DISPOSITIVO MANUAL DE COLECTOR Y ANALIZADOR DE DATOS.

Un dispositivo manual (1) de colector y analizador de datos capaz de recoger y analizar señales analógicas de c.

a. obtenidas por la conversión de ondas de presión , o bien en el ancho de banda de vibración ultrasónica o en el ancho de banda de vibración no ultrasónica, en dichas señales mediante un transductor de c.a. o bien interno y comprendido en el dispositivo o bien externo y conectado a dicho dispositivo, que comprende:

- un circuito de acondicionamiento (2) que comprende un circuito de identificación (3) de transductor destinado a la descarga de una característica de un transductor externo y al menos un primer amplificador (4) , destinado a acondicionar una señal analógica de c.a. en una amplitud prevista, - un primer convertidor analógico-digital (5) destinado a recibir y tomar muestras de la señal analógica acondicionada de c.a. y conectado al mencionado primer amplificador; - una unidad de tratamiento (6) de señal digital para tratar una señal digital con el fin de producir los datos digitales previstos, - una unidad central de tratamiento (7) conectada a la unidad de tratamiento de señal digital y al circuito de acondicionamiento para controlar sus respectivas operaciones, - una interfaz de usuario (26) conectada a la unidad central de tratamiento y que comprende unos medios de entrada y salida, caracterizado porque el primer amplificador del circuito de acondicionamiento es un amplificador programable de múltiples etapas destinado a habilitar el ajuste de su ganancia entre 0 y un valor predeterminado mediante la unidad central de tratamiento en función de una característica de un transductor externo de c.a., descargada por el circuito de identificación, transmitida por este circuito a la unidad central de tratamiento e identificada por esta unidad, o de una característica conocida de un transductor interno de c.a. si el dispositivo comprende dicho transductor interno de c.a.

Dispositivo manual de colector y analizador de datos La presente invención se refiere a dispositivos manuales de colector y analizador de datos y en particular a dispositivos capaces de recopilar y analizar datos de vibración o datos ultrasónicos.

Los dispositivos de colector y analizador de datos de mano se usan generalmente para recoger datos de vibración o datos ultrasónicos de máquinas o sistema para uso en la predicción de aplicaciones de mantenimiento. Dichos colectores y analizadores de datos se podrían programar para cargarse con una vía de encaminamiento desde un ordenador central, y dicha vía de encaminamiento podría incluir una lista de máquinas, puntos de prueba, y unas condiciones de configuración para cada punto de prueba. Las vías de encaminamiento típicas comprenden docenas de máquinas o sistemas a comprobar en la vía de encaminamiento con docenas de puntos de prueba en cada máquina o sistema, y para cada punto de prueba podría especificarse un intervalo de frecuencias a analizar, un tipo de análisis a realizar, un tipo particular o conjunto de datos a almacenar, y otros parámetros similares. Basándose en las informaciones de entrada del usuario, el instrumento manual de datos sugiere al usuario la identidad de la máquina y punto de prueba a monitorizar, y automáticamente configura el instrumento, por ejemplo, para registrar un intervalo de frecuencias predeterminado para el punto de prueba, llevar a cabo un análisis predeterminado y almacenar un conjunto predeterminado de datos. De ese modo, los datos se recogen a lo largo de la vía de encaminamiento y luego se transfieren al ordenador central para su almacenamiento en memoria y tratamiento subsiguiente.

Estos dispositivos manuales de datos en los ambientes industriales están expuestos a un amplio intervalo de vibraciones, temperaturas, presiones, etc., y no obstante deben ser capaces de monitorizar con precisión fuentes de vibración o fuentes ultrasónicas en esas condiciones.

Por ejemplo, para distinguir un clic en relación de asociación con una grieta en un cojinete, un usuario seleccionará usualmente un intervalo de frecuencias de interés y buscará una frecuencia específica que pueda indicar un cojinete agrietado.

Los dispositivos típicos conocidos de colector y analizador de datos usan una unidad de tratamiento de señal analógica que comprende un elemento de filtro analógico para eliminar algunos de los componentes de frecuencia no deseados y luego cambiar el intervalo de frecuencia de señal en un ancho de banda apropiado, tal como en las frecuencias audibles. Dicho elemento de filtro comprende usualmente un elemento mezclador dispuesto para mezclar la señal analógica amplificada con una señal de onda cuadrada y un elemento de filtración que recibe la señal mezclada y elimina la parte no deseada de esta señal, cuyas operaciones de mezcla y filtración dan lugar al cambio antes mencionado del intervalo de frecuencia de señal. Una solución para obtener la posibilidad del análisis de frecuencias ha sido introducir en la unidad de tratamiento de señal analógica un filtro de paso bajo (en adelante LPF) analógico programable cuya frecuencia de corte se pueda controlar para seleccionar el intervalo de frecuencia que necesite analizarse. La salida del filtro luego se muestrea mediante un convertidor analógico-digital (en adelante ADC) para suministrar una señal digital que se trabaja mediante una unidad de tratamiento de señal digital.

Sin embargo, dichos dispositivos realmente adolecen de inconvenientes. A saber, los filtros de paso bajo analógicos programables tales como los filtros anti-eliminación de frecuencias (anti-alias) , producirán una cierta cantidad de distorsión de amplitud, frecuencia y fase que podría ser crítica en ciertas aplicaciones.

En dichos dispositivos de la técnica anterior aparecen limitaciones en el extremo más alto del intervalo de frecuencias, pero algunos instrumentos son también inestables en frecuencias bajas. Esta característica usualmente resulta de diseños de circuitos concentrados en ciertos intervalos de frecuencias preferidos, porque en general dichas frecuencias son de mayor interés.

Por otra parte, se pude hacer que los filtros de paso bajo programables sean mucho más estables.

Un ejemplo de dispositivos que comprenden filtros de paso bajo analógicos programables se describe en la patente de EE.UU. Nº 6189384, que se refiere a un dispositivo de monitorización ultrasónico basado en vías de encaminamiento, capaz de recopilar y analizar señales en el ancho de banda ultrasónico y posiblemente también señales de temperatura (infrarrojos ) .

Se ha propuesto superar los problemas anteriormente indicados de distorsión de la señal que surgen con los filtros analógicos mediante la provisión de colectores y analizadores de datos de mano con una unidad de tratamiento de señal digital que comprenda filtros digitales en lugar de sus contrapartidas analógicas para filtrar la señal después que se haya digitalizado, es decir, muestreado, por el convertidor. Por otra parte, los filtros digitales de paso bajo habilitan un nivel muy bajo de distorsión de la señal, y son mucho más fáciles de parametrizar, puesto que esta operación se logra por medio de un software en lugar de por componentes de hardware. Un ejemplo de un dispositivo manual de recopilación y análisis de esta clase se describe mediante la patente de EE.UU.Nº 5870699. Sin embargo, el dispositivo descrito es exclusivamente capaz de recoger y analizar señales en el ancho de banda de vibración. Otro dispositivo más reciente de la técnica anterior exclusivamente capaz de recoger y analizar señales en el ancho de banda de vibración se describe en la solicitud de patente de EE.UU. Nº 2005/0060123.

Por tanto, los dispositivos de la técnica anterior no combinan el cambio digital y la posibilidad de recopilar y analizar señales en ambos anchos de banda ultrasónico y de vibración.

Los anteriores y otros inconvenientes de los colectores y analizadores de datos de mano de la técnica anterior se estudian y solucionan mediante la presente invención, según se especifica en la reivindicación 1, que provee un dispositivo de colector y analizador de datos de mano capaz de recoger y analizar señales analógicas de c.a. obtenidas mediante la conversión de las ondas de presión tanto en los anchos de banda ultrasónicos como en los de vibración en dichas señales mediante un transductor de c.a. o bien interno y comprendido en el dispositivo, o bien externo y conectado a dicho dispositivo, que comprende un circuito de acondicionamiento que comprende un circuito de identificación de transductor destinado a descargar una característica de un transductor externo y al menos un amplificador destinado a acondicionar una señal analógica de c.a. en una amplitud prevista, un primer convertidor de analógico a digital destinado a recibir y muestrear la señal analógica acondicionada de c.a. y conectado al mencionado primer amplificador, una unidad de tratamiento de señal digital destinada a tratar una señal digital para producir los datos digitales previstos, una unidad central de tratamiento conectada a la unidad de tratamiento de señal digital y al circuito de acondicionamiento para controlar sus respectivas operaciones, una interfaz de usuario conectada a la unidad central de tratamiento y que comprende unos medios de entrada y salida de usuario, y un registrador de datos conectado a la unidad de tratamiento de señal digital y destinada a guardar en memoria dichos datos digitales previstos. El dispositivo se caracteriza porque el primer amplificador del circuito de acondicionamiento es un amplificador programable de múltiples etapas destinado a habilitar el ajuste de su ganancia entre 0 y un valor predeterminado mediante la unidad central de tratamiento en función de una característica de un transductor externo de c.a., descargada por el circuito de identificación, transmitida por este circuito a la unidad central de tratamiento e identificada por esta unidad, o de una característica conocida de un transductor interno de c.a. si el dispositivo comprende dicho transductor interno de c.a.

Gracias al hecho de que el primer amplificador del circuito de acondicionamiento del analizador y colector de datos de mano según la invención es un amplificador programable de múltiples etapas destinado a habilitar el ajuste de su ganancia entre 0 y un valor predeterminado por la unidad central de tratamiento, este dispositivo es capaz de recopilar y analizar señales analógicas de c.a. obtenidas mediante la conversión de ondas de presión tanto en... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo manual (1) de colector y analizador de datos capaz de recoger y analizar señales analógicas de c.a. obtenidas por la conversión de ondas de presión , o bien en el ancho de banda de vibración ultrasónica o en el ancho de banda de vibración no ultrasónica, en dichas señales mediante un transductor de c.a. o bien interno y comprendido en el dispositivo o bien externo y conectado a dicho dispositivo, que comprende:

- un circuito de acondicionamiento (2) que comprende un circuito de identificación (3) de transductor destinado a la descarga de una característica de un transductor externo y al menos un primer amplificador (4) , destinado a acondicionar una señal analógica de c.a. en una amplitud prevista,

- un primer convertidor analógico-digital (5) destinado a recibir y tomar muestras de la señal analógica acondicionada de c.a. y conectado al mencionado primer amplificador;

- una unidad de tratamiento (6) de señal digital para tratar una señal digital con el fin de producir los datos digitales previstos,

- una unidad central de tratamiento (7) conectada a la unidad de tratamiento de señal digital y al circuito de acondicionamiento para controlar sus respectivas operaciones,

- una interfaz de usuario (26) conectada a la unidad central de tratamiento y que comprende unos medios de entrada y salida,

caracterizado porque el primer amplificador del circuito de acondicionamiento es un amplificador programable de múltiples etapas destinado a habilitar el ajuste de su ganancia entre 0 y un valor predeterminado mediante la unidad central de tratamiento en función de una característica de un transductor externo de c.a., descargada por el circuito de identificación, transmitida por este circuito a la unidad central de tratamiento e identificada por esta unidad, o de una característica conocida de un transductor interno de c.a. si el dispositivo comprende dicho transductor interno de c.a.

2. Un dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque además puede recoger y analizar señales analógicas de c.c. obtenidas mediante la conversión de ondas que no son de presión a dichas señales por un transductor de c.c. o bien interno y comprendido en el dispositivo, o bien externo y conectado a dicho dispositivo, cuyo circuito de acondicionamiento comprende un segundo amplificador programable (4') destinado a acondicionar señales de c.c., estando destinado el citado segundo amplificador programable a habilitar el ajuste de su ganancia ente 0 y un valor predeterminado mediante la unidad central de tratamiento en función de una característica de un transductor externo de c.c., descargada por el circuito de identificación e identificada por la mencionada unidad central de tratamiento, o de una característica conocida de un transductor interno de c.c. si el dispositivo comprende dicho transductor interno de c.c.

3. Un dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende al menos un transductor interno (1) de

c.a.

4. Un dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque comprende al menos un transductor interno (1') de c.c.

5. Un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende un registrador de datos (8) conectado a la unidad de tratamiento de señal digital y destinado a registrar los mencionados datos digitales previstos.

6. Un dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque el mencionado registrador de datos consiste en una unidad de memoria masiva.

7. Un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el circuito de acondicionamiento comprende además una matriz (9) de interruptores conectada al circuito de identificación de transductor y a cada amplificador del circuito y destinada a encaminar una señal recibida desde un transductor externo hasta el circuito de identificación de transductor.

8. Un dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque la unidad de tratamiento de señal digital está destinada a poder tratar simultáneamente ambas señales de c.a.y de c.c.

9. Un dispositivo según las reivindicaciones 7 ú 8, caracterizado porque la matriz de interruptores comprende un atenuador de c.a. conectado al primer amplificador programable de múltiples etapas y destinada a conectarse o desconectarse y a programarse por la unidad central de tratamiento en función de la característica de un transductor externo de c.a. identificada por dicha unidad central de tratamiento, o de una característica conocida de un transductor interno de c.a, del dispositivo, si este dispositivo comprende dicho transductor interno.

10. Un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el primer amplificador programable de múltiples etapas comprende tres etapas de amplificación.

11. Un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la unidad de

tratamiento de señal digital consiste en al menos un dispositivo de tratamiento de señal digital (en adelante DSP) , 5 destinado a tratar una señal digitalizada por medio de operaciones de tratamiento en secuencia.

12. Un dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque dicha unidad de tratamiento de señal digital comprende una pluralidad de DEP dispuestos en serie o en paralelo.

13. Un dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la unidad de

tratamiento de señal digital consiste en al menos una agrupación de puertas programables en campo (FPGA) 10 destinadas a realizar una pluralidad de tareas simultáneamente en paralelo.

14. Un dispositivo según las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado porque para tratar las señales digitalizadas de c.a. la unidad de tratamiento de señal digital comprende un circuito digital de cambio descendente (13) que comprende un oscilador de control numérico (14) destinado a configurarse por la unidad central de tratamiento a un número predeterminado de Hz para cambiar por ese número una señal digitalizada y al menos un filtro de paso bajo (15) programable digital cuya longitud y coeficientes están destinados a configurarse por la unidad central de tratamiento, para ajustar el ancho de banda de la señal digitalizada cambiada a un intervalo previsto.

15. Un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado porque para tratar la señal digitalizada de c.a., la unidad de tratamiento de señal digital comprende un circuito promediador de rectificación (16) destinado a determinar la amplitud de una señal digitalizada de c.a.

16. Un dispositivo según la reivindicación 15, caracterizado porque el circuito promediador de rectificación es un circuito de media cuadrática (RMS) en valor eficaz.

17. Un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 16, caracterizado porque la unidad de tratamiento de señal digital comprende una unidad de tratamiento en c.c. para tratar las señales digitalizadas de c.c.