一种船用推进轴遥感式应变测量系统及其测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种船用推进轴遥感式应变测量系统及其测量装置，所述船用推进轴遥感式应变测量系统，包括：一转子采集系统，用于检测传动轴的微应变信号和转速/转向信号，并利用zigbee无线发送至定子分析系统；一定子分析系统，用于接收微应变信号和转速/转向信号，并对其进行分析处理、存储和显示；以及一无线感应供电系统，其采用OC型线圈缠绕无线供电、电源激励，为应力片扭矩测量电桥、转速/转向传感器提供电源。本实用新型专利技术提供的推进轴遥感式应变测量系统，针对金属和非金属不同材料、不同直径的传动轴进行了全新的通用型OC型无线感应供电设计，以满足各种材质及尺寸的传动轴测量需求，用于对传动轴在旋转工作状态时的实时扭矩、功率、转速和转向进行监测。

A remote sensing strain measurement system for marine propeller shaft and its measuring device

【技术实现步骤摘要】
一种船用推进轴遥感式应变测量系统及其测量装置
本技术涉及船舶测量和监控
，尤其涉及一种船用推进轴扭矩/功率/转速/转向遥感式应变测量系统及其测量装置。
技术介绍
扭矩和轴功率是体现整个动力系统性能的重要参数之一，随着工业革命4.0的到来，动力系统中的输出轴上扭矩和轴功率参数的实时读取变得越来越重要。特别在船舶领域，船舶智能化程度越来越高，越造越大，目前市场上的传递式的扭矩仪已经无法满足像船舶这样的大型轴系扭矩和轴功率的测量。并且传统的工业上使用的扭矩仪无法测量计算轴功率，安装必须要破坏原有轴系，这些都是无法满足船用要求的。如已公开专利CN109341915A公开了一种港作拖轮轴功率在线监测分析系统，其所披露的无线感应采用的是马蹄U型永磁铁+线圈形式，这样的设计存在一弊端，无线能量传输发射器端所产生交流磁场，会使得U型磁铁内部及转子转轴表面同时产生极大的感应涡流，感应涡流将交流电磁场的能量直接转化为热能，从而使得无线能量传输的效率极大地降低，甚至于几乎无法传递能量，因此这种形式只能适用于非金属的传动轴系，无法使用在金属的轴系上，自然也就无法在船上使用。我们针对金属和非金属不同材料进行了全新的无线感应供电设计，可以满足各种材质的传动轴。此外，该专利没有设置转速采集单元，根据轴功率测量的原理，轴功率是通过扭矩乘以转速乘以2π再除以60得来的，没有动态转速信号的采集，理论上无法计算出轴功率。又如已公开专利CN20420279U公开了一种船用轴功率测量系统，其所采用的两个编码器之间需要较远的距离才可以保证测量的准确性，而在大多数测量现场环境并不能满足这样的安装条件；该专利是通过测量加速度积分转动惯量来计算功率的，校准也是用的编码器，每一个瞬时值的累积会在长期监测以后产生较大的误差偏离；该专利中使用的编码盘是数字测量的形式，精度限制于编码盘的分辨率，信号不能放大，而我们使用的应变片是模拟电路测量，信号可以无限放大；以及该专利中使用的编码盘采用的是光电信号，受到一点点污染就不能用了，对于船舶的苛刻现场环境有一定的制约性。轴功率作为船用柴油机及其动力装置最重要的性能参数之一，一般通过间接测量轴系的输出转矩和转速得到。目前，国内船舶轴系轴功率测量还主要采用钢弦式转矩仪，它是利用轴扭转时传感器中的钢弦拉紧或放松，通过钢弦自身频率变化测得转矩。这种转矩仪的体积较大，传感器安装复杂，对测试环境要求较高。属于一种接触式转矩测量法。应变式转矩仪通过应变式传感器来测量轴在扭矩作用下产生的主应变。其传感器有应变片、铁磁材料等。根据应变信号传输方式的不同，又分为接触式和遥测式应变测量两种方法。目前在舰船上使用的扭矩和轴功率测量的设备都是便携式测量使用的，真正可以安装在舰船轴系上长期使用的扭矩，轴功率监测设备大多数都还停留在理论阶段，没有落地的产品，这是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本技术为解决现有技术中的上述问题，提出的一种船用推进轴扭矩/功率/转速/转向遥感式应变测量系统及其测量装置。为实现上述目的，本技术采用以下技术方案：本技术的第一个方面是提供一种船用推进轴遥感式应变测量系统，用于金属和/或非金属传动轴的测量，包括：一转子采集系统，其包含设置于被测传动轴上的应力片扭矩测量电桥和转速/转向传感器，用于检测所述传动轴的微应变信号和转速/转向信号，并将检测的所述微应变信号和转速/转向信号无线发送至定子分析系统；一定子分析系统，用于接收所述转子模块传输的所述微应变信号和转速/转向信号，并对其进行分析处理、存储和显示，以获得所述传动轴的扭矩、功率、转速和转向信息；以及一无线感应供电系统，其采用OC型线圈缠绕无线供电、电源激励方式，分别与所述转子采集系统和定子分析系统连接，用于为所述应力片扭矩测量电桥、转速/转向传感器提供电源。进一步地，所述转子采集系统，还包含：一无线能量传输模块，其与所述无线感应供电系统的转子激励C型线圈连接，用于为所述转子采集系统提供电源；一应变片激励/数据采集模块，其与所述应力片扭矩测量电桥连接，用于采集所述传动轴的微应变信号；以及一转子微处理单元，其与所述应变片激励/数据采集模块和所述转速/转向传感器连接，用于接收所述微应变信号和转速/转向信号。进一步优选地，所述定子分析系统，包括：一主控单元，其通过无线通信模块与所述转子微处理单元连接，用于接收所述微应变信号和转速/转向信号，并对接收的所述微应变信号和转速/转向信号进行分析处理；一本地显示单元，其与所述主控单元连接，用于实时显示所述传动轴的扭矩、功率、转速和转向信息；以及一储存单元，其与所述主控单元连接，用于实时储存所述传动轴的扭矩、功率、转速和转向信息。进一步更为优选地，所述无线通信模块包括与所述转子微处理单元连接的无线数据发送模块和与所述主控单元连接的无线数据接收模块。进一步地，所述的船用推进轴遥感式应变测量系统，还包括：一通过RS485转接模块与所述主控单元连接的远程监控系统，用于远程实时监测所述传动轴的扭矩、功率、转速和转向信息。进一步地，所述无线能量传输模块通过所述定子分析系统外接24VDC。进一步地，所述无线能量传输模块，包括：一正弦信号产生与放大电路，用于产生高频正弦信号，并将正弦信号放大，以驱动发射线圈；一O型无线能量发射端，其为圆形绕制的螺旋线，接在正弦信号产生于放大电路上，用于无线能量的发射；一C型无线能量接收端，其为矩形绕制的螺旋线，并将螺旋线整体弯曲成C型，贴在转子上，接在转子电路中，用于无线能量的接受；一整流稳压电路，其由二极管整流电路、稳压芯片以及储能电容组成，用于无线能量的接收、整流、滤波、稳压以及存储。本技术的第二个方面是提供一种基于所述系统的船用推进轴遥感式应变测量装置，其包括转子采集装置和由无线感应供电装置、定子分析装置构成的定子装置，所述无线感应供电装置和定子分析装置位于支座架顶部，其中：所述转子采集装置设置于传动轴上，其包括转子套环、扭矩测量应变片、设置于所述转子套环上的转子电路板和转速/转向传感器，所述转子电路板分别与所述扭矩测量应变片和转速/转向传感器连接，用于检测所述传动轴的微应变信号和转速/转向信号，并将检测的所述微应变信号和转速/转向信号无线发送至定子分析装置；所述无线感应供电装置包括定子盒、设置于所述定子盒内的定子激励O型线圈和设置于所述转子套环上的转子激励C型线圈，所述定子激励O型线圈和所述转子激励C型线圈分别采用O型和C型线圈缠绕组合方式进行无线供电，用于为所述扭矩测量应变片、转子电路板和转速/转向传感器提供电源；以及所述定子分析装置包括控制箱、设置于所述控制箱上的定子电路板和分别与所述定子电路板连接的电源稳压模块和本地显示屏，用于接收所述采集装置采集的所述微应变信号和转速/转向信号，并对其进行分析处理、存储和显示，以获得所述传动轴的扭矩、功率、转速和转向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船用推进轴遥感式应变测量系统，用于金属和/或非金属传动轴的测量，其特征在于，包括：/n一转子采集系统，其包含设置于被测传动轴上的应力片扭矩测量电桥和转速/转向传感器，用于检测所述传动轴的微应变信号和转速/转向信号，并将检测的所述微应变信号和转速/转向信号无线发送至定子分析系统；/n一定子分析系统，用于接收所述转子采集系统传输的所述微应变信号和转速/转向信号，并对其进行分析处理、存储和显示，以获得所述传动轴的扭矩、功率、转速和转向信息；以及/n一无线感应供电系统，其采用OC型线圈缠绕无线供电、电源激励方式，分别与所述转子采集系统和定子分析系统连接，用于为所述应力片扭矩测量电桥、转速/转向传感器提供电源。/n

【技术特征摘要】
1.一种船用推进轴遥感式应变测量系统，用于金属和/或非金属传动轴的测量，其特征在于，包括：
一转子采集系统，其包含设置于被测传动轴上的应力片扭矩测量电桥和转速/转向传感器，用于检测所述传动轴的微应变信号和转速/转向信号，并将检测的所述微应变信号和转速/转向信号无线发送至定子分析系统；
一定子分析系统，用于接收所述转子采集系统传输的所述微应变信号和转速/转向信号，并对其进行分析处理、存储和显示，以获得所述传动轴的扭矩、功率、转速和转向信息；以及
一无线感应供电系统，其采用OC型线圈缠绕无线供电、电源激励方式，分别与所述转子采集系统和定子分析系统连接，用于为所述应力片扭矩测量电桥、转速/转向传感器提供电源。


2.根据权利要求1所述的船用推进轴遥感式应变测量系统，其特征在于，所述转子采集系统，还包含：
一无线能量传输模块，其与所述无线感应供电系统的转子激励C型线圈连接，用于为所述转子采集系统提供电源；
一应变片激励/数据采集模块，其与所述应力片扭矩测量电桥连接，用于采集所述传动轴的微应变信号；以及
一转子微处理单元，其与所述应变片激励/数据采集模块和所述转速/转向传感器连接，用于接收所述微应变信号和转速/转向信号。


3.根据权利要求2所述的船用推进轴遥感式应变测量系统，其特征在于，所述定子分析系统，包括：
一主控单元，其通过无线通信模块与所述转子微处理单元连接，用于接收所述微应变信号和转速/转向信号，并对接收的所述微应变信号和转速/转向信号进行分析处理；
一本地显示单元，其与所述主控单元连接，用于实时显示所述传动轴的扭矩、功率、转速和转向信息；以及
一储存单元，其与所述主控单元连接，用于实时储存所述传动轴的扭矩、功率、转速和转向信息。


4.根据权利要求3所述的船用推进轴遥感式应变测量系统，其特征在于，所述无线通信模块包括与所述转子微处理单元连接的无线数据发送模块和与所述主控单元连接的无线数据接收模块。


5.根据权利要求3所述的船用推进轴遥感式应变测量系统，其特征在于，还包括：一通过RS485模块与所述主控单元连接的远程监控系统，用于远程实时监测所述传动轴的扭矩、功率、转速和转向信息。


6.根据权利要求2所述的船用推进轴遥感式应变测量系统，其特征在于，所述无线能量传输模块，包括：
一正弦信号产生与放大电路，用于产生高频正弦信号，并将正弦信号放大，以驱动发射线圈；
一O型无线能量发射端，其为圆形绕制...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐佳文，严如强，景渊，梁国飞，
申请(专利权)人：上海船越机电设备有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31