放射器に対する機械構成部品の近接度を測定するセンサアセンブリおよび方法
【課題】機械構成品の近接度を測定するアセンブリおよび方法の提供。
【解決手段】マイクロ波センサアセンブリ１１０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器２０６を含む少なくとも１つのプローブ２０２を含む。また、この放射器は、電磁場内に位置している物体によって放射器内に誘導された負荷を表す少なくとも１つの負荷信号を生成するように構成されている。さらに、マイクロ波センサアセンブリは、少なくとも１つのプローブに結合された信号処理デバイス２００を含む。この信号処理デバイスは、少なくとも１つの負荷信号に基づいて実質的に線形の出力信号を生成するように構成されたリニアライザ２２２を含む。
【解決手段】マイクロ波センサアセンブリ１１０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器２０６を含む少なくとも１つのプローブ２０２を含む。また、この放射器は、電磁場内に位置している物体によって放射器内に誘導された負荷を表す少なくとも１つの負荷信号を生成するように構成されている。さらに、マイクロ波センサアセンブリは、少なくとも１つのプローブに結合された信号処理デバイス２００を含む。この信号処理デバイスは、少なくとも１つの負荷信号に基づいて実質的に線形の出力信号を生成するように構成されたリニアライザ２２２を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、概して動力システムに関し、より詳細には、放射器に対する機械構成部品の近接度を測定するセンサアセンブリおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
公知の機械は、動作中に振動および／または他の異常動作を示すことがある。そのような動作を測定および／または監視して、例えば、機械駆動シャフトに見られる振動の量、機械駆動シャフトの回転速度、および／または、動作中の機械もしくはモータの任意の他の動作特性を求めるために、１つまたは複数のセンサを用いることができる。多くの場合、このようなセンサは、複数のモニタを含む機械監視システムに結合されている。この監視システムは、１つまたは複数のセンサから信号を受信し、その信号に対して少なくとも１つの処理ステップを実行し、修正した信号を診断プラットフォームに送信し、そこでユーザに測定値を表示する。
【０００３】
公知の少なくとも一部の機械は、渦電流センサを使用し、機械構成部品の振動および／または位置を測定する。しかし、公知の渦電流センサの使用は、このようなセンサの検出距離が渦電流検知素子の幅のほぼ半分しかないために制限される場合がある。公知の他の機械は、光センサを使用し、機械構成部品の振動および／または位置を測定する。しかし、公知の光センサは、汚濁物で汚れて不正確な測定値をもたらすことがあるため、産業環境には適さない場合がある。さらに、公知の光センサは、液体媒体、および／または、粒子を含む媒体を通じて機械構成部品の振動および／または位置を検出することに適さない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
一実施形態では、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器を含む少なくとも１つのプローブを含むマイクロ波センサアセンブリが提供される。また、この放射器は、電磁場内に位置している物体によって放射器内に誘導された負荷を表す少なくとも１つの負荷信号を生成するように構成されている。さらに、マイクロ波センサアセンブリは、少なくとも１つのプローブに結合された信号処理デバイスを含む。この信号処理デバイスは、少なくとも１つの負荷信号に基づいて実質的に線形の出力信号を生成するように構成されたリニアライザ（ｌｉｎｅａｒｉｚｅｒ）を含む。
【０００６】
別の実施形態では、機械と、その機械の近傍に配置されたマイクロ波センサアセンブリとを含む動力システムが提供される。マイクロ波センサアセンブリは、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器を含む少なくとも１つのプローブを含み、機械の少なくとも１つの構成部品が電磁場内に位置するとき放射器内に負荷が誘導される。また、この放射器は、誘導負荷を表す少なくとも１つの負荷信号を生成するように構成されている。さらに、マイクロ波信号アセンブリは、少なくとも１つのプローブに結合された信号処理デバイスを含む。この信号処理デバイスは、少なくとも１つの負荷信号に基づいて実質的に線形の出力信号を生成するように構成されたリニアライザを含む。
【０００７】
さらに別の実施形態では、放射器に対する機械構成部品の近接度を測定するための方法が提供される。この方法は、放射器に送信された少なくとも１つのマイクロ波信号に基づいて電磁場を生成すること、および電磁場と機械構成部品の相互作用によって放射器内に誘導された負荷を表す少なくとも１つの負荷信号を生成することを含む。放射器に対する機械構成部品の実質的に線形の近接度測定値は、少なくとも１つの負荷信号に基づいてもたらされ、その近接度測定値はユーザに出力される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的動力システムのブロック図である。
【図２】図１に示されている動力システムで用いることができる例示的センサアセンブリのブロック図である。
【図３】図２に示されているセンサアセンブリで用いることができる例示的信号処理デバイスの一部分のブロック図である。
【図４】図２に示されているセンサアセンブリで用いることができる代替の信号処理デバイスの一部分のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、機械１０２を含む例示的動力システム１００を示す。例示的実施形態では、機械１０２は、風力タービン、水力発電タービン、ガスタービン、蒸気タービン、電気エンジン、またはコンプレッサでもよいが、これらだけに限定されない。あるいは、機械１０２は、動力システムで用いられる任意の他の機械でもよい。例示的実施形態では、機械１０２は、発電機などの負荷１０６に結合された駆動シャフト１０４を回転させる。
【００１０】
例示的実施形態では、駆動シャフト１０４は、機械１０２および／または負荷１０６の中に実装されている１つまたは複数のベアリング（図示せず）によって少なくとも部分的に支えられている。代替的または付加的に、ベアリングは、ギアボックスなどの別の支持構造体１０８の中、または、動力システム１００が本明細書で説明するように機能することを可能にする任意の他の構造体もしくは構成部品の中に実装することができる。
【００１１】
例示的実施形態では、動力システム１００は、機械１０２、駆動シャフト１０４、負荷１０６、および／または、動力システム１００が本明細書で説明するように機能することを可能にする動力システム１００の任意の他の構成部品のうちの少なくとも１つの動作状態を測定および／または監視する少なくとも１つのセンサアセンブリ１１０を含む。より具体的には、例示的実施形態では、センサアセンブリ１１０は、駆動シャフト１０４とセンサアセンブリ１１０の間で定められる（図１には示されていない）距離を測定および／または監視するために、駆動シャフト１０４の至近距離に配置された近接度センサアセンブリ１１０である。さらに、例示的実施形態では、センサアセンブリ１１０は、マイクロ波信号を使用し、センサアセンブリ１１０に対する動力システム１００の構成部品の近接度を測定する。本明細書で用いるとき、「マイクロ波」という用語は、信号、または、約３００メガヘルツ（ＭＨｚ）と約３００ギガヘルツ（ＧＨｚ）の間の１つまたは複数の周波数を有する信号を受信および／または送信する構成部品を指す。あるいは、センサアセンブリ１１０は、動力システム１００の任意の他の構成部品を測定および／または監視することもでき、かつ／または、動力システム１００が本明細書で説明するように機能することを可能にする任意の他のセンサアセンブリもしくはトランスデューサアセンブリでもよい。例示的実施形態では、各センサアセンブリ１１０は、動力システム１００内の任意の位置に配置される。さらに、例示的実施形態では、少なくとも１つのセンサアセンブリ１１０は、センサアセンブリ１１０によって生成される１つまたは複数の信号を処理および／または分析する際に用いる診断システム１１２に結合されている。
【００１２】
例示的実施形態では、動作中に、機械１０２の動作が、駆動シャフト１０４などの動力システム１００の１つまたは複数の構成部品の位置を、少なくとも１つのセンサアセンブリ１１０に対して変化させることがある。例えば、構成部品内に振動が誘導される場合があり、かつ／または、動力システム１００の動作温度が変化するにつれて、構成部品が膨張または収縮する場合がある。例示的実施形態では、センサアセンブリ１１０は、それぞれのセンサアセンブリ１１０に対する構成部品の近接度、位置、および／または、振動の量を測定および／または監視し、その構成部品について測定した近接度、位置、および／または、振動の量を表す信号（以降では「近接度測定信号」と呼ぶ）を、処理および／または分析のために診断システム１１２に送信する。
【００１３】
図２は、（図１に示されている）動力システム１００で用いることができる例示的センサアセンブリ１１０の概略図である。例示的実施形態では、センサアセンブリ１１０は、信号処理デバイス２００と、データ線管（ｄａｔａ ｃｏｎｄｕｉｔ）２０４を介して信号処理デバイス２００に結合されているプローブ２０２とを含む。さらに、例示的実施形態では、プローブ２０２は、プローブハウジング２０８に結合された、かつ／または、プローブハウジング２０８の中に配置された放射器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は、マイクロ波放射器２０６を含むマイクロ波センサプローブ２０２である。このようなものとして、例示的実施形態では、放射器２０６は、マイクロ波周波数範囲内の少なくとも１つの共振周波数を有する。
【００１４】
例示的実施形態では、信号処理デバイス２００は、送信電力検出器２１２と、受信電力検出器２１４と、信号調整デバイス２１６とに結合された方向性結合デバイス２１０を含む。さらに、例示的実施形態では、信号調整デバイス２１６は、信号発生器２１８、減算器２２０、およびリニアライザ２２２を含む。放射器２０６は、マイクロ波信号が放射器２０６を通じて送信されたとき、電磁場２２４を放射する。
【００１５】
例示的実施形態では、動作中に、信号発生器２１８は、放射器２０６の少なくとも１つの共振周波数に等しいか、または、ほぼ等しいマイクロ波周波数を有する少なくとも１つの電気信号（以降では「マイクロ波信号」と呼ぶ）を生成する。信号発生器２１８は、マイクロ波信号を方向性結合デバイス２１０に送信する。方向性結合デバイス２１０は、マイクロ波信号の一部を放射器２０６に送信し、マイクロ波信号の残りの部分を送信電力検出器２１２に送信する。マイクロ波信号が放射器２０６を通じて送信されたとき、放射器２０６からプローブハウジング２０８の外へ電磁場２２４が放射される。駆動シャフト１０４、または、（図１に示されている）機械１０２および／もしくは動力システム１００の別の構成部品などの物体が電磁場２２４の中に入り、かつ／または、電磁場２２４における相対的位置を変えると、その物体と電磁場２２４の間に電磁結合が起こり得る。より具体的には、電磁場２２４内の物体の存在、および／または、そのような物体の動きによって、例えば、電磁場２２４の少なくとも一部を電流および／または電荷として誘導的および／または容量的にその物体に結合させ得る、物体内に誘導される誘導効果および／または容量性効果により、電磁場２２４が乱される場合がある。このような場合には、放射器２０６は離調され（すなわち、放射器２０６の共振周波数が低下および／または変化し）、放射器２０６内に負荷が誘導される。放射器２０６内に誘導された負荷によって、データ線管２０４を通じて方向性結合デバイス２１０に送信されることになる、マイクロ波信号の少なくとも１つの反射（以降では「離調負荷信号」と呼ぶ）が生じる。例示的実施形態では、この離調負荷信号は、マイクロ波信号の電力振幅および／または位相に比べて、低い電力振幅および／または異なる位相を有する。さらに、例示的実施形態では、離調負荷信号の電力振幅は、放射器２０６に対する物体の近接度に依存する。方向性結合デバイス２１０は、離調負荷信号を受信電力検出器２１４に送信する。
【００１６】
例示的実施形態では、受信電力検出器２１４は、離調負荷信号に基づく電力の量、および／または、離調負荷信号に含まれる電力の量を求め、離調負荷信号電力を表す信号を信号調整デバイス２１６に送信する。さらに、送信電力検出器２１２は、マイクロ波信号に基づく電力の量、および／または、マイクロ波信号に含まれる電力の量を求め、マイクロ波信号電力を表す信号を信号調整デバイス２１６に送信する。例示的実施形態では、減算器２２０は、マイクロ波信号電力および離調負荷信号電力を受信し、マイクロ波信号電力と離調負荷信号電力の差を算出する。減算器２２０は、算出された差を表す信号（以降では「電力差信号」と呼ぶ）をリニアライザ２２２に送信する。例示的実施形態では、電力差信号の振幅は、電磁場２２４内の駆動シャフト１０４などの物体と、プローブ２０２および／または放射器２０６との間で定められる距離２２６に、例えば、逆比例または指数関数的に比例している（すなわち、距離２２６が物体の近接度として知られている）。電力差信号の振幅は、例えば放射器２０６の幾何形状など放射器２０６の特性に応じて、物体の近接度に対して非線形の関係を少なくとも部分的に示す場合がある。
【００１７】
例示的実施形態では、リニアライザ２２２は、電力差信号を電圧出力信号（すなわち、「近接度測定信号」）に変換し、この電圧出力信号は、物体の近接度と、近接度測定信号の振幅との間の実質的に線形の関係を示す。さらに、例示的実施形態では、リニアライザ２２２は、近接度測定信号を、診断システム１１２における処理および／または分析に適した目盛係数と共に（図１に示されている）診断システム１１２に送信する。例示的実施形態では、近接度測定信号は、ボルト毎ミリメートルの目盛係数を有する。あるいは、近接度測定信号は、診断システム１１２および／または動力システム１００が本明細書で説明するように機能することを可能にする任意の他の目盛係数を有することもできる。
【００１８】
図３は、（図２に示されている）センサアセンブリ１１０で用いることができる例示的信号処理デバイス２００の一部分のブロック図である。図３に示されている実施形態では、信号処理デバイス２００は、本明細書でさらに十分に説明するように、複数の演算増幅器などの、複数のアナログ構成部品を含む。あるいは、信号処理デバイス２００は、信号処理デバイス２００が本明細書で説明するように機能することを可能にする任意の他の構成部品を含むこともできる。例示的実施形態では、図２を参照して上記で説明したように、送信電力検出器２１２は、マイクロ波信号に基づく電力の量、および／または、マイクロ波信号に含まれる電力の量を求め、マイクロ波信号電力を表す信号を減算器２２０に送信する。さらに、例示的実施形態では、図２を参照して上記で説明したように、受信電力検出器２１４は、離調負荷信号に基づく電力の量、および／または、離調負荷信号に含まれる電力の量を求め、離調負荷信号電力を表す信号を減算器２２０に送信する。
【００１９】
例示的実施形態では、減算器２２０は、マイクロ波信号電力から離調負荷信号電力を減じる差動増幅器３００を含み、電力差信号をリニアライザ２２２に送信する。代替実施形態では、減算器２２０は、マイクロ波信号電力と離調負荷信号電力の差を求める任意の他のデバイスを含むこともできる。例示的実施形態では、電力差信号は、（図１に示されている）駆動シャフト１０４などの物体と、（共に図２に示されている）プローブ２０２および／または放射器２０６との間で定められる（図２に示されている）距離２２６に、指数関数的、対数関数的、および／または反比例している。
【００２０】
例示的実施形態では、リニアライザ２２２は、差動増幅器３００に結合されているループ増幅器３０２と、ループ増幅器３０２に結合されているスケーリング増幅器３０４とを含む。例示的実施形態では、差動増幅器３００、ループ増幅器３０２、およびスケーリング増幅器３０４は、演算増幅器である。あるいは、リニアライザ２２２は、リニアライザ２２２が本明細書で説明するように機能することを可能にする、任意の他の１つまたは複数のデバイスを含む。ループ増幅器３０２は、差動増幅器３００から電力差信号を受信し、この電力差信号に基づいて実質的に線形の出力信号を生成する。より具体的には、ループ増幅器３０２の出力は、伝達関数デバイス３０６に送信される。例示的実施形態では、伝達関数デバイス３０６は、入力信号の変換に対応する出力信号を生成する（すなわち、出力信号は入力信号を変換したものである）。一実施形態では、入力信号の変換には、入力信号のシフト、オフセット処理、および／または反転が含まれる。このようなものとして、伝達関数デバイス３０６は、伝達関数帰還ループが設けられるように、ループ増幅器３０２の信号出力を変換したものである出力信号をループ増幅器３０２に送信する。ループ増幅器３０２は、電力差信号から変換後信号を減じて、算出された差を表す電圧出力を生成する。ループ増幅器３０２のこのような伝達関数帰還ループによって、ループ増幅器３０２が電力差信号を電圧出力信号（すなわち、「近接度測定信号」）に変換することが可能となり、この電圧出力信号は、物体の近接度と、近接度測定信号の振幅との間の実質的に線形の関係を示す。
【００２１】
ループ増幅器３０２は、近接度測定信号の振幅を調整するために、近接度測定信号をスケーリング増幅器３０４に送信する。例示的実施形態では、スケーリング増幅器３０４は、近接度測定信号の振幅を、診断システム１１２における処理および／または分析に適した振幅に増加させる。例示的実施形態では、近接度測定信号は、ボルト毎ミリメートルの目盛係数を有する。あるいは、近接度測定信号は、診断システム１１２および／または動力システム１００が本明細書で説明するように機能することを可能にする任意の他の目盛係数を有することもできる。増幅された近接度測定信号は、ユーザに出力もしくは表示するために、かつ／または、さらなる処理および／もしくは分析のために、診断システム１１２および／または任意の他のデバイスもしくはシステムに送信することができる。
【００２２】
図４は、（図２に示されている）センサアセンブリ１１０で用いることができる、代替の信号処理デバイス２００の一部分のブロック図である。図４に示されている実施形態では、信号処理デバイス２００は、本明細書で十分に説明するように、プロセッサなどの少なくとも１つのデジタル構成部品を含む。あるいは、信号処理デバイス２００は、信号処理デバイス２００が本明細書で説明するように機能することを可能にする任意の他の構成部品を含むこともできる。例示的実施形態では、送信電力検出器２１２は、マイクロ波信号に基づく電力の量、および／または、マイクロ波信号に含まれる電力の量を求め、マイクロ波信号電力を表す信号をアナログ−デジタル（Ａ−Ｄ）変換器４００に送信する。さらに、例示的実施形態では、受信電力検出器２１４は、離調負荷信号に基づく電力の量、および／または、離調負荷信号に含まれる電力の量を求め、離調負荷信号電力を表す信号をＡ−Ｄ変換器４００に送信する。
【００２３】
例示的実施形態では、Ａ−Ｄ変換器４００は、マイクロ波信号電力を表すアナログ信号を、マイクロ波信号電力を表すデジタル信号（以降では「デジタルマイクロ波電力信号」と呼ぶ）に変換する。Ａ−Ｄ変換器４００は、離調負荷信号電力を表すアナログ信号を、離調負荷信号電力を表すデジタル信号（以降では「デジタル負荷電力信号」と呼ぶ）に変換する。Ａ−Ｄ変換器４００は、デジタルマイクロ波電力信号およびデジタル負荷電力信号をプロセッサ４０２に送信する。
【００２４】
プロセッサ４０２は、１つまたは複数のシステムおよびマイクロコントローラを含み得る任意の好適なプログラマブル回路、マイクロプロセッサ、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルロジック回路（ＰＬＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ならびに、本明細書で説明する機能を実行することができる任意の他の回路を含む。上記の例は例示に過ぎず、したがって「プロセッサ」という用語の定義および／または意味をいかなる方法においても制限することは意図されていない。
【００２５】
プロセッサ４０２は、減算器４０４およびリニアライザ４０６に関してプログラムされる（すなわち、減算器４０４およびリニアライザ４０６は、プロセッサ４０２の中に組み込まれている）。減算器４０４は、デジタルマイクロ波電力信号とデジタル負荷電力信号の差を算出し、その結果得られる電力差信号を生成する。減算器４０４は、電力差信号をリニアライザ４０６に送信する。例示的実施形態では、電力差信号は、（図１に示されている）駆動シャフト１０４などの物体と、（共に図２に示されている）プローブ２０２および／または放射器２０６との間で定められる（図２に示されている）距離２２６に、指数関数的、対数関数的、および／または反比例している。
【００２６】
例示的実施形態では、リニアライザ４０６は、プロセッサ４０２内にプログラムされた伝達関数を含む。プロセッサ４０２は、この伝達関数を実行して、電力差信号を、物体の近接度と出力信号の振幅との間の実質的に線形の関係を示す出力信号（すなわち、「近接度測定信号」）に変換する。より具体的には、例示的実施形態では、伝達関数は、電力差信号と電力差信号の変換とを用いて、実質的に線形の近接度測定信号を生成する。一実施形態では、電力差信号の変換には、電力差信号のシフト、オフセット処理、および／または反転が含まれる。このような実施形態では、伝達関数は、電力差信号から電力差信号が変換されたものを減じて、実質的に線形の近接度測定信号を生成する。リニアライザ４０６は、近接度測定信号をデジタル−アナログ（「Ｄ−Ａ」）変換器４０８に送信する。
【００２７】
例示的実施形態では、Ｄ−Ａ変換器４０８は、デジタル近接度測定信号をアナログ近接度測定信号に変換する。さらに、Ｄ−Ａ変換器４０８は、図３を参照して上記で説明したのと同様の方法で、アナログ近接度測定信号の振幅を好適なレベルに調整することができる。Ｄ−Ａ変換器４０８は、アナログ近接度測定信号を、ユーザに表示するために、かつ／または、さらなる処理および／もしくは分析のために、診断システム１１２および／または任意の他のデバイスもしくはシステムに送信する。あるいは、信号処理デバイス２００がＤ−Ａ変換器４０８を含まず、近接度測定信号は、デジタル信号として、診断システム１１２、および／または、任意の他のデバイスもしくはシステムに送信される。
【００２８】
代替実施形態では、送信電力検出器２１２および／または受信電力検出器２１４が省かれ、プロセッサ４０２が、マイクロ波信号および離調負荷信号に含まれる電力、または、マイクロ波信号および離調負荷信号に基づく電力を算出することができる。このような実施形態では、Ａ−Ｄ変換器４００は、マイクロ波信号および離調負荷信号をそれぞれのデジタル信号に変換し、プロセッサ４０２は、本明細書で説明した計算をそれらのデジタル信号に対して実行する。
【００２９】
本明細書で説明したシステムおよび方法の技術的効果には、（ａ）放射器に送信された少なくとも１つのマイクロ波信号に基づいて電磁場を生成すること、（ｂ）電磁場と機械構成部品の相互作用によって放射器内に誘導された負荷を表す少なくとも１つの負荷信号を生成すること、（ｃ）少なくとも１つの負荷信号に基づいて放射器に対する機械構成部品の実質的に線形の近接度測定値をもたらすこと、（ｄ）近接度測定値をユーザに出力することのうちの少なくとも１つが含まれる。
【００３０】
上記の実施形態によって、機械構成部品の近接度を測定する際に用いる効率的で対費用効果の高いセンサアセンブリが提供される。このセンサアセンブリは、マイクロ波信号で放射器をドライブして電磁場を生成する。この電磁場内に機械構成部品などの物体が位置していると、その物体によって電磁場が乱される。この乱れは放射器を離調させ、放射器内に誘導された負荷を表す負荷信号が発生し、言いかえれば、負荷信号がマイクロ波信号からデータ線管を通じて信号処理デバイスに反射する。信号処理デバイスは、アナログベースまたはデジタルベースの伝達関数を含むリニアライザを用いて、負荷信号から実質的に線形の近接度測定値をもたらす。
【００３１】
放射器に対する機械構成部品の近接度を測定するセンサアセンブリ、動力システム、および方法についての例示的実施形態が、上記で詳細に説明されている。このセンサアセンブリ、動力システム、および方法は、本明細書で説明されている特定の実施形態に限定されず、むしろ、センサアセンブリおよび／もしくは動力システムの構成部品、ならびに／または本方法のステップは、本明細書で説明した他の構成部品および／または他のステップと独立して別々に利用することができる。例えば、センサアセンブリは、他の計測システムおよび他の計測方法と組み合わせて使用することもでき、本明細書で説明した動力システムだけに関して実施することに限定されない。むしろ、例示的実施形態は、他の多くの測定用途および／または監視用途に関連して実施および利用することができる。
【００３２】
本発明の様々な実施形態の具体的な特徴が一部の図に示され他の図には示されていない場合があるが、これは便宜上のために過ぎない。本発明の原理によれば、図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または特許請求され得る。
【００３３】
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の製造および使用ならびに取り入れられた任意の方法の実行を含めて、当業者が本発明を実施することができるようにするために、例が用いられている。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義されており、当業者には思い浮かぶ他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの文言と異なることのない構造上の要素を有している場合、または、特許請求の範囲の文字通りの文言とわずかに異なる均等の構造上の要素を含む場合には、本特許請求の範囲内であることが意図されている。
【符号の説明】
【００３４】
１００ 動力システム
１０２ 機械
１０４ 駆動シャフト
１０６ 負荷
１０８ 支持構造体
１１０ センサアセンブリ
１１２ 診断システム
２００ 信号処理デバイス
２０２ プローブ
２０４ データ線管
２０６ 放射器
２０８ プローブハウジング
２１０ 方向性結合デバイス
２１２ 送信電力検出器
２１４ 受信電力検出器
２１６ 信号調整デバイス
２１８ 信号発生器
２２０ 減算器
２２２ リニアライザ
２２４ 電磁場
２２６ 距離
３００ 差動増幅器
３０２ ループ増幅器
３０４ スケーリング増幅器
３０６ 伝達関数デバイス
４００ Ａ−Ｄ変換器
４０２ プロセッサ
４０４ 減算器
４０６ リニアライザ
４０８ Ｄ−Ａ変換器
【技術分野】
【０００１】
本願は、概して動力システムに関し、より詳細には、放射器に対する機械構成部品の近接度を測定するセンサアセンブリおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
公知の機械は、動作中に振動および／または他の異常動作を示すことがある。そのような動作を測定および／または監視して、例えば、機械駆動シャフトに見られる振動の量、機械駆動シャフトの回転速度、および／または、動作中の機械もしくはモータの任意の他の動作特性を求めるために、１つまたは複数のセンサを用いることができる。多くの場合、このようなセンサは、複数のモニタを含む機械監視システムに結合されている。この監視システムは、１つまたは複数のセンサから信号を受信し、その信号に対して少なくとも１つの処理ステップを実行し、修正した信号を診断プラットフォームに送信し、そこでユーザに測定値を表示する。
【０００３】
公知の少なくとも一部の機械は、渦電流センサを使用し、機械構成部品の振動および／または位置を測定する。しかし、公知の渦電流センサの使用は、このようなセンサの検出距離が渦電流検知素子の幅のほぼ半分しかないために制限される場合がある。公知の他の機械は、光センサを使用し、機械構成部品の振動および／または位置を測定する。しかし、公知の光センサは、汚濁物で汚れて不正確な測定値をもたらすことがあるため、産業環境には適さない場合がある。さらに、公知の光センサは、液体媒体、および／または、粒子を含む媒体を通じて機械構成部品の振動および／または位置を検出することに適さない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
一実施形態では、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器を含む少なくとも１つのプローブを含むマイクロ波センサアセンブリが提供される。また、この放射器は、電磁場内に位置している物体によって放射器内に誘導された負荷を表す少なくとも１つの負荷信号を生成するように構成されている。さらに、マイクロ波センサアセンブリは、少なくとも１つのプローブに結合された信号処理デバイスを含む。この信号処理デバイスは、少なくとも１つの負荷信号に基づいて実質的に線形の出力信号を生成するように構成されたリニアライザ（ｌｉｎｅａｒｉｚｅｒ）を含む。
【０００６】
別の実施形態では、機械と、その機械の近傍に配置されたマイクロ波センサアセンブリとを含む動力システムが提供される。マイクロ波センサアセンブリは、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器を含む少なくとも１つのプローブを含み、機械の少なくとも１つの構成部品が電磁場内に位置するとき放射器内に負荷が誘導される。また、この放射器は、誘導負荷を表す少なくとも１つの負荷信号を生成するように構成されている。さらに、マイクロ波信号アセンブリは、少なくとも１つのプローブに結合された信号処理デバイスを含む。この信号処理デバイスは、少なくとも１つの負荷信号に基づいて実質的に線形の出力信号を生成するように構成されたリニアライザを含む。
【０００７】
さらに別の実施形態では、放射器に対する機械構成部品の近接度を測定するための方法が提供される。この方法は、放射器に送信された少なくとも１つのマイクロ波信号に基づいて電磁場を生成すること、および電磁場と機械構成部品の相互作用によって放射器内に誘導された負荷を表す少なくとも１つの負荷信号を生成することを含む。放射器に対する機械構成部品の実質的に線形の近接度測定値は、少なくとも１つの負荷信号に基づいてもたらされ、その近接度測定値はユーザに出力される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的動力システムのブロック図である。
【図２】図１に示されている動力システムで用いることができる例示的センサアセンブリのブロック図である。
【図３】図２に示されているセンサアセンブリで用いることができる例示的信号処理デバイスの一部分のブロック図である。
【図４】図２に示されているセンサアセンブリで用いることができる代替の信号処理デバイスの一部分のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、機械１０２を含む例示的動力システム１００を示す。例示的実施形態では、機械１０２は、風力タービン、水力発電タービン、ガスタービン、蒸気タービン、電気エンジン、またはコンプレッサでもよいが、これらだけに限定されない。あるいは、機械１０２は、動力システムで用いられる任意の他の機械でもよい。例示的実施形態では、機械１０２は、発電機などの負荷１０６に結合された駆動シャフト１０４を回転させる。
【００１０】
例示的実施形態では、駆動シャフト１０４は、機械１０２および／または負荷１０６の中に実装されている１つまたは複数のベアリング（図示せず）によって少なくとも部分的に支えられている。代替的または付加的に、ベアリングは、ギアボックスなどの別の支持構造体１０８の中、または、動力システム１００が本明細書で説明するように機能することを可能にする任意の他の構造体もしくは構成部品の中に実装することができる。
【００１１】
例示的実施形態では、動力システム１００は、機械１０２、駆動シャフト１０４、負荷１０６、および／または、動力システム１００が本明細書で説明するように機能することを可能にする動力システム１００の任意の他の構成部品のうちの少なくとも１つの動作状態を測定および／または監視する少なくとも１つのセンサアセンブリ１１０を含む。より具体的には、例示的実施形態では、センサアセンブリ１１０は、駆動シャフト１０４とセンサアセンブリ１１０の間で定められる（図１には示されていない）距離を測定および／または監視するために、駆動シャフト１０４の至近距離に配置された近接度センサアセンブリ１１０である。さらに、例示的実施形態では、センサアセンブリ１１０は、マイクロ波信号を使用し、センサアセンブリ１１０に対する動力システム１００の構成部品の近接度を測定する。本明細書で用いるとき、「マイクロ波」という用語は、信号、または、約３００メガヘルツ（ＭＨｚ）と約３００ギガヘルツ（ＧＨｚ）の間の１つまたは複数の周波数を有する信号を受信および／または送信する構成部品を指す。あるいは、センサアセンブリ１１０は、動力システム１００の任意の他の構成部品を測定および／または監視することもでき、かつ／または、動力システム１００が本明細書で説明するように機能することを可能にする任意の他のセンサアセンブリもしくはトランスデューサアセンブリでもよい。例示的実施形態では、各センサアセンブリ１１０は、動力システム１００内の任意の位置に配置される。さらに、例示的実施形態では、少なくとも１つのセンサアセンブリ１１０は、センサアセンブリ１１０によって生成される１つまたは複数の信号を処理および／または分析する際に用いる診断システム１１２に結合されている。
【００１２】
例示的実施形態では、動作中に、機械１０２の動作が、駆動シャフト１０４などの動力システム１００の１つまたは複数の構成部品の位置を、少なくとも１つのセンサアセンブリ１１０に対して変化させることがある。例えば、構成部品内に振動が誘導される場合があり、かつ／または、動力システム１００の動作温度が変化するにつれて、構成部品が膨張または収縮する場合がある。例示的実施形態では、センサアセンブリ１１０は、それぞれのセンサアセンブリ１１０に対する構成部品の近接度、位置、および／または、振動の量を測定および／または監視し、その構成部品について測定した近接度、位置、および／または、振動の量を表す信号（以降では「近接度測定信号」と呼ぶ）を、処理および／または分析のために診断システム１１２に送信する。
【００１３】
図２は、（図１に示されている）動力システム１００で用いることができる例示的センサアセンブリ１１０の概略図である。例示的実施形態では、センサアセンブリ１１０は、信号処理デバイス２００と、データ線管（ｄａｔａ ｃｏｎｄｕｉｔ）２０４を介して信号処理デバイス２００に結合されているプローブ２０２とを含む。さらに、例示的実施形態では、プローブ２０２は、プローブハウジング２０８に結合された、かつ／または、プローブハウジング２０８の中に配置された放射器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は、マイクロ波放射器２０６を含むマイクロ波センサプローブ２０２である。このようなものとして、例示的実施形態では、放射器２０６は、マイクロ波周波数範囲内の少なくとも１つの共振周波数を有する。
【００１４】
例示的実施形態では、信号処理デバイス２００は、送信電力検出器２１２と、受信電力検出器２１４と、信号調整デバイス２１６とに結合された方向性結合デバイス２１０を含む。さらに、例示的実施形態では、信号調整デバイス２１６は、信号発生器２１８、減算器２２０、およびリニアライザ２２２を含む。放射器２０６は、マイクロ波信号が放射器２０６を通じて送信されたとき、電磁場２２４を放射する。
【００１５】
例示的実施形態では、動作中に、信号発生器２１８は、放射器２０６の少なくとも１つの共振周波数に等しいか、または、ほぼ等しいマイクロ波周波数を有する少なくとも１つの電気信号（以降では「マイクロ波信号」と呼ぶ）を生成する。信号発生器２１８は、マイクロ波信号を方向性結合デバイス２１０に送信する。方向性結合デバイス２１０は、マイクロ波信号の一部を放射器２０６に送信し、マイクロ波信号の残りの部分を送信電力検出器２１２に送信する。マイクロ波信号が放射器２０６を通じて送信されたとき、放射器２０６からプローブハウジング２０８の外へ電磁場２２４が放射される。駆動シャフト１０４、または、（図１に示されている）機械１０２および／もしくは動力システム１００の別の構成部品などの物体が電磁場２２４の中に入り、かつ／または、電磁場２２４における相対的位置を変えると、その物体と電磁場２２４の間に電磁結合が起こり得る。より具体的には、電磁場２２４内の物体の存在、および／または、そのような物体の動きによって、例えば、電磁場２２４の少なくとも一部を電流および／または電荷として誘導的および／または容量的にその物体に結合させ得る、物体内に誘導される誘導効果および／または容量性効果により、電磁場２２４が乱される場合がある。このような場合には、放射器２０６は離調され（すなわち、放射器２０６の共振周波数が低下および／または変化し）、放射器２０６内に負荷が誘導される。放射器２０６内に誘導された負荷によって、データ線管２０４を通じて方向性結合デバイス２１０に送信されることになる、マイクロ波信号の少なくとも１つの反射（以降では「離調負荷信号」と呼ぶ）が生じる。例示的実施形態では、この離調負荷信号は、マイクロ波信号の電力振幅および／または位相に比べて、低い電力振幅および／または異なる位相を有する。さらに、例示的実施形態では、離調負荷信号の電力振幅は、放射器２０６に対する物体の近接度に依存する。方向性結合デバイス２１０は、離調負荷信号を受信電力検出器２１４に送信する。
【００１６】
例示的実施形態では、受信電力検出器２１４は、離調負荷信号に基づく電力の量、および／または、離調負荷信号に含まれる電力の量を求め、離調負荷信号電力を表す信号を信号調整デバイス２１６に送信する。さらに、送信電力検出器２１２は、マイクロ波信号に基づく電力の量、および／または、マイクロ波信号に含まれる電力の量を求め、マイクロ波信号電力を表す信号を信号調整デバイス２１６に送信する。例示的実施形態では、減算器２２０は、マイクロ波信号電力および離調負荷信号電力を受信し、マイクロ波信号電力と離調負荷信号電力の差を算出する。減算器２２０は、算出された差を表す信号（以降では「電力差信号」と呼ぶ）をリニアライザ２２２に送信する。例示的実施形態では、電力差信号の振幅は、電磁場２２４内の駆動シャフト１０４などの物体と、プローブ２０２および／または放射器２０６との間で定められる距離２２６に、例えば、逆比例または指数関数的に比例している（すなわち、距離２２６が物体の近接度として知られている）。電力差信号の振幅は、例えば放射器２０６の幾何形状など放射器２０６の特性に応じて、物体の近接度に対して非線形の関係を少なくとも部分的に示す場合がある。
【００１７】
例示的実施形態では、リニアライザ２２２は、電力差信号を電圧出力信号（すなわち、「近接度測定信号」）に変換し、この電圧出力信号は、物体の近接度と、近接度測定信号の振幅との間の実質的に線形の関係を示す。さらに、例示的実施形態では、リニアライザ２２２は、近接度測定信号を、診断システム１１２における処理および／または分析に適した目盛係数と共に（図１に示されている）診断システム１１２に送信する。例示的実施形態では、近接度測定信号は、ボルト毎ミリメートルの目盛係数を有する。あるいは、近接度測定信号は、診断システム１１２および／または動力システム１００が本明細書で説明するように機能することを可能にする任意の他の目盛係数を有することもできる。
【００１８】
図３は、（図２に示されている）センサアセンブリ１１０で用いることができる例示的信号処理デバイス２００の一部分のブロック図である。図３に示されている実施形態では、信号処理デバイス２００は、本明細書でさらに十分に説明するように、複数の演算増幅器などの、複数のアナログ構成部品を含む。あるいは、信号処理デバイス２００は、信号処理デバイス２００が本明細書で説明するように機能することを可能にする任意の他の構成部品を含むこともできる。例示的実施形態では、図２を参照して上記で説明したように、送信電力検出器２１２は、マイクロ波信号に基づく電力の量、および／または、マイクロ波信号に含まれる電力の量を求め、マイクロ波信号電力を表す信号を減算器２２０に送信する。さらに、例示的実施形態では、図２を参照して上記で説明したように、受信電力検出器２１４は、離調負荷信号に基づく電力の量、および／または、離調負荷信号に含まれる電力の量を求め、離調負荷信号電力を表す信号を減算器２２０に送信する。
【００１９】
例示的実施形態では、減算器２２０は、マイクロ波信号電力から離調負荷信号電力を減じる差動増幅器３００を含み、電力差信号をリニアライザ２２２に送信する。代替実施形態では、減算器２２０は、マイクロ波信号電力と離調負荷信号電力の差を求める任意の他のデバイスを含むこともできる。例示的実施形態では、電力差信号は、（図１に示されている）駆動シャフト１０４などの物体と、（共に図２に示されている）プローブ２０２および／または放射器２０６との間で定められる（図２に示されている）距離２２６に、指数関数的、対数関数的、および／または反比例している。
【００２０】
例示的実施形態では、リニアライザ２２２は、差動増幅器３００に結合されているループ増幅器３０２と、ループ増幅器３０２に結合されているスケーリング増幅器３０４とを含む。例示的実施形態では、差動増幅器３００、ループ増幅器３０２、およびスケーリング増幅器３０４は、演算増幅器である。あるいは、リニアライザ２２２は、リニアライザ２２２が本明細書で説明するように機能することを可能にする、任意の他の１つまたは複数のデバイスを含む。ループ増幅器３０２は、差動増幅器３００から電力差信号を受信し、この電力差信号に基づいて実質的に線形の出力信号を生成する。より具体的には、ループ増幅器３０２の出力は、伝達関数デバイス３０６に送信される。例示的実施形態では、伝達関数デバイス３０６は、入力信号の変換に対応する出力信号を生成する（すなわち、出力信号は入力信号を変換したものである）。一実施形態では、入力信号の変換には、入力信号のシフト、オフセット処理、および／または反転が含まれる。このようなものとして、伝達関数デバイス３０６は、伝達関数帰還ループが設けられるように、ループ増幅器３０２の信号出力を変換したものである出力信号をループ増幅器３０２に送信する。ループ増幅器３０２は、電力差信号から変換後信号を減じて、算出された差を表す電圧出力を生成する。ループ増幅器３０２のこのような伝達関数帰還ループによって、ループ増幅器３０２が電力差信号を電圧出力信号（すなわち、「近接度測定信号」）に変換することが可能となり、この電圧出力信号は、物体の近接度と、近接度測定信号の振幅との間の実質的に線形の関係を示す。
【００２１】
ループ増幅器３０２は、近接度測定信号の振幅を調整するために、近接度測定信号をスケーリング増幅器３０４に送信する。例示的実施形態では、スケーリング増幅器３０４は、近接度測定信号の振幅を、診断システム１１２における処理および／または分析に適した振幅に増加させる。例示的実施形態では、近接度測定信号は、ボルト毎ミリメートルの目盛係数を有する。あるいは、近接度測定信号は、診断システム１１２および／または動力システム１００が本明細書で説明するように機能することを可能にする任意の他の目盛係数を有することもできる。増幅された近接度測定信号は、ユーザに出力もしくは表示するために、かつ／または、さらなる処理および／もしくは分析のために、診断システム１１２および／または任意の他のデバイスもしくはシステムに送信することができる。
【００２２】
図４は、（図２に示されている）センサアセンブリ１１０で用いることができる、代替の信号処理デバイス２００の一部分のブロック図である。図４に示されている実施形態では、信号処理デバイス２００は、本明細書で十分に説明するように、プロセッサなどの少なくとも１つのデジタル構成部品を含む。あるいは、信号処理デバイス２００は、信号処理デバイス２００が本明細書で説明するように機能することを可能にする任意の他の構成部品を含むこともできる。例示的実施形態では、送信電力検出器２１２は、マイクロ波信号に基づく電力の量、および／または、マイクロ波信号に含まれる電力の量を求め、マイクロ波信号電力を表す信号をアナログ−デジタル（Ａ−Ｄ）変換器４００に送信する。さらに、例示的実施形態では、受信電力検出器２１４は、離調負荷信号に基づく電力の量、および／または、離調負荷信号に含まれる電力の量を求め、離調負荷信号電力を表す信号をＡ−Ｄ変換器４００に送信する。
【００２３】
例示的実施形態では、Ａ−Ｄ変換器４００は、マイクロ波信号電力を表すアナログ信号を、マイクロ波信号電力を表すデジタル信号（以降では「デジタルマイクロ波電力信号」と呼ぶ）に変換する。Ａ−Ｄ変換器４００は、離調負荷信号電力を表すアナログ信号を、離調負荷信号電力を表すデジタル信号（以降では「デジタル負荷電力信号」と呼ぶ）に変換する。Ａ−Ｄ変換器４００は、デジタルマイクロ波電力信号およびデジタル負荷電力信号をプロセッサ４０２に送信する。
【００２４】
プロセッサ４０２は、１つまたは複数のシステムおよびマイクロコントローラを含み得る任意の好適なプログラマブル回路、マイクロプロセッサ、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルロジック回路（ＰＬＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ならびに、本明細書で説明する機能を実行することができる任意の他の回路を含む。上記の例は例示に過ぎず、したがって「プロセッサ」という用語の定義および／または意味をいかなる方法においても制限することは意図されていない。
【００２５】
プロセッサ４０２は、減算器４０４およびリニアライザ４０６に関してプログラムされる（すなわち、減算器４０４およびリニアライザ４０６は、プロセッサ４０２の中に組み込まれている）。減算器４０４は、デジタルマイクロ波電力信号とデジタル負荷電力信号の差を算出し、その結果得られる電力差信号を生成する。減算器４０４は、電力差信号をリニアライザ４０６に送信する。例示的実施形態では、電力差信号は、（図１に示されている）駆動シャフト１０４などの物体と、（共に図２に示されている）プローブ２０２および／または放射器２０６との間で定められる（図２に示されている）距離２２６に、指数関数的、対数関数的、および／または反比例している。
【００２６】
例示的実施形態では、リニアライザ４０６は、プロセッサ４０２内にプログラムされた伝達関数を含む。プロセッサ４０２は、この伝達関数を実行して、電力差信号を、物体の近接度と出力信号の振幅との間の実質的に線形の関係を示す出力信号（すなわち、「近接度測定信号」）に変換する。より具体的には、例示的実施形態では、伝達関数は、電力差信号と電力差信号の変換とを用いて、実質的に線形の近接度測定信号を生成する。一実施形態では、電力差信号の変換には、電力差信号のシフト、オフセット処理、および／または反転が含まれる。このような実施形態では、伝達関数は、電力差信号から電力差信号が変換されたものを減じて、実質的に線形の近接度測定信号を生成する。リニアライザ４０６は、近接度測定信号をデジタル−アナログ（「Ｄ−Ａ」）変換器４０８に送信する。
【００２７】
例示的実施形態では、Ｄ−Ａ変換器４０８は、デジタル近接度測定信号をアナログ近接度測定信号に変換する。さらに、Ｄ−Ａ変換器４０８は、図３を参照して上記で説明したのと同様の方法で、アナログ近接度測定信号の振幅を好適なレベルに調整することができる。Ｄ−Ａ変換器４０８は、アナログ近接度測定信号を、ユーザに表示するために、かつ／または、さらなる処理および／もしくは分析のために、診断システム１１２および／または任意の他のデバイスもしくはシステムに送信する。あるいは、信号処理デバイス２００がＤ−Ａ変換器４０８を含まず、近接度測定信号は、デジタル信号として、診断システム１１２、および／または、任意の他のデバイスもしくはシステムに送信される。
【００２８】
代替実施形態では、送信電力検出器２１２および／または受信電力検出器２１４が省かれ、プロセッサ４０２が、マイクロ波信号および離調負荷信号に含まれる電力、または、マイクロ波信号および離調負荷信号に基づく電力を算出することができる。このような実施形態では、Ａ−Ｄ変換器４００は、マイクロ波信号および離調負荷信号をそれぞれのデジタル信号に変換し、プロセッサ４０２は、本明細書で説明した計算をそれらのデジタル信号に対して実行する。
【００２９】
本明細書で説明したシステムおよび方法の技術的効果には、（ａ）放射器に送信された少なくとも１つのマイクロ波信号に基づいて電磁場を生成すること、（ｂ）電磁場と機械構成部品の相互作用によって放射器内に誘導された負荷を表す少なくとも１つの負荷信号を生成すること、（ｃ）少なくとも１つの負荷信号に基づいて放射器に対する機械構成部品の実質的に線形の近接度測定値をもたらすこと、（ｄ）近接度測定値をユーザに出力することのうちの少なくとも１つが含まれる。
【００３０】
上記の実施形態によって、機械構成部品の近接度を測定する際に用いる効率的で対費用効果の高いセンサアセンブリが提供される。このセンサアセンブリは、マイクロ波信号で放射器をドライブして電磁場を生成する。この電磁場内に機械構成部品などの物体が位置していると、その物体によって電磁場が乱される。この乱れは放射器を離調させ、放射器内に誘導された負荷を表す負荷信号が発生し、言いかえれば、負荷信号がマイクロ波信号からデータ線管を通じて信号処理デバイスに反射する。信号処理デバイスは、アナログベースまたはデジタルベースの伝達関数を含むリニアライザを用いて、負荷信号から実質的に線形の近接度測定値をもたらす。
【００３１】
放射器に対する機械構成部品の近接度を測定するセンサアセンブリ、動力システム、および方法についての例示的実施形態が、上記で詳細に説明されている。このセンサアセンブリ、動力システム、および方法は、本明細書で説明されている特定の実施形態に限定されず、むしろ、センサアセンブリおよび／もしくは動力システムの構成部品、ならびに／または本方法のステップは、本明細書で説明した他の構成部品および／または他のステップと独立して別々に利用することができる。例えば、センサアセンブリは、他の計測システムおよび他の計測方法と組み合わせて使用することもでき、本明細書で説明した動力システムだけに関して実施することに限定されない。むしろ、例示的実施形態は、他の多くの測定用途および／または監視用途に関連して実施および利用することができる。
【００３２】
本発明の様々な実施形態の具体的な特徴が一部の図に示され他の図には示されていない場合があるが、これは便宜上のために過ぎない。本発明の原理によれば、図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または特許請求され得る。
【００３３】
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の製造および使用ならびに取り入れられた任意の方法の実行を含めて、当業者が本発明を実施することができるようにするために、例が用いられている。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義されており、当業者には思い浮かぶ他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの文言と異なることのない構造上の要素を有している場合、または、特許請求の範囲の文字通りの文言とわずかに異なる均等の構造上の要素を含む場合には、本特許請求の範囲内であることが意図されている。
【符号の説明】
【００３４】
１００ 動力システム
１０２ 機械
１０４ 駆動シャフト
１０６ 負荷
１０８ 支持構造体
１１０ センサアセンブリ
１１２ 診断システム
２００ 信号処理デバイス
２０２ プローブ
２０４ データ線管
２０６ 放射器
２０８ プローブハウジング
２１０ 方向性結合デバイス
２１２ 送信電力検出器
２１４ 受信電力検出器
２１６ 信号調整デバイス
２１８ 信号発生器
２２０ 減算器
２２２ リニアライザ
２２４ 電磁場
２２６ 距離
３００ 差動増幅器
３０２ ループ増幅器
３０４ スケーリング増幅器
３０６ 伝達関数デバイス
４００ Ａ−Ｄ変換器
４０２ プロセッサ
４０４ 減算器
４０６ リニアライザ
４０８ Ｄ−Ａ変換器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射器（２０６）を含む少なくとも１つのプローブ（２０２）であって、前記放射器（２０６）が、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、また前記電磁場内に位置している物体によって前記放射器内に誘導された負荷を表す少なくとも１つの負荷信号を生成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、
前記少なくとも１つのプローブに結合された信号処理デバイス（２００）であって、前記少なくとも１つの負荷信号に基づいて実質的に線形の出力信号を生成するように構成されたリニアライザ（２２２）を含む信号処理デバイス（２００）と
を含むマイクロ波センサアセンブリ（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によって前記放射器が励振されたとき、前記放射器（２０６）に対する前記物体の近接度を表す実質的に線形の出力を生成するように構成されている、請求項１記載のマイクロ波センサアセンブリ（１１０）。
【請求項３】
前記リニアライザ（２２２）が、プロセッサ（４０２）内にプログラムされた伝達関数を含む、請求項１記載のマイクロ波センサアセンブリ（１１０）。
【請求項４】
前記リニアライザ（２２２）が、少なくとも１つの演算増幅器（３００）を含む、請求項１記載のマイクロ波センサアセンブリ（１１０）。
【請求項５】
前記少なくとも１つのマイクロ波信号に含まれる電力の量を検出する第１の電力検出器（２１２）をさらに含む、請求項１記載のマイクロ波センサアセンブリ（１１０）。
【請求項６】
前記少なくとも１つの負荷信号に含まれる電力の量を検出する第２の電力検出器（２１４）をさらに含む、請求項５記載のマイクロ波センサアセンブリ（１１０）。
【請求項７】
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に含まれる電力の量と、前記少なくとも１つの負荷信号に含まれる電力の量との差に基づいて、前記放射器（２０６）に対する前記物体の近接度を算出するように構成されている、請求項１記載のマイクロ波センサアセンブリ（１１０）。
【請求項８】
機械（１０２）と、前記機械の近傍に配置されたマイクロ波センサアセンブリ（１１０）とを含み、前記マイクロ波センサアセンブリ（１１０）が、
放射器（２０６）を含む少なくとも１つのプローブ（２０２）であって、前記放射器（２０６）が、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、前記機械の少なくとも１つの構成部品が前記電磁場内に位置するとき前記放射器内に前記負荷が誘導され、また前記放射器（２０６）が、誘導負荷を表す少なくとも１つの負荷信号を生成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、
前記少なくとも１つのプローブに結合された信号処理デバイス（２００）であって、前記少なくとも１つの負荷信号に基づいて実質的に線形の出力信号を生成するように構成されたリニアライザ（２２２）を含む信号処理デバイス（２００）と
を含む、動力システム（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によって前記放射器が励起されたとき、前記放射器（２０６）に対する前記少なくとも１つの構成部品の近接度を表す実質的に線形の出力を生成するように構成されている、請求項８記載の動力システム（１００）。
【請求項１０】
前記信号処理デバイス（２００）がプロセッサ（４０２）を含み、前記リニアライザ（２２２）が前記プロセッサ内にプログラムされた伝達関数を含む、請求項８記載の動力システム（１００）。
【請求項１】
放射器（２０６）を含む少なくとも１つのプローブ（２０２）であって、前記放射器（２０６）が、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、また前記電磁場内に位置している物体によって前記放射器内に誘導された負荷を表す少なくとも１つの負荷信号を生成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、
前記少なくとも１つのプローブに結合された信号処理デバイス（２００）であって、前記少なくとも１つの負荷信号に基づいて実質的に線形の出力信号を生成するように構成されたリニアライザ（２２２）を含む信号処理デバイス（２００）と
を含むマイクロ波センサアセンブリ（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によって前記放射器が励振されたとき、前記放射器（２０６）に対する前記物体の近接度を表す実質的に線形の出力を生成するように構成されている、請求項１記載のマイクロ波センサアセンブリ（１１０）。
【請求項３】
前記リニアライザ（２２２）が、プロセッサ（４０２）内にプログラムされた伝達関数を含む、請求項１記載のマイクロ波センサアセンブリ（１１０）。
【請求項４】
前記リニアライザ（２２２）が、少なくとも１つの演算増幅器（３００）を含む、請求項１記載のマイクロ波センサアセンブリ（１１０）。
【請求項５】
前記少なくとも１つのマイクロ波信号に含まれる電力の量を検出する第１の電力検出器（２１２）をさらに含む、請求項１記載のマイクロ波センサアセンブリ（１１０）。
【請求項６】
前記少なくとも１つの負荷信号に含まれる電力の量を検出する第２の電力検出器（２１４）をさらに含む、請求項５記載のマイクロ波センサアセンブリ（１１０）。
【請求項７】
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に含まれる電力の量と、前記少なくとも１つの負荷信号に含まれる電力の量との差に基づいて、前記放射器（２０６）に対する前記物体の近接度を算出するように構成されている、請求項１記載のマイクロ波センサアセンブリ（１１０）。
【請求項８】
機械（１０２）と、前記機械の近傍に配置されたマイクロ波センサアセンブリ（１１０）とを含み、前記マイクロ波センサアセンブリ（１１０）が、
放射器（２０６）を含む少なくとも１つのプローブ（２０２）であって、前記放射器（２０６）が、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、前記機械の少なくとも１つの構成部品が前記電磁場内に位置するとき前記放射器内に前記負荷が誘導され、また前記放射器（２０６）が、誘導負荷を表す少なくとも１つの負荷信号を生成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、
前記少なくとも１つのプローブに結合された信号処理デバイス（２００）であって、前記少なくとも１つの負荷信号に基づいて実質的に線形の出力信号を生成するように構成されたリニアライザ（２２２）を含む信号処理デバイス（２００）と
を含む、動力システム（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によって前記放射器が励起されたとき、前記放射器（２０６）に対する前記少なくとも１つの構成部品の近接度を表す実質的に線形の出力を生成するように構成されている、請求項８記載の動力システム（１００）。
【請求項１０】
前記信号処理デバイス（２００）がプロセッサ（４０２）を含み、前記リニアライザ（２２２）が前記プロセッサ内にプログラムされた伝達関数を含む、請求項８記載の動力システム（１００）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１２７９６２（Ｐ２０１２−１２７９６２Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２７２８９０（Ｐ２０１１−２７２８９０）
【出願日】平成２３年１２月１４日（２０１１．１２．１４）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月１４日（２０１１．１２．１４）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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