイクロ波信号を送信する。
【００１８】
例示的実施形態において、受信機２１８は信号処理デバイス２００内に一体化されている、および／または、この内部に配置されている。例示的実施形態において、受信機２１８は送信機２１０と通信可能に結合されている。より具体的には、例示的実施形態において、受信機２１８はデータ接続２０４を介して送信機２１０からデータを受信する無線受信機２１８である。
【００１９】
さらに、例示的実施形態において、プローブ２０２はプローブ筐体２０８内に一体化された指向性結合デバイス２２０を含む。より具体的には、指向性結合デバイス２２０はアンテナ２０６と、送信機２１０と、信号ジェネレータ２１２と、に結合される。例示的実施形態において、信号ジェネレータ２１２はマイクロ波信号を指向性結合デバイス２２０を介して放射源２０６に送信し、指向性結合デバイス２２０は、本明細書にさらに完全に説明するように、マイクロ波信号の反射を送信機２１０に送信する。送信機２１０は反射マイクロ波信号、または、反射マイクロ波信号を示すデータを受信機２１８に送信する。代替実施形態において、指向性結合デバイス２２０は信号処理デバイス２００内に配置されている。このような実施形態において、反射マイクロ波信号は受信機２１８に送信可能であり、受信機２１８は反射マイクロ波信号を指向性結合デバイス２２０に送信する。
【００２０】
例示的実施形態において、受信機２１８は反射マイクロ波信号を示すデータを送信機２１０から受信する。さらに、例示的実施形態において、受信機２１８はデータから反射マイクロ波信号を再生し、反射マイクロ波信号を受信電力検出器２２４に送信する。代替として、受信機２１８は、反射マイクロ波信号が含む電力の量、反射マイクロ波信号の周波数、反射マイクロ波信号の振幅、および／または、反射マイクロ波信号の他の任意の特徴などの反射マイクロ波信号の１つまたは複数の特徴を示す１つまたは複数の信号を受信電力検出器２２４に送信する。
【００２１】
例示的実施形態において、信号処理デバイス２００は送信電力検出器２２２と、信号調整デバイス２２６も含む。例示的実施形態において、信号調整デバイス２２６は信号基準２２８と、減算器２３０と、線形化器２３２と、を含む。送信電力検出器２２２は信号基準２２８と、減算器２３０と、に結合されている。さらに、減算器２３０は受信電力検出器２２４と、線形化器２３２と、に結合されている。
【００２２】
動作中、例示的実施形態において、信号ジェネレータ２１２は少なくとも１つのマイクロ波信号を生成し、このマイクロ波信号を放射源２０６に送信する。マイクロ波信号を放射源２０６を介して送信すると、電磁場２１６が放射源２０６から、かつ、プローブ筐体２０８の外に放射される。駆動軸１０４または（図１に示した）機械１０２および／または電力システム１００の他の構成部品などの物体が電磁場２１６内に進入する、および／または、電磁場２１６内での相対位置を変えた場合、物体と電磁場２１６との間に電磁結合が発生し得る。より具体的には、物体の存在によって、および／または、その物体の動きによって電磁場２１６は乱され得る。これは、例えば、電磁場２１６の少なくとも一部を、電流および／または電荷として構成部品に誘導的に、および／または、容量的に結合させることが可能な物体内で誘導される誘導効果および／または容量効果によるものである。このような場合、放射源２０６は離調し（すなわち、放射源２０６の共鳴周波数が低下および／または変化し）、放射源２０６に負荷が誘導される。放射源２０６に誘導された負荷は、指向性結合デバイス２２０と、送信機２１０と、データ接続２０４と、を介して受信機２１８に送信するマイクロ波信号（以下、「離調負荷信号」と称する）および／または離調負荷信号を示すデータの反射を引き起こす。例示的実施形態において、離調負荷信号は、マイクロ波信号の電力の振幅および／または位相よりも小さな電力の振幅および／またはその位相とは異なった位相を有している。さらに、例示的実施形態において、離調負荷信号の電力の振幅は物体の放射源２０６に対する近接度に左右される。このため、例示的実施形態において、送信機２１０は、近接度測定値が算出される前に、離調負荷信号および／または離調負荷信号を示すデータを受信機２１８に送信する。したがって、プローブ２０２および／またはプローブ筐体２０８は、プローブ２０２および／またはプローブ筐体２０８が追加の信号処理構成部品を含むプローブと比較して小さいサイズとすることを可能にする最小限の構成部品のみを含む。
【００２３】
例示的実施形態において、受信機２１８は離調負荷信号または離調負荷信号を示すデータを受信電力検出器２２４に送信する。例示的実施形態において、受信電力検出器２２４は、離調負荷信号に基づく、および／または、この信号が含む電力の量を決定し、かつ、決定された離調負荷信号の電力を示す信号を信号調整デバイス２２６に送信する。
【００２４】
例示的実施形態において、信号基準２２８は、信号ジェネレータ２１２によって生成されたマイクロ波信号とほぼ同じマイクロ波信号（以下、「基準信号」と称する）を送信電力検出器２２２に送信する。より具体的には、例示的実施形態において、信号基準２２８は、周波数、振幅、電力の量、および／または、信号ジェネレータ２１２が生成したマイクロ波信号の１つまたは複数の特徴にほぼ等しい他のいずれかの特徴などの１つまたは複数の特徴を有した基準信号を送信する。送信電力検出器２２２は、基準信号に基づく、および／または、この信号が含む電力量を決定し、かつ、基準信号の電力を示す信号を信号調整デバイス２２６に送信する。例示的実施形態において、減算器２３０は基準信号の電力および離調負荷信号の電力を受信し、基準信号の電力と離調負荷信号の電力との間の差を算出する。減算器２３０は算出した差を示す信号（以下、「電力差信号」と称する）を線形化器２３２に送信する。例示的実施形態において、電力差信号の振幅は、電磁場２１６内の物体とプローブ２０２との間で規定の距離２３４（すなわち、距離２３４は物体近接度として知られている）に、逆比例および／または指数比例などの比例関係にある。例えば、放射源２０６の幾何形状などの放射源２０６の特徴によっては、電力差信号の振幅が物体近接度に関して少なくとも部分的に非線形な関係を示すことがある。
【００２５】
例示的実施形態において、線形化器２３２は、電力差信号を、物体近接度と近接度測定信号の振幅との間のほぼ線形な関係を示す電圧出力信号（すなわち、「近接度測定信号」）に変換する。さらに、例示的実施形態において、線形化器２３２は近接度測定信号を、（図１に示した）診断システム１１２内での処理および／または解析に適した換算係数とともに診断システム１１２に送信する。例示的実施形態において、近接度測定信号はミリメートル当たりのボルトの換算係数を有している。代替として、近接度測定信号は、本明細書に説明する通りに診断システム１１２および／または電力システム１００が機能することを可能にする他の任意の換算係数も有することが可能である。
【００２６】
代替実施形態において、信号処理デバイス２００は送信電力検出器２２２を含まない。このような実施形態では、むしろ、信号基準２２８が、信号ジェネレータ２１２によって生成されたマイクロ波信号が含む電力の量を示すデータを保存する。このような実施形態において、信号基準２２８は決定されたマイクロ波信号電力のデータを減算器２３０に直接送信し、減算器２３０は電力差信号を算出するためにマイクロ波信号電力のデータを離調負荷信号電力のデータと比較する。電力差信号は上述のように線形化器２３２に送信される。
【００２７】
他の実施形態において、送信電力検出器２２２および／または受信電力検出器２２４は、信号処理デバイス２００内の代わりにプローブ２０２内に配置可能である。このような実施形態では、信号基準２２８が省略され、送信電力検出器２２２が（信号ジェネレータ２１２および／または指向性結合デバイス２２０から受信した）マイクロ波信号が含む電力を示すデータを送信機２１０を介して受信機２１８に送信する。さらに、受信電力検出器２２４は離調負荷信号が含む電力を示すデータを送信機２１０を介して受信機２１８に送信する。マイクロ波信号電力のデータおよび離調負荷信号電力のデータは減算器２３０が比較し、上述のように、電力差信号が線形化器２３２に送信される。代替として、減算器２３０はプローブ２０２内に配置してもよく、受信機２１８および線形化器２３２のみを信号処理デバイス２００内に配置するように、信号基準２２８は省略してもよい。
【００２８】
さらに、一実施形態において、プローブ２０２および／または信号処理デバイスは（図示せず）電力管理システムを含み、この電力管理システムは、例えば、所定の無動作期間の後、または、第１の所定期間が経過した後に、プローブ２０２および／または信号処理デバイス内の１つまたは複数の構成部品を通電停止する。第１の所定期間は、約１秒、約１分、または、プローブ２０２および／または信号処理デバイス２００が、放射源２０６および／またはプローブ２０２を基準とした物体の近接度、位置、および／または、振動量を測定することを可能にする他の任意の期間であってもよい。このような実施形態において、電力管理システムは、例えば、第２の所定の期間が経過した後に、および／または、ユーザが開始した起動事象などの他の事象の生成時にプローブ２０２および／または信号処理デバイスの構成部品を給電可能である。第２の所定の期間は、約１時間、約１５分、約１分、約３０秒、または、本明細書に説明する通りにプローブ２０２および／または信号処理デバイス２００が機能することを可能にする他の任意の期間であってもよい。
【００２９】
図３は（図１に示した）電力システム１００とともに使用可能な代替センサ組立体３００のブロック図である。センサ組立体３００は（図２に示した）センサ組立体１１０とほぼ同じであり、同一の構成部品には図２で使用したものと同じ参照番号を図３でも付けている。例示的実施形態において、センサ組立体３００は、第１のプローブ３０２、第２のプローブ３０４、および、第３のプローブ３０６などの複数のプローブ２０２を含む。図３には３個のプローブ２０２が示されているが、センサ組立体３００は任意の数のプローブ２０２も含むことが可能であることを理解されたい。
【００３０】
例示的実施形態において、各プローブ２０２は信号処理デバイス２００に結合され、より具体的には、データ接続２０４を介して受信機２１８に結合される。代替として、各プローブ２０２は、分離したデータ接続２０４を介して分離した信号処理デバイス２００に結合可能である。さらに、例示的実施形態において、各プローブ２０２の信号ジェネレータ２１２は、他のプローブ２０２のマイクロ波信号とほぼ同じであるマイクロ波信号を生成する。より具体的には、例示的実施形態において、各プローブの信号ジェネレータ２１２はマイクロ波信号を生成し、このマイクロ波信号は、周波数、振幅、電力の量、および／または、他の各プローブ２０２の信号ジェネレータ２１２によって生成されたマイクロ波信号の１つまたは複数の特徴にほぼ等しい他のいずれかの特徴などの１つまたは複数の特徴を有している。このため、受信機２１８および信号基準２２８は、単一の信号処理デバイス２００が複数のプローブ２０２を使用して１つまたは複数の物体の近接度を算出可能となるように単一の周波数および／またはマイクロ波信号に同調可能である。
【００３１】
図４は（図１に示した）電力システム１００とともに使用可能な他の代替センサ組立体４００のブロック図である。センサ組立体４００は（図２に示した）センサ組立体１１０にほぼ同じであり、同一の構成部品には図２で使用したものと同じ参照番号を図４においても付けている。例示的実施形態において、センサ組立体４００は第１のプローブ４０２、第２のプローブ４０４、および、第３のプローブ４０６などの複数のプローブ２０２を含む。図４には３個のプローブ２０２が示されているが、センサ組立体４００は任意の数のプローブ２０２も含むことが可能であることを理解されたい。さらに、単一の送信電力検出器２２２、受信電力検出器２２４、信号調整デバイス２２６、信号基準２２８、減算器２３０、および、線形化器２３２を図４に示した一方、任意の数の送信電力検出器２２２、受信電力検出器２２４、信号調整デバイス２２６、信号基準２２８、減算器２３０、および／または、線形化器２３２も信号処理デバイス２００に含むことが可能であることを理解されたい。このため、例えば、各プローブ２０２に対して分離した送信電力検出器２２２、受信電力検出器２２４、信号調整デバイス２２６、信号基準２２８、減算器２３０、および／または、線形化器２３２を設けることによって、分離した信号処理経路を各プローブ２０２に対して設けることが可能である。
【００３２】
例示的実施形態において、信号処理デバイス２００は複数の受信機２１８を含む。より具体的には、例示的実施形態において、各プローブ２０２は分離したデータ接続２０４を介して個々の受信機２１８に結合される。例えば、第１のプローブ４０２は、第１のデータ接続４１０を介して第１の受信機４０８に結合され、第２のプローブ４０４は、第２のデータ接続４１４を介して第２の受信機４１２に結合され、第３のプローブ４０６は、第３のデータ接続４１８を介して第３の受信機４１６に結合される。さらに、例示的実施形態において、少なくとも１つのプローブ２０２の信号ジェネレータ２１２は、少なくとも１つの他のプローブ２０２のマイクロ波信号とは実質的に異なるマイクロ波信号を生成する。より具体的には、例示的実施形態において、少なくとも１つのプローブ２０２の信号ジェネレータ２１２はマイクロ波信号を生成し、このマイクロ波信号は、他の少なくとも１つのプローブ２０２の信号ジェネレータ２１２によって生成されたマイクロ波信号の１つまたは複数の特徴とは実質的に異なる周波数、振幅、電力の量、および／または、他のいずれかの特徴などの１つまたは複数の特徴を有している。一実施形態において、各プローブ２０２の信号ジェネレータ２１２は、他の各プローブ２０２の信号ジェネレータ２１２によって生成されたマイクロ波信号とは実質的に異なるマイクロ波信号を生成する。さらに、例示的実施形態において、各プローブ２０２内に生成した離調負荷信号は、各プローブ２０２の放射源２０６に送信したマイクロ波信号とほぼ同じ周波数および／または他の特徴を有しているが、離調負荷信号がマイクロ波信号とは異なった位相を有することが可能であるように位相シフトを生成させることが可能である。このため、例示的実施形態において、各プローブ２０２は、１つまたは複数のプローブ２０２の離調負荷信号とは実質的に異なる離調負荷信号を信号処理デバイス２００に送信する。
【００３３】
各受信機２１８は、マイクロ波信号の周波数および／または個々のプローブ２０２によって生成された離調負荷信号の周波数に同調され、個々のプローブ２０２は、個々のプローブ２０２によって生成された離調負荷信号を各受信機２１８が受信できるように、受信機２１８に結合される。さらに、信号基準２２８は、基準信号および／または各プローブ２０２内に生成したマイクロ波信号とほぼ同じデータを提供する。代替として、分離した信号基準２２８は、各信号基準２２８が基準信号および／または個々のプローブ２０２によって生成されたマイクロ波信号とほぼ同じデータを提供するように、各プローブ２０２について信号調整デバイス２２６内に含まれている。
【００３４】
離調負荷信号ならびに基準信号および／またはデータは、各比較のために電力差信号を生成させるうえで使用するために受信電力検出器２２４、送信電力検出器２２２、および／または、減算器２３０に送信される。各プローブ２０２についての近接度測定信号は、図２を参照して上述した方法と同じ方法で生成させる。そのため、単一の信号処理デバイス２００が複数のプローブ２０２を使用して１つまたは複数の物体の近接度を算出できるように、各受信機２１８および受信機２１８に伴う各信号基準２２８は共通の周波数に同調可能であり、および／または、これらには同じマイクロ波信号が提供される。
【００３５】
一実施形態において、離調負荷信号を生成させたプローブ２０２を識別するうえで使用するために、各プローブ２０２は、離調負荷信号とともに識別用データを個々の受信機２１８に送信する。信号処理デバイス２００が離調負荷信号を基準信号および／またはデータと関連付けることを可能にするために、識別用データは、信号基準２２８、送信電力検出器２２２、減算器２３０、および／または、信号処理デバイス２００の他のいずれかの構成部品にも送信可能である。このため、減算器２３０は、各プローブ２０２についての電力差信号を算出するために、複数のプローブ２０２からの離調負荷信号をマッチング基準信号および／またはデータと比較可能である。したがって、信号処理デバイス２００およびプローブ２０２は、単一の信号処理デバイス２００を使用して、１つまたは複数の異なったマイクロ波信号周波数、および／または、特徴を有した複数のプローブ２０２について近接度測定値の生成を容易にする。
【００３６】
知られているマイクロ波センサに比べて、本明細書に説明したセンサ組立体は、マイクロ波プローブ内に一体化した無線送信機および信号処理デバイス内に一体化した無線受信機を含む。無線受信機および無線送信機は、物理的データケーブルを使用していると知られているセンサに比較して、センサ組立体がより低い信号損失量を使用してマイクロ波信号を送信することを可能にする。本明細書に説明したセンサ組立体はそれぞれが、各プローブ内に一体化したマイクロ波信号ジェネレータから電磁場を生成させ、各電磁場内の物体の存在に基づき離調負荷信号を生成する。プルーブは離調負荷信号を示す信号を信号処理デバイスに送信する。信号処理デバイスは、電磁場を生成させるために使用するマイクロ波信号に含まれた電力の量を、離調負荷信号内に含まれた電力の量と比較する。信号処理デバイスは、近接度測定値を生成させるために電力比較の結果を使用する。離調負荷信号の無線送信は、送信中の信号損失の低減を容易にし、したがって、異なった近接度測定値の算出を使用、および／または、物理的データケーブルを使用する知られているセンサと比較して、信号処理デバイスがさらに正確かつ確実な近接度測定値を提供することを容易にする。
【００３７】
センサ組立体およびセンサに対する機械構成部品の近接度を測定する方法の例示的実施形態を上記に詳細に説明した。これらの方法およびセンサ組立体は、本明細書に説明した具体的な実施形態には限定しないが、むしろ、センサ組立体の各構成部品および／または方法の各ステップは、本明細書に説明した他の構成部品および／またはステップから独立かつ分離して使用可能である。例えば、センサ組立体は他の測定のシステムおよび方法と組み合わせても使用可能であり、かつ、本明細書に説明した電力システムのみを伴った実施にも限定しない。むしろ、例示的実施形態は、多くの他の測定および／またはモニタの用途を伴った実施および利用が可能である。
【００３８】
本発明の様々な実施形態の具体的な特徴は、一部の図面に示され、他の図面には示されていないことがあるが、これは便宜的なものである。本発明の原理によれば、一図面の任意の特徴も任意の他の図面の任意の特徴とも組み合わせて参照および／または特許請求可能である。
【００３９】
本書では、最良の形態を含めて本発明を開示するために、また任意のデバイスまたはシステムを作成および使用すること、ならびに、任意の組み込まれた方法も実行することを含めて、当業者による本発明の実施を可能にするためにも、例を使用している。本発明の特許性のある範囲は特許請求の範囲によって規定されており、かつ、当業者が考えつく他の例も含むことが可能である。そのような他の例が特許請求の範囲の文字通りの文言と異ならない構造要素を有する場合、または、特許請求の範囲の文字通りの文言とほとんど差のない均等な構造要素を含む場合、そのような他の例は特許請求の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００４０】
１００  電力システム
１０２  機械
１０４  駆動軸
１０６  負荷
１０８  支持構造体
１１０  センサ組立体
１１２  診断システム
２００  信号処理デバイス
２０２  プローブ
２０４  データ接続
２０６  放射源
２０８  プローブ筐体
２１０  送信機
２１２  信号ジェネレータ
２１４  メモリ
２１６  電磁場
２１８  受信機
２２０  指向性結合デバイス
２２２  送信電力検出器
２２４  受信電力検出器
２２６  信号調整デバイス
２２８  信号基準
２３０  減算器
２３２  線形化器
２３４  距離
３００  センサ組立体
３０２  第１のプローブ
３０４  第２のプローブ
３０６  第３のプローブ
４００  センサ組立体
４０２  第１のプローブ
４０４  第２のプローブ
４０６  第３のプローブ
４０８  第１の受信機
４１０  第１のデータ接続
４１２  第２の受信機
４１４  第２のデータ接続
４１６  第３の受信機
４１８  第３のデータ接続
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
2012112943000001.pdf