专利名称：机载超声波频谱和图像生成的制作方法
技术领域：
本发明涉及超声波探测器，更具体地，尤其涉及用于在相隔甚远的位置来探测电 机轴承和/或电气柜中电弧的状态的便携式超声波探测器。
c.相关现有技术描述
正如专利号为Re. 33，977 (专利权人为古德曼等人)的美国专利所公开的，超声波 传感器已经被用来探测在机械装置中由于摩擦产生的超声波能量，例如，由磨损的轴承产 生的超声波能量，其内容整体已通过引用在此并入本文中。摩擦的量越大，则所生成的超声 波能量的强度就越大。给该装置施加润滑剂可减少摩擦量，因而所产生的超声波强度也随 之下降。因此，通过测量超声波能量提供了一种判断润滑何时起作用影响到摩擦发生表面。 此外，发生故障的装置，如轴承，可产生比正常的轴承更多的超声波能量，因此，此种情况也 可以被检测。
在过去，决定何时给轴承添加润滑剂，取决于距上一次添加润滑剂已经过去的时 间量及所添加润滑剂的具体量。此信息通常会作为制造商的指导性建议。然而，轴承故障 的一个重要原因是不恰当的润滑，而不仅仅是一次添加润滑剂的失败。尤其是，过量润滑也 可以导致这样的问题。本技术领域已悉知的是，通过使用整合有一润滑剂添加工具与一个 超声波探测器的装置，可帮助控制给轴承添加相应的润滑剂。这样的装置已经被公开记载 于专利号为US 6，122，966和US 6，339，961 (专利权人为古德曼等人)的美国专利中，其内 容整体已通过引用在此并入本文中。
电气设备,如电气柜中的变压器，中的电弧也可产生超声波信号，这种超声波信号 可以被探测到。作为此种用途的例子可以在古德曼的公开号为US2006/0209632A的美国专 利申请中找到，其内容整体已通过引用在此并入本文中。应用于大型设备中的马达和电气 柜可被放置于相距甚远的位置。
由于故障的轴承和放电电气元件而产生的声能既在可听范围又在超声频率范围， 一般在40千赫兹范围内，则在嘈杂的可听的工业环境中，超声波成份是很容易被探测和定 位的。因此，工具通常用于外差或解调已探测的信号，并将其转换成在音频范围内，并且不 同的方案都可用来这样做。
当使用超声波能量来探测泄漏、磨损的轴承、电弧或其他故障，则使用一个便携 式超声波传感器在视觉和听觉上指示超声波能量的存在及其强度是有用的。专利号为US Re. 33，977的美国专利(专利权人为古德曼等人)记载公开了一个超声波传感器，该超声波传感器通过一个输出仪表按照线性或对数的模式来显示被探测信号的强度，还可通过耳机 输出音频信号。专利号为US 4，987，769的美国专利(专利权人为皮考克等)记载了一种超 声波探测器，该超声波探测器可在十个阶段对数LED显示器上显示所探测到的超声波信号 的振幅。然而，皮考克所公开的探测器并未处理所探测信号以产生一个音频响应，也未在最 初的前置放大级之后进行信号衰减。
由纽约市埃尔姆斯福德的U.E.系统公司制造的型号为UE 10,000的一种便 携式装置，在过去一直被用于探测超声波能量。专利权人为古德曼等人、专利号为US 6，707，762，US 6，804，992和US 6，996，030的美国专利涉及到这个便携式装置，这些专利 内容整体已通过引用在此并入本文中。该型号为UE 10，000的便携式装置探测来自磨损的 轴承的超声波信息，并将该超声波信号转换为音频范围。然后操作者通过耳机可听到这些 音频信号，并以此作为一种检测故障的方法。为了能更精确地确定轴承的工作状态，这些音 频信号可被保存并稍后下载至一外部频谱分析仪中以进行相应的分析处理。
经过长时间使用该探测设备之后，操作者常常习惯于使用耳朵听到的信息来判断 电机轴承的情况，而不是以装置的LCD显示器上的振幅读数作为判断标准。然而，对于人耳 而言，是非常难以辨别代表刚刚开始磨损轴承的输入音频与代表已经严重磨损轴承的输入 音频。使用人耳来预测故障的方式是非常不可靠的，通过将信号传递至一外部频谱分析仪 的方式，这种缺点可被克服。然而困难的是，具有待测轴承的电机分散的距离过大。因此， 等所有的电机都被调查检测时，这个便携式探测器可能已返回到一维修设施，且所存储的 外差或音频信号被下载到一频谱分析仪中，则边远处的轴承可能失效了。完全故障的轴承 可使一电机在一段时间内不能正常工作。在某些情况下，即使是在一小段时间内，一个电机 停止运行是非常不利的，例如，一个冷却泵。
除了超声波探测装置之外，型号为UE，15000的便携式装置还包括一摄像头，该摄 像头可摄录待测机器的图像，这有助于定位和识别具有轴承问题的一特定电动机。
如果便携式超声波探测器具有记载能力，这将会有利于对所接收的信号执行频谱 分析。如此这样将会消除读取即将发生的轴承故障和确认该即将发生的轴承故障之间的时 间延迟。
故障的预测不仅可以基于一个读取数据的绝对值，也要基于读取数据与先前读取 数据的比较结果。例如，一个好的轴承可能产生一个非常大的超声波信号，但是一个处于故 障状态的轴承不会产生这样的超声波信号。如果在很长一段时间内所探测到的轴承的超声 波信号都保持一致，如此则可能没有必要采取纠正措施。然而，如果随着时间的推移，所探 测的轴承的超声波信号也随之不断增加，则在今后的一个合适的时间更换该轴承将是明智 的选择。因此，如果便携式超声波探测器具有机载的记录和存储装置，这将会非常有益的， 该机载的记录和存储装置可以用来比较来自于待测装置，如一个轴承，当前的音频与先前 已记录的音频。发明内容
本发明针对改进的装置和方法，其通过使用便携式手持型超声波探测器来探测分 布于不同位置的发生故障的轴承、电弧变压器和其他类似装置。
现有技术中的便携式手持型超声波探测器配备有模拟探测器电路，该模拟探测器电路用于探测发生故障的轴承、放电电气元件或类似装置产生的超声波信号。这些超声波 信号被放大和解调转换为音频范围内，在此频谱范围内，操作者可通过由电缆连接到便携 式单元的耳机以接听到该音频信号。根据本发明的一个实施例，一数字频谱分析仪位于便 携式手持型超声波探测器的线路板上。该频谱分析仪执行信号的快速傅里叶变换。因此， 该操作者不仅可以听到来自超声波信号的音频信号和观察到音频信号的声级，还可以在便 携式设备的屏幕上观察信号的频谱。这样可使操作者对轴承或变压器的状态实时地做出非 常准确的判断，而不必单单依赖于其听力。
在本发明的另一个实施例中，蓝牙电路将音频信号转换为短距离无线信号，该无 线信号可通过操作者佩戴的耳机接听到。这就避免需要通过一电缆将耳机连接到便携式单 元的状况。
此外，在一个实施例中，所述蓝牙电路可结合一声音应答装置，该耳机可以包括一 个麦克风。因此，在检测过程中，操作者可以发出口头意见，该口头意见从麦克风经由蓝牙 连接传输至所述手持式单元的一个数据记录器中。根据该操作者的意见，该数据记录器可 记录由磨损的轴承或电弧产生的外差音频信号。这些口头意见可能包括操作者的声音印 象、设备运行环境(如大雨)的信息或一些补救故障状况的建议。
在进一步的实施例中，该便携式装置可以包括一 W1-Fi电路，从而可以实现在更 大的范围内进行无线信号传输，这可用于转播所述操作者的意见到一本地维修设施。在这 种情况下，这种意见可能是一个对维修队伍所提出的立即更换故障设备的请求。
本发明的进一步改进之处是，利用蓝牙和W1-Fi连接将所记录的数据发送至一个 基站或计算机网络。此外，蓝牙和W1-Fi连接可用于连接任何无线配置的数据监控设备，并 与该数据监控设备交换数据。
本发明的进一步改进之处在于可在便携式探测器上存储先前的外差音频信号和/ 或频谱，其结果是，在测试电机或电器柜的位置处，因为所述声音和/或频谱与便携式设备 上当前的声音和/或频谱进行实时比较，所以可对故障情况进行更精确地诊断。通过使用 蓝牙和W1-Fi连接，即可对使用这种方式而探测到的即将发生的故障进行集中维护操作。
在现有的系统中，提供具有一相机的本发明，该相机可为待测试的设备拍照，与以 往不同的是，这张照片可以作为待测试设备的一部分文件存储在便携式超声波探测器。该 文件可包括有声级读数、该音频信号的频谱、操作者测试时的意见和设备的图像。该文件还 可以包含以前的读数和频谱。另外，这个图像作为一个覆盖图可包含有当前读数。这种可 精确识别的测试结果可帮助公司减轻设备维护的责任。尤其是，如果在最后的测试时该装 置能正常地运行，则测试后维修公司对于故障的责任可以被减少。
照片也可以帮助故障检测。通过将当前的图像与先前的图像进行比较，可以记录 指出待测设备的变化。如果一个图像作为半透明的覆盖图而形成在另一个图像上面，则二 者之间的差异更容易确定。
为了提高所述相机拍摄照片的质量，该相机可与一 LED闪光灯设置在一起。此外， 该探测器可设置一激光指示器，从而使该相机能精确瞄准拍摄目标。该激光指示器作为距 离测量装置的一部分，其可在不同的场合相同距离条件下拍摄照片，而且不会有太大的困难。
典型地，当对一个大型设备进行测试时，操作者被引导根据一特定的路径进行测试。由于图像存储于便携式超声波探测器内，路径引导可以为可视化的，也就是说，操作者 的路径可以通过一系列的照片来设置，其中，操作者根据该照片选择下一个测试点。
图像和频谱可以显示在所述便携式超声波探测器上的IXD屏幕上。该IXD屏幕可 为一触摸屏，所以该LCD屏幕可以按照图形用户界面的形式提供对系统操作的控制。因此， 由于触摸屏的使用可以防止细的污物颗粒破坏所述对该系统的控制，所以该设备可用于多 尘的环境。
另外，除了该便携式超声波探测器上的显示屏幕，这些图像可以通过无线连接被 传送至一个移动设备，如1-Phone或黑莓。因此，该图像可供远程移动设备使用的。这种设 备可由监管者随身携带的，所以如果操作者对其中的图像有疑问时，该图像可以被发送到 监管者以实时分析该机器的状态。
外差超声波、图像和频谱可以存储至可移动介质卡内，如SD卡或其他可移动介质 类型卡。这允许将信息容易地上传到中央计算机或下载到便携式手持型超声波探测器。
本发明的另一个实施例包括红外温度传感器。经常发生故障的轴承或放电电气元 件具有比正常运行的设备更高的温度。因此，温度可以被记录，以协助故障预测。该温度测 量类似于其他测量，其可存储于待测器件的文件中，并可与先前的测量进行比较以作为一 种故障诊断方式。该红外温度传感器可以为一个点温计或红外图像传感器。
本发明其他的特征、优点和实施例可以通过以下的详细描述、附图和权利要求书 进行陈述说明和呈现出来。应该理解的是，本发明前述的摘要和下面的详细描述是示例性 的，并且旨在不限制本发明所保护范围的情况下提供进一步的解释说明。
结合参考如下的附图，本发明的前述部分和以下的说明部分将会被更好地理解， 其中
图1是本发明实施例的便携式手持型超声波探测器的侧视图2是本发明实施例的显示出探测器和温度传感器的便携式手持型超声波探测 器的放大前视图3是本发明实施例的显示出摄像头、闪光灯和激光指示器的部分便携式手持型 超声波探测器的放大前视图4是本发明实施例的显示出触摸屏显示器的便携式手持型超声波探测器的后 视图5是本发明实施例的便携式手持型超声波探测器的电路方框图6是图5中所示的模拟前端电路的方框图7是图5中所示的耳机蓝牙、有线局域网(wired LAN)和USB主机电路的方框 图；及
图8是图5中所示的主中央处理器的方框图。
具体实施方式
现在参考附图，其中，类似的引用标号在几个视图中相应的部分标出。图1是本发 明实施例的便携式手持型超声波探测器10的侧视图。该超声波探测器10包括一手柄12及一附在该手柄12上端的主体14。该主体14用于容纳该超声波探测器10的电路。所述 主体14的前部开设一壳体16，该壳体16用于容纳一个或多个超声波探测器转能器。该主 体14的后部具有一扩大部18，该扩大部18装设有一触摸屏显示器20。此外，所述扩大部 18开设有一 SD (secure digital，安全数字)存储器槽22，该SD存储器槽22可容置一个 或多个SD存储卡。该SD存储卡被用来存储当前和历史数据的音频信号、及它们的光谱和 照片。
如图2所示，所述壳体16的具有一个丝网状盖体17，该盖体17用于保护所述传感 器。一个红外线传感器19设置于所述主体14的前表面，该红外线传感器19可用于测量电 机或待测电气柜的温度。温度的上升可以是磨损的轴承或放电的电气元件的一个标志。
图3是所述扩大部18的倾斜的前表面的放大图。该扩大部18包括一激光指示器 24，来自于该激光指示器的激光束可用于所述红外温度探测器瞄准。该激光束还可用于带 有一闪光灯27的相机26猫准,该相机26和闪光灯27位于该扩大部,且从该扩大部的前表 面投射光线。此外，在一个实施例中，所述激光指示器24可作为距离测量装置，例如，在不 同的场合中可在与所述电机或电气柜相同距离处实现超声波或温度测量。
图4示出了所述触摸屏显示器20位于所述扩大部18的后表面上。所述音频信号 和/或该信号的一部分频谱可以显示在该显示器屏幕上。此外，该分贝测量可随着其他已 感测的信息，如温度，一起显示在该显示器屏幕上。另外，所述相机26拍摄的图像可作为覆 盖图与其他信息一起显示在屏幕上。
所述触摸屏显示器20还具有操作者控制部分，该操作者控制部分作为用户界面 的一部分显示在所述触摸屏显示器20上。一个用于控制的图像可以由中央处理器形成在 屏幕上。操作者可触摸邻近其中一个控制图像的屏幕，所述CPU解释此次触摸操作的方向 以改变控制，例如，分贝或灵敏度或频率范围。除了所述触摸屏之外，所述扩大部18的后表 面上设置一个特殊的功能按钮29。
所述扩大部的后表面上还具有一个耳机插孔28，该耳机插孔28可以连接一有线 耳机。操作者可以使用这些有线耳机听到外差的音频信号，并对电动机的轴承、电气柜中 的变压器的放电或压缩气体泄漏的情况作出一个初步的预判。正如将要指出的，除了该有 线耳机之外，所述探测器还可允许操作者通过一个蓝牙电路以无线的形式接听所述音频信号。
图5示出了所述主体14中用于控制探测器的电路方框图。实际上一模拟前端电 路30、一前端CPU电路40、一蓝牙电路50和一主CPU电路60堆叠在一起，并且使用总线进 行连接，该总线可携带原始信号，如音频信号WAV (waveform audio format)。
所述传感器15接收所述轴承或放电电气元件发出的超声波信号，并将该超声波 信号馈送至所述模拟前端电路30。该模拟前端电路30缓冲、放大该超声波信号，并由该外 差电路将该放大后的超声波信号转换为音频信号WAV。所述前端CPU40可作为一个子处理 器进行运行，其载有来自所述主CPU60的具体指令(例如，所述主CPU解释触摸选择，并产生 电压以设置灵敏度和频率以响应操作者在触摸屏上的触摸选择)，并还可传递所述WAV信号 到所述蓝牙电路50。所述前端CPU40还从红外温度传感器41接收传感器信号，如，电池寿 命信号和温度信号，并将该传感器信号发送至主CPU60进行分析处理。所述蓝牙电路50提 供该WAV信号以传输到无线耳机51，还将所述WAV信号传递到主CPU60。另外，所述蓝牙电路提供了一个无线USB端口 52，该无线USB端口 52用于大范围的WAV信号通信。
所述主CPU60控制该探测器的所有的功能，其通过对一部分WAV信号执行快速傅 里叶变换，将该WAV信号转换为一频谱，且该主CPU60的输出信息显示在所述触摸屏显示器 20上。此外，该主CPU60控制所述激光指示器24，将数据存储至所述SD存储器22内，或从 该SD存储器22内获取数据。所述主CPU60控制所述相机26和闪光灯27，从该相机26接 收图像，并将图像显示在所述触摸屏显示器20和存储在所述SD存储器22内。该主CPU60 还可控制一 W1-Fi�？�25。
图6示出了本发明实施例的便携式手持型超声波探测器的模拟前端电路，该模拟 前端电路与U. E.系统公司在专利号为US 6，707，762的美国专利中所记载的UE 10，000型 探测器的模拟前端电路相似。所述传感器15连接于电路输入端100。来自于该传感器15 的超声波信号在放大器102中进行缓冲，并通过电压控制放大器104进行放大处理。该电 压控制放大器104的设置由操作者使用触摸屏进行控制，并生成触控信号。该触控信号由 所述主CPU60转换为数字信号，且其输出设置该放大器的增益。
如在UE 10，000型探测器中，所述超声波信号分别馈入第一外差电路106和第二 外差电路108，该第一和第二外差电路将超声波频率信号转换为音频信号。该第一外差电路 106的音频输出被施加至分贝(DB)转换器电路110，该分贝转换器电路110生成一个在分 贝上相当于音频信号的振幅的直流信号。这是适用于该主CPU，该主CPU可在所述屏幕20 上显示这些信息。
所述第二外差电路108产生WAV信号，该WAV信号被电路109放大之后被施加到 主CPU，用于采样和频谱分析。
图7中的蓝牙电路与所述主CPU的耳机连接器连接，信号发送至蓝牙发送电路 120，该蓝牙发送电路120包括一天线121。因此，使用蓝牙协议，信号从手持式单元传输一 短距离到蓝牙听筒或蓝牙扬声器和麦克风耳机。该蓝牙发送电路120还包括一有线局域网 (local area network, LAN)电路124,该有线局域网电路124提供一个以太网(Ethernet) 连接到所述主CPU。该有线局域网电路124提供一个输出信号给一局域网络。另外，该有 线局域网电路124提供一辅助的音频放大器126。如果需要更大范围的线路连接，一个USB 主机128作为一个插入式的W1-Fi连接是可用的。
图8示出了主CPU电路板。除了用于接收WAV信号的主CPU130之外，该主CPU130 与显示器20、一实时时钟150及两个SD卡插槽160和162形成连接，该SD卡插槽160和 162—起构成了图1中所示的槽22。其中一个槽可容纳一高密度SD卡，该高密度SD卡可 提供系统内存，所述WAV文件可与照片图像和频谱信号一起存储在该系统内存中。所述主 CPU重建所述已采样的WAV文件。
所述主CPU控制便携式手持型超声波探测器的所有功能。此外，该主CPU可对所 述WAV信号作出复杂的分析。例如，该主CPU可对所述WAV信号执行快速傅里叶变换，并可 在屏幕上显示所处理结果。
在操作中，该便携式手持型超声波检测器10可由一操作者随着携带对一大型设 备进行检测作业，以便于确保发射超声波能量的电机轴承、变压器线圈和类似的设备是正 确操作使用的，且不太可能在不久的将来发生故障。通常情况下，操作者将遵循关于该设备 的设定路径。该设定路径可能会作为一个文本文件被包含在探测器内。然而，本发明的一个特征是，该路径可以被表示为一系列的照片，该照片可以在视觉上引导操作者从一个测 试站到另一个测试站。原始的路径可使用内置于探测器内的相机26进行构制。因此，当本 发明在稍后被使用时，一个可视化的路径可由检查员根据所述机器和连接机器路径的当前 和先前的图像来确定。
当探测器在设备产生超声波信号而接通启动时，则该设备中的传感器探测到这些 信号。所述模拟前端30放大该超声波信号，并使该超声波信号产生外差效果以生成音频信 号，则操作者可通过电缆连接到便携式单元的耳机以接听该音频信号。在本发明的一个实 施例中，所述蓝牙电路50将音频信号(WAV)转换为可短距离传输的无线信号，这些无线信 号可由操作者佩戴的无线耳机接收到。这样便无需将耳机通过电缆连接到便携式单元。
此外，在一个实施例中，所述蓝牙电路可结合一声音应答装置，该耳机可以包括一 个麦克风。因此，在检测过程中，操作者可以发出口头意见，该口头意见从麦克风经由蓝牙 连接传输至所述手持式单元10的一个数据记录器中。根据该操作者的意见，该数据记录器 可记录由磨损的轴承或电弧产生的外差音频信号。这些口头意见可能包括操作者的声音印 象、设备运行环境(如大雨)的信息或一些补救故障状况的建议。
在进一步的实施例中，该便携式装置可以包括一 W1-Fi电路25，从而可以实现在 更大的范围内进行信号传输，这可用于转播所述操作者的意见到一本地维修设施。在这种 情况下，这种意见可能是一个对维修队伍所提出的立即更换故障设备的请求。
在本发明的另一实施例中，该探测器的CPU可对便携式手持型超声波探测器10 的机载音频信号进行数字频谱分析，该频谱分析由所述CPU执行信号快速傅里叶变换而实 现。因此，操作者不仅可以接听到来自于超声波信号的频谱信号和观察到其声级，还可以在 便携式设备上的屏幕20上观察到信号的频谱。这样就可使操作者对轴承或变压器的状态 实时地作出非常准确的判断，而不是仅仅依赖于其听力。
可移动的SD卡22用于在便携式探测器上存储记录之前的音频信号和/或频谱， 这样允许将信息轻松地上传至中央计算机或下载信息到便携式手持型超声波探测器。根据 所述SD卡22的存储容量的结果，在测试电机或电器柜的位置处，因为所述声音和/或频谱 可与便携式设备上当前的声音和/或频谱进行实时比较，所以可对故障情况进行更精确地 诊断。通过使用蓝牙和W1-Fi连接，即可对使用这种方式而探测到的即将发生的故障进行 集中维护操作。
所述相机26可为待测试的设备拍照，与以往不同的是，这张照片可以作为待测试 设备的一部分文件存储在便携式超声波探测器。该文件可包括有声级读数、该音频信号的 频谱、操作者测试时的意见和设备的图像。该文件还可以包含以前的读数和频谱。这个图 像作为一个覆盖图可包含有当前读数。这种可精确识别的测试结果可帮助公司减轻设备维 护的责任。尤其是，如果在最后的测试该装置能正常地运行，则测试后维修公司对于故障的 责任可以被减少。
为了提高所述相机26拍摄照片的质量，该相机26可与一 LED闪光灯27设置在一 起。此外，该探测器可设置一激光指示器24，从而使该相机能精确瞄准拍摄目标(图3)。另 外，该激光指示器24可作为距离测量装置的一部分，其可在不同的场合相同的距离条件下 拍摄照片，而不会有太大的困难。
所述相机26拍摄的照片也可以帮助故障检测。通过将当前的图像与先前的图像进行比较，可以记录指出待测设备的变化。如果一个图像作为半透明的覆盖图而形成在另 一个图像上面，则二者之间的差异更容易确定。向用户提供的图像需要顾及到关于机器原 始状态的所拍摄的基准图像。可以想象到的是，这些图像可以组成为一个复合覆盖图，以便 随着时间的过去该待分析机器产生可视化的时间缩放的变化。这就提供了可视化的信息， 这些信息显示了随着时间的推移而演示了机器和诊断测试的趋势条件。因此，举例来说，随 着时间的推移而轴承壳体不断变色可能是一种过热的迹象。
所述便携式超声波探测器上的LCD屏幕20可提供图像和频谱的视图。该LCD屏幕 可为一触摸屏，所以该LCD屏幕可以按照图形用户界面的形式提供对系统进行控制。因此， 由于触摸屏的使用可以防止细的污物颗粒破坏所述对操作该系统的控制，所以该设备可用 于多尘的环境。
本发明的另一个实施例允许这些W1-Fi和蓝牙电路提供数据双向传输到一个基 站计算机或计算机网络，这使得正在被传输到IXD屏幕的数据被镜像到一个网络驱动器或 一个用于外部检测的远程访问终端。此外，手持式装置的用户也可以发送特定的信息和数 据集到其他的用户，以针对适当的程序进行确认或选择不同的意见。通过采用无线通信，用 户也可以访问一个远程托管数据库或服务器以进行数据比较。数据的比较可以实时进行， 并可以允许所述手持式设备的当前读数与相同或类似装置的先前读数进行比较。可选地， 当一个数据记录时间已经发生后，该手持式装置可用于比较先前的数据集，以随着时间的 推移而形象化数据之间的变化或变更。此外，可以想象到的是，该手持式装置有能力使用先 前获得的数据来比较记录的数据或分析模型的实时数据。
W1-Fi和蓝牙功能也为本发明提供了连接任何无线装备的单机信息记录装置。通 过参考非限制性示例，本发明可以共享数据或控制一个光学或选通脉冲转速计、红外摄像 机、振动分析仪或任何其他用于环境感测的装置的功能。因此，由诊断工具在维护操作之前 或维护操作期间所收集的数据可以被存储或通过网络通信从任何网络访问装置进行访问。 所以，来自于这些不同外部信息源的信息可以在探测器中被合并为一个单一信息源。
可以想象的是，本发明的使用者可以通过网络访问一个具有数据库的存储设备， 通过访问该存储设备，使用者可以传输连续的数据至网络以便于远程分析或存储。可以进 步一想象的是，数据库具有可选择的数据入口，本发明使用者可访问这些数据入口以上载 或调取本发明获取的数据。
本发明的另一个特点是具有通过一自适应网络将本地数据传输给PDAs(personal digital assistants,个人数字助理)、智能手机、笔记本电脑、平板电脑或其他数据显示和 处理平台的能力。还可以想象的是，本发明所生成的数据可以通过移动平台被访问或远程 观测。
本发明的另一个特点是，指令、展示、程序和用户教程的表现取决于所要执行的特 殊的任务。本发明能够从内部存储设备或网络可访问的数据库选择适当的教学材料，并以 上下文有关原理为基础将该教学材料呈现给本发明的用户。通过参考示例，本发明的用户 可以希望获取与音频频谱相关的数据。通过所规定的基本原理，本发明能够为程序和从事 特定任务所必需的安全要求提供显示在设备本身的指令。此外，本发明的指令功能能够记 录数据和屏幕图像，从而为潜在用户提供新的教学信息或例子。因此，可以设想的是，超声 波手持设备可以作为渠道用于指引网络源指令给所述诊断工具。
可以想象到的是，已获取和传递至一本地或远程存储设备的数据可以是，但其并 不限制于本公开，音频数据、温度数据、光谱数据、视觉信息、视频数据、定向和振动数据或 任何物理条件和现象配置用于获取数据的机制。通过参考示例，无论是本地或网络数据可 以提供给手持式装置，并用于连续地调整用户反馈系统的设备，该用户反馈系统的设备具 有可变的参数，如变化的温度梯度、可变速度等等。例如，一个警报信号的节奏或韵律是可 以控制的，以便对应于一个设备内多变的条件进行分析。
本发明还能够获取相对于特定物理现象的数据，并相对于数据采集和分析的总体 目标而解释该数据。通过参考非限制性示例，如果本发明确定了变速驱动器的旋转速度的 变化，则该音频警报信号可以随之改变，以反映该驱动器中不断变化的条件。
本发明能够合并几种不同的输入，并使用这些输入来确定一个设备或结构的总体 质量或条件。通过参考非限制性示例，本发明能够结合环境数据，如温度或声共振模式，并 根据这些数据点来判断设备是否运行正常。例如，该手持型超声波探测器可以用于评估蒸 汽阀水阀。逸出或通过该蒸汽阀水阀的蒸汽将产生超声波信号，这些超声波信号可以被检 测和测量到。另外，设备上的红外传感器或一些其他温度传感器可以测量该蒸汽阀水阀的 温度。因此，操作者可根据温度和声级或图案来判定蒸汽阀水阀的好坏。
本发明的另一个实施例包括通过无线通信装置连接到一维护或诊断工具的能力。 该诊断工具被配置为受所述手持式装置控制的，并用于传输所述手持式装置在使用过程中 通过上述无线通信装置所收集的数据。可以想到的是，该诊断工具还包括对一设备或结构 执行修理或维护功能的装置。例如，可以想象的是，该物理操纵器可以是适用于水、润滑剂、 或油脂的调剂工具，其能够同时监控材料分配的等级和环境中材料的实际存在量。
可以想到的是，先前所存储的与物理环境有关的数据对超声波手持式装置是可用 的。该设备能够提供结构和历史信息，并且可以具有对环境进行测量的能力。本发明的另 一个实施例包括红外温度传感器41。经常发生故障的轴承或放电电气元件具有比正常运 行的设备更高的温度。因此，温度可以被记录，以协助故障预测。该温度测量类似于其他测 量，其可存储于待测器件的文件中，并可与先前的测量进行比较以作为一种故障诊断方式。
虽然本发明的特定实施例已经结合附图进行了详细的描述，但是应当理解的是， 本发明并不限定于那些特定的实施例，各种变化和修改可以由本领域的技术人员在其中不 脱离本发明所附的权利要求的范围或精神的情况下而实现。
权利要求
1.一种便携式设备，其使用超声波信号测试一机器和装置的状态，其特征在于，该便携式设备包括一组超声波传感器，用于接收从所述机器和装置发出的超声波信号；一被耦合的外差电路以接收从所述超声波传感器发出的输出信号，并将该输出信号转换为一外差音频信号；及一数字频谱分析仪，其为便携式设备的组成部分，用于对外差音频信号执行实时快速傅里叶变换和时间序列。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该便携式设备还包括一中央处理器，所述超声波传感器、外差电路和数字频谱功能由所述中央处理器控制。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述外差电路形成一模拟前端，并输出一数字信号至一中央处理器。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述数字频谱分析仪是一个软件模块，该软件�？橛糜谠谥醒氪砥髦性诵�。
5.如权利要求2所述的设备，其特征在于，该便携式设备还包括一显示装置，所述中央处理器进一步被配置为连接到所述显示装置。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该便携式设备还包括若干环境传感器和若干双向数据传输装置，该双向数据传输装置用于传输信息给所述传感器，并从该传感器传输信息。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述若干双向数据传输装置可为有线或无线装置。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述双向数据传输装置采用蓝牙、W1-F1、USB或其他可用的射频频率进行通信。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述蓝牙电路将该音频信号转换为可由一耳机接收到的短距离无线信号。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述蓝牙电路还包含有语音回放和/或语音记录功能。
11.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所环境传感器可以是光传输装置，如红外传感器、高温计、激光指示器、红外线和光学波长摄像机和相干或定向能测距仪。
12.如权利要求2所述的设备，其特征在于，该便携式设备还包括一存储装置、若干环境传感器和若干双向数据传输装置，所述若干双向数据传输装置用于传输信息给所述传感器，并从该传感器传输信息，所述中央处理器分析和记录存储装置内存储的接收自环境传感器的数据。
13.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述便携式设备还包括一存储装置。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述存储装置是一个可移动存储装置，该可移动存储装置包括可移动介质存储卡。
15.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述存储的数据使用射频频率在所述设备与一计算机网络或一计算机基站之间传输。
16.如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述存储装置用于存储音频和/或视频数据。
17.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述显示装置是一触摸屏显示器，该触摸屏显示器能够传输用户输入到所述中央处理器。
18.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述便携式设备进一步包括一存储装置，该存储装置用于存储音频和/或视频数据，所述显示装置用于同步显示来自于所述数字频谱分析仪的数据和以参考图像的形式所存储的视频数据。
19.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该便携式设备进一步包括一中央处理器，用于控制所述便携式设备；一存储装置，连接至该中央处理器，用于存储来自于所述频谱分析仪的数据；一显示装置，连接至该中央处理器，并显示来自于该中央处理器的信息；至少一个环境传感器，该环境传感器的输出存储在所述存储装置中；一个相机，用于生成所述待测机器的图像，并将该图像存储至所述存储装置内，所述中央处理器使该显示器显示所述机器的图像，和一并嵌入该图像中的至少一个分析仪数据和传感器数据。
20.如权利要求5所述的设备，其特征在于，该便携式设备进一步包括一用于存储音频和/或视频数据的存储装置，所述存储装置存储有一系列的机器图像，该序列的机器图像对应于所述机器进行测试的特定路径，所述中央处理器使该显示器根据所述路径依次地显示所述图像。
21.如权利要求5所述的设备，其特征在于，该便携式设备进一步包括一用于存储音频和/或视频数据的存储装置，所述存储装置存储有一系列的程序步骤图像，该程序步骤图像是正确地测试所述装置或机器的状态所必需的，所述中央处理器使该显示器根据所述程序步骤依次地显示所述图像。
22.如权利要求18所述的设备，其特征在于，每个路径是一个特定的合成图像文件。
23.如权利要求19所述的设备，其特征在于，每个系列的程序步骤是一个特定的合成图像文件。
24.如权利要求2所述的设备，其特征在于，该便携式设备进一步包括一存储装置，其中，所述中央处理器用于比较实时的数字信号分析与先前存储在所述存储装置中的数字信号分析。
全文摘要
一种通过使用超声波信号来确定和测试一机器和装置的状态的便携式设备，该便携式设备具有多个超声波传感器，其用于从该机器或装置接收超声波信号。该便携式设备具有一个被耦合的外差电路，该外差电路接收从所述超声波传感器输出的输出信号，并将该输出信号转换为一个外差音频信号，然后该外差音频信号通过所述便携式设备的一数字频谱分析仪进行分析。该数字频谱分析仪对外差音频信号进行实时快速傅里叶变换。分析信号之后，该手持型设备使用各种音像提示来指引用户，以提示所述设备中需要维修或监测的部分。
文档编号G01B5/28GK103038599SQ201180018875
公开日2013年4月10日 申请日期2011年4月15日 优先权日2010年4月16日
发明者马克·A·古德曼, 威廉·毕晓普, 加里·莫尔 申请人:U·E·系统公司
专业数控铣床产品供应商
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