[发明专利]具有内置式自测试的旋转编码器

说明书

技术领域

本发明大体涉及阀促动器和旋转位置编码器的分析，且更具体地涉及利用内置式自测试对阀促动器和旋转位置编码器执行频率分析。

背景技术

在许多应用中，需要测量旋转装置的旋转轴的位置。然而，旋转装置常常是复杂的且具有难以接近的部分。而且，旋转装置常常集成到特定工业过程中，其中停止该过程来维修旋转装置的成本常常远远超过旋转装置的成本。例如，旋转阀对于工业过程而言常常是至关重要的，并且阀的某些部件的维修需要使该过程停止。存在对于精确地识别旋转轴和由该旋转轴所驱动的诸如阀杆的物件的位置的需要。还存在识别诸如阀的旋转装置中的任何磨损部件的需要，以便在预定停机时执行预防性维修，或以便操作旋转装置从而保持该装置进行操作直到下一次预定停机。存在对于能够确定旋转轴的位置以及识别旋转轴所连接的旋转装置内的问题的严重性和位置的装置的需要。

诊断旋转装置的一个方法是采用频率分析。可利用傅里叶变换(FT)算法来分析循环数据，以将数据从时域变换成频域。一个尝试是对电动阀应用傅里叶变换，包括测量流到电机的电流，对电机数据应用傅里叶变换，然后使用频谱中的峰值来诊断阀促动器的传动系中的问题。然而，这种方法并不测量轴的旋转速度，也不确定旋转轴的位置。电机电流测量装置也不集成到能够确定旋转轴位置的装置内。

测量旋转部件的位置的一种方法涉及旋转编码器。旋转编码器包括增量编码器和绝对编码器。增量编码器用于测量轴的旋转变化。基本的增量编码器包括带有大量径向画线(painted line)的盘。光电二极管或其它传感器只要检测到画线就产生电脉冲。计算机或其它处理器追踪脉冲以确定该盘的位置，并且确定该盘所附连的轴的位置。利用增量编码器，如果计算机断电，则在电力恢复时位置信息将会丢失。用于阀促动器的先前的增量编码器包括速度传感器，但是速度传感器和所产生的数据并不用于进行频率分析。

绝对编码器不需要电源来维持位置信息。绝对编码器产生独特的数字码用于旋转轴的每个不同的角度。绝对编码器可为单个轮，其具有加工到轮上的复杂图案。单个轮附连到相关轴上，并且许多不同的角位置可通过在该轮上的图案来识别。然而，这种轮仅适用于轴仅经历单次旋转的情况。

绝对编码器的另一形式利用多个轮，其具有在每个轮上的同心环，其中每个环提供1比特的位置数据。多个轮的形式允许所测量的轴经历多次旋转并且仍然追踪轴的位置和旋转次数。存在更多的轮允许追踪更多轴的旋转或确定单个旋转的更多位置。然而，多轮式绝对编码器常常易损坏且可靠性较差。需要可靠且可通过操作产生用于频率分析的速度数据的多轮式绝对编码器。

解决这个问题的一个尝试是利用6个轮或7个轮。每个轮提供3比特数据。然而，经由v比特处理仅仅产生2比特格雷码作为位置数据。这增加了绝对编码器的可靠性。然而，不使用重复传感器(duplicatesensor)。此外，速度传感器未集成到绝对编码器内，并且不产生速度数据用于频率分析。

发明内容

本发明的一个实施例包括用于旋转装置的旋转编码器。旋转编码器包括一个或多个编码轮，一个或多个编码轮中的每个编码轮包括至少一个编码分段，这些编码分段可操作以对旋转装置的位置进行编码。还包括至少一个双组传感器，其可操作以监控至少一个编码分段。

本发明的另一实施例包括阀促动器，阀促动器包括绝对编码器和适合于驱动绝对编码器的传动系。绝对编码器包括至少一个编码器盘，可操作以读取至少一个编码器盘的多个传感器，可操作以产生速度数据的速度传感器，用于多个传感器和速度传感器中的每个传感器的至少一个重复传感器。

本发明的又一实施例包括分析包括传感器的阀促动器的方法。该方法包括从传感器产生数据并对该数据执行频域分析。

本发明的特定实施例包括分析在两个位置极限之间旋转的旋转装置的方法。该方法包括将旋转位置编码器可操作地联接至旋转装置的轴，其中旋转位置编码器包括速度指示器。该方法包括利用速度传感器产生速度数据并且对该速度数据执行频率分析。

通过结合附图考虑下文的详细描述，本发明的特征、优点和替代方面将对于本领域技术人员显而易见。

附图说明

虽然说明书以特定地指出并明确地主张被认为是本发明的内容的权利要求书作为总结，但是当结合附图阅读时，通过本发明的下文的描述可以更易于确定本发明的优点，在附图中：

图1示出了旋转编码器的一个实施例的轮；

图2示出了图1的实施例的完全组装形式；

图3示出了图1的实施例的部分组装形式；

图4示出了图3的实施例的顶视图；