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BR112019017435B1 - OPTICAL ACOUSTIC DETECTION SYSTEM AND METHOD - Google Patents

OPTICAL ACOUSTIC DETECTION SYSTEM AND METHOD Download PDF

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BR112019017435B1
BR112019017435B1 BR112019017435-4A BR112019017435A BR112019017435B1 BR 112019017435 B1 BR112019017435 B1 BR 112019017435B1 BR 112019017435 A BR112019017435 A BR 112019017435A BR 112019017435 B1 BR112019017435 B1 BR 112019017435B1
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BR
Brazil
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frequency domain
frequency
segment
subsegment
subsegments
Prior art date
Application number
BR112019017435-4A
Other languages
Portuguese (pt)
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BR112019017435A2 (en
Inventor
Paul Wilson
Timothy Brooks
Long Giang
Karsten HOEHN
Michael Lofgren
Original Assignee
Cmte Development Limited
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cmte Development Limited filed Critical Cmte Development Limited
Priority claimed from PCT/AU2018/050144 external-priority patent/WO2018152575A1/en
Publication of BR112019017435A2 publication Critical patent/BR112019017435A2/en
Publication of BR112019017435B1 publication Critical patent/BR112019017435B1/en

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Abstract

A método de medir o estado ou condição de uma pluralidade de partes de máquina espacialmente afastadas, sujeitas a desgaste e que emitem uma característica acústica, o método incluindo as etapas de: (a) opticamente detectar as propriedades acústicas da pluralidade de peças de máquina sujeitas a desgaste, e originar sinais detectados a partir daí, (b) dividir os sinais detectados em uma primeira série de segmentos espaciais correspondentes ao longo de partes da máquina espaçadas e, para cada segmento espacial, dividir o sinal detectado em um segmento temporal que registra as propriedades acústicas para o segmento espacial por um período de tempo estendido; (c) dividir cada segmento temporal em uma série de domínio frequência e subsegmentos, transformando os subsegmentos em correspondente subsegmentos de domínio frequência; (d) combinar os subsegmentos de domínio frequência dentro de um segmento espacial, para produzir um correspondente subsegmento combinado de domínio frequência de nível de ruído inferior; e (e) determinar a frequência fundamental das assinaturas acústicas emitidas presentes no subsegmento combinado de domínio frequência e harmônico associado.A method of measuring the state or condition of a plurality of spatially spaced machine parts subject to wear and emitting an acoustic characteristic, the method including the steps of: (a) optically detecting the acoustic properties of the plurality of machine parts subject to wear, and generating detected signals therefrom; (b) dividing the detected signals into a first series of corresponding spatial segments along spaced machine parts and, for each spatial segment, dividing the detected signal into a temporal segment recording the acoustic properties for the spatial segment over an extended period of time; (c) dividing each temporal segment into a series of frequency domain subsegments, transforming the subsegments into corresponding frequency domain subsegments; (d) combining the frequency domain subsegments within a spatial segment to produce a corresponding combined frequency domain subsegment of lower noise level; and (e) determining the fundamental frequency of the emitted acoustic signatures present in the combined frequency domain subsegment and associated harmonic.

Description

CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF INVENTION

[0001] A presente invenção provê sistemas e métodos para a detecção distribuída de equipamento mecânico e, em particular, para a detecção óptica distribuída de rolos e mancais ou partes móveis e mecanismos, incluindo os contidos em correias transportadoras.[0001] The present invention provides systems and methods for the distributed detection of mechanical equipment and, in particular, for the distributed optical detection of rollers and bearings or moving parts and mechanisms, including those contained in conveyor belts.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION

[0002] Qualquer discussão sobre os antecedentes da invenção através do relatório descritivo não deve, de forma alguma, ser considerada como uma admissão de que tal técnica é amplamente conhecida, ou forma parte do conhecimento geral no campo.[0002] Any discussion of the background of the invention through the descriptive report should in no way be considered as an admission that such technique is widely known, or forms part of the general knowledge in the field.

[0003] A monitoração remota de equipamento, tais como rolos e mancais em correias transportadoras, é um problema significativo da indústria de mineração e outras indústrias. A manutenção da correia transportadora pode ser cara. Por exemplo, 1km de comprimento de correia transportadora poderia conter 6,700 mancais ou mais, sendo que a falha de qualquer uma pode acarretar consequências catastróficas, tais como danos ou fogo na correia transportadora. Os rolos e mancais podem falhar de muitas maneiras, incluindo falha no revestimento, falhas no cortador de pizza e falhas no mancal[0003] Remote monitoring of equipment such as rollers and bearings on conveyor belts is a significant problem in the mining and other industries. Conveyor belt maintenance can be expensive. For example, a 1km length of conveyor belt could contain 6,700 or more bearings, the failure of any one of which could lead to catastrophic consequences such as damage or fire to the conveyor belt. Rollers and bearings can fail in many ways, including lining failure, pizza cutter failure and bearing failure.

[0004] Métodos anteriores de monitoração do estado dos rolos incluíram inspeção visual e auditiva andando fisicamente pela correia transportadora e ouvindo manualmente os mancais, ou por exemplo, a geração de imagem térmica.[0004] Previous methods of monitoring the condition of rollers have included visual and auditory inspection by physically walking along the conveyor belt and manually listening to the bearings, or for example, thermal imaging.

[0005] A publicação PCT WO 2005/042661 e a publicação PCT WO 2015/115591, cujos conteúdos estão aqui incorporados para referência cruzada, propõem uma forma de sistema de monitoração de mancal de engrenagem intermediária de correia transportadora que envolve ter monitores com wi-fi dentro de cada rolo de mancal que monitora o estado do mancal É provável que tal solução seja indevidamente cara e seja propensa a falhas devido ao grande número de mancais e um grande sistema que requer complexas interações.[0005] PCT publication WO 2005/042661 and PCT publication WO 2015/115591, the contents of which are incorporated herein by cross-reference, propose a form of conveyor belt idler bearing monitoring system that involves having wi-fi enabled monitors inside each bearing roller that monitor the condition of the bearing. Such a solution is likely to be unduly expensive and is prone to failure due to the large number of bearings and a large system requiring complex interactions.

[0006] A presente invenção é aplicada à monitoração de outros equipamentos contendo mancais e outras partes móveis, tais como motores, bombas, caixas de câmbio, turbinas, transmissões, maquinário para esmagar e cisalhar e equipamento de manuseio de materiais a granel. A presente invenção também é aplicada à monitoração de outros equipamentos em um modo de distribuição usando acústica de fibra óptica.[0006] The present invention is applied to the monitoring of other equipment containing bearings and other moving parts, such as motors, pumps, gearboxes, turbines, transmissions, crushing and shearing machinery, and bulk material handling equipment. The present invention is also applied to the monitoring of other equipment in a distribution mode using fiber optic acoustics.

SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION

[0007] É um objetivo da invenção, em sua forma preferida, prover uma forma aperfeiçoada de monitoração de equipamento, incluindo partes de máquina sujeitas a desgaste.[0007] It is an object of the invention, in its preferred form, to provide an improved form of monitoring equipment, including machine parts subject to wear.

[0008] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é provido um método para medir o estado ou condição de uma pluralidade de partes de máquina sujeitas a desgaste, afastadas espacialmente, e que emitem uma assinatura acústica, o método incluindo as etapas de: (a) detectar opticamente as propriedades acústicas da pluralidade de partes de máquina ao longo de seu comprimento, e derivar (deriving) sinais detectados a partir daí, (b) dividir os sinais detectados em uma primeira série de segmentos espaciais correspondentes ao longo de mancais afastados e, para cada segmento espacial, dividir o sinal detectado em um segmento temporal que registra as propriedades acústicas para o segmento espacial por um período de tempo estendido; (c) dividir cada segmento temporal em uma série de subsegmentos e domínio de frequência transformando os subsegmentos em subsegmentos de domínio de frequência correspondentes; (d) combinar os subsegmentos de domínio de frequência dentro de um segmento espacial, para produzir um correspondente subsegmento combinado de domínio de frequência de nível de ruído inferior; e (e) determinar a frequência fundamental das assinaturas acústicas emitidas, presentes no subsegmento combinado de domínio de frequência, e harmônicas associadas.[0008] According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for measuring the state or condition of a plurality of spatially spaced apart machine parts subject to wear and which emit an acoustic signature, the method including the steps of: (a) optically detecting the acoustic properties of the plurality of machine parts along their length, and deriving detected signals therefrom; (b) dividing the detected signals into a first series of corresponding spatial segments along spaced apart bearings, and for each spatial segment, dividing the detected signal into a temporal segment recording the acoustic properties for the spatial segment over an extended period of time; (c) dividing each temporal segment into a series of frequency domain subsegments and transforming the subsegments into corresponding frequency domain subsegments; (d) combining the frequency domain subsegments within a spatial segment to produce a corresponding lower noise level combined frequency domain subsegment; and (e) determine the fundamental frequency of the emitted acoustic signatures, present in the combined frequency domain subsegment, and associated harmonics.

[0009] Em algumas modalidades, as partes de máquina podem incluir mancais, e, podem formar parte de uma correia transportadora. Preferivelmente, a detecção óptica ocorre substancialmente de forma simultânea para as propriedades acústicas da pluralidade de partes de máquina.[0009] In some embodiments, the machine parts may include bearings, and may form part of a conveyor belt. Preferably, optical detection occurs substantially simultaneously for the acoustic properties of the plurality of machine parts.

[0010] A etapa (d) pode incluir, preferivelmente, subtrair uma medida de ruído de fundo (noise floor measure) a partir do subsegmento de domínio de frequência combinado. A medida de ruído de fundo preferivelmente pode incluir uma curva interpolada através de substancialmente dos níveis de ruído de fundo inferiores do subsegmento de domínio de frequência combinado. A curva interpolada preferivelmente pode incluir uma dentre uma curva polinomial, exponencial, logarítmica ou por partes.[0010] Step (d) may preferably include subtracting a noise floor measure from the combined frequency domain subsegment. The noise floor measure may preferably include a curve interpolated through substantially the lowest background noise levels of the combined frequency domain subsegment. The interpolated curve may preferably include one of a polynomial, exponential, logarithmic or piecewise curve.

[0011] A etapa de detecção (a) pode compreender a detecção, de modo óptico, das propriedades acústicas dos mancais. A detecção óptica preferivelmente pode incluir utilização de difusão ao longo de uma fibra óptica para detectar as propriedades acústicas.[0011] The detection step (a) may comprise optically detecting the acoustic properties of the bearings. Optical detection may preferably include using diffusion along an optical fiber to detect the acoustic properties.

[0012] A etapa (a) preferivelmente pode ainda incluir filtrar os sinais detectados para levar em conta as características de atenuação com base em frequência do sistema de detecção.[0012] Step (a) may preferably further include filtering the detected signals to take into account the frequency-based attenuation characteristics of the detection system.

[0013] The etapa (e) preferivelmente pode incluir a etapa de convoluir uma estrutura Gaussiana em forma de pico, ou outra estrutura em forma de pico adequada com o subsegmento combinado de domínio de frequência.[0013] Step (e) may preferably include the step of convolving a Gaussian spike-shaped structure, or other suitable spike-shaped structure with the combined frequency domain subsegment.

[0014] De acordo com um outro aspecto da presente invenção, é provido um sistema para medir o estado ou condição de uma pluralidade de mancais espacialmente afastados, o sistema incluindo: primeira unidade de sensor para detectar, de modo óptico, as propriedades acústicas circundando um guia de onda óptica estendida, disposto próximo aos mancais afastados; meios de processamento para processor os sinais detectados em uma série de segmentos espaciais correspondentes; com cada segmento espacial tendo um segmento temporal estendido, registrando as propriedades acústicas do segmento espacial por um período de tempo estendido; os meios de processamento ainda realizando processamento de domínio de frequência do segmento temporal estendido para produzir correspondente segmento de domínio de frequência de nível de ruído inferior, e os meios de processamento ainda revendo o segmento de domínio de frequência para determinar a existência de qualquer frequência fundamental e harmônicas associadas de qualquer mancal que emite uma assinatura acústica.[0014] According to another aspect of the present invention, there is provided a system for measuring the state or condition of a plurality of spatially spaced bearings, the system including: a first sensor unit for optically detecting acoustic properties surrounding an extended optical waveguide disposed proximate to the spaced bearings; processing means for processing the detected signals into a series of corresponding spatial segments; with each spatial segment having an extended temporal segment, recording the acoustic properties of the spatial segment for an extended period of time; the processing means further performing frequency domain processing of the extended temporal segment to produce a corresponding lower noise level frequency domain segment, and the processing means further reviewing the frequency domain segment to determine the existence of any fundamental frequency and associated harmonics of any bearing emitting an acoustic signature.

[0015] De acordo com um outro aspecto da presente invenção, é provido um método para medir o estado ou condição de um sistema de correia transportadora, o sistema de correia transportadora incluindo uma pluralidade de unidades de rolo, também conhecidas como engrenagens intermediárias, cada uma tendo uma série de mancais nos rolos, o método incluindo as etapas de: (a) detectar opticamente as propriedades acústicas do sistema de correia transportadora ao longo de seu comprimento, e derivando sinais detectados a partir daí, (b) dividir os sinais detectados em uma primeira série de segmentos espaciais ao longo da correia transportadora e para cada segmento espacial, dividir o sinal em um segmento temporal que registra as propriedades acústicas para o segmento espacial por um período de tempo estendido; (c) opcionalmente filtrar o segmento temporal para levar em conta as características de atenuação com base na frequência do sistema de detecção óptica; (d) dividir cada segmento temporal em uma série de domínio de frequência e subsegmentos, transformando os subsegmentos em subsegmentos de domínio de frequência correspondentes; (e) combinar os subsegmentos de domínio de frequência dentro de um segmento espacial para produzir um correspondente subsegmento de domínio de frequência combinado de nível de ruído inferior; (f) determinar a frequência fundamental de rotação de quaisquer rolos presentes no subsegmento combinado de domínio de frequência, e harmônicas associadas; e (g) determinar padrões de frequência indicativos de diferentes tipos de falha.[0015] According to another aspect of the present invention, there is provided a method for measuring the state or condition of a conveyor belt system, the conveyor belt system including a plurality of roller units, also known as idler gears, each having a series of bearings on the rollers, the method including the steps of: (a) optically detecting acoustic properties of the conveyor belt system along its length, and deriving detected signals therefrom; (b) dividing the detected signals into a first series of spatial segments along the conveyor belt and for each spatial segment, dividing the signal into a temporal segment that records the acoustic properties for the spatial segment over an extended period of time; (c) optionally filtering the temporal segment to account for the frequency-based attenuation characteristics of the optical detection system; (d) dividing each temporal segment into a series of frequency domain subsegments, transforming the subsegments into corresponding frequency domain subsegments; (e) combine the frequency domain subsegments within a spatial segment to produce a corresponding combined frequency domain subsegment of lower noise level; (f) determine the fundamental rotational frequency of any rolls present in the combined frequency domain subsegment, and associated harmonics; and (g) determine frequency patterns indicative of different types of fault.

[0016] Em algumas modalidades, o método pode ainda incluir as etapas de: (g) subtrair um modelo da frequência fundamental de rotação e harmônicas do subsegmento combinado de domínio de frequência para obter um subsegmento de domínio de frequência modificado; e (h) analisar o subsegmento de domínio de frequência modificado para determinar condições de desgaste do mancal.[0016] In some embodiments, the method may further include the steps of: (g) subtracting a model of the fundamental rotational frequency and harmonics from the combined frequency domain subsegment to obtain a modified frequency domain subsegment; and (h) analyzing the modified frequency domain subsegment to determine bearing wear conditions.

[0017] A etapa (f) preferivelmente pode incluir a correlação cruzada do subsegmento combinado de domínio de frequência com uma função de resposta Gaussiana ou qualquer outra função de resposta similar. A etapa (e) preferivelmente pode incluir fazer uma média ou adição dos subsegmentos de domínio de frequência. A etapa (e) preferivelmente pode incluir regredir o ruído de fundo dentro do subsegmento de domínio de frequência usando uma função de curva polinomial, exponencial, logarítmica ou outras funções de curva linear ou por parte, mais uma adição ou subtração algébrica.[0017] Step (f) may preferably include cross-correlating the combined frequency domain subsegment with a Gaussian or any other similar response function. Step (e) may preferably include averaging or summing the frequency domain subsegments. Step (e) may preferably include regressing the background noise within the frequency domain subsegment using a polynomial, exponential, logarithmic or other linear or piecewise curve function, plus an algebraic addition or subtraction.

[0018] As condições de desgaste do mancal podem incluir pelo menos uma dentre: a frequência fundamental de rotação de rolos e frequências harmônicas; frequências de lascamento de mancal (bearing spalling frequencies), se houver, padrões de desgaste na meia vida útil de mancal, ou padrões de desgaste de estágio posterior de mancal, padrões monte de feno de mancais (bearing haystack patterns).[0018] Bearing wear conditions may include at least one of: the fundamental roller rotation frequency and harmonic frequencies; bearing spalling frequencies, if any; bearing half-life wear patterns; or bearing late-stage wear patterns; bearing haystack patterns.

[0019] Os segmentos temporais têm preferivelmente cerca de 5 a 30 minutos de duração, dependendo do transportador, mas podem ser mais curtos ou mais longos. Os subsegmentos têm, preferivelmente, aproximadamente 3 segundos de duração, mas variam, dependendo do transportador. As frequências de lascamento são preferivelmente abaixo de 100Hz.[0019] Time segments are preferably about 5 to 30 minutes in duration, depending on the carrier, but may be shorter or longer. Subsegments are preferably about 3 seconds in duration, but vary depending on the carrier. Flaking frequencies are preferably below 100Hz.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0020] As modalidades da invenção serão agora descritas apenas a título de exemplo, com referência aos desenhos em anexo, nos quais:[0020] Embodiments of the invention will now be described by way of example only, with reference to the accompanying drawings, in which:

[0021] A Fig. 1 ilustra esquematicamente o sistema de detecção óptica de uma modalidade;[0021] Fig. 1 schematically illustrates the optical detection system of one embodiment;

[0022] A Fig. 2 ilustra uma fotografia de uma conexão exemplificativa de um cabo de detecção de fibra óptica a um sistema de correia transportadora;[0022] Fig. 2 illustrates a photograph of an exemplary connection of a fiber optic sensing cable to a conveyor belt system;

[0023] A Fig. 3 ilustra um exemplo de gráfico ‘em cascata’, conforme recebido por uma unidade de interrogador;[0023] Fig. 3 illustrates an example of a ‘waterfall’ chart as received by an interrogator unit;

[0024] A Fig. 4 ilustra uma forma de filtro de passa alta;[0024] Fig. 4 illustrates a form of high-pass filter;

[0025] A Fig. 5 ilustra as equações de cálculo de frequência de mancal;[0025] Fig. 5 illustrates the bearing frequency calculation equations;

[0026] A Fig. 6 ilustra um gráfico de frequências de operação em um sistema de correia transportadora exemplificativa; e[0026] Fig. 6 illustrates a graph of operating frequencies on an exemplary conveyor belt system; and

[0027] A Fig. 7 ilustra um gráfico de diferentes características operacionais de mancais;[0027] Fig. 7 illustrates a graph of different bearing operating characteristics;

DESCRIÇÃO DETALHADADETAILED DESCRIPTION

[0028] As modalidades proveem um sistema e método que utilizam um sistema de monitoração de acústica óptica com processamento complexo de retaguarda para monitorar com precisão a condição do equipamento ao longo da correia transportadora.[0028] Embodiments provide a system and method that utilize an acousto-optic monitoring system with complex backend processing to accurately monitor the condition of equipment along a conveyor belt.

[0029] Com referência inicialmente à Fig. 1, é mostrado esquematicamente o ambiente operacional de uma modalidade. Nessa disposição 1, uma série de rolos, p.ex. 3-8 é monitorada por um único cabo de fibra óptica 11 que está disposto ao longo dos rolos. O cabo de fibra óptica 11 inclui um ambiente de detecção acústica e é conectado a uma série de unidades de processamento avançadas 12 que processam o sinal acústico para determinar o estado ou saúde de cada rolo. Em sistemas práticos, muitos milhares de conjuntos de rolos podem ser monitorados simultaneamente, de modo eficaz.[0029] Referring initially to Fig. 1, the operating environment of one embodiment is shown schematically. In this arrangement 1, a series of rollers, e.g. 3-8, are monitored by a single fiber optic cable 11 that is disposed along the rollers. The fiber optic cable 11 includes an acoustic sensing environment and is connected to a series of advanced processing units 12 that process the acoustic signal to determine the status or health of each roller. In practical systems, many thousands of sets of rollers can be effectively monitored simultaneously.

[0030] Através do processamento significativo do sinal óptico recebido, o estado dos rolos e seus mancais podem ser determinados, além do estado da correia transportadora.[0030] Through meaningful processing of the received optical signal, the condition of the rollers and their bearings can be determined, in addition to the condition of the conveyor belt.

[0031] Exemplos de sistemas de monitoração óptica 12 incluem o produto Future Fibre Technologies FFT Secure Pipe e o sistema de monitoração Optasense Pipeline. Também estão incluídos os interrogadores ópticos acústicos de fibra de outros fabricantes, tais como Fotech e Hawk.[0031] Examples of optical monitoring systems 12 include the Future Fibre Technologies FFT Secure Pipe product and the Optasense Pipeline monitoring system. Also included are fiber acousto-optical interrogators from other manufacturers, such as Fotech and Hawk.

[0032] Com esses sistemas, um simples cabo de fibra óptica pode ser disposto ao longo da correia transportadora e fixado próximo a cada rolo. A Fig. 2 ilustra uma fotografia de tal disposição 20, em que um cabo 21 foi fixado a uma infraestrutura de correia transportadora 22 usando amarrações de cabo 23, 24 ou similares. Disposições alternativas de fixação incluem grampos de parafuso ou mola.[0032] With such systems, a single fiber optic cable may be laid out along the conveyor belt and secured near each roller. Fig. 2 illustrates a photograph of such an arrangement 20, in which a cable 21 has been secured to a conveyor belt infrastructure 22 using cable ties 23, 24, or the like. Alternative securing arrangements include screw or spring clamps.

[0033] A unidade de interrogador coleta respostas dos pulsos de luz de fibra de vidro. A fibra de vidro contém imperfeições microscópicas que dispersam a luz. As imperfeições causam a “Dispersão de Rayleigh”, o mesmo efeito que torna azul o céu. Vibrações e variações de temperatura na fibra causam mudanças no índice de refração da luz, induzindo sinais legíveis na luz refletida. Lasers de pulso curto, de alta intensidade, são usados, acoplados a detectores de reflexão sensível e conversores rápidos analógicos para digital.[0033] The interrogator unit collects responses from light pulses from glass fiber. Glass fiber contains microscopic imperfections that scatter light. The imperfections cause “Rayleigh Scattering,” the same effect that makes the sky blue. Vibrations and temperature variations in the fiber cause changes in the refractive index of the light, inducing readable signals in the reflected light. High-intensity, short-pulse lasers are used, coupled to sensitive reflection detectors and fast analog-to-digital converters.

[0034] A fibra é conectada a uma unidade de interrogador 12 de uma das companhias proprietárias mencionadas acima, e emite um sinal digital equivalente ao sinal acústico recebido para armazenamento. O sinal acústico é emitido em um formato de dados, como a seguir. Para o período de tempo de emissão, um sinal acústico para cada distância do canal ou da unidade ao longo da transportadora é emitido para cada frequência de áudio recebida.[0034] The fiber is connected to an interrogator unit 12 of one of the proprietary companies mentioned above, and outputs a digital signal equivalent to the received acoustic signal for storage. The acoustic signal is output in a data format as follows. For the emission time period, an acoustic signal for each channel or unit distance along the carrier is output for each received audio frequency.

[0035] Uma forma de representação de cada unidade de tempo de dados é conhecida como gráfico em cascata, um exemplo do qual é ilustrado 30 in Fig. 3. A unidade de interrogador emite dados equivalentes para gráficos em cascata em uma proporção predeterminada. Por exemplo, 20.000 vezes por segundo (20 kHz).[0035] One form of representation of each time unit of data is known as a waterfall chart, an example of which is illustrated 30 in Fig. 3. The interrogator unit outputs data equivalent to waterfall charts at a predetermined rate. For example, 20,000 times per second (20 kHz).

[0036] Os dados capturados precisam passar por um processamento antes que possam ser utilizados para efetivamente gerar as informações no estado do sistema de correia transportadora.[0036] The captured data needs to undergo processing before it can be used to effectively generate information on the state of the conveyor belt system.

[0037] Em uma modalidade, os dados de emissão foram processados com a seguinte sequência de operações para gerar detalhes significativos sobre as operações da correia transportadora. A lista a seguir é uma série de operações na ordem em que são programadas:[0037] In one embodiment, the emission data has been processed with the following sequence of operations to generate meaningful details about the conveyor belt operations. The following list is a series of operations in the order in which they are programmed:

[0038] 1. Seleção do comprimento de tempo em que os dados brutos são coletados.[0038] 1. Selection of the length of time over which raw data is collected.

[0039] 2. Conversão dos dados brutos para o formato de dados HDF5 padrão ou outro formato de dados adequado para processamento[0039] 2. Converting the raw data to the standard HDF5 data format or other data format suitable for processing

[0040] 3. Separação dos dados em cada canal para separar séries temporais[0040] 3. Separating data in each channel to separate time series

[0041] 4. Estabelecimento do filtro de passa alto ou outro tipo de constante de tempo para filtro.[0041] 4. Establishing the high pass filter or other type of time constant for the filter.

[0042] 5. Aplicação de um filtro de passa alta ou outro tipo de filtro para os conjuntos de dados em série temporal.[0042] 5. Applying a high-pass filter or other type of filter to the time series data sets.

[0043] 6. Estabelecimento dos parâmetros de Transformada de Fourier para determinar faixa de frequência e resolução.[0043] 6. Establishment of Fourier Transform parameters to determine frequency range and resolution.

[0044] 7. Difundir o conjunto de dados de entrada em tamanhos de arquivo monitoráveis que valem por cerca de 3 segundos, de modo a não exceder um número monitorável de amostras, tipicamente, mas não restrito, a 65.536 amostras.[0044] 7. Broadcast the input data set into monitorable file sizes that are about 3 seconds in length, so as not to exceed a monitorable number of samples, typically, but not restricted to, 65,536 samples.

[0045] 8. Aplicação de uma operação de Transformada Rápida de Fourier para extrair respostas de frequências.[0045] 8. Application of a Fast Fourier Transform operation to extract frequency responses.

[0046] 9. Fazer a média do filtro para combinar todos os arquivos curtos em 5 minutos ou 10 minutos ou um tempo maior, conforme requerido.[0046] 9. Average the filter to combine all short files within 5 minutes or 10 minutes or longer as required.

[0047] 10. Para cada regressão de gráfico de frequência com média longa do envelope de ruído de fundo inferior para uma equação polinomial de ordem múltipla ou outra função, tal como exponencial, logarítmica, linear, linear por partes, ou curvada por partes ou outro tipo de função adequada.[0047] 10. For each long-averaged frequency plot regression of the lower background noise envelope to a multiple order polynomial equation or other function, such as exponential, logarithmic, linear, piecewise linear, or piecewise curved or other suitable type of function.

[0048] 11. Subtrair a curva de equação de regressão do gráfico de frequência para normalizá-la.[0048] 11. Subtract the regression equation curve from the frequency plot to normalize it.

[0049] 12. Fazer o gráfico da curva de frequência para cada canal para inspeção visual, se requerida.[0049] 12. Plot the frequency curve for each channel for visual inspection, if required.

[0050] 13. Suprir a velocidade da correia e o diâmetro do rolo para calcular a frequência fundamental de rolo.[0050] 13. Supply the belt speed and roller diameter to calculate the fundamental roller frequency.

[0051] 14. Selecionar os parâmetros fixos de uma equação de curva Gaussiana ou alguma outra curva correspondente padrão.[0051] 14. Select the fixed parameters of a Gaussian curve equation or some other standard matching curve.

[0052] 15. Gerar a equação da curva correspondente padrão com frequência central ajustável.[0052] 15. Generate the standard matching curve equation with adjustable center frequency.

[0053] 16. Selecionar a frequência máxima e o intervalo de frequência a ser usado na correlação cruzada[0053] 16. Select the maximum frequency and frequency range to be used in cross-correlation

[0054] 17. Fazer a correlação cruzada da curva correspondente padrão no domínio de frequência com o gráfico espectral de frequência para cada canal. Então, gerar um gráfico de correlação cruzada com média de resolução muito alta para cada canal.[0054] 17. Cross-correlate the standard frequency domain matching curve with the frequency spectral plot for each channel. Then generate a very high resolution averaged cross-correlation plot for each channel.

[0055] 18. Usar o gráfico de alta resolução para identificar precisamente a frequência fundamental do rolo e todas as suas harmônicas até cerca de 200 Hz, ou mais elevada, se requerido. Medir a frequência central e a altura de cada padrão correspondente.[0055] 18. Use the high-resolution chart to precisely identify the fundamental frequency of the roll and all of its harmonics up to about 200 Hz, or higher if required. Measure the center frequency and pitch of each corresponding pattern.

[0056] 19. Usar a equação da curva correspondente padrão e a frequência e amplitude central harmônica conhecida para recriar um gráfico de modelo matemático grosseiro apenas do fundamental e suas harmônicas.[0056] 19. Use the standard matching curve equation and the known central harmonic frequency and amplitude to recreate a rough mathematical model graph of just the fundamental and its harmonics.

[0057] 20. Usar esse modelo gráfico para gerar uma simples métrica de qualidade para a condição fundamental harmônica da correia.[0057] 20. Use this graphical model to generate a simple quality metric for the fundamental harmonic condition of the belt.

[0058] 21. Subtrair o gráfico de modelo grosseiro matemático de harmônica do gráfico espectral de frequência normalizada de canal.[0058] 21. Subtract the harmonic mathematical coarse model plot from the channel normalized frequency spectral plot.

[0059] 22. Use o gráfico de frequência subtraída até 100 Hz para gerar uma simples métrica de qualidade das frequências de lascamento do mancal do rolo para avaliar as condições de desgaste do mancal em estágio inicial.[0059] 22. Use the frequency subtracted graph up to 100 Hz to generate a simple quality metric of roller bearing spalling frequencies to assess early stage bearing wear conditions.

[0060] 23. Registrar as condições harmônicas fundamentais e a condição de frequência de desgaste por lascamento do mancal em uma planilha de registro, uma linha para cada canal. Inicialmente, o gráfico de frequência é examinado na faixa de 100 Hz a 300 Hz para identificar as condições do mancal em termos de falha de metade de vida útil. A seguir, uma revisão das frequências acima de 300 Hz é determinada para identificar falha em um estágio posterior e no final da vida útil. As etapas adicionais são para corresponder (1) às frequências de batida abaixo das frequências (2) fundamental, de chacoalhar, acima de 100 Hz, (3) frequências de rangido acima de 150 Hz e gráficos de monte de feno em qualquer frequência acima de 100 Hz. Os resultados são salvos como um arquivo csv para futuro processamento.[0060] 23. Record the fundamental harmonic conditions and bearing chipping wear frequency condition on a log sheet, one line for each channel. Initially, the frequency chart is examined over the range of 100 Hz to 300 Hz to identify bearing conditions in terms of mid-life failure. Next, a review of frequencies above 300 Hz is determined to identify failure at a later stage and at the end of life. Additional steps are to match (1) knock frequencies below the fundamental, (2) rattle frequencies above 100 Hz, (3) squeak frequencies above 150 Hz, and haystack charts at any frequency above 100 Hz. The results are saved as a csv file for future processing.

[0061] 24. Combinar relatórios de canais a partir das planilhas com linhas e números ou números de quadro de engrenagem intermediária para a correia transportadora e publicar como uma nova planilha.[0061] 24. Combine channel reports from spreadsheets with rows and numbers or idler gear frame numbers for conveyor belt and publish as a new spreadsheet.

Descrição Detalhada das etapas do processamento de dadosDetailed Description of Data Processing Steps

[0062] As etapas de processamento de dados, listados acima, serão descritas agora em maiores detalhes.[0062] The data processing steps listed above will now be described in greater detail.

[0063] 1. Seleção da duração de tempo no qual os dados brutos são coletados[0063] 1. Selection of the time duration over which raw data is collected

[0064] Normalmente, outros dados de vibração são coletados dos cabos de fibra óptica por períodos de curto tempo apenas, na ordem de milissegundos ou segundos. Há várias razões para isso, decorrentes principalmente do uso normal de detecção de vibração com fibra óptica, conforme usado em trabalho sísmico, detecção de intrusão e similares. Esses outros usos de detecção de vibração com fibra óptica normalmente buscam ocorrências de vibração sísmica.[0064] Other vibration data are typically collected from fiber optic cables for short periods of time only, on the order of milliseconds or seconds. There are several reasons for this, primarily arising from the normal use of fiber optic vibration sensing as used in seismic work, intrusion detection, and the like. These other uses of fiber optic vibration sensing typically look for occurrences of seismic vibration.

[0065] Na modalidade, um sinal vibracional acústico a longo prazo, em vez de sinal vibracional de curto prazo é coletado. As modalidades procuram operar em frequências acústicas mais ou menos contínuas, não ocorrências de vibração. Infelizmente, as frequências de marcadores de interesse tendem também a ser soterradas em barulho significativo. Para extrair do ruído as frequências de marcadores e melhorar a proporção de sinal-para-ruído para identificação de frequência útil, um tempo de coleta de dados de vários minutos é mais bem utilizado.[0065] In the embodiment, a long-term acoustic vibrational signal rather than a short-term vibrational signal is collected. The embodiments seek to operate at more or less continuous acoustic frequencies, not instances of vibration. Unfortunately, the marker frequencies of interest also tend to be buried in significant noise. To extract the marker frequencies from the noise and improve the signal-to-noise ratio for useful frequency identification, a data collection time of several minutes is best utilized.

[0066] Sob condições ideais, descobriu-se que é adequado um tempo de coleta de 5 minutos. Sob condições menos do que ideais, em que níveis elevados de ruído estão presentes, o tempo de coleta pode ser estendido para 10 minutos ou mais. Se a frequência de amostragem é 20 kHz, o número de amostras coletadas é cerca de um mínimo de 6.000,000 por 5 minutos. Na modalidade, uma faixa de tempo de coleta de dados e frequências de amostragem é usada, dependendo da aplicação, tais como o comprimento da transportadora e outros fatores.[0066] Under ideal conditions, a collection time of 5 minutes has been found to be adequate. Under less than ideal conditions, where high noise levels are present, the collection time may be extended to 10 minutes or more. If the sampling frequency is 20 kHz, the number of samples collected is about a minimum of 6,000,000 per 5 minutes. In the embodiment, a range of data collection times and sampling frequencies are used, depending on the application, such as the length of the carrier and other factors.

[0067] 2. Conversão de dados brutos para um formato adequado de dados para processamento posterior[0067] 2. Converting raw data to a suitable data format for further processing

[0068] Os produtos de interrogador de FFT e Optasense armazenam seus dados em formatos proprietários. Como uma primeira etapa para ajudar outros processamentos de dados brutos coletados por esses instrumentos está a conversão desses dados para um formato padrão aberto. Descobriu-se que cada marca da unidade de interrogador tem seu próprio formato de dados, e é necessário transferir esses dados para um formato padrão de dados. Descobriu-se que uma forma, mas não a única forma, de formato adequado é o formato de arquivo de dados HDF5.[0068] The FFT and Optasense interrogator products store their data in proprietary formats. As a first step in aiding further processing of the raw data collected by these instruments is to convert this data to an open standard format. It has been found that each brand of interrogator unit has its own data format, and it is necessary to transfer this data to a standard data format. It has been found that one, but not the only, suitable format is the HDF5 data file format.

[0069] 3. Separação dos dados em cada canal para separar as séries temporais.[0069] 3. Separating the data in each channel to separate the time series.

[0070] O HDF5 ou outro arquivo de formato de dados pode, então, ser particionado em um arquivo separado para cada canal, também conhecido como “bin de distância”. Um canal é um comprimento discreto de fibra que atua, efetivamente, como um microfone individual. O comprimento do canal pode ser estabelecido no interrogador e é geralmente estabelecido na discriminação mais sensível- atualmente em torno de 1 metro ou menos. O particionamento é uma primeira etapa, de modo que a filtragem preliminar seja feita em cada canal individual. Dependendo do modo como o sistema é configurado, essa operação pode ocorrer a qualquer momento antes de uma subsequente Transformada de Fourier.[0070] The HDF5 or other data format file can then be partitioned into a separate file for each channel, also known as a “distance bin”. A channel is a discrete length of fiber that effectively acts as an individual microphone. The channel length can be set at the interrogator and is usually set at the most sensitive discrimination - currently around 1 meter or less. Partitioning is a first step so that preliminary filtering can be done on each individual channel. Depending on how the system is configured, this operation can occur at any time before a subsequent Fourier Transform.

[0071] Usando um código de escrita apropriado, tal como um Código de escrita Matlab para protótipo, os dados podem ser formatados apropriadamente a partir do formato proprietário. Futuro software pode ser em qualquer outra linguagem de programação.[0071] Using an appropriate scripting code, such as a Matlab Prototype Scripting Code, the data can be formatted appropriately from the proprietary format. Future software can be in any other programming language.

[0072] 4. Configuração do tipo de filtro de pré-processamento e sua constante de tempo e remoção de drift[0072] 4. Setting the preprocessing filter type and its time constant and drift removal

[0073] Os arquivos de dados de série temporais brutos, conforme armazenados em HDF5, ou outros formatos de dados adequados são primeiro filtrados para modificar a resposta de frequência. A resposta de frequência é modificada diferentemente, de acordo com o tipo de dados coletados e do interrogador específico usado. Qualquer tipo de filtro pode ser usado, incluindo, mas sem restrição, filtros de passa alta, passa baixo, passa banda, rejeição de banda, integração, diferenciação, janela móvel e ARMA (modelo auto regressivo de médias móveis) Descobriu-se, na prática, que a propensão de cada tipo de dados proprietário e cada interrogador era a resposta de frequência a seu próprio modo, como a seguir:[0073] The raw time series data files, as stored in HDF5, or other suitable data formats are first filtered to modify the frequency response. The frequency response is modified differently depending on the type of data collected and the specific interrogator used. Any type of filter can be used, including but not limited to high-pass, low-pass, band-pass, band-reject, integration, differentiation, moving window, and ARMA (autoregressive moving average) filters. In practice, it has been found that each proprietary data type and each interrogator tends to have a frequency response in its own way, as follows:

[0074] Tipo de dados OptaSense 1: tecnologia de pulso único: Descobriu-se que dados dessa fonte têm um elevado componente DC (em frequência zero) e uma forte propensão no sentido de frequências menores com um decaimento muito alto à medida que a frequência sobe acima de 50 a 100 Hz. Como resultado, um filtro de passa alta é requerido para suprimir as baixas frequências e amplificar as frequências acima de cerca de 100 Hz. Em geral, a constante de tempo do filtro é estabelecida a um valor de cerca de 2000.[0074] OptaSense Data Type 1: Single Pulse Technology: Data from this source has been found to have a high DC component (at zero frequency) and a strong bias towards lower frequencies with a very high decay as the frequency rises above 50 to 100 Hz. As a result, a high-pass filter is required to suppress the low frequencies and amplify the frequencies above about 100 Hz. In general, the time constant of the filter is set to a value of about 2000.

[0075] Tipos de dados OptaSense 6: tecnologia de pulso dual: Descobriu-se que dados dessa fonte têm uma resposta de frequência muito mais plana do que o tipo de dados 1 e é relativamente consistente até vários kilohertz. O limite teórico superior é cerca de 10 kHz, mas frequências acima de 1 kHz são raramente vistas, com picos ocasionais de frequência na região de 2 a 3 kH. Descobriu-se que os dados brutos tinham um drift muito pesado para baixo, em direção ao negativo. Era armazenado como um número inteiro de 32 bits, e então, quando o valor alcança -32767 pula imediatamente para +32768, um processo indicado como “roll-over de número inteiro”. O drift e o roll-over de número inteiro representavam problemas significativos. A solução foi usar um filtro de diferenciação no sinal de séries temporais bruto. Os picos resultantes de roll-over de número inteiro podem ser, então, simplesmente deletados dos[0075] OptaSense 6 data types: Dual pulse technology: Data from this source was found to have a much flatter frequency response than data type 1 and was relatively consistent up to several kilohertz. The theoretical upper limit is about 10 kHz, but frequencies above 1 kHz are rarely seen, with occasional frequency spikes in the 2 to 3 kHz region. The raw data was found to have a very heavy downward drift towards the negative. It was stored as a 32-bit integer, and then when the value reached -32767 it immediately jumped to +32768, a process referred to as “integer roll-over”. Integer roll-over and drift posed significant problems. The solution was to use a differencing filter on the raw time series signal. The spikes resulting from integer roll-over could then simply be deleted from the

[0076] Dados futuros de tecnologia de fibra (tipo F): tecnologia de pulso único: Descobriu-se que dados dessa fonte são similares aos dados do tipo 1, exceto pelo fato de que a resposta de frequência Consequentemente, descobriu-se que frequências menores, e foi escolhido uma constante de tempo é estabelecida em requerido.[0076] Future Fiber Technology Data (Type F): Single Pulse Technology: Data from this source has been found to be similar to Type 1 data, except that the frequency response required. Consequently, it has been found that lower frequencies, and a time constant has been chosen is established.

[0077] 5. Aplicação de um filtro de modificação de frequência para os conjuntos de dados de séries temporais.[0077] 5. Applying a frequency modification filter to time series data sets.

[0078] Enquanto há muitos filtros que podem ser usados, um filtro exemplificativo foi um filtro de passa alta de primeira ordem. Um filtro tipicamente simples, usado experimentalmente, foi um filtro de passa alta de primeira ordem que suprime baixas frequências e amplifica as frequências acima da resposta de frequência do “joelho”. A função de transferência de tal filtro é análoga a: [0078] While there are many filters that can be used, an exemplary filter was a first-order high-pass filter. A typically simple filter used experimentally was a first-order high-pass filter that suppresses low frequencies and amplifies frequencies above the “knee” frequency response. The transfer function of such a filter is analogous to:

[0079] onde a constante RC é formada da resistência em ohms e a capacitância em farads se o filtro for um filtro analógico construído a partir de um amplificador operacional, um resistor e um capacitor. Se a função de transferência é mudada para a seguinte equação abaixo, pode ser modelado usando o “método analógico digitalmente simulado” © Paul Wilson. O método analógico digitalmente simulado consiste em uma conversão de uma função de transferência para um programa de computador analógico. O programa de computador analógico é, então, digitalmente simulado em um programa de computador, elemento por elemento. A técnica foi primeiramente descrita por Paul Wilson em sua tese de mestrado, em 1986, e ele detém os direitos autorais. O método pode ser usado para qualquer tipo de filtro analógico ou qualquer outro processo analógico. [0079] where the RC constant is formed from the resistance in ohms and the capacitance in farads if the filter is an analog filter constructed from an operational amplifier, a resistor and a capacitor. If the transfer function is changed to the following equation below, it can be modeled using the "digitally simulated analog method" © Paul Wilson. The digitally simulated analog method consists of a conversion of a transfer function to an analog computer program. The analog computer program is then digitally simulated in a computer program, element by element. The technique was first described by Paul Wilson in his master's thesis in 1986, and he holds the copyright. The method can be used for any type of analog filter or any other analog process.

[0080] A constante de tempo do filtro = RC: quanto maior o valor, mais lento o filtro. O filtro pode ser modelado como uma forma analógica, conforme ilustrado na Fig. 4. A conversão de programa de computador analógico para digital desse programa (escrito em pseudocódigo) pode ser como a seguir : [0080] The filter time constant = RC: the larger the value, the slower the filter. The filter can be modeled as an analog form, as illustrated in Fig. 4. The analog-to-digital computer program conversion of this program (written in pseudocode) can be as follows:

[0081] Filtragem de dados do tipo 6 e outros interrogadores: Descobriu-se que a filtragem para dados do tipo 6 era de uma forma diferente e requer um filtro de pré- processamento diferente. Cada interrogador fabricado por diferentes fornecedores modifica a dinâmica de frequência de um modo diferente, que requer um tipo diferente de filtro de pré-processamento customizado para o interrogador.[0081] Filtering of Type 6 data and other interrogators: It was found that filtering for Type 6 data was of a different form and required a different pre-processing filter. Each interrogator manufactured by different vendors modifies the frequency dynamics in a different way, which requires a different type of pre-processing filter customized for the interrogator.

[0082] O resultado final da parte de pré transformação do processo é um gráfico de resposta de frequência modificado que se torna aparente após ter sido transformado. Se a série temporal de dados de entrada é diferenciada, não afeta a resposta de frequência, exceto para remover o componente de frequência extremamente baixa - o componente DC. A filtragem de diferenciação de um sinal analógico que entra apenas muda a fase de cada frequência em +90 graus, mas não altera as frequências. Uma vez que um sinal de entrada é uma série temporal digital em lugar de uma analógica, a frequência de corte é a alternada do tempo em que é feita uma amostragem dos dados. Em um exemplo, foi feita uma amostragem por um período de 3 segundos a 20 kHz e, então, o diferenciador removeu o componente DC abaixo de 1/3 Hz ou 0,333 Hz.[0082] The end result of the pre-transformation portion of the process is a modified frequency response graph that becomes apparent after it has been transformed. If the input data time series is differenced, it does not affect the frequency response except to remove the extremely low frequency component - the DC component. Differentiating filtering of an incoming analog signal only shifts the phase of each frequency by +90 degrees, but does not change the frequencies. Since an input signal is a digital time series rather than an analog one, the cutoff frequency is the alternate time at which the data is sampled. In one example, a 3 second sample was taken at 20 kHz, and then the differentiator removed the DC component below 1/3 Hz or 0.333 Hz.

[0083] Esse ideal foi utilizado para tipo de dados 6, uma vez que remove o drift problemático, mas ainda retém as frequências de valor que foi constatada como sendo geralmente de 5 Hz e a montante. Portanto, uma diferenciação direta da corrente de dados de entrada digitais substitui o filtro de passa alta. Dependendo do modo como o interrogador capta os dados, qualquer tipo de filtro pode ser usado.[0083] This ideal was used for data type 6, as it removes the problematic drift but still retains the value frequencies that have been found to be typically 5 Hz and upstream. Therefore, a direct differentiation of the digital input data stream replaces the high-pass filter. Depending on how the interrogator captures the data, either type of filter can be used.

[0084] 7. Estabelecimento dos parâmetros de Transformada de Fourier.[0084] 7. Establishment of Fourier Transform parameters.

[0085] Para determinar a faixa de frequência e a resolução de frequência requerida para outra análise é necessário selecionar os parâmetros corretos para uma operação de Transformada de Fourier. As equações que regem a seleção dos parâmetros são conhecidas. As equações chave são como a seguir: [0085] To determine the frequency range and frequency resolution required for further analysis it is necessary to select the correct parameters for a Fourier Transform operation. The equations governing the selection of the parameters are known. The key equations are as follows:

[0086] onde T = tempo em que as amostras são coletadas; N = número de amostras em uma coleta; Δt = o intervalo da amostragem (tempo entre as amostras adjacentes); Fmax = é a frequência máxima observável; e Δf = Resolução das frequências (a menor frequência que pode ser discriminada).[0086] where T = time at which samples are collected; N = number of samples in a collection; Δt = the sampling interval (time between adjacent samples); Fmax = is the maximum observable frequency; and Δf = Frequency resolution (the smallest frequency that can be discriminated).

[0087] Assim, é possível decidir o intervalo de amostragem e o tempo em que a amostragem ocorre a fim de determinar os outros fatores observáveis. As configurações dependem das escolhas que afetam a transportadora em particular, a aplicação, as exigências do proprietário da transportadora, o comprimento da transportadora e outros fatores.[0087] Thus, it is possible to decide the sampling interval and the time at which sampling occurs in order to determine the other observable factors. The settings depend on choices affecting the particular carrier, the application, the carrier owner's requirements, the length of the carrier, and other factors.

[0088] A transformada de Fourier é uma ferramenta poderosa, mas pode estar sujeita também a artefatos tanto dos dados quanto do espelhamento e efeitos de extremidade, então, é preciso cuidado para excluir tais artefatos e extrair resultados confiáveis. Para este fim, os dados foram processados em fatias de de 65536 amostras de série temporal. Então, para remover os efeitos de extremidade, tais como efeito envoltório, isso é reduzido para 32768 amostras após processamento. A uma frequência de amostragem de 20,000 Hz, as fatias de tempo resultantes eram cerca de 3 segundos.[0088] The Fourier transform is a powerful tool, but it can also be subject to data artifacts, both mirroring and edge effects, so care must be taken to eliminate such artifacts and extract reliable results. To this end, the data was processed into slices of 65536 time series samples. Then, to remove edge effects such as envelope effects, this was reduced to 32768 samples after processing. At a sampling frequency of 20,000 Hz, the resulting time slices were about 3 seconds long.

[0089] A frequência de amostragem de 20,000 pode ser ajustada no interrogador, principalmente para cobrir uma distância maior ao longo da fibra. É, portanto, uma troca de frequência máxima observável para impedir cobrir mais do que um comprimento da transportadora em uma única medição. Na prática, a frequência de amostragem é ajustada pelas configurações do interrogador, mas o valor é decidido de acordo com a aplicação, a transportadora e as exigências do proprietário.[0089] The sampling frequency of 20,000 can be adjusted at the interrogator, mainly to cover a longer distance along the fiber. It is therefore a maximum observable frequency shift to prevent covering more than one length of the carrier in a single measurement. In practice, the sampling frequency is adjusted by the interrogator settings, but the value is decided according to the application, the carrier and the owner's requirements.

[0090] 7. Dividir o arquivo de dados salvos (HDF5 ou outros) em tamanhos de arquivo monitoráveis de cerca de 3 segundos.[0090] 7. Split the saved data file (HDF5 or others) into monitorable file sizes of about 3 seconds.

[0091] Para atender às demandas das equações da transformada de Fourier acima, a amostra para cada canal de 5 minutos ou 10 minutos de dados é agora dividida em fatias mais curtas (em tempo). A uma frequência de amostragem de 20 kHz, isso se torna cerca de 100 fatias de tempo de 3 segundos cada. Isso dá 65536 amostras de série temporal em cada fatia de tempo. Cada uma dessas pode agora ser processada para gerar uma Transformada de Fourier. Em outras frequências de amostragem, o número de amostras requeridas por processamento define a duração de cada fatia de tempo e o número de fatias de tempo.[0091] To meet the demands of the Fourier transform equations above, the sample for each 5 minute or 10 minute data channel is now divided into shorter (time) slices. At a sampling frequency of 20 kHz, this becomes about 100 time slices of 3 seconds each. This gives 65536 time series samples in each time slice. Each of these can now be processed to generate a Fourier Transform. At other sampling frequencies, the number of samples required per processing defines the length of each time slice and the number of time slices.

[0092] 8. Aplicação de uma operação de Transformada Rápida de Fourier[0092] 8. Application of a Fast Fourier Transform operation

[0093] Cada fatia de tempo de 3 segundos de dados é processada usando um algoritmo moderno de Transformada Rápida de Fourier (experimentalmente Matlab foi usado, mas uma das várias funções da biblioteca de matemática, tais como GSL, pode ser usada). Outros tipos de algoritmos de Transformada de Fourier discreta ou rápida poderiam ser usados e são incluídos aqui como uma opção. Assim, para cada fatia de tempo de 3 segundos e para um canal de fibra (cerca de 1 metro de comprimento) obtém-se de 100 a 200 gráficos de Transformada de Fourier em forma de conjunto de dados ou lista de valores. A seguir, a metade superior do conjunto de dados é removida para remover o efeito de envoltório de espelhamento, reduzindo o conjunto de dados para 32768 amostras.[0093] Each 3-second time slice of data is processed using a modern Fast Fourier Transform algorithm (experimentally Matlab was used, but one of several math library functions such as GSL could be used). Other types of discrete or fast Fourier Transform algorithms could be used and are included here as an option. Thus, for each 3-second time slice and for a fiber channel (about 1 meter long) 100 to 200 Fourier Transform plots are obtained in the form of a data set or list of values. Then the top half of the data set is removed to remove the mirror-wrapping effect, reducing the data set to 32768 samples.

[0094] 9. Fazer a média do filtro para melhorar a proporção de sinal para ruído.[0094] 9. Averaging the filter to improve the signal to noise ratio.

[0095] Na maior parte dos casos, descobriu-se que alguns segundos de dados são insuficientes. Descobriu-se que a proporção sinal-para-ruído era em geral tão precária que era muito difícil obter qualquer análise significativa a partir de um gráfico de frequência que cobre menos do que alguns minutos de dados.[0095] In most cases, a few seconds of data were found to be insufficient. The signal-to-noise ratio was found to be generally so poor that it was very difficult to obtain any meaningful analysis from a frequency plot covering less than a few minutes of data.

[0096] A transformada de Fourier já fez um trabalho parcial de extrair assinaturas espectrais úteis, mas eles tendem a ficar soterrados pelo ruído. Para obter vantagem do período de tempo estendido (5 minutos ou mais) da coleta de dados, foi feita a média e a soma das centenas de gráficos de frequência para cada canal, e os picos de frequência necessários são amplificados e o ruído é suprimido ao se fazer a média. Isso também remove ruído ocasional espúrio, tais como veículos que passam ou algo que impacte a estrutura da transportadora.[0096] The Fourier transform has already done a partial job of extracting useful spectral signatures, but they tend to get buried in noise. To take advantage of the extended time period (5 minutes or more) of data collection, hundreds of frequency plots for each channel were averaged and summed, and the necessary frequency peaks were amplified and noise suppressed during the averaging. This also removes occasional spurious noise, such as passing vehicles or something impacting the carrier structure.

[0097] 10. Remoção do ruído de fundo (noise floor)[0097] 10. Noise floor removal

[0098] Verificou-se que o gráfico de frequência obtido após a operação de filtro média ainda apresentava artefatos que interferiam na análise dos resultados, especialmente qualquer forma de análise automatizada. Descobriu-se que o nível base de ruído varia consideravelmente de canal para canal, dependendo do ruído ambiental espúrio e ressonâncias acústicas na estrutura e em torno do equipamento. O design da estrutura da transportadora e o ambiente externo podem ter um impacto considerável no nível de ruído se, por exemplo, a transportadora atravessa uma ponte estreita.[0098] It was found that the frequency plot obtained after the average filter operation still presented artifacts that interfered with the analysis of the results, especially any form of automated analysis. It was found that the noise floor level varies considerably from channel to channel, depending on spurious environmental noise and acoustic resonances in and around the structure of the equipment. The design of the conveyor structure and the external environment can have a considerable impact on the noise level if, for example, the conveyor crosses a narrow bridge.

[0099] Verificou-se que o ruído de fundo aumenta muito na extremidade inferior do espectro devido à contaminação por um ronco baixo, causado por ressonâncias metálicas e outros fatores, e às vezes um componente DC, embora o filtro de pré- processamento possa remover muito desse ruído. A elevação na extremidade inferior no gráfico dever ser removida. Entretanto, onde há uma elevação aguda no ruído de fundo na faixa de frequências mais elevadas (geralmente acima de 200 Hz) isso deve ser retido, visto que é um importante marcador de desgaste do mancal em um estágio posterior. A forma do ruído de fundo não segue necessariamente uma curva analítica matemática descrita por uma única equação, e é diferente para cada gráfico de frequência.[0099] It has been found that the noise floor increases greatly at the lower end of the spectrum due to contamination by low hum caused by metallic resonances and other factors, and sometimes a DC component, although the pre-processing filter can remove much of this noise. The rise at the lower end of the graph should be removed. However, where there is a sharp rise in noise floor in the higher frequency range (usually above 200 Hz) this should be retained as it is an important marker of bearing wear at a later stage. The shape of the noise floor does not necessarily follow a mathematical analytical curve described by a single equation, and is different for each frequency graph.

[0100] O processo de remoção de ruído de fundo pode proceder da seguinte maneira. Identificar o envelope que passa ao longo do lado inferior do gráfico que une todos os picos inferiores. Nesse envelope, uma curva é ajustada. Várias curvas envelope diferentes foram usadas e, recentemente, uma equação polinomial de 5a ordem, uma curva exponencial ou logarítmica, uma curva linear por partes e um conglomerado por partes de várias curvas foram usadas. A biblioteca incorpora uma variedade de equações de envelope, incluindo todas as acima mencionadas e outras. Encontra-se atualmente a curva envelope usando-se pacotes padrão de matemática ou biblioteca de software de matemática (Matlab, Octave, Biblioteca Científica ou GSL). Foi verificado que o encaixe da polinomial de 5a ordem e o encaixe da exponencial são os melhores para mapear o ruído de fundo em certos tipos de conjuntos de dados sem encaixe (e, portanto, com remoção) muito próximo dos marcadores requeridos, importantes, de desgaste de estágio posterior. A seleção de uma biblioteca de equações de envelope adequada irá depender, no futuro, dos parâmetros e exigências de aplicação. A curva envelope é, então, subtraída dos 5 minutos (ou 10 minutos ou mais) do gráfico de frequência para cada canal. A normalização de cada canal é uma etapa essencial para automatizar o processo de análise padrão.[0100] The process of removing background noise can proceed as follows. Identify the envelope that runs along the lower side of the graph that joins all the lower peaks. To this envelope, a curve is fitted. Several different envelope curves have been used, and recently a 5th order polynomial equation, an exponential or logarithmic curve, a piecewise linear curve, and a piecewise conglomeration of several curves have been used. The library incorporates a variety of envelope equations, including all of the above and others. The envelope curve is currently found using standard mathematical packages or mathematical software libraries (Matlab, Octave, Scientific Library, or GSL). It has been found that 5th order polynomial fitting and exponential fitting are best for mapping background noise in certain types of data sets without fitting (and therefore removing) very close to the required, important markers of late-stage wear. The selection of a suitable envelope equation library will depend in the future on the application parameters and requirements. The envelope curve is then subtracted from the 5 minute (or 10 minute or more) frequency plot for each channel. Normalization of each channel is an essential step in automating the pattern analysis process.

[0101] 12. Armazenamento de gráficos de frequência normalizados[0101] 12. Storing normalized frequency graphs

[0102] Nesse ponto do procedimento, todos os gráficos de frequência, um para cada canal (ou intervalo de distância) é armazenado para posterior análise e inspeção manual, se requerido.[0102] At this point in the procedure, all frequency plots, one for each channel (or distance range) are stored for later analysis and manual inspection if required.

[0103] Preparação para análise automatizada e reconhecimento de padrão.[0103] Preparation for automated analysis and pattern recognition.

[0104] O próprio volume de gráficos de frequência processados é tal de modo a dificultar a interpretação manual. A análise do gráfico totalmente automatizado gráfico é, portanto, importante. As etapas a seguir são parte do desenvolvimento contínuo do reconhecimento de padrão e diagnóstico de falha totalmente automatizados.[0104] The very volume of processed frequency graphs is such as to make manual interpretation difficult. Fully automated graph analysis is therefore important. The following steps are part of the ongoing development of fully automated pattern recognition and fault diagnosis.

[0105] Há seis padrões principais a serem solucionados a partir dos gráficos de frequência. São eles:[0105] There are six main patterns to be solved from the frequency graphs. They are:

[0106] 1. A frequência fundamental de rotação dos rolos e suas frequências harmônicas, 2a, 3a, 4a, 5a e harmônicas maiores. Se a frequência fundamental for 10 Hz (típica), então as frequências harmônicas ocorrem em 20, 30, 40, 50, 60, 70 e, às vezes, superiores a 150 Hz.[0106] 1. The fundamental frequency of rotation of the rollers and its harmonic frequencies, 2nd, 3rd, 4th, 5th and higher harmonics. If the fundamental frequency is 10 Hz (typical), then harmonic frequencies occur at 20, 30, 40, 50, 60, 70 and sometimes higher than 150 Hz.

[0107] 2. Frequências de lascamento que representam o desgaste de estágio inicial nas superfícies do mancal, tais como superfícies de esfera e superfícies de pista. Também incluídas estão as rachaduras no porta-esferas. Essas frequências podem ser calculadas e, geralmente, ocorrem abaixo de 100 Hz.[0107] 2. Spalling frequencies representing early stage wear on bearing surfaces such as ball surfaces and raceway surfaces. Also included are cracks in the ball carrier. These frequencies can be calculated and typically occur below 100 Hz.

[0108] 3. Padrões de desgaste de metade de vida útil, representado pelo que é denominado gráfico “monte de feno” uma vez que lembra um desorganizado monte de feno medieval. O monte de feno é uma série de frequências de chacoalhar causadas pela frouxidão nas pistas de rolamento à medida que desgastam e começam a chacoalhar. Essas frequências são geralmente vistas a partir de cerca de 50 Hz até cerca de 200 a 250 Hz.[0108] 3. Half-life wear patterns, represented by what is called a “haystack” graph since it resembles a disorganized medieval haystack. The haystack is a series of rattling frequencies caused by looseness in the bearing races as they wear and begin to rattle. These frequencies are typically seen from about 50 Hz up to about 200 to 250 Hz.

[0109] 4. Padrões de desgaste de estágio posterior são vistos como gráficos de monte de feno nas frequências mais elevadas. Eles geralmente ocorrem acima de 250 Hz, frequentemente ocorrem em uma faixa de 400 Hz a 800 Hz e às vezes podem ser vistos em uma faixa tão alta quanto 4000 Hz. Esses gráficos de monte de feno são típicos de mancais que são dimensionados e requerem substituição imediata. Frequentemente é mais do que um gráfico de monte de feno na faixa de frequência.[0109] 4. Later stage wear patterns are seen as haystack plots at higher frequencies. They usually occur above 250 Hz, frequently occur in a range of 400 Hz to 800 Hz, and can sometimes be seen in a range as high as 4000 Hz. These haystack plots are typical of bearings that are sized and require immediate replacement. There is often more than one haystack plot across the frequency range.

[0110] 5. Padrões de desgaste de batida. A batida é um grande pico de frequência abaixo de frequência fundamental, indicando um mancal muito frouxo ou que está desabando.[0110] 5. Knock wear patterns. Knock is a large frequency peak below the fundamental frequency, indicating a bearing that is too loose or is failing.

[0111] 6. Rangido: Rangido é um único pico de frequência na faixa acima de 150 Hz, indicando uma esfera ou porta-esfera presa.[0111] 6. Squeaking: Squeaking is a single frequency peak in the range above 150 Hz, indicating a stuck ball or ball carrier.

[0112] Cálculos de frequência de lascamento: Os indicadores de frequência para frequência de lascamento são conhecidos e também os gráficos de monte de feno são amplamente discutidos na literatura e nas notas de advertência comercial. A presente modalidade permite que eles sejam extraídos da tecnologia de amostragem de cabo de fibra óptica. As frequências e equações são providas na Fig. 5.[0112] Spalling Frequency Calculations: Frequency indicators for spalling frequency are known and also haystack graphs are widely discussed in the literature and trade warning notes. The present embodiment allows them to be extracted from fiber optic cable sampling technology. The frequencies and equations are provided in Fig. 5.

[0113] A Fig. 6 ilustra as frequências de lascamento. A Fig. 7 ilustra uma faixa geral de frequências de marcadores.[0113] Fig. 6 illustrates chipping frequencies. Fig. 7 illustrates a general range of marker frequencies.

[0114] Entradas conhecidas de frequências: Para acionar os cálculos referentes à frequência fundamental e suas harmônicas, é necessário estabelecer a frequência fundamental. Isso pode ser calculado a partir da velocidade da correia e do diâmetro do rolo.[0114] Known frequency inputs: To trigger calculations relating to the fundamental frequency and its harmonics, it is necessary to establish the fundamental frequency. This can be calculated from the belt speed and the roller diameter.

[0115] 14. Selecionar os parâmetros fixos de uma equação de curva Gaussiana ou outras equações de envelope.[0115] 14. Select the fixed parameters of a Gaussian curve equation or other envelope equations.

[0116] Há muitas equações de envelope de pico de frequência que podem ser usadas, incluindo uma curva Gaussiana triangular, retangular e qualquer uma das formas de onda. O formato da frequência fundamental e seu pico de frequência harmônica lembra bastante uma curva Gaussiana, e comprovou-se que seu formato é eficaz para a finalidade. A modalidade pode fazer uso de outros outros formatos de envelope. Um envelope Gaussiano pode ser gerado de uma equação exponencial da forma de costume: [0116] There are many peak frequency envelope equations that can be used, including a triangular Gaussian curve, a rectangular one, and any of the waveforms. The shape of the fundamental frequency and its peak harmonic frequency closely resembles a Gaussian curve, and this shape has been shown to be effective for the purpose. The embodiment can make use of other envelope shapes. A Gaussian envelope can be generated from an exponential equation of the usual form:

[0117] Os valores de a, b e c são parâmetros constantes. O valor de “a” determina a altura, o valor de “b” determina o local do ponto central e “c” determina o quão íngreme é a inclinação. Os valores de “b” e “c” são mais ou menos constantes para todos os picos harmônicos e podem ser estabelecidos em valores fixos. O valor de “a” varia, dependendo do uso. Para o procedimento abaixo de correlação cruzada, o valor de “a” é um valor nominal (digamos, 1). Quando o modelo total é criado, o valor de “a” é a altura do pico que está sendo modelado.[0117] The values of a, b, and c are constant parameters. The value of “a” determines the height, the value of “b” determines the location of the center point, and “c” determines how steep the slope is. The values of “b” and “c” are more or less constant for all harmonic peaks and can be set to fixed values. The value of “a” varies, depending on the use. For the cross-correlation procedure below, the value of “a” is a nominal value (say, 1). When the overall model is created, the value of “a” is the height of the peak being modeled.

[0118] 15. Estabelecer a equação da curva de envelope de pico de frequência para a correlação cruzada.[0118] 15. Establish the peak frequency envelope curve equation for cross-correlation.

[0119] Um procedimento de correlação cruzada é usado no domínio de frequência para correlacionar o espectro de frequência com o envelope de pico de frequência. Normalmente, a correlação cruzada é usada para dados de série temporal no domínio de tempo, então, esse é um uso incomum. O objetivo é encontrar locais onde o gráfico de frequência corresponde aos picos em formato Gaussiano e, assim, identificar a frequência fundamental e suas harmônicas. O importante aspecto do processo de correlação cruzada aqui é que produz um gráfico que parece filtrado mais suave, com uma precisão de frequência consideravelmente mais elevada do que o gráfico de frequência original. A resolução é um tanto arbitrariamente estabelecida em 100 vezes mais do que a resolução do gráfico de frequência original derivado da Transformada de Fourier. O fator de ampliação de resolução é um parâmetro a ser selecionado em uma modalidade operacional.[0119] A cross-correlation procedure is used in the frequency domain to correlate the frequency spectrum with the peak frequency envelope. Cross-correlation is typically used for time-series data in the time domain, so this is an unusual use. The goal is to find locations where the frequency plot corresponds to Gaussian-shaped peaks and thus identify the fundamental frequency and its harmonics. The important aspect of the cross-correlation process here is that it produces a plot that appears smoother filtered, with considerably higher frequency accuracy than the original frequency plot. The resolution is somewhat arbitrarily set at 100 times greater than the resolution of the original frequency plot derived from the Fourier Transform. The resolution magnification factor is a parameter to be selected in an operational embodiment.

[0120] O gráfico de resolução mais elevada permite a identificação mais precisa do local dos picos de frequência prontos para modelagem. Assim, neste ponto, os parâmetros de correlação cruzada, a, b, c e a resolução são definidos. A resolução é definida pelo movimento incremental da curva de envelope do pico de frequência à medida que passa através do gráfico de frequência - o quão pequeno é feito um movimento entre cada etapa sucessiva.[0120] The higher resolution plot allows for more accurate identification of the location of frequency peaks ready for modeling. So at this point the cross-correlation parameters, a, b, c and resolution are defined. Resolution is defined by the incremental movement of the frequency peak envelope curve as it passes across the frequency plot - how small a movement is made between each successive step.

[0121] Uma outra decisão que se toma nesse ponto é a frequência máxima de interesse. Pode ser qualquer valor, mas foi provado que as harmônicas tendem a se esvair em torno de 150 Hz a 300 Hz, então, há pouco valor em prosseguir além disso. Descobriu-se que cada transportadora tem sua própria faixa de frequências harmônicas, e o valor superior precisa ser estabelecido para a transportadora quando é colocada em funcionamento.[0121] Another decision that is made at this point is the maximum frequency of interest. This can be any value, but it has been proven that harmonics tend to die out around 150 Hz to 300 Hz, so there is little value in proceeding beyond that. It has been found that each carrier has its own range of harmonic frequencies, and the upper value needs to be established for the carrier when it is put into service.

[0122] 17. Correlação cruzada da curva envelope de pico de frequência com o gráfico de frequência.[0122] 17. Cross-correlation of the peak frequency envelope curve with the frequency plot.

[0123] A correlação cruzada é feita passando-se a curva envelope do pico de frequência através do gráfico de frequência em uma direção. Geralmente, seria da esquerda para a direita, a partir das frequências baixas para as frequências altas, mas pode ser na direção oposta. O passar da curva da esquerda para a direita pode ser em pequenos incrementos. Pelo fato de a resolução do gráfico de frequência básica ser consideravelmente mais elevada do que os incrementos da correlação, em cada etapa incremental, o modelo de envelope de pico de frequência precisa ser recalculado na resolução grosseira e, se colocado em gráfico, parece um pico gradativo.[0123] Cross-correlation is done by passing the peak frequency envelope curve across the frequency plot in one direction. Typically this would be from left to right, from low frequencies to high frequencies, but it could be in the opposite direction. Passing the curve from left to right could be in small increments. Because the resolution of the basic frequency plot is considerably higher than the correlation increments, at each incremental step the peak frequency envelope model needs to be recalculated at the coarse resolution and, if plotted, looks like a gradual peak.

[0124] O procedimento de recalcular é como a seguir: Deixe F(f) ser o conjunto de dados do gráfico de frequência. Deixe G(f) ser o gráfico de curva Gaussiana em uma resolução grosseira em um bom local de resolução específica. Deixe Y ser o valor correlacionado resultante em uma única etapa. Deixe C(ff) ser o gráfico de correlação cruzada de boa resolução resultante. : Então c(ff) é o gráfico resultante de Y para 0 a 60.000[0124] The recalculation procedure is as follows: Let F(f) be the frequency plot data set. Let G(f) be the Gaussian curve plot at a coarse resolution at a specific fine resolution location. Let Y be the resulting correlated value at a single step. Let C(ff) be the resulting fine resolution cross-correlation plot. : Then c(ff) is the resulting graph of Y for 0 to 60,000

[0125] 18. Identificar precisamente a frequência fundamental e as harmônicas.[0125] 18. Accurately identify the fundamental frequency and harmonics.

[0126] Agora que há um gráfico de frequência de alta resolução com ruído suprimido, os picos Gaussianos são amplificados. O local do fundamental já foi calculado e, então, esse local é determinado e a medição precisa do ponto máximo é determinada, dando, então, uma frequência fundamental muito precisa. As harmônicas serão múltiplos de número inteiro desse valor e são, então, visitadas como uma verificação. O ponto máximo de cada pico harmônico é medido precisamente e uma lista é feita de todas as harmônicas e suas amplitudes.[0126] Now that there is a high resolution frequency graph with noise suppressed, the Gaussian peaks are amplified. The location of the fundamental has been calculated and then this location is determined and a precise measurement of the maximum point is taken, thus giving a very precise fundamental frequency. The harmonics will be integer multiples of this value and are then visited as a check. The maximum point of each harmonic peak is measured precisely and a list is made of all the harmonics and their amplitudes.

[0127] 19. Remodelar a fundamental e harmônicas em resolução grosseira[0127] 19. Reshape the fundamental and harmonics in coarse resolution

[0128] Usando a lista de harmônicas e um local preciso de cada pico, os locais são usados para determinar o valor de “a” na equação Gaussiana para cada uma das harmônicas. A próxima etapa é reconstituir um modelo de grão grosseiro apenas do fundamental e suas harmônicas na resolução do gráfico de frequência original. Esse gráfico é desprovido de outros sinais, tais como gráficos de frequências de lascamento e gráficos de monte de feno[0128] Using the harmonic list and a precise location of each peak, the locations are used to determine the value of “a” in the Gaussian equation for each of the harmonics. The next step is to reconstruct a coarse-grained model of just the fundamental and its harmonics at the resolution of the original frequency plot. This plot is devoid of other signals, such as chip frequency plots and haystack plots.

[0129] 20. Uso do modelo de fundamental e harmônicas para gerar um relatório apenas de conteúdo de harmônicas nos dados[0129] 20. Using the fundamental and harmonic model to generate a report of only harmonic content in the data

[0130] O modelo de fundamental e suas harmônicas (grãos finos ou grosseiros) são, então, usados para criar uma métrica um tanto subjetiva da condição do rolo. Essa métrica dá uma indicação da correia batendo contra os rolos, qualquer condição de deformação do rolo e qualquer material que adere aos rolos. A métrica é acrescentada a um relatório da condição da correia que poderia ser como uma coluna em uma planilha.[0130] The fundamental model and its harmonics (fine or coarse grains) are then used to create a somewhat subjective metric of roller condition. This metric gives an indication of the belt hitting the rollers, any roller deformation conditions, and any material adhering to the rollers. The metric is added to a belt condition report that could be as a column in a spreadsheet.

[0131] 21. Subtração do modelo fundamental - harmônica a partir do gráfico de frequência.[0131] 21. Subtraction of the fundamental-harmonic model from the frequency graph.

[0132] O modelo de gráfico de frequência fundamental e harmônicas de grão grosseiro é agora subtraído do gráfico de frequência de grãos grosseiros original. Isso remove a fundamental e as harmônicas, deixando para trás as outras assinaturas espectrais de interesse, especificamente os padrões de frequência de lascamento, as frequências de chacoalhar de 100 a 200 Hz e dos montes de feno frouxos, as frequências de batida abaixo da fundamental, as frequências de rangido acima de 200 Hz e os gráficos de desgaste de estágio posterior ou gráficos de captura de monte de feno acima de 200 Hz.[0132] The coarse-grained fundamental frequency and harmonics plot model is now subtracted from the original coarse-grained frequency plot. This removes the fundamental and harmonics, leaving behind the other spectral signatures of interest, specifically the chipping frequency patterns, the 100-200 Hz rattle and loose haystack frequencies, the knock frequencies below the fundamental, the squeak frequencies above 200 Hz, and the late-stage wear plots or haystack capture plots above 200 Hz.

[0133] 22. Gerar uma métrica de falha de lascamento a partir do novo gráfico (subtraído).[0133] 22. Generate a chipping failure metric from the new (subtracted) graph.

[0134] O novo gráfico de frequência subtraída, desprovido da fundamental e harmônicas, é usado para examinar e medir picos abaixo de 100 Hz. É gerada uma métrica da qual é feita a média para dar uma avaliação geral do estado de desgaste das superfícies do mancal. Essa métrica é adicionada ao relatório para cada canal.[0134] The new frequency subtracted graph, devoid of fundamental and harmonics, is used to examine and measure peaks below 100 Hz. A metric is generated and averaged to give an overall assessment of the wear condition of the bearing surfaces. This metric is added to the report for each channel.

[0135] 23. Gerar uma métrica de falha de monte de feno a partir do novo gráfico (subtraído)[0135] 23. Generate a Haystack Failure Metric from the New (Subtracted) Graph

[0136] O novo gráfico de frequência subtraído, desprovido da fundamental e harmônicas é usado para examinar e medir quaisquer gráficos de monte de feno acima de 100 Hz. Um monte de feno ou a série de picos entre 100 Hz e 200 Hz geralmente indica um chiado ou rangido nos mancais e indica falha na metade da vida útil. Os gráficos de monte de feno acima 200 Hz são indicativos de falha em estado posterior ou mancal preso. São geradas métricas das quais foram feitas medias para dar uma avaliação geral do estado de desgaste dos mancais. As métricas são adicionadas ao relatório para cada canal.[0136] The new frequency subtracted graph, stripped of fundamental and harmonics, is used to examine and measure any haystack graphs above 100 Hz. A haystack or series of peaks between 100 Hz and 200 Hz usually indicates a squealing or grinding noise in the bearings and indicates mid-life failure. Haystack graphs above 200 Hz are indicative of late-stage failure or seized bearings. Metrics are generated and averaged to give an overall assessment of the bearing wear condition. The metrics are added to the report for each channel.

[0137] Em suma, as modalidades proveem um sistema e método para a detecção automatizada de equipamento e sistemas, tais como sistema de correias transportadoras usando uma simples disposição de detecção de fibra óptica. Isso tem um potencial significativo para prover um sistema de monitoração eficaz, de baixo custo, e pode ser aplicado para a detecção simultânea de desgaste de máquina em uma série de ambientes.[0137] In summary, the embodiments provide a system and method for the automated detection of equipment and systems, such as conveyor belt systems using a simple fiber optic sensing arrangement. This has significant potential to provide an effective, low cost monitoring system, and can be applied for the simultaneous detection of machine wear in a variety of environments.

InterpretaçãoInterpretation

[0138] A referência, em todo o relatório descritivo a “uma modalidade”, “algumas modalidades” significa que um recurso, estrutura ou característica em particular descritas em conexão com a modalidade é incluído em pelo menos uma modalidade da presente invenção. Assim, a ocorrência de frases “em uma modalidade”, “em algumas modalidades” em vários lugares em todo o relatório descritivo são não se refere, necessariamente, à mesma modalidade, mas pode se referir. Além disso, os recursos, estruturas ou características podem ser combinadas de qualquer modo adequado, como ficaria aparente para os versados na técnica a partir dessa revelação, em uma, ou mais de uma, modalidade. Durante várias tentativas usando diferentes interrogatórios em diferentes transportadoras, todos esses métodos foram usados em uma faixa de diferentes configurações ou modalidades.[0138] Reference throughout the specification to “an embodiment”, “some embodiments” means that a particular feature, structure or characteristic described in connection with the embodiment is included in at least one embodiment of the present invention. Thus, the occurrence of the phrases “in an embodiment”, “in some embodiments” in various places throughout the specification do not necessarily refer to the same embodiment, but may do so. Furthermore, the features, structures or characteristics may be combined in any suitable manner, as would be apparent to those skilled in the art from this disclosure, in one or more than one embodiment. During various trials using different interrogations on different carriers, all of these methods have been used in a range of different configurations or embodiments.

[0139] Conforme aqui usado, a menos que especificado de outra forma, o uso de numerais ordinais "primeiro", "segundo", "terceiro", etc., para descrever um objetivo em comum, indica meramente que é feita referência a diferentes exemplos de objetos similares e não pretendem implicar que os objeto assim descritos precisam estar em uma determinada sequência, seja temporariamente, espacialmente, em fileira ou de qualquer outro modo.[0139] As used herein, unless otherwise specified, the use of ordinal numerals "first," "second," "third," etc., to describe a common object, merely indicates that reference is made to different examples of similar objects and is not intended to imply that the objects so described must be in a particular sequence, whether temporally, spatially, in a row, or otherwise.

[0140] Nas reivindicações abaixo e na presente descrição, qualquer um dos termos compreendendo, compreendido de ou que compreende é um termo em aberto que significa incluindo pelo menos os elementos/recursos que se seguem, mas não excluindo outros. Assim, o termo compreendendo, quando usado nas reivindicações, não deve ser interpretado como sendo limitativo ao significado ou elementos ou etapas listados a seguir. Por exemplo, o escopo da expressão um dispositivo compreendendo A e B não deve ser limitado aos dispositivos que consistem apenas de elementos A e B. Qualquer um dos termos incluindo ou que inclui, conforme aqui usado, também é um termo em aberto que também significa incluindo pelo menos os elementos/recursos que seguem o termo, mas não excluem outros. Assim, incluindo é sinônimo de e significa compreendendo.[0140] In the claims below and in the present description, any of the terms comprising, comprised of or comprising is an open term meaning including at least the elements/features that follow, but not excluding others. Thus, the term comprising, when used in the claims, should not be construed as being limiting to the meaning or elements or steps listed below. For example, the scope of the expression a device comprising A and B should not be limited to devices consisting only of elements A and B. Any of the terms including or including, as used herein, is also an open term meaning also including at least the elements/features that follow the term, but not excluding others. Thus, including is synonymous with and means comprising.

[0141] Conforme usado aqui, o termo “exemplificativo” é usado no sentido de prover exemplos, em oposição a indicar qualidade. Isto é, uma “modalidade exemplificativa” é uma modalidade provida como um exemplo, em oposição a ser uma necessariamente uma modalidade de qualidade exemplificativa.[0141] As used herein, the term “exemplary” is used in the sense of providing examples, as opposed to indicating quality. That is, an “exemplary embodiment” is an embodiment provided as an example, as opposed to necessarily being an embodiment of exemplary quality.

[0142] Deve ser observado que, na descrição acima das modalidades exemplificativas da invenção, vários recursos da invenção são às vezes agrupados em uma única modalidade, FIG., ou descrição dos mesmos com a finalidade de acompanhar a revelação e ajudar a entender um ou mais de seus vários aspectos inventivos. Esse método de revelação, porém, não é para ser interpretado como o que reflete uma intenção de que a invenção reivindicada requer mais recursos do que são expressamente relatados em cada reivindicação. Em vez disso, como as reivindicações a seguir refletem, os aspectos inventivos residem em menos do que todos os recursos de uma única modalidade revelada. Assim, as reivindicações que se seguem à Descrição Detalhada são aqui expressamente incorporadas na Descrição Detalhada, com cada reivindicação constituindo uma modalidade separada da presente invenção.[0142] It should be noted that in the above description of exemplary embodiments of the invention, various features of the invention are sometimes grouped into a single embodiment, FIG., or description thereof for the purpose of accompanying the disclosure and aiding in understanding one or more of its various inventive aspects. This method of disclosure, however, is not to be construed as reflecting an intent that the claimed invention requires more features than are expressly recited in each claim. Rather, as the following claims reflect, the inventive aspects reside in fewer than all of the features of a single disclosed embodiment. Accordingly, the claims that follow the Detailed Description are hereby expressly incorporated into the Detailed Description, with each claim constituting a separate embodiment of the present invention.

[0143] Além disso, enquanto algumas modalidades descritas aqui incluem alguns, mas não outros recursos incluídos em outras modalidades, as combinações dos recursos de diferentes modalidades devem estar dentro do escopo da invenção, e formam diferentes modalidades, como seria entendido pelos versados na técnica. Por exemplo, nas reivindicações a seguir, qualquer uma das modalidades reivindicadas pode ser usada em qualquer combinação.[0143] Furthermore, while some embodiments described herein include some but not other features included in other embodiments, combinations of the features of different embodiments are intended to be within the scope of the invention, and form different embodiments, as would be understood by those skilled in the art. For example, in the following claims, any of the claimed embodiments may be used in any combination.

[0144] Além disso, algumas das modalidades são descritas aqui como um método ou combinação de elementos de um método que pode ser implementado por um processador de um sistema de computador ou por outros meios de executar a função. Assim, um processador com as instruções necessárias para efetuar tal método ou elemento de um método forma um meio para executar o método ou elemento de um método. Além disso, um elemento descrito aqui de uma modalidade de aparelho é um exemplo de um meio de executar a função realizada pelo elemento com a finalidade de executar a invenção.[0144] Furthermore, some of the embodiments are described herein as a method or combination of elements of a method that may be implemented by a processor of a computer system or by other means of performing the function. Thus, a processor with the instructions necessary to perform such a method or element of a method forms a means for performing the method or element of a method. Furthermore, an element described herein of an apparatus embodiment is an example of a means of performing the function performed by the element for the purpose of performing the invention.

[0145] Na descrição provida aqui, vários detalhes específicos são estabelecidos. Porém, entende-se que as modalidades da invenção podem ser praticadas se messes detalhes específicos. Em outros exemplos, métodos, estruturas e técnicas bem conhecidos não foram mostrados em detalhes para não obscurecer o entendimento da presente descrição.[0145] In the description provided herein, various specific details are set forth. However, it is understood that embodiments of the invention may be practiced without such specific details. In other examples, well-known methods, structures, and techniques have not been shown in detail so as not to obscure the understanding of the present description.

[0146] Similarmente, será observado que o termo acoplado, quando usado nas reivindicações, não deve ser interpretado como sendo limitado apenas às conexões diretas. Os termos "acoplado" e "conectado," juntamente com seus derivativos, podem ser usados. Deve-se entender que a intenção não é que esses termos sejam sinônimos uns dos outros. Assim, o escopo da expressão um dispositivo A acoplado a um dispositivo B não deve se limitar aos dispositivos ou sistemas em que uma saída do dispositivo A é diretamente conectada a uma entrada do dispositivo B. Significa que existe um trajeto entre uma saída de A e uma entrada de B que pode ser um trajeto incluindo outros dispositivos ou meios. "Acoplado" pode significar que dois ou mais elementos estão ou em contato físico direto ou elétrico, ou que dois ou mais elementos não estão em contato direto um com o outro, mas ainda assim cooperam ou interagem um com o outro.[0146] Similarly, it will be appreciated that the term coupled, when used in the claims, is not to be construed as being limited to direct connections only. The terms "coupled" and "connected," together with their derivatives, may be used. It should be understood that these terms are not intended to be synonymous with each other. Thus, the scope of the expression a device A coupled to a device B is not to be limited to devices or systems in which an output of device A is directly connected to an input of device B. It means that there is a path between an output of A and an input of B which may be a path including other devices or means. "Coupled" may mean that two or more elements are either in direct physical or electrical contact, or that two or more elements are not in direct contact with each other but nevertheless cooperate or interact with each other.

[0147] Assim, enquanto foram descritas o que se acredita serem as modalidades preferidas da invenção, os versados na técnica irão reconhecer que outras modificações podem ser feitas aqui, sem que se afastem do espírito da invenção, e pretende reivindicar tais mudanças e modificações como estando dentro do escopo da invenção. Por exemplo, quaisquer fórmulas dadas acima são meramente representativas de procedimentos que podem ser usados. A funcionalidade pode ser acrescentada ou deletada do bloco de diagramas, e as operações podem ser intercambiadas entre blocos funcionais Etapas podem ser acrescentadas ou deletadas a métodos descritos dentro do escopo da presente invenção.[0147] Thus, while what are believed to be preferred embodiments of the invention have been described, those skilled in the art will recognize that other modifications may be made herein without departing from the spirit of the invention, and intend to claim such changes and modifications as being within the scope of the invention. For example, any formulas given above are merely representative of procedures that may be used. Functionality may be added or deleted from the block diagrams, and operations may be interchanged between functional blocks. Steps may be added or deleted to methods described within the scope of the present invention.

Claims (15)

1. Método para medir o estado ou condição de uma pluralidade de partes de máquina (3, 4, 5, 6, 7, 8) espacialmente afastadas sujeitas a desgaste e emitir uma assinatura acústica, o método caracterizado por incluir as etapas de: (a) opticamente detectar ao longo de um guia de onda as propriedades acústicas da pluralidade de partes de máquina (3, 4, 5, 6, 7, 8) sujeitas a desgaste, e derivando sinais detectados a partir daí; (b) dividir os sinais detectados em uma primeira série de segmentos espaciais correspondentes ao longo de partes de máquina (3, 4, 5, 6, 7, 8) espaçadas e, para cada segmento espacial, dividir o sinal detectado em um segmento temporal que registra as propriedades acústicas para o segmento espacial por um período de tempo estendido; (c) dividir cada segmento temporal em uma série de domínio de frequência e subsegmentos, transformando os subsegmentos em correspondentes subsegmentos de domínio de frequência; (d) combinar os subsegmentos de domínio de frequência dentro de um segmento espacial, para produzir um correspondente subsegmento de domínio de frequência combinado de nível de ruído inferior; e (e) determinar a frequência fundamental das assinaturas acústicas emitidas presentes no subsegmento de domínio de frequência combinado, e harmônicas associadas.1. A method for measuring the state or condition of a plurality of spatially spaced machine parts (3, 4, 5, 6, 7, 8) subject to wear and emitting an acoustic signature, the method comprising the steps of: (a) optically detecting along a waveguide the acoustic properties of the plurality of machine parts (3, 4, 5, 6, 7, 8) subject to wear, and deriving detected signals therefrom; (b) dividing the detected signals into a first series of corresponding spatial segments along spaced machine parts (3, 4, 5, 6, 7, 8) and, for each spatial segment, dividing the detected signal into a temporal segment recording the acoustic properties for the spatial segment over an extended period of time; (c) dividing each temporal segment into a series of frequency domain subsegments, transforming the subsegments into corresponding frequency domain subsegments; (d) combining the frequency domain subsegments within a spatial segment to produce a corresponding lower noise level combined frequency domain subsegment; and (e) determining the fundamental frequency of the emitted acoustic signatures present in the combined frequency domain subsegment, and associated harmonics. 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por tal detecção óptica ocorrer substancialmente de forma simultânea para as propriedades acústicas da pluralidade de partes de máquina (3, 4, 5, 6, 7, 8).2. Method according to claim 1, characterized in that such optical detection occurs substantially simultaneously for the acoustic properties of the plurality of machine parts (3, 4, 5, 6, 7, 8). 3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por tal etapa (d) incluir ainda subtrair uma medida de ruído de fundo do subsegmento combinado de domínio de frequência.3. The method of claim 1, wherein said step (d) further includes subtracting a background noise measure from the combined frequency domain subsegment. 4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por tal medida de ruído de fundo incluir uma curva interpolada através, substancialmente, dos níveis de ruído de fundo inferiores do subsegmento combinado de domínio de frequência.4. The method of claim 3, wherein said background noise measure includes a curve interpolated through substantially the lower background noise levels of the combined frequency domain subsegment. 5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por tal curva interpolada incluir uma dentre uma curva de segmento polinomial, exponencial, logarítmica ou curva de segmento por partes.5. The method of claim 4, wherein said interpolated curve includes one of a polynomial, exponential, logarithmic segment curve or piecewise segment curve. 6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por tal detecção óptica incluir a utilização da difusão ao longo de uma fibra óptica para detectar tais propriedades acústicas.6. The method of claim 1, wherein such optical detection includes using diffusion along an optical fiber to detect such acoustic properties. 7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por tal etapa (a) incluir ainda filtrar os sinais detectados para levar em conta as características de atenuação com base em frequência do sistema de detecção.7. The method of any one of claims 1 to 6, wherein said step (a) further includes filtering the detected signals to take into account the frequency-based attenuation characteristics of the detection system. 8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por tal etapa (e) incluir a etapa de convoluir uma estrutura de formato Gaussiano com o subsegmento combinado de domínio de frequência.8. The method of any one of claims 1 to 7, wherein said step (e) includes the step of convolving a Gaussian-shaped structure with the combined frequency-domain subsegment. 9. Sistema para medir o estado ou condição de uma pluralidade de mancais espacialmente afastados (3, 4, 5, 6, 7, 8), o sistema caracterizado por incluir primeira unidade de sensor para opticamente detectar ao longo de um guia de onda as propriedades acústicas que circundam um guia de onda óptico estendido disposto próximo aos ditos mancais espaçados (3, 4, 5, 6, 7, 8); meios de processamento para processamento de tais sinais detectados em uma série de segmentos espaciais correspondentes; com cada segmento espacial tendo um segmento temporal estendido que registra as propriedades acústicas do segmento espacial por um período de tempo estendido; tais meios de processamento ainda realizando processamento de domínio de frequência de tal segmento temporal estendido para produzir correspondente segmento de domínio de frequência de nível de ruído inferior; e tais meios de processamento ainda revendo tal segmento de domínio de frequência para determinar a existência de qualquer frequência fundamental e harmônicas associadas de qualquer mancal (3, 4, 5, 6, 7, 8) que emite uma assinatura acústica.9. A system for measuring the state or condition of a plurality of spatially spaced bearings (3, 4, 5, 6, 7, 8), the system comprising a first sensor unit for optically detecting along a waveguide the acoustic properties surrounding an extended optical waveguide disposed proximate to said spaced bearings (3, 4, 5, 6, 7, 8); processing means for processing such detected signals into a series of corresponding spatial segments; with each spatial segment having an extended temporal segment that records the acoustic properties of the spatial segment for an extended period of time; such processing means further performing frequency domain processing of such extended temporal segment to produce a corresponding lower noise level frequency domain segment; and such processing means further reviewing such frequency domain segment to determine the existence of any fundamental frequency and associated harmonics of any bearing (3, 4, 5, 6, 7, 8) that emits an acoustic signature. 10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ditas partes de máquina formarem parte de uma correia transportadora, e ditas partes de máquina incluírem mancais (3, 4, 5, 6, 7, 8).10. The method of claim 1, wherein said machine parts form part of a conveyor belt, and said machine parts include bearings (3, 4, 5, 6, 7, 8). 11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por compreender ainda as etapas de: (f) subtrair um modelo da frequência fundamental de rotação e harmônicas do subsegmento combinado de domínio de frequência para obter um subsegmento de domínio de frequência modificado; e (g) analisar o subsegmento de domínio de frequência modificado para determinar condições de desgaste do mancal.11. The method of claim 10, further comprising the steps of: (f) subtracting a model of the fundamental rotational frequency and harmonics from the combined frequency domain subsegment to obtain a modified frequency domain subsegment; and (g) analyzing the modified frequency domain subsegment to determine bearing wear conditions. 12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 ou 11, caracterizado por tal etapa (d) incluir fazer a média ou adição dos sub-segmentos de domínio de frequência.12. The method of either claim 10 or claim 11, wherein said step (d) includes averaging or adding the frequency domain subsegments. 13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por as condições de desgaste do mancal incluírem pelo menos uma de: a frequência fundamental de rotação de rolos e frequências harmônicas; frequências de lascamento de mancal, se houver, padrões de desgaste de metade da vida útil do mancal, ou padrões de desgaste de estágio posterior do mancal, padrões de monte de feno do mancal, e em que as ditas frequências de lascamento são preferivelmente abaixo de 100Hz.13. The method of claim 11, wherein the bearing wear conditions include at least one of: the fundamental roller rotation frequency and harmonic frequencies; bearing spalling frequencies, if any, bearing half-life wear patterns, or bearing late-stage wear patterns, bearing haystack patterns, and wherein said spalling frequencies are preferably below 100 Hz. 14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizado por tais segmentos temporais terem de dois a dez minutos de duração.14. Method according to any one of claims 10 to 13, characterized in that such time segments are two to ten minutes in duration. 15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizado por tais sub-segmentos terem aproximadamente 3 segundos de duração.15. Method according to any one of claims 10 to 13, characterized in that such sub-segments are approximately 3 seconds in duration.
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