專利名稱：具有內(nèi)置式自測(cè)試的旋轉(zhuǎn)編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及閥促動(dòng)器和旋轉(zhuǎn)位置編碼器的分析，且更具體地涉及利用內(nèi)置式自測(cè)試對(duì)閥促動(dòng)器和旋轉(zhuǎn)位置編碼器執(zhí)行頻率分析。
背景技術(shù)：
在許多應(yīng)用中，需要測(cè)量旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)軸的位置。然而，旋轉(zhuǎn)裝置常常是復(fù)雜的且具有難以接近的部分。而且，旋轉(zhuǎn)裝置常常集成到特定工業(yè)過(guò)程中，其中停止該過(guò)程來(lái)維修旋轉(zhuǎn)裝置的成本常常遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)旋轉(zhuǎn)裝置的成本。例如，旋轉(zhuǎn)閥對(duì)于工業(yè)過(guò)程而言常常是至關(guān)重要的，并且閥的某些部件的維修需要使該過(guò)程停止。存在對(duì)于精確地識(shí)別旋轉(zhuǎn)軸和由該旋轉(zhuǎn)軸所驅(qū)動(dòng)的諸如閥桿的物件的位置的需要。還存在識(shí)別諸如閥的旋轉(zhuǎn)裝置中的任何磨損部件的需要，以便在預(yù)定停機(jī)時(shí)執(zhí)行預(yù)防性維修，或以便操作旋轉(zhuǎn)裝置從而保持該裝置進(jìn)行操作直到下一次預(yù)定停機(jī)。存在對(duì)于能夠確定旋轉(zhuǎn)軸的位置以及識(shí)別旋轉(zhuǎn)軸所連接的旋轉(zhuǎn)裝置內(nèi)的問(wèn)題的嚴(yán)重性和位置的裝置的需要。
診斷旋轉(zhuǎn)裝置的一個(gè)方法是采用頻率分析?？衫酶道锶~變換
(FT)算法來(lái)分析循環(huán)數(shù)據(jù)，以將數(shù)據(jù)>^人時(shí)域變換成頻域。 一個(gè)嘗試是對(duì)電動(dòng)閥應(yīng)用傅里葉變換，包括測(cè)量流到電機(jī)的電流，對(duì)電機(jī)數(shù)據(jù)應(yīng)用傅里葉變換，然后使用頻譜中的峰值來(lái)診斷閥促動(dòng)器的傳動(dòng)系中的問(wèn)題。然而，這種方法并不測(cè)量軸的旋轉(zhuǎn)速度，也不確定旋轉(zhuǎn)軸的位置。電機(jī)電流測(cè)量裝置也不集成到能夠確定旋轉(zhuǎn)軸位置的裝置內(nèi)。
測(cè)量旋轉(zhuǎn)部件的位置的一種方法涉及旋轉(zhuǎn)編碼器。旋轉(zhuǎn)編碼器包括增量編碼器和絕對(duì)編碼器。增量編碼器用于測(cè)量軸的旋轉(zhuǎn)變化?；镜脑隽烤幋a器包括帶有大量徑向畫(huà)線(painted line)的盤(pán)。光電二極管或其它傳感器只要檢測(cè)到畫(huà)線就產(chǎn)生電脈沖。計(jì)算機(jī)或其它處理器追蹤脈沖以確定該盤(pán)的位置，并且確定該盤(pán)所附連的軸的位置。利用增 量編碼器，如果計(jì)算機(jī)斷電，則在電力恢復(fù)時(shí)位置信息將會(huì)丟失。用 于閥促動(dòng)器的先前的增量編碼器包括速度傳感器，但是速度傳感器和 所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)并不用于進(jìn)行頻率分析。
絕對(duì)編碼器不需要電源來(lái)維持位置信息。絕對(duì)編碼器產(chǎn)生獨(dú)特的 數(shù)字碼用于旋轉(zhuǎn)軸的每個(gè)不同的角度。絕對(duì)編碼器可為單個(gè)輪，其具 有加工到輪上的復(fù)雜圖案。單個(gè)輪附連到相關(guān)軸上，并且許多不同的 角位置可通過(guò)在該輪上的圖案來(lái)識(shí)別。然而，這種輪僅適用于軸僅經(jīng) 歷單次旋轉(zhuǎn)的情況。
絕對(duì)編碼器的另一形式利用多個(gè)輪，其具有在每個(gè)輪上的同心 環(huán)，其中每個(gè)環(huán)提供l比特的位置數(shù)據(jù)。多個(gè)輪的形式允許所測(cè)量的 軸經(jīng)歷多次旋轉(zhuǎn)并且仍然追蹤軸的位置和旋轉(zhuǎn)次數(shù)。存在更多的輪允 許追蹤更多軸的旋轉(zhuǎn)或確定單個(gè)旋轉(zhuǎn)的更多位置。然而，多輪式絕對(duì) 編碼器常常易損壞且可靠性較差。需要可靠且可通過(guò)操作產(chǎn)生用于頻 率分析的速度數(shù)據(jù)的多輪式絕對(duì)編碼器。
解決這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)嘗試是利用6個(gè)輪或7個(gè)輪。每個(gè)輪提供3 比特?cái)?shù)據(jù)。然而，經(jīng)由v比特處理僅僅產(chǎn)生2比特格雷碼作為位置數(shù) 據(jù)。這增加了絕對(duì)編碼器的可靠性。然而，不使用重復(fù)傳感器(duplicate sensor)。此外，速度傳感器未集成到絕對(duì)編碼器內(nèi)，并且不產(chǎn)生速度 數(shù)據(jù)用于頻率分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括用于旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)編碼器。旋轉(zhuǎn)編碼 器包括一個(gè)或多個(gè)編碼輪， 一個(gè)或多個(gè)編碼輪中的每個(gè)編碼輪包括至 少一個(gè)編碼分段，這些編碼分段可操作以對(duì)旋轉(zhuǎn)裝置的位置進(jìn)行編 碼。還包括至少一個(gè)雙組傳感器，其可操:作以監(jiān)控至少一個(gè)編碼分^:。
本發(fā)明的另 一實(shí)施例包括閥促動(dòng)器，閥促動(dòng)器包括絕對(duì)編碼器和 適合于驅(qū)動(dòng)絕對(duì)編碼器的傳動(dòng)系。絕對(duì)編碼器包括至少一個(gè)編碼器盤(pán)，可操作以讀取至少一個(gè)編碼器盤(pán)的多個(gè)傳感器，可操作以產(chǎn)生速 度數(shù)據(jù)的速度傳感器，用于多個(gè)傳感器和速度傳感器中的每個(gè)傳感器 的至少一個(gè)重復(fù)傳感器。
本發(fā)明的又一實(shí)施例包括分析包括傳感器的閥促動(dòng)器的方法。該 方法包括從傳感器產(chǎn)生數(shù)據(jù)并對(duì)該數(shù)據(jù)執(zhí)行頻域分析。
本發(fā)明的特定實(shí)施例包括分析在兩個(gè)位置極限之間旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn) 裝置的方法。該方法包括將旋轉(zhuǎn)位置編碼器可操作地聯(lián)接至旋轉(zhuǎn)裝置 的軸，其中旋轉(zhuǎn)位置編碼器包括速度指示器。該方法包括利用速度傳 感器產(chǎn)生速度數(shù)據(jù)并且對(duì)該速度數(shù)據(jù)執(zhí)行頻率分析。
通過(guò)結(jié)合附圖考慮下文的詳細(xì)描述，本發(fā)明的特征、優(yōu)點(diǎn)和替代 方面將對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)。


雖然說(shuō)明書(shū)以特定地指出并明確地主張被認(rèn)為是本發(fā)明的內(nèi)容 的權(quán)利要求書(shū)作為總結(jié)，但是當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，通過(guò)本發(fā)明的下文
的描述可以更易于確定本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，在附圖中 圖1示出了旋轉(zhuǎn)編碼器的一個(gè)實(shí)施例的輪； 圖2示出了圖1的實(shí)施例的完全組裝形式； 圖3示出了圖1的實(shí)施例的部分組裝形式； 圖4示出了圖3的實(shí)施例的頂^L圖； 圖5示出了旋轉(zhuǎn)編碼器的特定實(shí)施例的輪； 圖6示出了在頻域中的代表性的無(wú)問(wèn)題診斷； 圖7示出了在頻域中的代表性的出現(xiàn)問(wèn)題的診斷； 圖8示出了利用128個(gè)樣品的數(shù)據(jù)分辨率； 圖9示出了在對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行傅里葉變換(FT)之前在圖8中使用的數(shù)
據(jù)；
圖10示出了利用256個(gè)樣品的數(shù)據(jù)分辨率；
圖11示出了在對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行FT之前在圖10中使用的數(shù)據(jù)；圖12示出了利用512個(gè)樣品的數(shù)據(jù)分辨率；
圖13示出了在對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行FT之前在圖12中使用的數(shù)據(jù);
圖14示出了利用1024個(gè)樣品的數(shù)據(jù)分辨率；
圖15是指示本發(fā)明的某些實(shí)施例的準(zhǔn)確度的表格；
圖16是以每分鐘26次旋轉(zhuǎn)(rpm)獲得的頻域數(shù)據(jù)的示例；
圖17是以26rpm獲得的頻域數(shù)據(jù)的另一示例；
圖18是以18rpm獲得的頻域數(shù)據(jù)的示例；以及
圖19是以18rpm獲得的頻域數(shù)據(jù)的另一示例。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明可用于任何閥促動(dòng)器或其它的旋轉(zhuǎn)裝置，諸如在兩個(gè)位置 之間旋轉(zhuǎn)的裝置。本發(fā)明的特定實(shí)施例利用帶有集成的速度傳感器的 旋轉(zhuǎn)編碼器。速度傳感器可操作以產(chǎn)生速度數(shù)據(jù)用于頻率分析。本發(fā) 明還可使用能夠產(chǎn)生可變換成頻域的數(shù)據(jù)的另一類型的傳感器。而頻 率分析可用于診斷閥促動(dòng)器或其它旋轉(zhuǎn)裝置的任何問(wèn)題。在一個(gè)實(shí)施 例中，旋轉(zhuǎn)編碼器是帶有重復(fù)傳感器對(duì)的絕對(duì)編碼器。
在附圖中，相似的附圖標(biāo)記表示相似的元件。圖l示出了本發(fā)明 的旋轉(zhuǎn)編碼器的一個(gè)實(shí)施例。旋轉(zhuǎn)編碼器1表示絕對(duì)編碼器的特定實(shí) 施例。不存在諸如"輸入"、"時(shí)序"或"編碼"等修飾詞的術(shù)語(yǔ)"輪" 或"多個(gè)輪"可適用于輸入輪IO、定時(shí)輪20以及編碼輪30至110。 短語(yǔ)"編碼輪"或"多個(gè)編碼輪"適用于編碼輪30至110。
底部安裝架130經(jīng)由螺栓132緊固到底板120上。螺栓132還可 為鉚釘、螺釘、夾具、夾子、粘合劑、焊接點(diǎn)、搭扣配合連接或本領(lǐng) 域中已知的任何其它連接裝置。螺栓132還可放置于任何位置。例如， 當(dāng)螺栓132是夾具時(shí)，底部安裝架130可延伸到底板120的邊緣，螺 栓132可定位于該邊緣?；蛘?，當(dāng)螺栓132是粘合劑時(shí)，粘合劑可在 與底板120接觸的底部安裝架130的任何表面上展開(kāi)。
底板120可包括半導(dǎo)體襯底，其中諸如處理器150和傳感器160的電氣元件可彼此集成。連接處理器150與傳感器160的電路未被示 出。然而，除了將電路集成到底板120內(nèi)之外，電路可定位于底板120 外部。例如，可在底板120中鉆孔以與傳感器160的輸入端與輸出端 以及處理器150的輸入端與輸出端相對(duì)應(yīng)。絕緣線可在傳感器160與 處理器150之間互連。此外，如果電路定位于底板120外部，可需要 將底板安裝架130合并到底板120內(nèi)。
旋轉(zhuǎn)編碼器1還可包括頂部安裝架140和頂板170,如圖2至圖 4所示。關(guān)于底板120和底部安裝架130的相同描述適用于頂部安裝 架140和頂板170。頂板170也可是半導(dǎo)體襯底。然而，任何電路也 可在頂板170外部。頂部安裝架140也可集成到頂板170內(nèi)。頂部安 裝架140可利用螺栓132緊固到底部安裝架130。緊固螺母122附連 到底板120。頂板170經(jīng)由螺釘172和緊固螺母122緊固到底板172, 如圖2所示。旋轉(zhuǎn)編碼器1可經(jīng)由安裝螺栓124緊固到另一裝置。關(guān) 于螺栓132描述的配置也可適用于緊固螺母122、螺釘172和安裝螺 栓124。如圖3和圖4所示，頂部安裝架140可為單件材料。這允許 示于圖3和圖4中的頂部安裝架140的實(shí)施例以均勻方式熱膨脹。這 同樣適用于底部安裝架130。在一替代實(shí)施例中，頂部安裝架140和 底部安裝架130可各由多件制成。
此外，旋轉(zhuǎn)編碼器1不限于任何特定形狀。旋轉(zhuǎn)編碼器l可為圓 形、矩形或被特定地成形用于某種裝置或應(yīng)用。而且，術(shù)語(yǔ)"頂部(頂)" 和"底部(底)"在本文中使用僅僅是為了便于旋轉(zhuǎn)編碼器1的描迷。 因此，旋轉(zhuǎn)編碼器1可以以任何方位使用。
在圖1至圖4的特定示例中，輸入輪10包括在齒輪11上的齒12。 輸入輪10還包括孔口 14，其可與傳感器一起用于提供追蹤輸入輪10 的旋轉(zhuǎn)次數(shù)的裝置。鎖緊帽16附連到輸入輪10。如圖3所示，當(dāng)鎖 緊帽16處于適當(dāng)位置時(shí)，輸入輪10的任何移動(dòng)受到鎖緊帽16與頂 部安裝支架140的接觸的約束。只要旋轉(zhuǎn)編碼器1要被搬運(yùn)或裝運(yùn)時(shí) 可包括鎖緊帽16，且一旦輸入軸準(zhǔn)備接合旋轉(zhuǎn)編碼器1則將鎖緊帽16卸下。
定時(shí)輪20包括齒輪21和小齒輪25。齒輪21包括齒22。小齒輪 25包括齒26。定時(shí)輪20還包括定時(shí)狹縫28。在此實(shí)施例中，定時(shí)狹 縫28設(shè)計(jì)成從齒輪21的頂表面延伸到齒輪21的底表面的孔，并且 定時(shí)狹縫28設(shè)計(jì)為表現(xiàn)為矩形的弧形分段。然而，應(yīng)了解的是，這 些元件可具有任何形狀。定時(shí)狹縫28還可為畫(huà)線、嵌入J茲體或能夠 被4企測(cè)到的任何其它結(jié)構(gòu)。也可不存在定時(shí)狹縫28,替代地，其它裝 置可執(zhí)行定時(shí)狹縫28的功能。例如，在齒輪21上的齒可由亞鐵化合 物制成且包括足夠的數(shù)目以對(duì)應(yīng)于所希望的定時(shí)標(biāo)記。；改置在齒輪21 附近的磁性讀取器可檢測(cè)鄰近磁性讀取器旋轉(zhuǎn)的每個(gè)齒22。定時(shí)輪 20表示可用于本發(fā)明的定時(shí)機(jī)構(gòu)的僅僅一個(gè)實(shí)施例。
定時(shí)輪20還包括編碼分段24，其在本實(shí)施例中設(shè)計(jì)為從小齒輪 25的頂表面延伸穿過(guò)齒輪21的底部的弧形孔。圖1示出了編碼分段 24終止于與從定時(shí)輪20的中心徑向延伸的射線對(duì)齊的直邊緣。編碼 分段24也可為弧形分段，其終止于與間隙132和間隙142的凹形邊 緣類似的凹形邊緣。編碼分段24示出為將定時(shí)輪20的內(nèi)環(huán)27分成 八份。然而，編碼分段24也可設(shè)計(jì)成將內(nèi)環(huán)27分成兩份、四份、十 六份或任何其它的1/2M分?jǐn)?shù)。
在圖1所示的實(shí)施例中，編碼輪30包括具有齒32的齒輪31和 具有齒36的小齒輪35。編碼輪30具有內(nèi)環(huán)37和外環(huán)39，內(nèi)環(huán)37 具有編碼分段34，外環(huán)39具有編碼分段38。編碼分段34和38從編 碼輪30的頂表面延伸至輪30的底表面。編碼分段38具有連續(xù)的弧 形形狀，其占據(jù)外環(huán)39的二分之一。編碼分段34包括兩個(gè)不同的弧 形分段，分段34a和分段34b，其各占據(jù)內(nèi)環(huán)的四分之一且彼此等距 間隔開(kāi)。分段34a始于與編碼分段38相同的徑向射線。分段34b始于 編碼分段38終止處的相同的徑向射線。編碼分段可以是不對(duì)稱的， 如圖1所示，或?qū)ΨQ的，諸如圖5的編碼分段。編碼分段的不對(duì)稱方
:編碼輪的非編碼分段部分阻擋的位置放置冗余傳感器。
編碼輪40包括具有齒42的齒輪41和具有齒(未圖示)的小齒輪。 小齒輪安裝于編碼輪40的底側(cè)上，并且在圖中未示出。編碼輪40具 有內(nèi)環(huán)47和外環(huán)39,內(nèi)環(huán)47具有編碼分段44，.外環(huán)39具有編碼分 段38。編碼分段44和48從編碼輪40的頂表面延伸到輪40的底表面。 編碼分段48包括連續(xù)的弧形分段，其占據(jù)外環(huán)49的二分之一。編碼 分段44被分成兩個(gè)弧形分段，分段44a和分段44b，它們中的每一個(gè) 占據(jù)內(nèi)環(huán)的四分之一并且彼此等距間隔開(kāi)。分段44a始于與編碼分段 48相同的徑向射線。分段44b始于分段38終止處的相同徑向射線。
在本實(shí)施例中，編碼輪50、 70、 90和110與編碼輪30相同，編 碼輪60、 80和100與編碼輪40相同。然而，這些編碼輪中的任一個(gè) 編碼輪不必與任何其它的編碼輪相同。當(dāng)使用術(shù)語(yǔ)"內(nèi)環(huán)"或"多個(gè) 內(nèi)環(huán)"時(shí)，表示的是編碼輪30至110中的每一個(gè)的內(nèi)環(huán)37、 47、 57、 67、 87、 97、 107和117。僅僅定時(shí)輪20和編碼輪30和40的內(nèi)環(huán)實(shí) 際上在圖1中編號(hào)。當(dāng)使用術(shù)語(yǔ)"外環(huán)"或"多個(gè)外環(huán)，，時(shí)，表示的 是編碼輪30至110中每一個(gè)的外環(huán)39、 49、 59、 69、 79、 89、 99、 109和119。僅僅編碼輪30和40的外環(huán)實(shí)際上在圖1中編號(hào)。當(dāng)使 用術(shù)語(yǔ)"編碼分段"或"多個(gè)編碼分段"時(shí)，表示的是定時(shí)輪20和 編碼輪30至110中每一個(gè)編碼輪的編碼分萃殳24、 34、 38、 44、 48、 54、 58、 64、 68、 74、 78、 84、 88、 94、 98、 104、 108、 114和118。 僅僅定時(shí)輪20和編碼輪30、 40的編碼分段實(shí)際上在圖1中編號(hào)。此 外，定時(shí)標(biāo)記28可祐j見(jiàn)作"編碼分^殳，，。通過(guò)定時(shí)標(biāo)記28所產(chǎn)生的 數(shù)據(jù)可用于確定位置和/或速度。同樣，由其它編碼分段所產(chǎn)生的數(shù)據(jù) 可用于確定位置和/或速度。
輸入輪10的齒輪11與定時(shí)輪20的小齒輪25嚙合。定時(shí)輪20 的齒輪21與編碼輪30的齒輪31嚙合。編碼輪30的小齒輪35與編 碼輪40的齒輪41嚙合。編碼輪40的小齒輪45與中間小齒輪180嚙 合。中間小齒輪180與編碼輪50的齒輪51嚙合。編碼輪50的小齒輪55與編碼輪60的齒輪61嚙合。編碼輪60的小齒輪65與中間小 齒輪180嚙合。中間小齒輪180與編碼輪70的齒輪71嚙合。編碼輪 70的小齒輪75與編碼輪80的齒輪81嚙合。編碼輪80的小齒輪85 與中間小齒輪180嚙合。中間小齒輪180與編碼輪90的齒輪91嚙合。 編碼輪90的小齒輪95與編碼輪100的齒輪101嚙合。編碼輪100的 小齒輪105與中間小齒輪180嚙合。中間小齒輪180與編碼輪110的 齒輪lll嚙合。
如在圖3中可見(jiàn)，輸入輪10和編碼輪40、 60、 80和100的齒輪 處于與定時(shí)輪20和編碼輪30、 50、 70、 90和110的小齒輪相同的平 面中。編碼輪40、 60、 80和100的小齒輪處于與定時(shí)輪20和編碼輪 30、 50、 70、 90和IIO的齒輪相同的平面中。
光線防濺罩(light splashguard)(未示出)可從底部安裝架130和頂部 安裝架140突出。防'減罩布置于內(nèi)環(huán)與外環(huán)之間的部分的或完全的同 心環(huán)中。例如，對(duì)于編碼輪30而言，防濺罩布置于內(nèi)環(huán)37與外環(huán)39 之間。防濺罩可設(shè)計(jì)成基于定時(shí)輪20和編碼輪30至IIO的底表面(一 方面)與底部安裝架130之間的距離而具有變化的高度。防濺罩提供傳 感器160之間的擋光板。防濺罩可包括內(nèi)置于底部安裝架130內(nèi)、內(nèi) 置于編碼輪和定時(shí)輪20內(nèi)或內(nèi)置于底板120和頂板170內(nèi)的同心環(huán)。 或者，遮擋件可個(gè)別地圍繞傳感器160形成，或圍繞檢測(cè)器162和發(fā) 射器164形成。防濺罩可為脊、壁或能夠防止不同傳感器160之間的 串?dāng)_的任何其它結(jié)構(gòu)的同心環(huán)。
輸入輪10、定時(shí)輪20和編碼輪30至110的嚙合在圖1至圖4中 被示出為處于蜿蜒配置。然而，該配置可被改變以滿足不同的編碼器 設(shè)計(jì)。例如，當(dāng)需要將旋轉(zhuǎn)編碼器1成形為圓形時(shí)，輪可布置成螺旋 配置。旋轉(zhuǎn)編碼器1的各種形狀和輪的各種配置都是可能的。圖5示 出了在類似的旋轉(zhuǎn)編碼器形狀內(nèi)的輪的替代U形配置。
旋轉(zhuǎn)編碼器1也可纟皮i殳計(jì)成分層結(jié)構(gòu)。輸入輪10、定時(shí)輪20和 編碼輪30至IIO在圖1至圖4中被示出布置于單級(jí)中?；蛘?，旋轉(zhuǎn)編碼器1可被設(shè)計(jì)成包括在多級(jí)上的輪。在圖1中，每個(gè)輪被獨(dú)特地
緊固到底部安裝架130上。然而，多個(gè)輪可安裝到單個(gè)輪軸上。在一 實(shí)施例中，編碼輪60和70，編碼輪50和80,編碼輪40和90以及 編碼輪30和100可分別布置于同一輪軸上。定時(shí)輪20和編碼輪110 可布置于同一輪軸上。對(duì)于甚至更窄的旋轉(zhuǎn)編碼器，輪40、 50、 80 和90可布置于同一輪軸上，編碼輪30、 60、 70、 100和110可布置 于同一輪軸上。應(yīng)了解的是，多種配置和組合是可能的。
輸入輪10、定時(shí)輪20和編碼輪30至110被示出為正齒輪。然而， 輪也可為蝸輪，錐齒輪，人字齒輪、準(zhǔn)雙曲面齒輪、環(huán)形齒輪、齒條 和小齒輪，以及螺旋齒輪。旋轉(zhuǎn)編碼器1示出了編碼輪具有固定旋轉(zhuǎn) 的實(shí)施例?；蛘?，可實(shí)施齒條和小齒輪系統(tǒng)，其中定時(shí)輪20和編碼 輪30至110不具有固定的旋轉(zhuǎn)。
參看圖1至圖4所示的特定實(shí)施例，不同編碼輪的內(nèi)環(huán)和外環(huán)定 位于距輪的中心相同距離處。例如，內(nèi)環(huán)37和編碼分段34距輪30 中心的距離與內(nèi)環(huán)47和編碼分段44距輪40中心的距離相同，即使 在輪40具有更大直徑的情況下。因此，齒42和齒36的數(shù)目可決定 輪40相對(duì)于輪30的速度減小。這同樣適用于其它輪。然而，不同編 碼輪的編碼分段不必在徑向上等距地定位。
輸入輪10的速度由待監(jiān)控的旋轉(zhuǎn)裝置的速度確定。例如，在本 實(shí)施例中，定時(shí)輪20轉(zhuǎn)動(dòng)得比輸入輪10快大約1.34倍。編碼輪30 以與定時(shí)輪20相同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。編碼輪40以編碼輪30的速度的四 分之一轉(zhuǎn)動(dòng)。編碼輪50以編碼輪40的速度的四分之一轉(zhuǎn)動(dòng)，編碼輪 40以編碼輪30的速度的十六分之一速度轉(zhuǎn)動(dòng)。這同樣適用于其它編 碼輪，使得編碼輪110以編碼輪100的速度的四分之一轉(zhuǎn)動(dòng)，編碼輪 100以編碼輪30的速度的1/65,536轉(zhuǎn)動(dòng)。在某些情形下，編碼輪30 將旋轉(zhuǎn)，但不足以造成編碼輪110的旋轉(zhuǎn)。在替代實(shí)施例中，額外的 編碼輪可添加到旋轉(zhuǎn)編碼器1。額外的編碼^^的速度可計(jì)算為編碼輪 30的1/4n(進(jìn)行如下計(jì)數(shù)，編碼輪30為n=0，編碼輪40為n=l,……，編碼輪110為n-8，等等)。本發(fā)明的特定實(shí)施例可包括一個(gè)如下的編 碼輪其具有較小的比特?cái)?shù)目用于最高速度的輪，但允許在輪系傳動(dòng) 時(shí)隨著相對(duì)編碼輪速度降低而增加每個(gè)輪的更高的比特?cái)?shù)目。
可能存在需要改變輪與輪之間的齒數(shù)的情況。例如，在編碼輪40 和60不具有相同齒lt的情況下。此外，結(jié)合改變齒輪上的齒^t，編 碼分段的徑向位置可相對(duì)于另一個(gè)輪改變，以造成速度減小或增加。
輪可由任何種材料制成。少數(shù)的代表性示例為鋼、不銹鋼、鋁、 其它金屬、陶瓷、塑料、玻璃和覆有金屬的塑料。可使用本領(lǐng)域已知 的用于齒輪的任何材料。這些輪可全部由相同的組合物制成，或者輪 與輪之間的組合物可有所不同。
如參看編碼輪80所示，傳感器160包括檢測(cè)器162和發(fā)射器164。 檢測(cè)器162和發(fā)射器164內(nèi)置于底板120內(nèi)。間隙34內(nèi)置于底部安 裝架130內(nèi)，以防止遮住檢測(cè)器162和發(fā)射器164。關(guān)于發(fā)射器164 和檢測(cè)器162,可經(jīng)由半導(dǎo)體制造技術(shù)，將發(fā)射器164和檢測(cè)器162 安裝于底板120上以及將發(fā)射器164和檢測(cè)器162插入通過(guò)底板120 中的孔，從而將發(fā)射器164和檢測(cè)器162制造于底板120內(nèi)。應(yīng)了解 的是，將發(fā)射器164和檢測(cè)器162緊固到底板120上的任何其它方法 也涵蓋于本發(fā)明內(nèi)。間隙144(圖4)內(nèi)置于頂部安裝架140內(nèi)且具有與 間隙134相同功能。盡管未示出，旋轉(zhuǎn)編碼器l也可包括傳感器，其 包括發(fā)射器和檢測(cè)器，發(fā)射器和檢測(cè)器內(nèi)置于頂板170的底表面內(nèi)。 對(duì)于內(nèi)置于底板120內(nèi)的每個(gè)檢測(cè)器162,發(fā)射器可直接布置于上方。 對(duì)于內(nèi)置于底板120內(nèi)的每個(gè)發(fā)射器164,檢測(cè)器可直接放置于上方。 圖4所示的頂部安裝架140中的間隙144防止頂部安裝架140對(duì)發(fā)射 器和檢測(cè)器的任何阻擋。位于頂板170的底表面上的傳感器、檢測(cè)器 和發(fā)射器通常與直接位于上方的傳感器160、發(fā)射器164和檢測(cè)器162 相同。因此，為了便于本文的討論，與位于底板120上的構(gòu)件基本上 類似的位于頂板170上的任何相應(yīng)構(gòu)件，盡管未在圖中示出，但是將 賦予加上引號(hào)(')標(biāo)記的相同的附圖標(biāo)記(例如，檢測(cè)器160和檢測(cè)器160')。
所示的實(shí)施例包括傳感器160、 161、 163和165。傳感器161對(duì) 應(yīng)于定時(shí)4侖20和編碼輪30至IIO的內(nèi)環(huán)。傳感器163和165對(duì)應(yīng)于 編碼輪30至IIO的外環(huán)。傳感器160'、 .161'、 163'和165'分別直接方丈 置于傳感器160、 161、 163和165上方。傳感器163和165可放置成 以大約90度的徑向角度間隔開(kāi)。在編碼輪30、 60、 70、 100和110 中，傳感器161可平分傳感器163與165之間的角度。在編碼輪40、 50、 80和90中，傳感器161和163可以以大約45度的徑向角度間隔 開(kāi)，傳感器161和165可以以大約135度的徑向角度間隔開(kāi)。傳感器 161、 163、 165和169僅關(guān)于編碼輪80和100以及定時(shí)輪20編號(hào)。 每個(gè)傳感器161、 163和165包括發(fā)射器164和檢測(cè)器162。每個(gè)傳感 器161'、 163'和165'包括發(fā)射器164'和檢測(cè)器162'。
傳感器160/160'包括發(fā)射器164/164'和檢測(cè)器162/162',并且可被 描述為一組傳感器對(duì)或雙組傳感器。這同樣適用于傳感器160/160'和 160'/160"的具體形式(即，傳感器161、 161'、 163、 163'、 165、 165'、 169和169')。作為將發(fā)射器164和檢測(cè)器162視為一對(duì)且將發(fā)射器164' 和檢測(cè)器162'視為相對(duì)的第二對(duì)的替代，發(fā)射器164和檢測(cè)器162'可 被視作一對(duì)，發(fā)射器164'和檢測(cè)器162可被視作并行的第二對(duì)。但是 無(wú)論如何認(rèn)為，第二對(duì)可提供重復(fù)檢測(cè)。這種冗余性使得旋轉(zhuǎn)編碼器 1能夠高度地容錯(cuò)。例如，如果一個(gè)這樣的對(duì)出現(xiàn)故障，那么旋轉(zhuǎn)編 碼器1仍可操作。根據(jù)哪個(gè)傳感器或傳感器構(gòu)件可能已出現(xiàn)故障(若存 在)，編碼器也可利用促動(dòng)的多個(gè)傳感器而才喿作。
在一特定實(shí)施例中，傳感器160的發(fā)射器164和檢測(cè)器162的位 置是給予傳感器160(和相應(yīng)傳感器160')可能最寬的和最對(duì)稱的放置 公差的位置。在比特值再次改變之前，對(duì)于傳感器而言，代碼值改變 的位置在順時(shí)針(CW)方向與逆時(shí)針(CCW)方向留有相同的空間。這個(gè) 方法在圖1中示出。在一特定實(shí)施例中，這導(dǎo)致不對(duì)稱的傳感器放置 和代碼變化點(diǎn)的相應(yīng)不對(duì)稱性。在一替代實(shí)施例中，發(fā)射器164可相對(duì)于檢測(cè)器162偏移。然后 可比較所得到的第 一編碼值和偏移編碼值，以確保兩個(gè)值之間的算術(shù) 差相同。如果算術(shù)差不相同，則可由下述的自測(cè)試來(lái)查找這個(gè)問(wèn)題。
在任一實(shí)施例中，只要這種放置.在v比特防止間隙邏輯 (anti-backlash logic)的界限內(nèi)且在構(gòu)件的可容許的機(jī)械公差的界限內(nèi)， 那么所產(chǎn)生的代碼將是相同的。
在一替代實(shí)施例中，傳感器161、 163和165可各具有單個(gè)發(fā)射 器，相應(yīng)的傳感器161'、 163'和165'可各具有相應(yīng)的單個(gè)4企測(cè)器而不 存在任何冗余。
各個(gè)傳感器與定時(shí)標(biāo)記28相關(guān)聯(lián)。圖1所示的傳感器169包括 至少一個(gè)發(fā)射器164和至少一個(gè)4企測(cè)器162。位于頂板170上的傳感 器169'直接放置于傳感器169上方，并且包括至少一個(gè)發(fā)射器164'和 至少一個(gè)纟企測(cè)器162'。
在一特定實(shí)施例中，位于底板120和頂板170上的相應(yīng)傳感器可 分別一次促動(dòng)一個(gè)輪?；蛘?，可一次促動(dòng)這些輪中的全部或某些。每 個(gè)輪的底部通常首先被促動(dòng)，之后為每個(gè)輪的頂側(cè)。在一特定實(shí)施例 中，可促動(dòng)傳感器160/160'的各個(gè)發(fā)射器。連續(xù)促動(dòng)用于監(jiān)控定時(shí)標(biāo) 記28的各個(gè)傳感器169/169',如在下文更詳細(xì)地討論。關(guān)于編碼輪30 至IIO，可促動(dòng)傳感器161、 163和165的發(fā)射器164。如果旋轉(zhuǎn)編碼 器1處于圖1所示的位置，那么傳感器161'、 163'和165'的檢測(cè)器162' 各接收來(lái)自相應(yīng)發(fā)射器164的信號(hào)。然而，旋轉(zhuǎn)編碼器l可定位成使 得僅僅傳感器161'和163', 161'和165'， 163'和165', 161'、 163'和165' 的檢測(cè)器162接收信號(hào)或者所有這些傳感器的檢測(cè)器162'均不接收信 號(hào)。無(wú)論旋轉(zhuǎn)編碼器1位于何處，檢測(cè)器162將在發(fā)射器164促動(dòng)時(shí) 接收信號(hào)。在一特定實(shí)施例中，發(fā)射器164和檢測(cè)器162能夠豎直地 和左右地直接通信。因此，當(dāng)促動(dòng)三個(gè)發(fā)射器164時(shí)，三個(gè)檢測(cè)器162 將接收信號(hào)，并且如果編碼器輪中的開(kāi)口(即，編碼分段)位于發(fā)射器 164與4企測(cè)器162'之間，那么三個(gè)#:測(cè)器162'可接收信號(hào)。因此，產(chǎn)生6比特的數(shù)據(jù)。
采用這種方式，當(dāng)促動(dòng)位于頂板170上的傳感器161'、 163'和165' 的發(fā)射器164'時(shí)，產(chǎn)生6比特的數(shù)據(jù)。促動(dòng)相同傳感器的檢測(cè)器162'， 以及在旋轉(zhuǎn)編碼器1的底側(cè)上的傳感器161、 163和165的4企測(cè)器162。 可促動(dòng)編碼輪30的傳感器161、 163和165。然后，可促動(dòng)編碼輪30 的傳感器161'、 163'和165'。關(guān)于編碼輪40至110，可繼續(xù)這種替代 的傳感器促動(dòng)模式。
關(guān)于定時(shí)輪20，傳感器161和161'可如上文關(guān)于編碼輪30至110 所述而促動(dòng)。在一特定實(shí)施例中，繼續(xù)促動(dòng)傳感器169和169'的發(fā)射 器。在圖2所示的實(shí)施例中，傳感器169'包括兩個(gè)發(fā)射器，傳感器169 包括兩個(gè)檢測(cè)器。在一特定實(shí)施例中，所有其它的傳感器各具有發(fā)射 器和一企測(cè)器。在一特定實(shí)施例中， 一次僅僅促動(dòng)傳感器169的一個(gè)發(fā) 射器。
第一檢測(cè)器162a和第二檢測(cè)器162b可定位成使得當(dāng)定時(shí)標(biāo)記28 存在于第一檢測(cè)器162a上時(shí)，定時(shí)標(biāo)記28不存在于第二4企測(cè)器162b 上。這示于圖l中，其中檢測(cè)器162a和任選的發(fā)射器164是可見(jiàn)的， 但沖企測(cè)器162b是不可見(jiàn)的。
或者，傳感器169和169'可各具有發(fā)射器和檢測(cè)器，且可禁止 (disable)直接的左右傳送特性?？赏ㄟ^(guò)使用不同類型的傳感器或在檢 測(cè)器162和162'和/或發(fā)射器164和164'的邊緣周?chē)胖谜趽跫?這種特性。
傳感器169和169'還可包括其它的發(fā)射器和檢測(cè)器。例如，圖2 示出傳感器169中的檢測(cè)器164,其對(duì)應(yīng)于傳感器169'中的檢測(cè)器 162'。發(fā)射器164可放置于距第一檢測(cè)器162a足夠遠(yuǎn)的距離，使得第 一檢測(cè)器162a在促動(dòng)發(fā)射器164時(shí)不接收光信號(hào)。在一替代實(shí)施例中， 發(fā)射器164，第一發(fā)射器164a'和第二發(fā)射器164b'可交替地促動(dòng)。
傳感器160和160'提供三級(jí)冗余。首先，如果發(fā)射器164'和164 和檢測(cè)器162'與162中的任一個(gè)失效，那么傳感器160和160'仍然是可操作的。例如，如果編碼輪80的傳感器161的發(fā)射器164失效， 那么傳感器161仍然可操作，因?yàn)閭鞲衅?61'的發(fā)射器164'仍然能夠 與傳感器161的檢測(cè)器162通信。
第二級(jí)冗余來(lái)自內(nèi)置式自測(cè)試功能。將檢測(cè)器162放置在發(fā)射器 164附近而提供自測(cè)試。即使由于編碼輪的位置而不存在無(wú)障礙光路， 檢測(cè)器162將在促動(dòng)發(fā)射器164時(shí)接收信號(hào)。如果檢測(cè)器162不接收 信號(hào)，那么發(fā)射器164和檢測(cè)器162(或附帶的電路和處理)中的任一個(gè) 或兩個(gè)出現(xiàn)故障。 一旦編碼輪移動(dòng)到存在無(wú)障礙光路的位置，如果檢 測(cè)器192未接收到信號(hào)，則可能是發(fā)射器164出現(xiàn)故障。檢測(cè)器162' 和164的壽命可通過(guò)促動(dòng)發(fā)射器164'來(lái)確定。如果檢測(cè)器164、檢測(cè) 器162'或發(fā)射器164'開(kāi)始出現(xiàn)故障而不是發(fā)射器164出現(xiàn)故障，那么 采用類似的邏輯。
當(dāng)確定哪個(gè)位置由傳感器160和160'識(shí)別時(shí)，處理器150將考慮 任何失效的構(gòu)件，諸如發(fā)射器164或檢測(cè)器162'。例如，如果與編碼 輪80相鄰的傳感器163的檢測(cè)器162失效，那么處理器150可針對(duì) 如下事實(shí)進(jìn)行補(bǔ)償，即傳感器163和163'將不檢測(cè)在編碼輪80旋轉(zhuǎn)中 相同點(diǎn)的阻擋的光路?；蛘撸褂孟嗤氖纠?，如果檢測(cè)器162未接 收信號(hào)，那么檢測(cè)器162可由相鄰發(fā)射器164來(lái)測(cè)試，以確定檢測(cè)器 162是否為操作的。發(fā)射器164'可由相鄰檢測(cè)器162'測(cè)試，以確定發(fā) 射器164'是否為問(wèn)題的原因。如果發(fā)射器164'和檢測(cè)器162為操作的 且發(fā)射器164'正在發(fā)送，但是檢測(cè)器162未接收到該傳送，那么外環(huán) 89阻擋發(fā)射器164'與檢測(cè)器162之間的光路。而且，如果檢測(cè)器162 已失效，那么處理器150可估計(jì)編碼輪30至70和90至IIO的位置， 以確定外環(huán)89是否實(shí)際上阻擋出現(xiàn)故障的檢測(cè)器162。
可通過(guò)利用維特比(Viterbi)解碼由傳感器160和160'中的任一個(gè) 來(lái)提供第三冗余。例如，傳感器163的輸出或者傳感器165的輸出可 用于產(chǎn)生維特比比特(v-bit)。如果傳感器160或傳感器160'不操作以 產(chǎn)生v-比特，那么傳感器160或160'用于產(chǎn)生數(shù)據(jù)-比特。在一特定實(shí)施例中，傳感器165和165'用于產(chǎn)生v-比特。維特比解碼算法是前向 糾錯(cuò)技術(shù)。V比特提供可用于對(duì)其它的2-比特的位置進(jìn)行精確解碼的 冗余數(shù)據(jù)。在此實(shí)施例中，傳感器161和161'可提供l-比特?cái)?shù)據(jù)，傳 感器163和163'可提供2-比特?cái)?shù)據(jù)。通過(guò)使用v-比特，由傳感器161 和161'和傳感器163和163'所產(chǎn)生的信號(hào)與最佳位置的角度偏移可為 +/-22.5度而不造成編碼錯(cuò)誤。因此，即使在存在偏移的情況下接收信 號(hào)，也將仍然指示輪的真實(shí)位置。在一個(gè)編碼輪上的v-比特也明確相 鄰編碼輪的真實(shí)位置。例如，編碼輪30的v-比特幫助明確編碼輪40 的真實(shí)位置。
維特比解碼并不是編碼輪30至110可被，沒(méi)計(jì)成對(duì)其進(jìn)行實(shí)施的 唯一解碼算法。用于本發(fā)明的其它適當(dāng)算法例如包括序列解碼、里德 索羅門(mén)編碼(Reed-Solomon coding)和渦輪編碼(turbo coding)。維特比解 碼的另 一替代是齒輪計(jì)數(shù)。
在旋轉(zhuǎn)編碼器1中，產(chǎn)生v-比特的傳感器165相對(duì)于傳感器161 和163偏移?；蛘?，傳感器165可布置成與產(chǎn)生數(shù)據(jù)-比特的傳感器 163或161對(duì)齊。圖5示出了絕對(duì)編碼器p走轉(zhuǎn)編碼器2)的實(shí)施例，其 中v-比特傳感器2165定位成與數(shù)據(jù)-比特傳感器2161對(duì)齊并且相對(duì)于 數(shù)據(jù)-比特傳感器2163偏移。如參考定時(shí)輪2020可見(jiàn)，v-比特傳感器 2165也可定位成檢測(cè)內(nèi)環(huán)2027上的編碼分段2034。v-比特傳感器2165
內(nèi)環(huán)。因此，傳感器161或傳感器2161可為v-比特。
除了很少的差別之外，圖5所示的旋轉(zhuǎn)編碼器2類似于旋轉(zhuǎn)編碼 器1進(jìn)行操作。輸入輪2010具有不同的齒數(shù)。編碼分段2024將內(nèi)環(huán) 2027分成二份而不是四份。此外，傳感器2165包括于與傳感器2161 相同的同心環(huán)中。定時(shí)輪2020包括小齒輪2025，中間小齒輪2180在 小齒輪2025的任一側(cè)上。
輪2035。編碼輪2030具有內(nèi)環(huán)2037和外環(huán)2039,內(nèi)環(huán)2037具有編碼分段2034,外環(huán)2039具有編碼分段2038。編碼分段2034和2038 從編碼輪2030的頂表面延伸到輪2030的底表面。編碼分段2038示 出為占據(jù)外環(huán)2039的二分之一的連續(xù)弧形分段。編碼分段2034包括 兩個(gè)不同的弧形分段，即分段2034a和分段2034b，其中的每一個(gè)被 示出占據(jù)內(nèi)環(huán)的四分之一且彼此等距地間隔開(kāi)。分段2034a的中部與 編碼分段2038的中部對(duì)齊。分段2034b占據(jù)與分段2034直接相對(duì)的 空間。
編碼輪2040包括具有齒2042的齒輪2041和具有齒2046的小齒 輪2045。小齒輪2045安裝于編碼輪2040的底側(cè)上。在圖5的實(shí)施例 中，可穿過(guò)編碼輪2040看到小齒輪2045。編碼輪2040具有編碼分l殳 2044和2088,類似于編碼輪2030。出于說(shuō)明的目的，在圖5中僅標(biāo) 注了定時(shí)輪2020和編碼4侖2030的編碼分l爻。
編碼輪2050、 2070、 2090和2110可與編碼輪2030相同。編碼 輪2060、 2080和2100可與編碼輪2060相同。術(shù)語(yǔ)"內(nèi)環(huán)"、"多 個(gè)內(nèi)環(huán)"、"外環(huán)，，、"多個(gè)外環(huán)"、"編碼分段"和"多個(gè)編碼分 段"用于描述旋轉(zhuǎn)編碼器2,其以與旋轉(zhuǎn)編碼器1相同的方式使用。
輸入輪2010與中間小齒輪2180嚙合，而中間小齒輪2180與定 時(shí)輪2020的小齒輪2025嚙合。小齒輪2025與中間小齒輪2180嚙合， 而中間小齒輪2180與編碼輪2030的齒輪2031嚙合。編碼輪30的小 齒輪2035與編碼輪2040的齒輪2041嚙合，以此類推直至編碼輪2110。 編碼輪2030至2110以與編碼輪30至110相同的方式嚙合。
在本實(shí)施例中，輸入4侖2010的齒和編碼專侖2030、 2050、 2070、 2090和2110的齒輪可纟皮配置成位于與定時(shí)輪2020和編碼輪2040、 2060、 2080和2100的小齒輪相同的平面中。編碼輪2030、 2050、 2070、 2090和2110的小齒輪可布置于與編碼輪2040、 2060、 2080和2100 的齒輪相同的平面中。
參看旋轉(zhuǎn)編碼器1,傳感器160和160'提供轉(zhuǎn)動(dòng)輸入輪10的輸入 軸的絕對(duì)位置的指示。如圖所示，旋轉(zhuǎn)編碼器1是18比特絕對(duì)編碼器。因此，旋轉(zhuǎn)編碼器1能夠表示262,144個(gè)位置。當(dāng)然，無(wú)需使用 所有的位置?？赏ㄟ^(guò)向輪系的端部添加輪和傳感器或者從輪系的端部 減少輪和傳感器來(lái)增大或縮小旋轉(zhuǎn)編碼器1。每個(gè)輪可提供三個(gè)傳感 器160和160'?；蛘撸喯抵械拿總€(gè)輪或至少最后一個(gè)輪可才是供<又<叉 一個(gè)或兩個(gè)傳感器組160和160'，只要傳感器被定位成作為編碼值中 的下一個(gè)更高位的比特。旋轉(zhuǎn)編碼器1也可僅具有單個(gè)編碼輪，其用 作速度和位置數(shù)據(jù)的來(lái)源。旋轉(zhuǎn)編碼器1也可僅具有單個(gè)位置編碼輪 和單獨(dú)的速度傳感機(jī)構(gòu)，諸如定時(shí)輪。此外，編碼輪中的每一個(gè)可具 有任意多個(gè)編碼分^a和相應(yīng)的傳感器160和160'。旋轉(zhuǎn)編碼器1可為 利用傳感器160和160'的任何編碼器設(shè)計(jì)。
如上文所討論，傳感器160和160'能夠在編碼分段布置于傳感器 之間時(shí)通信，從而提供無(wú)障礙光路。在傳感器160中，當(dāng)接收到信號(hào) 時(shí)，檢測(cè)器162輸出邏輯0值；當(dāng)未接收到信號(hào)時(shí)輸出邏輯l值。同 樣，在傳感器160'中，當(dāng)接收到信號(hào)時(shí)檢測(cè)器162'輸出邏輯0值；當(dāng) 未接收到信號(hào)時(shí)，輸出邏輯1值。因此，當(dāng)編碼分段位于傳感器160 與傳感器160'之間時(shí)，當(dāng)促動(dòng)發(fā)射器164時(shí)，處理器150接收兩個(gè)單 獨(dú)的邏輯輸入 一個(gè)輸入來(lái)自檢測(cè)位置的檢測(cè)器162'， 一個(gè)輸入來(lái)自 執(zhí)行自測(cè)試的檢測(cè)器162。 一旦停用發(fā)射器164并促動(dòng)發(fā)射器164'， 那么處理器150接收2個(gè)單獨(dú)的邏輯輸入 一個(gè)邏輯輸入來(lái)檢測(cè)位置 的檢測(cè)器162, —個(gè)邏輯輸入來(lái)自執(zhí)行自測(cè)試的檢測(cè)器162'。
如果內(nèi)環(huán)或外環(huán)阻擋傳感器160與160'之間的通信，那么處理器 150將接收代表位置代碼的比特值的邏輯0輸入和代表與此比特位置 相關(guān)的發(fā)射器的成功測(cè)試的邏輯1輸入。例如，當(dāng)促動(dòng)發(fā)射器164時(shí)， 檢測(cè)器162'將被阻擋而不能接收信號(hào)且將發(fā)送邏輯1。檢測(cè)器162仍 然通過(guò)直接左右傳送而接收信號(hào)，并且因此將邏輯0傳送至處理器 150。
當(dāng)處理器150從檢測(cè)器162'接收邏輯0信號(hào)并且相對(duì)發(fā)射器164 被促動(dòng)時(shí)，處理器150認(rèn)識(shí)到肯定存在編碼分段。當(dāng)促動(dòng)發(fā)射器164'且檢測(cè)器162傳送邏輯0信號(hào)時(shí)，實(shí)現(xiàn)相同的結(jié)果。本實(shí)施例使用0 和邏輯o信號(hào)；然而，也可使用0和5伏、1和5伏或任何其它常用 傳感器信號(hào)或者其組合。此外，檢測(cè)器162和162'可設(shè)計(jì)成使得在未 接收到光信號(hào)時(shí)產(chǎn)生邏輯0和接收到光信號(hào)時(shí)產(chǎn)生0伏。在這樣的實(shí) 施例中，處理器150將在從檢測(cè)器162'接收到0伏并且發(fā)射器164被 促動(dòng)時(shí)接收傳感器160與160'之間的編碼分段的指示。
在一特定實(shí)施例中，由發(fā)射器164對(duì)相鄰檢測(cè)器162進(jìn)行的自測(cè) 試通過(guò)從發(fā)射器164的側(cè)部到檢測(cè)器162的直接傳送而執(zhí)行。例如， 檢測(cè)器162可位于距發(fā)射器164的距離為0.5 mm處。或者，可使用 不能直接左右傳送的傳感器。在這樣的實(shí)施例中，可經(jīng)由反射進(jìn)行自 測(cè)試。例如，當(dāng)在傳感器160與160'之間存在編碼分段并且促動(dòng)發(fā)射 器164時(shí)，僅僅檢測(cè)器162接收信號(hào)。當(dāng)促動(dòng)發(fā)射器164'時(shí)，僅僅檢 測(cè)器162接收信號(hào)。這將允許發(fā)射器164和164'同時(shí)促動(dòng)。當(dāng)不存在 編碼分段使得光在傳感器160與傳感器160'之間被阻擋時(shí)，檢測(cè)器162 和162'可適于接收反射光信號(hào)。在這種情形下，當(dāng)促動(dòng)發(fā)射器164時(shí)， 光可從內(nèi)環(huán)或外環(huán)的底表面發(fā)射出來(lái)。檢測(cè)器162可接收反射光的一 部分。檢測(cè)器162可設(shè)計(jì)成在接收到任何光的情況下傳送邏輯0。檢 測(cè)器162可設(shè)計(jì)成傳送與所接收的光的強(qiáng)度相當(dāng)?shù)碾妷骸Ｒ虼?，?dāng)存 在編碼分段時(shí)，檢測(cè)器162可從位于檢測(cè)器162直接上方的發(fā)射器164' 接收較高強(qiáng)度的直接光信號(hào)。當(dāng)不存在編碼分段時(shí)，檢測(cè)器162可從 相鄰發(fā)射器164接收較低強(qiáng)度的反射光信號(hào)。
在另一實(shí)施例中，編碼分段可涂畫(huà)于輪上，而不是依賴于輪的切 開(kāi)分IS:。在這樣的實(shí)施例中，在傳感器160與160'之間不發(fā)生通信。 相反,檢測(cè)器162從發(fā)射器164接收反射光。這同樣適用于檢測(cè)器162' 和發(fā)射器164'。例如，如果輪是非反射性的(例如，涂成黑色)且編碼 分段是反射性的(例如，涂成白色)或輪是反射性的且編碼分段是非反 射性的，那么檢測(cè)器162'將在光^^編碼分l殳反射出來(lái)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)電壓 且在光從非編碼分段反射出來(lái)時(shí)產(chǎn)生不同的電壓。此外，傳感器160和160'最初可位于編碼輪的相同側(cè)。
傳感器160和160'已關(guān)于光學(xué)傳感器進(jìn)行了描述。然而，應(yīng)了解 的是，多個(gè)其它傳感器可用于本發(fā)明。傳感器的其它適當(dāng)示例包括但 不限于磁性傳感器、霍爾效應(yīng)傳感器和電觸點(diǎn)。本領(lǐng)域中已知用于增 量傳感器和絕對(duì)編碼器的任何類型的傳感可用于本發(fā)明。編碼分^炎也 可包括與選定傳感器兼容的任何材料或配置。
處理器150也可設(shè)計(jì)成產(chǎn)生警報(bào)。如果檢測(cè)器162、發(fā)射器164、 檢測(cè)器162'、發(fā)射器164'、檢測(cè)器162a、檢測(cè)器162b、發(fā)射器164a' 或發(fā)射器164b'失效，處理器150可發(fā)出警報(bào)。對(duì)于不同的失效優(yōu)先級(jí) 可提供不同的警報(bào)。在極端情況下，處理器150可設(shè)計(jì)成強(qiáng)迫由旋轉(zhuǎn) 編碼器1所監(jiān)控的閥促動(dòng)器或其它旋轉(zhuǎn)裝置停機(jī)?？梢砸远喾N方式來(lái) 表達(dá)警報(bào)，諸如，可視警報(bào)(諸如在岡促動(dòng)器的控制面板上或在控制站 上閃光或LCD消息)，可聽(tīng)警報(bào)或書(shū)面警告。
在傳感器160和160'中，如果發(fā)射器164與164'和檢測(cè)器162與 162'不能正常起作用，那么所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)-比特或v-比特將被宣布為無(wú)
轉(zhuǎn)編碼器1所監(jiān)控的閥促動(dòng)器或其它旋轉(zhuǎn)裝置的性能的影響。也可基 于失效的比特?cái)?shù)目來(lái)估計(jì)無(wú)效的比特值。
閥促動(dòng)器的動(dòng)作時(shí)間是閥從打開(kāi)位置到關(guān)閉位置或者從關(guān)閉位 置到打開(kāi)位置所用的時(shí)間。其它旋轉(zhuǎn)裝置的動(dòng)作時(shí)間是旋轉(zhuǎn)裝置從第 一位置旋轉(zhuǎn)到第二位置所用的時(shí)間。例如，對(duì)于工業(yè)巻筒，動(dòng)作時(shí)間 是該巻筒從完全巻繞到完全展開(kāi)所用的時(shí)間。當(dāng)動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，單 個(gè)比特僅對(duì)應(yīng)于總動(dòng)作時(shí)間的一^J、部分。因此，單個(gè)比特失效可能不 是非常關(guān)鍵的，從而提供警報(bào)或警告但不強(qiáng)迫機(jī)器停機(jī)，這可足以用 于這樣的應(yīng)用。如果動(dòng)作時(shí)間較短，單個(gè)比特失效可表示實(shí)際位置與 旋轉(zhuǎn)編碼器1所表示的位置之間的較大偏差。因此，對(duì)于較短的動(dòng)作 時(shí)間，除了提供警報(bào)或警告之外，單個(gè)比特失效可足以強(qiáng)迫旋轉(zhuǎn)裝置 停機(jī)。比特失效的重要性可取決于對(duì)于給定應(yīng)用該動(dòng)作時(shí)間的哪些部分可由比特失效表示。在一特定實(shí)施例中，用戶能夠配置所容許的準(zhǔn) 確度損失的閾值，如果低于該闊值，BIST特征僅提供警報(bào)或警告，但
高于該閾值，BIST特征將強(qiáng)迫安全機(jī)器停機(jī)并且提供警報(bào)或警告。
對(duì)于并不具有預(yù)定的第一位置和第二位置的旋轉(zhuǎn)裝置，動(dòng)作時(shí)間 可以是不固定的。這樣的旋轉(zhuǎn)裝置的示例包括發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪或渦輪機(jī) 的主軸。本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)編碼器也可用于任何類型的旋轉(zhuǎn)裝置。
如上文所提到的，如果傳感器160和160'的檢測(cè)器162和162'通 過(guò)自測(cè)試都驗(yàn)證為可操作的，但檢測(cè)器162并未接收到信號(hào)而檢測(cè)器 162'接收信號(hào)，那么可檢查其它輪的位置以確認(rèn)相關(guān)輪的位置。在這 種情況下，由傳感器160和160'所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)-比特實(shí)際上是有效的， 但是傳感器160和160'的一半被內(nèi)環(huán)或外環(huán)阻擋。維特比邏輯操作可 從主要傳感器組或冗余傳感器組(即，發(fā)射器164或檢測(cè)器162)得到相 同的位置代碼。應(yīng)了解的是，術(shù)語(yǔ)"主要"和"次要"或"冗余"是 任意的。
或者，傳感器160和160'可完全起作用，但是旋轉(zhuǎn)編碼器1的不 同構(gòu)件失效。例如，如果編碼輪上的齒中的一個(gè)被剪掉，那么由傳感 器160和160'所指示的當(dāng)前位置可與基于傳感器160和160'所提供的 先前數(shù)據(jù)而預(yù)測(cè)的位置不匹配。因此，雖然傳感器160和160'正常工 作，但是它們并不指示正確位置。處理器150或某些其它處理器可提 供對(duì)于此錯(cuò)誤的校正并產(chǎn)生警報(bào)。例如，如果編碼輪60從齒輪61失 去齒62,那么編碼輪60在每次旋轉(zhuǎn)期間可能開(kāi)始錯(cuò)過(guò)位置。因此， 由所有編碼輪指示的閥位置將不再精確地對(duì)應(yīng)于閥位置。這將表現(xiàn)為 如同閥跳到另一位置。在一實(shí)施例中，處理器150可搜尋編碼輪的位 置所指示的閥位置的不連續(xù)。作為替代或作為補(bǔ)充，定時(shí)輪20可用 作增量編碼器以驗(yàn)證編碼輪的位置。處理器150(或任何其它適當(dāng)處理 器)可在考慮到編碼輪60所引入的錯(cuò)誤的情況下重新計(jì)算閥位置。如 果失效的嚴(yán)重程度較大，那么處理器150也可產(chǎn)生警報(bào)和/或引起安全 停機(jī)。導(dǎo)致閥位置的不連續(xù)指示的旋轉(zhuǎn)編碼器1的任何失效可由處理器
150或與處理器150通信的任何其它處理器來(lái)識(shí)別。
傳感器160和160'在本文中被描述為分別具有發(fā)射器和檢測(cè)器。 或者，傳感器160可被配置成僅具有發(fā)射器且傳感器160'可被配置成 僅具有檢測(cè)器。在其它實(shí)施例中，傳感器160'可不存在于旋轉(zhuǎn)編碼器 l中。圖2示出傳感器160具有多個(gè)發(fā)射器和檢測(cè)器。傳感器169包 括發(fā)射器164、第一檢測(cè)器162a和第二檢測(cè)器162b。盡管未示出，傳 感器169'包括相應(yīng)的檢測(cè)器162'、第一發(fā)射器164a'和第二發(fā)射器 164b'。第二檢測(cè)器162b和第二發(fā)射器164b'可用于驗(yàn)證來(lái)自第一檢測(cè) 器162a和第一發(fā)射器164a'的數(shù)據(jù)或有效地使由傳感器169和169'所 產(chǎn)生的數(shù)據(jù)輸出加倍。傳感器160可包括任意多個(gè)的發(fā)射器、檢測(cè)器 和/或二者。傳感器160和160'可用于任何旋轉(zhuǎn)編碼器以提供容錯(cuò)速度 和位置數(shù)據(jù)。
圖l至圖5示出了絕對(duì)編碼器，其中編碼輪中的每一個(gè)僅具有內(nèi) 環(huán)和外環(huán)。然而，編碼輪中的每一個(gè)可具有任意數(shù)目的環(huán)，而沒(méi)有限 制。例如，每個(gè)編碼輪可具有3、 4、 5或6個(gè)環(huán)。對(duì)于每個(gè)環(huán)可提供 至少一個(gè)傳感器160和至少一個(gè)傳感器160'。因此，環(huán)的數(shù)目可決定 每個(gè)編碼輪可產(chǎn)生的數(shù)據(jù)-比特的數(shù)目。
每個(gè)編碼輪的環(huán)的數(shù)目由允許傳感器160與160'彼此通信所需的 編碼輪的大小和編碼分段的寬度來(lái)決定。此外，應(yīng)在環(huán)之間提供足夠 的間隙來(lái)限制在相同側(cè)上的傳感器之間的串?dāng)_。例如，提供間隙以防 止傳感器161的檢測(cè)器162記錄來(lái)自傳感器163的發(fā)射器164的信號(hào)。 然而，也可使用除了間隙之外的其它技術(shù)，諸如使用上文所討論的防 賊罩，以限制串?dāng)_并允許更小的編碼輪直徑。
任意數(shù)目的編碼輪可添加到本發(fā)明的編碼器。例如，旋轉(zhuǎn)編碼器 1可提供動(dòng)作時(shí)間為一小時(shí)的常用速度閥促動(dòng)器的位置數(shù)據(jù)。添加多 個(gè)編碼輪將提供更多的數(shù)據(jù)比特并增加可由旋轉(zhuǎn)編碼器1操縱的動(dòng)作 時(shí)間。當(dāng)然，旋轉(zhuǎn)編碼器1也可用于動(dòng)作時(shí)間小于一小時(shí)的閥促動(dòng)器和其它旋轉(zhuǎn)裝置。旋轉(zhuǎn)編碼器1也可具有比圖1至圖4所示的編碼輪 更少的編碼輪。
此外，旋轉(zhuǎn)編碼器l可為單輪絕對(duì)編碼器或單輪增量編碼器。在
這些實(shí)施例中，傳感器160和160'可包括多個(gè)發(fā)射器和檢測(cè)器，從而 提供內(nèi)置式自測(cè)試和容錯(cuò)操作。因此， 一組傳感器160和160'可監(jiān)控 多個(gè)編碼分段，諸如定時(shí)標(biāo)記28或編碼分賴:34,或者一組傳感器160 和160'可監(jiān)控單個(gè)編碼分段，諸如編碼分段38。
此外，定時(shí)輪20可用作與旋轉(zhuǎn)編碼器1的其余部分的絕對(duì)編碼 功能相結(jié)合的增量編碼器。例如，特定增量編碼器實(shí)施例可成比例地 設(shè)定為可使得增量脈沖速率準(zhǔn)確地匹配編碼器的絕對(duì)部分的計(jì)數(shù)速 率。以此方式，在促動(dòng)器操作時(shí)增量編碼器可用于獲得位置數(shù)據(jù)。當(dāng) 電機(jī)停止時(shí)，在電機(jī)回轉(zhuǎn)開(kāi)始時(shí)添加到絕對(duì)位置代碼的最終增量計(jì)數(shù) 應(yīng)與新的絕對(duì)編碼位置精確地匹配。
如杲定時(shí)輪20(也起到增量編碼器的作用)所指示的位置不同于由 編碼輪所指示的位置，那么可對(duì)傳感器160和160'執(zhí)行自測(cè)試。如果 自測(cè)試確認(rèn)所有傳感器160和160'均正常起作用，那么可能編碼輪不 正常地追蹤。因此，可產(chǎn)生警報(bào)或警告。在一特定實(shí)施例中，在此情 形下，旋轉(zhuǎn)編碼器可依賴于增量編碼器直到維修旋轉(zhuǎn)編碼器。
旋轉(zhuǎn)編碼器1和2設(shè)計(jì)成使用格雷編碼；然而，也可使用二進(jìn)制 編碼。使用v-比特和重復(fù)傳感器使得旋轉(zhuǎn)編碼器1和2將絕不相差超 過(guò)一個(gè)最低有效位[LSB],從而增加用戶對(duì)編碼器值可靠性的信心。
本發(fā)明可用于在兩個(gè)位置之間旋轉(zhuǎn)的許多種旋轉(zhuǎn)裝置，諸如，閥 促動(dòng)器、開(kāi)門(mén)器或巻筒。在典型的閥促動(dòng)器中，電機(jī)可經(jīng)由一組齒輪 來(lái)驅(qū)動(dòng)閥。電機(jī)的輸出軸可直接聯(lián)接到蝸桿。蝸桿可驅(qū)動(dòng)蝸輪組件， 蝸輪組件又驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)套筒或軸，而傳動(dòng)套筒或軸提升和降低或者轉(zhuǎn)動(dòng) 閥桿。第二軸也可由蝸輪組件驅(qū)動(dòng)，以便驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)編碼器1的輸入輪 10。或者，閥促動(dòng)器可使用不同的齒輪組，或者電機(jī)輸出軸可直接聯(lián) 接到閥桿而無(wú)需中間齒輪組。在本領(lǐng)域中存在很多種適用于本發(fā)明的將旋轉(zhuǎn)位置編碼器連接到旋轉(zhuǎn)裝置的方法，但這些方法將不再本文中 展開(kāi)討論。在一優(yōu)選實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)編碼器1和2可用于對(duì)諸如閥促 動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)裝置執(zhí)行診斷，關(guān)于診斷功能，旋轉(zhuǎn)編碼器l將用作示范 性示例。然而，也可使用本發(fā)明的其它編碼器，諸如旋轉(zhuǎn)編碼器2。
此外，定時(shí)輪20可合并到任何旋轉(zhuǎn)編碼器內(nèi)。定時(shí)輪20可為增量編 碼器的編碼輪或單輪絕對(duì)編碼器的編碼輪。例如，定時(shí)標(biāo)記28可用 于絕對(duì)編碼器的位置編碼?；蛘?，如圖1所示，定時(shí)輪20也可包括 與定時(shí)標(biāo)記28分開(kāi)的編碼分段。在另一實(shí)施例中，定時(shí)標(biāo)記28可為 較大編碼圖案的一部分，諸如單輪絕對(duì)編碼器的編碼圖案。在一特定 實(shí)施例中，定時(shí)輪20可為與其它編碼輪分開(kāi)或結(jié)合的增量編碼器。 在該實(shí)施例中，定時(shí)標(biāo)記28不僅用于產(chǎn)生速度數(shù)據(jù)，而且產(chǎn)生增量 位置數(shù)據(jù)。定時(shí)標(biāo)記28，類似于編碼分段，可采取與傳感器160和 160'—起工作所需的任何形式或結(jié)構(gòu)。定時(shí)標(biāo)記28可為孔、線、嵌入 磁體、雕刻或本領(lǐng)域中已知用于絕對(duì)編碼器或增量編碼器的任何其它 結(jié)構(gòu)。
定時(shí)輪20和2020分別示出為具有三十二個(gè)定時(shí)標(biāo)記28和定時(shí) 標(biāo)記2028。然而，定時(shí)輪20和2020可具有任意數(shù)目的定時(shí)標(biāo)記28。
關(guān)于頻率分析，在下文最初討論對(duì)速度數(shù)據(jù)執(zhí)行頻率分析(在本文 中也被稱作頻域分析)的特定實(shí)施例，之后討論非速度數(shù)據(jù)實(shí)施例。此 外，出于說(shuō)明目的，定時(shí)輪20或定時(shí)輪20的定時(shí)標(biāo)記28常常在本 文中被稱作速度數(shù)據(jù)源。在其它實(shí)施例中，任何類型的速度傳感器， 無(wú)論具有旋轉(zhuǎn)位置傳感器還是不具有旋轉(zhuǎn)位置傳感器，可用于診斷 (即，頻率分析)。此外，關(guān)于速度數(shù)據(jù)的頻率分析的討論同樣適用于 其它數(shù)據(jù)實(shí)施例。其它數(shù)據(jù)實(shí)施例可例如包括扭矩?cái)?shù)據(jù)、位置數(shù)據(jù)、 推力數(shù)據(jù)、噪聲數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)、電機(jī)功率數(shù)據(jù)、電機(jī)的 伏安反應(yīng)數(shù)據(jù)以及振動(dòng)數(shù)據(jù)。多種數(shù)椐類型和傳感器類型可用于頻率 分析，如本領(lǐng)域中所知。本發(fā)明涵蓋可經(jīng)由傳感器和閥促動(dòng)器或其它 旋轉(zhuǎn)裝置可產(chǎn)生的任何數(shù)據(jù)類型。盡管下文的討論涉及旋轉(zhuǎn)編碼器1,但是應(yīng)了解的是，該討論同
樣適用于旋轉(zhuǎn)編碼器2。定時(shí)輪20上的定時(shí)標(biāo)記28可用于產(chǎn)生速度 數(shù)據(jù)。傳感器169和169'可記錄定時(shí)標(biāo)記28中的每一個(gè)呈現(xiàn)于傳感器 前的時(shí)間長(zhǎng)度。然后此駐留時(shí)間可用于精確地確定諸如閥促動(dòng)器的旋 轉(zhuǎn)裝置的速度。速度數(shù)據(jù)可用于確定驅(qū)動(dòng)輸入輪10的輸入軸的速度。 而輸入軸常常附連到其它旋轉(zhuǎn)裝置，諸如閥驅(qū)動(dòng)器的蝸輪。因此，定 時(shí)標(biāo)記28可用于確定諸如蝸輪的其它旋轉(zhuǎn)裝置的速度。
在特定實(shí)施例中，定時(shí)標(biāo)記28被配置為在定時(shí)輪20中等間距和 等大小的孔。然而，先前所討論的編碼分段實(shí)施例和傳感器實(shí)施例中 的任何實(shí)施例也分別用于定時(shí)標(biāo)記28和傳感器169和169'的實(shí)施例。
由定時(shí)標(biāo)記28所產(chǎn)生的速度數(shù)據(jù)可利用FT來(lái)操作，以將速度數(shù) 據(jù)從時(shí)域轉(zhuǎn)換成頻域。然而，可使用任何類型的速度傳感器來(lái)產(chǎn)生速 度數(shù)據(jù)，以轉(zhuǎn)換成頻率數(shù)據(jù)。
FT預(yù)期信號(hào)樣品以規(guī)則隔開(kāi)的時(shí)間間隔發(fā)生。然而，由于在本發(fā) 明中的速度信號(hào)的駐留時(shí)間值可能不是恒定的，故可采用措施以允許 FT得到有效信息。通過(guò)選擇足夠大量的數(shù)據(jù)點(diǎn)，在機(jī)器以穩(wěn)態(tài)進(jìn)行操 作時(shí)，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)中的絕大多數(shù)將被采用，較大數(shù)據(jù)集的平均駐留時(shí) 間可用作每個(gè)數(shù)據(jù)樣品的"規(guī)則"駐留時(shí)間[td]。此'規(guī)則，駐留時(shí)間 可用于標(biāo)定(scale)所得FT的頻率標(biāo)度(fn (Hz) = l/(td * #樣品)。在適 當(dāng)?shù)貥?biāo)定頻率數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)向操作者提供足夠的信息來(lái)確定與傳動(dòng)系 的各個(gè)構(gòu)件的已知旋轉(zhuǎn)速度相關(guān)聯(lián)的速度變化，且可指示閥促動(dòng)器或 其它旋轉(zhuǎn)裝置的傳動(dòng)系中現(xiàn)有的或可能要出現(xiàn)的問(wèn)題。例如，當(dāng)設(shè)備 較新時(shí)，將形成基線頻率與振幅的圖表或曲線并進(jìn)行保存。之后，可 形成新的頻率與振幅的圖表或曲線并與所保存的基線圖表或曲線相 比較。如果對(duì)應(yīng)于給定構(gòu)件的操作頻率的峰值出現(xiàn)在與先前所測(cè)量的 頻率或振幅不同的頻率或振幅處，那么顯而易見(jiàn)的是，與該頻率相關(guān) 聯(lián)的構(gòu)件的特性不同于較新的時(shí)候，這通常指示磨損和可能失效或即 將發(fā)生的失效。因此，可在構(gòu)件失效之前在適宜的時(shí)間執(zhí)行適當(dāng)?shù)木S護(hù)。此外，可計(jì)劃進(jìn)行FT分析，以在處理器150中自動(dòng)地運(yùn)行，處 理器150可被編程和配置為使得超過(guò)所配置的閾值的峰值振幅變化可 用于產(chǎn)生自動(dòng)的警報(bào)或警告或強(qiáng)迫機(jī)器安全停機(jī)?？墒褂帽绢I(lǐng)域中已 知的任何適當(dāng)?shù)貥?biāo)定頻率數(shù)據(jù)的方法。
頻域分析的示例包括于圖6至圖8中。圖6示出閥促動(dòng)器在頻域 中無(wú)問(wèn)題診斷或"良好"傳動(dòng)系的示例。圖6示出了在45.9 Hz的峰 值；然而，相對(duì)于促動(dòng)器的操作速度測(cè)量的0.1%幅值(在26 rpm或 0.43Hz時(shí)，幅值為100%)的嶂值不具有足以引起關(guān)注的幅值。圖7示 出在頻域中產(chǎn)生若干不正常信號(hào)的閥促動(dòng)器或"壞，，傳動(dòng)系的示例。 不正常信號(hào)的頻率可用于識(shí)別出現(xiàn)問(wèn)題的傳動(dòng)系構(gòu)件。在圖7中，蝸 桿或蝸輪超出容限。例如，在26.1 Hz的峰值指示出現(xiàn)問(wèn)題。然而， 在52.5 Hz和78.6 Hz的峰值是26.1 Hz峰值的諧波。
處理器150或執(zhí)行FT的處理器可設(shè)計(jì)成自動(dòng)地產(chǎn)生用于顯著峰 值(例如，超過(guò)預(yù)定閾值)的適當(dāng)標(biāo)記。例如，處理器可包括設(shè)計(jì)成使 當(dāng)前所產(chǎn)生的峰值與先前所產(chǎn)生的峰值的振幅和頻率相匹配的程序。 在該實(shí)施例中，如果處理器不能夠識(shí)別峰值，那么這個(gè)失效可用作對(duì) 操作者的存在潛在問(wèn)題的警告。或者，頻域中的數(shù)據(jù)可與閥促動(dòng)器的 傳動(dòng)系的部件手動(dòng)地相關(guān)?？捎?xùn)練操作者來(lái)識(shí)別并理解不同峰值的相 關(guān)性。例如，如果旋轉(zhuǎn)編碼器1存在于閥促動(dòng)器中，那么定時(shí)輪20 和傳感器169和169'可用于識(shí)別傳動(dòng)系構(gòu)件的速度。在一特定實(shí)施例 中，驅(qū)動(dòng)輸入輪10的輸入軸由蝸輪驅(qū)動(dòng)。因此，速度傳感器可用于 確定蝸輪的速度，并因此確定頻率。然后，基于齒輪比，可計(jì)算其它 傳動(dòng)系構(gòu)件的頻率。然后，可^4居頻域中的數(shù)據(jù)的圖形表現(xiàn)來(lái)識(shí)別構(gòu) 件頻率和任何諧波。另一方面，如果速度傳感器不存在于閥促動(dòng)器中， 而是已知實(shí)際的電機(jī)軸速度，那么該信息可用于產(chǎn)生構(gòu)件頻率?？刹?用電機(jī)的實(shí)際速度的各種類型的電測(cè)量或磁測(cè)量，因此進(jìn)一步提高系 統(tǒng)整體上的診斷能力。在許多情況下，工廠人員將執(zhí)行上述手動(dòng)識(shí)別。 因此，可向終端用戶提供預(yù)先標(biāo)注的樣品頻域曲線和相互關(guān)系。在一特定實(shí)施例中，可下載促動(dòng)器的內(nèi)置信息(齒輪比、電機(jī)速度、 每個(gè)齒輪的齒、每個(gè)軸承的球等)，以儲(chǔ)存于促動(dòng)器的電子封裝中。然 后，機(jī)載CPU可參考所儲(chǔ)存的信息并推導(dǎo)出傳動(dòng)系的哪部分造成該變
化。FT的繪圖可直接顯示于促動(dòng)器的LED屏幕上，或者數(shù)據(jù)陣列可 被下載到操作者的資源管理系統(tǒng)用于分析或被下載到服務(wù)技師的便 攜式電腦或PDA上以傳送到總公司進(jìn)行具體分析。
用于收集數(shù)據(jù)和/或執(zhí)行頻率分析的編程可儲(chǔ)存于固件、軟件、硬 件或本領(lǐng)域中已知的任何其它裝置中。例如，頻率分析編程可儲(chǔ)存于 閥促動(dòng)器的固件中。
此外，操作者可簡(jiǎn)單地通過(guò)比較當(dāng)前分析與先前分析而識(shí)別頻域 中的峰值。先前分析可為在工廠中進(jìn)行的分析。然而，可存在需要或 必需獨(dú)立于任何先前分析而識(shí)別頻域中的峰值的情形。例如，在新閥 促動(dòng)器的設(shè)計(jì)階段，工程師可能希望對(duì)新的原型執(zhí)行頻率分析以確保 原型設(shè)計(jì)中沒(méi)有內(nèi)在的縮短壽命的振動(dòng)、共振和/或諧波?；蛘撸l率 分析可用作在組裝后裝運(yùn)前對(duì)工具進(jìn)行4企查，以確定機(jī)械傳動(dòng)系的某 些部件是否被制造成具有物理缺陷。
內(nèi)置于旋轉(zhuǎn)編碼器內(nèi)，或內(nèi)置于閥促動(dòng)器或其它旋轉(zhuǎn)裝置內(nèi)或與 閥促動(dòng)器或其它旋轉(zhuǎn)裝置相關(guān)聯(lián)的處理器可執(zhí)行FT。顯示器、打印機(jī) 或其它輸出裝置可合并到閥促動(dòng)器內(nèi)，用于以圖表或圖形的形式來(lái)顯 示結(jié)果?；蛘?，由定時(shí)標(biāo)記28所產(chǎn)生的速度數(shù)據(jù)可傳送至諸如操作 者PC的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，以對(duì)速度數(shù)據(jù)執(zhí)行FT并以更加用戶友好的格式 顯示，或傳送數(shù)據(jù)或FT到可能位于現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的技師。
提供更多的樣品可導(dǎo)致在對(duì)速度數(shù)據(jù)進(jìn)行FT后更細(xì)致的頻率分 辨率?？赏ㄟ^(guò)增加取得樣品的時(shí)間長(zhǎng)度或通過(guò)增加取樣速率來(lái)提供更 多的樣品。圖8至圖15示出了由以每秒17個(gè)樣品取得的數(shù)據(jù)所產(chǎn)生 的曲線圖。圖8示出利用總共128個(gè)樣品的閥促動(dòng)器的頻率分析分辨 率。圖9示出在對(duì)速度數(shù)據(jù)執(zhí)行FT之前的圖8的速度數(shù)椐。圖10示 出利用總共256個(gè)樣品的閥促動(dòng)器的頻率分析分辨率。圖11示出在對(duì)速度數(shù)據(jù)執(zhí)行FT之前的圖10的速度數(shù)據(jù)。圖12示出利用總共512 個(gè)樣品的閥促動(dòng)器的頻率分析分辨率。圖13示出在對(duì)速度數(shù)據(jù)執(zhí)行 FT之前圖12的速度數(shù)據(jù)。圖14示出利用總共1024個(gè)樣品的閥促動(dòng) 器的頻率分析分辨率。如圖所示，頻率分析的分辨率隨著樣品數(shù)目的 增加而提高。
本領(lǐng)域中已知的任何類型的頻率分析可用于本發(fā)明。在所描述的 特定實(shí)施例中，使用等于2n的多個(gè)樣品來(lái)對(duì)速度數(shù)據(jù)執(zhí)行FT,其中n 是任何整數(shù)。因此，樣品的總數(shù)例如等于128、 256、 512、 1024、 2048、 4096、 8192等。因此，如果取得3500個(gè)樣品，那么僅僅2048個(gè)樣品 可用于FT。在其它實(shí)施例中，可對(duì)并不精確地等于2n的樣品執(zhí)行FT。 然而，在那些實(shí)施例中，泄露可能成為一個(gè)關(guān)注問(wèn)題。在本領(lǐng)域中已 知用于解決泄露的技術(shù)。
此外，在一特定實(shí)施例中，F(xiàn)T利用在穩(wěn)態(tài)所取得的樣品。因此， 定時(shí)輪20以相對(duì)恒定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器1合并于電驅(qū)動(dòng)閥 促動(dòng)器內(nèi)時(shí)，定時(shí)輪20將在一段時(shí)間加速和減速。在加速期間所產(chǎn) 生的速度數(shù)據(jù)和減速數(shù)據(jù)可在執(zhí)行FT之前被進(jìn)行舍項(xiàng)(truncate)、平 均(average)或開(kāi)窗(window)。瞬時(shí)頻率分析是本領(lǐng)域中已知的且可用 于替代舍項(xiàng)數(shù)據(jù)。
可通過(guò)算法對(duì)速度數(shù)據(jù)執(zhí)行舍項(xiàng)，該算法被設(shè)計(jì)成在FT處理之 前分析速度數(shù)據(jù)以便去除任何加速數(shù)據(jù)或減速數(shù)據(jù)。或者，速度數(shù)據(jù) 可被舍項(xiàng)以使樣品數(shù)目與FT的2"要求兼容。
如本文所用的短語(yǔ)FT涵蓋4艮寬的算法范圍，包括快速傅里葉變 換。如本文所用的FT涵蓋四個(gè)傅里葉變換大類連續(xù)傅里葉變換、 傅里葉級(jí)數(shù)、離散時(shí)間傅里葉變換和離散傅里葉變換。還存在被設(shè)計(jì) 成處理近似和非均勻數(shù)據(jù)的FT算法。離散傅里葉變換最常用于數(shù)字 信號(hào)處理。如本文所用的短語(yǔ)FT涵蓋與所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)兼容的任何算 法。
動(dòng)作時(shí)間表示可取得樣品的最長(zhǎng)時(shí)間。例如，對(duì)于閥促動(dòng)器而言，閥從打開(kāi)位置移動(dòng)到關(guān)閉位置或從關(guān)閉位置移動(dòng)到打開(kāi)位置所需的
時(shí)間是可采集速度數(shù)據(jù)的最大量時(shí)間。閥僅僅可部分地移動(dòng)，因此僅
僅動(dòng)作時(shí)間的一部分可用于速度數(shù)據(jù)取樣。增加所產(chǎn)生的速度數(shù)據(jù)樣 品的一個(gè)示范性方法包括增加取樣速率。取樣速率由定時(shí)輪20的速
度和定時(shí)標(biāo)記28的數(shù)目來(lái)決定。旋轉(zhuǎn)編碼器1和2能夠具有遠(yuǎn)高于 每秒鐘17個(gè)樣品的取樣速率。
增加所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)樣品數(shù)目的另 一方法包括在多個(gè)動(dòng)作時(shí)間收 集數(shù)據(jù)。每個(gè)新的數(shù)據(jù)集可與現(xiàn)有數(shù)據(jù)收集聯(lián)合，直至樣品計(jì)數(shù)足夠 高以允許利用FT對(duì)其操作。 一旦數(shù)據(jù)集滿了，則任何新數(shù)據(jù)樣品可 替換最舊的數(shù)據(jù)樣品，從而維持最新的數(shù)據(jù)集用于分析。可在諸如數(shù) 據(jù)表中儲(chǔ)存速度或位置數(shù)據(jù)，用于接近實(shí)時(shí)或者隨后的頻域分析。
圖15提供可能的取樣速率和可用于頻率分析的所得樣品總數(shù)的 表。在圖15中，增量脈沖頻率等于以Hz為單位的取樣速率。速度 DS是閥促動(dòng)器的傳動(dòng)套筒(DS)的傳動(dòng)速度。然而，速度DS可與任何 裝置的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件相關(guān)。錐齒組速度倍數(shù)(Bevel Set Speed Multiplier)表 示將DS連接至驅(qū)動(dòng)輸入輪10的輸入軸的齒輪所造成的速度增加。輸 入輪10速度倍數(shù)表示在輸入輪10的齒輪11與定時(shí)輪20的小齒輪25 之間的齒輪比所造成的速度增加。
旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的示例是閥促動(dòng)器的傳動(dòng)套筒。輸入軸可經(jīng) 由錐齒組將傳動(dòng)套筒互連至輸入輪10。本領(lǐng)域中已知的任何連接方式 可用于驅(qū)動(dòng)輸入輪IO。作為數(shù)據(jù)取樣的一個(gè)可能的示例，如果傳動(dòng)套 筒以200rpm轉(zhuǎn)動(dòng)，且如果錐齒組導(dǎo)致大約4.8:1的速度增加，那么輸 入軸將以960 rpm轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，輸入輪10可以以960rpm轉(zhuǎn)動(dòng)。輸入 輪10驅(qū)動(dòng)定時(shí)輪20。如果利用51/38的齒增速器(spur increaser)，那 么定時(shí)輪20以大約1288 rpm轉(zhuǎn)動(dòng)。1288 rpm除以60等于定時(shí)輪20 每秒的旋轉(zhuǎn)。圖1所示的示范性定時(shí)輪20具有32個(gè)定時(shí)標(biāo)記。然而， 如果僅僅利用16個(gè)定時(shí)標(biāo)記，那么每秒的旋轉(zhuǎn)乘以定時(shí)標(biāo)記的數(shù)目 得到每秒343個(gè)樣品的取樣速率(增量脈沖頻率)。在相同的情形下，如果定時(shí)輪20具有32個(gè)定時(shí)標(biāo)記，那么取樣速率為每秒大約678個(gè) 樣品。尼奎斯特(Nyquist)頻率是取樣頻率的二分之一。取樣速率乘以 以秒為單位的動(dòng)作時(shí)間等于可在單個(gè)完整的動(dòng)作期間收集的樣品總 數(shù)。
圖15示出了動(dòng)作時(shí)間與取樣速率在計(jì)算頻率分析的準(zhǔn)確度中的 相互影響。如果僅僅較短的速度數(shù)據(jù)運(yùn)行是可用的，則一個(gè)替代方式 為在對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行FT之前將短運(yùn)行聯(lián)合在一起以提高頻率分辨率。
圖15使用漢寧窗(HanningWindow),以防止在數(shù)據(jù)集的開(kāi)始和結(jié) 尾時(shí)速度信號(hào)的不連續(xù)所造成的頻率值的失真。其它可能的窗包括矩 形窗、布萊克曼窗(Blackman)、漢明窗(Hamming)、凱澤窗(Kaiser)、 指數(shù)窗和平頂窗。然而，在本領(lǐng)域中已知的任何窗可用于估計(jì)速度數(shù) 據(jù)。在本領(lǐng)域中已知如何不使用窗來(lái)執(zhí)行頻率分析。在本領(lǐng)域中已知 的用于執(zhí)行頻率分析的任何方法可用于本發(fā)明。
可在逐個(gè)的基礎(chǔ)上估計(jì)頻率數(shù)據(jù)來(lái)確定峰值位置和幅值關(guān)于閥 促動(dòng)器所提示的內(nèi)容?；蛘?，頻率分析可與已知頻率分析特征 (signature)相比較，以確定閥促動(dòng)器或其它旋轉(zhuǎn)裝置的健康狀況。
圖16至圖19示出了可用于進(jìn)行比較的代表性頻率分析。圖18 和圖19示出了大體上取決于閥促動(dòng)器或其它旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)速度而 變化的速度變化。對(duì)于在穩(wěn)態(tài)以每分鐘26次旋轉(zhuǎn)(rpm)操作的促動(dòng)器 產(chǎn)生圖16和圖17的數(shù)據(jù)。對(duì)于在穩(wěn)態(tài)以18rpm操作的促動(dòng)器產(chǎn)生圖 18和圖19的數(shù)據(jù)。圖16與圖19和圖17與圖18分別利用相同編碼 器小齒輪適配器。圖16在45.4 Hz和91.1 Hz具有顯著峰值。圖19的 顯著峰值更明顯且更多。閥促動(dòng)器或其它旋轉(zhuǎn)裝置內(nèi)的許多問(wèn)題可協(xié) 調(diào)表現(xiàn)為頻域的單個(gè)峰值。在不同操作速度進(jìn)行頻率分析可揭露隱藏 于在一個(gè)速度的單個(gè)峰值內(nèi)但在其它速度呈現(xiàn)為多個(gè)峰值的潛在問(wèn) 題。
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)編碼器被描述為多輪絕對(duì)編碼器。旋轉(zhuǎn)編碼器也可 為單輪絕對(duì)編碼器或者增量編碼器。例如，定時(shí)輪20可集成到與輸入輪10相同的輪內(nèi)。然后，輸入輪IO可起到增量編碼器以及定時(shí)輪
的作用。而且，編碼輪30至110的編碼分段可集成到輸入輪10內(nèi)， 如本領(lǐng)域所知。然后，輸入輪10可起到單輪絕對(duì)編碼器的作用。輸 入輪10可設(shè)計(jì)成與輸入軸的端部相配合，或替代地輸入輪10可安裝 于輸入軸的周?chē)T如在輸入軸的縱向中心。然而，輸入輪10可安 裝于沿著輸入軸的長(zhǎng)度的任何點(diǎn)。
在先前，相對(duì)于速度數(shù)據(jù)討論了頻率分析。額外的數(shù)據(jù)實(shí)施例包 括扭矩?cái)?shù)據(jù)。在測(cè)量扭矩的閥促動(dòng)器中，扭矩的振蕩可變換成頻域。 在監(jiān)控傳遞到閥桿的輸出扭矩的情況下，也可在頻域中分析扭矩?cái)?shù) 據(jù)。合并于閥促動(dòng)器內(nèi)的處理器或遠(yuǎn)離閥促動(dòng)器的處理器可以以上文 關(guān)于速度數(shù)據(jù)所討論的方式中的任一種方式或通過(guò)本領(lǐng)域中已知的 任何技術(shù)將扭矩?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成頻域。然后，可識(shí)別傳動(dòng)系構(gòu)件的頻率并 向操作者提供閥促動(dòng)器健康狀態(tài)的指示。
另一數(shù)據(jù)實(shí)施例包括推力數(shù)據(jù)。例如，閥促動(dòng)器的電機(jī)聯(lián)接到傳 動(dòng)系中的蝸桿/蝸輪的蝸桿。監(jiān)控蝸輪的軸向推力以讀取由蝸輪所傳遞 的扭矩。合并到閥促動(dòng)器內(nèi)的處理器或遠(yuǎn)離閥促動(dòng)器的處理器可將推 力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成頻域，類似于上文關(guān)于速度數(shù)據(jù)所討論的方法中的任一
種方法或通過(guò)本領(lǐng)域中已知的任何技術(shù)。可由操作者或者計(jì)算機(jī)程序 來(lái)識(shí)別傳動(dòng)系構(gòu)件的頻率。因此，提供閥促動(dòng)器的診斷。此外，可利 用多個(gè)推力傳感器。
額外數(shù)據(jù)實(shí)施例包括振動(dòng)數(shù)據(jù)。例如，八個(gè)加速度計(jì)放置于閥促 動(dòng)器中的多個(gè)位置。所有八個(gè)加速度計(jì)將讀取閥促動(dòng)器中的相同的振 動(dòng)。然而，最靠近給定振動(dòng)源的加速度計(jì)將具有更強(qiáng)的信號(hào)。觀察來(lái) 自頻域中所有八個(gè)傳感器的振動(dòng)數(shù)據(jù)可允許查明振動(dòng)源。振動(dòng)的頻率 可與傳動(dòng)系構(gòu)件相關(guān)。因此，操作者可被警告閥促動(dòng)器的任何可能即
將發(fā)生的問(wèn)題。
可在這些實(shí)施例中的任何實(shí)施例中利用任意數(shù)目的傳感器。例 如，可利用多于一個(gè)的速度傳感器。此外，可利用不同類型的多個(gè)傳感器。例如，閥促動(dòng)器可包括旋轉(zhuǎn)編碼器，諸如旋轉(zhuǎn)編碼器1。閥促 動(dòng)器還可包括軸向推力傳感器?？蓪?duì)定時(shí)輪20所產(chǎn)生的速度數(shù)據(jù)， 對(duì)推力數(shù)據(jù)或?qū)Χ哌M(jìn)行頻率分析。
將由本發(fā)明監(jiān)控的旋轉(zhuǎn)裝置或閥促動(dòng)器可由電機(jī)、'夜尿、發(fā)動(dòng)機(jī)、 手輪或本領(lǐng)域中已知的任何其它驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)。
盡管前文的描述含有許多具體情況，但是并不被認(rèn)為其限制本發(fā) 明的范圍，而只是提供某些示范性實(shí)施例。同樣，在不偏離本發(fā)明的 精神或范圍的情況下可設(shè)計(jì)本發(fā)明的其它實(shí)施例。因此，本發(fā)明的范 圍可僅由所附權(quán)利要求書(shū)及其法律意義上的等同物所表示和限制，而 不是由前文的描述所表示和限制。本文所公開(kāi)的屬于權(quán)利要求書(shū)的意 義和范圍內(nèi)的對(duì)本發(fā)明的所有添加、刪除和修改也涵蓋于本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1. 一種用于旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)編碼器，所述旋轉(zhuǎn)編碼器包括一個(gè)或多個(gè)編碼輪，所述一個(gè)或多個(gè)編碼輪中的每個(gè)編碼輪包括可操作以對(duì)所述旋轉(zhuǎn)裝置的位置進(jìn)行編碼的至少一個(gè)編碼分段，和至少一個(gè)雙組傳感器，其可操作以監(jiān)控所述至少一個(gè)編碼分段。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)編 碼器還包括定時(shí)機(jī)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于，所述定時(shí)機(jī) 構(gòu)結(jié)合在所述一個(gè)或多個(gè)編碼輪中的一個(gè)中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于，所述定時(shí)機(jī) 構(gòu)包括可操作地連接至所述一個(gè)或多個(gè)編碼輪的分離的定時(shí)輪。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于，所述一個(gè)或 多個(gè)編碼輪構(gòu)造為允許利用維特比邏輯進(jìn)^f亍解碼。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于，所述至少一 個(gè)雙組傳感器能夠經(jīng)由直接傳送而進(jìn)行自測(cè)試。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于，所述至少一 個(gè)雙組傳感器中的每組傳感器與另 一組傳感器相對(duì)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于，所述至少一 個(gè)雙組傳感器中的每組傳感器平行于另 一組傳感器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)編 碼器是絕對(duì)編碼器或增量編碼器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)編碼4侖中的一個(gè)可梯:作以進(jìn)^f亍增量編碼，并且所述一個(gè)或多個(gè) 編碼4侖中的至少一個(gè)可操作以進(jìn)4亍絕對(duì)編碼。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于，所述至少 一個(gè)編碼分段可操作以對(duì)所述旋轉(zhuǎn)裝置的多個(gè)位置進(jìn)行編碼。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于，所述至少一個(gè)編碼分段包括多個(gè)編碼分段，并且所述旋轉(zhuǎn)編碼器還包括至少一 個(gè)雙組傳感器用于所述多個(gè)編碼分段中的每一個(gè)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于，所述至少一個(gè)雙組傳感器可操作以監(jiān)控多個(gè)編碼分段。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于，所述至少 一個(gè)編碼分段包括彼此相對(duì)不對(duì)稱地定向的多個(gè)編碼分段。
15. —種絕對(duì)編碼器，其包括 輸入輪，其構(gòu)造成用于接收旋轉(zhuǎn)輸入；定時(shí)輪，其能夠產(chǎn)生速度數(shù)據(jù)并且由所述輸入輪來(lái)驅(qū)動(dòng)； 多個(gè)編碼輪，其可操作地聯(lián)接至所述定時(shí)輪；和 多個(gè)傳感器，其構(gòu)造成用于4企測(cè)所述多個(gè)編碼輪和所述定時(shí)輪的 位置，其中，所述多個(gè)傳感器中的每一個(gè)包括冗余傳感器。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的絕對(duì)編碼器，其特征在于，所述絕對(duì) 編碼器包括處理器，其可操作以將由所述定時(shí)輪所產(chǎn)生的速度數(shù)據(jù)變 換成頻率數(shù)據(jù)。
17. 才艮據(jù)權(quán)利要求15所述的絕對(duì)編碼器，其特征在于，所述多個(gè) 傳感器選自光學(xué)傳感器、霍爾效應(yīng)傳感器、磁性傳感器或電觸點(diǎn)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的絕對(duì)編碼器，其特征在于，所述多個(gè) 傳感器和所述冗余傳感器能夠當(dāng)所述多個(gè)傳感器或所述冗余傳感器 被促動(dòng)時(shí)彼此進(jìn)行測(cè)試。
19. 一種閥促動(dòng)器，其包括 絕對(duì)編碼器，其包括至少一個(gè)編碼器盤(pán)；多個(gè)傳感器，其可操作以讀取所述至少一個(gè)編碼器盤(pán)； 速度傳感器，其可操作以產(chǎn)生速度數(shù)據(jù)；和 至少一個(gè)重復(fù)傳感器，其用于所迷多個(gè)傳感器和所述速度 傳感器中的每一個(gè)；和適于驅(qū)動(dòng)所述絕對(duì)編碼器的傳動(dòng)系。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的閥促動(dòng)器，其特征在于，所述閥促動(dòng) 器還包括適于在所述編碼器的構(gòu)件失效時(shí)產(chǎn)生警"l艮的處理器。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的閥促動(dòng)器，其特征在于，所述處理器 適于估計(jì)所述構(gòu)件失效對(duì)由所述絕對(duì)編碼器所指示的位置產(chǎn)生的影 響。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的閥促動(dòng)器，其特征在于，所述處理器 適于關(guān)閉所述閥促動(dòng)器。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的閥促動(dòng)器，其特征在于，所述處理器 適于產(chǎn)生警報(bào)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的閥促動(dòng)器，其特征在于，構(gòu)件失效包 括所述多個(gè)傳感器中的一個(gè)、所述速度傳感器或所述相應(yīng)的重復(fù)傳感 器中的 一個(gè)不能操作或者在錯(cuò)誤的時(shí)間操作。
25. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的閥促動(dòng)器，其特征在于，所述處理器 還適于當(dāng)在閥位置的記錄中指示不連續(xù)性時(shí)產(chǎn)生警報(bào)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的岡促動(dòng)器，其特征在于，所述閥促動(dòng) 器還包括適于從所述速度傳感器接收速度數(shù)據(jù)并對(duì)所述速度數(shù)據(jù)執(zhí) 行頻域分析的處理器。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的閥促動(dòng)器，其特征在于，所述處理器 是所述絕對(duì)編碼器的一部分。
28. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的閥促動(dòng)器，其特征在于，所述傳動(dòng)系 的傳動(dòng)套筒適于驅(qū)動(dòng)所述絕對(duì)編碼器。
全文摘要
一種帶有冗余和容錯(cuò)位置檢測(cè)的利用內(nèi)置式自測(cè)試能力的旋轉(zhuǎn)編碼器。其中，旋轉(zhuǎn)編碼器用于包括閥促動(dòng)器的多種旋轉(zhuǎn)裝置，用于產(chǎn)生速度數(shù)據(jù)。用于診斷閥促動(dòng)器問(wèn)題和其它旋轉(zhuǎn)裝置的應(yīng)用包括對(duì)速度、位置、扭矩、推力或振動(dòng)數(shù)據(jù)執(zhí)行頻率分析，其中包括由旋轉(zhuǎn)編碼器提供的閥的速度或位置數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01B5/28GK101473185SQ200680055069
公開(kāi)日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2006年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月21日
發(fā)明者B·弗羅伊里, D·J·莫里斯, W·C·霍斯, W·T·多倫蒂 申請(qǐng)人:芙羅服務(wù)管理公司