船舶柴油机轴功率监测传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种船舶柴油机轴功率监测传感器，包括有磁阻传感器、测量皮带及与磁阻传感器配套的外围电路组成，当传动轴转动时，磁阻传感器检测测量皮带塑料块上永久磁铁产生的变化磁场，可产生类正弦信号；与测量皮带径向相距一定距离的水平位置对称布置有磁阻传感器以输出信号，所述的磁阻传感器是基于磁敏电阻元件的磁阻效应制成的，通过信号处理提取两磁阻传感器输出信号间的相位差，得到扭矩信号，计算两磁阻传感器输出信号中的任一信号频率得到原动机转速，获得轴功率的值。本发明专利技术的优点：设备结构简单、体积小，安装方便；灵敏度高、工作频率特性稳定、抗干扰能力强；测量精确；可以在原动机运行的条件下，实时监测原动机轴功率、转速。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及轴功率在线监测，特别涉及一种船舶柴油机轴功率监测传感器。
技术介绍
船舶柴油机轴功率是船舶交付检验、船舶航行过程中船一机一桨匹配和动力装置性能监测与诊断的重要参数。目前，国内外的测试方法主要为应变式扭矩测试法和相位差式扭矩测试法。应变式扭矩测试法一般为应变片法和磁弹性法。应变片法采用电阻应变片测量轴系应变量，其安装要求比较高，人为因素影响大，难以保证精度，使用周期和寿命短。磁弹性法是基于铁磁材料的压磁效应来检验线圈中磁通的变化量，其结构复杂，设备加工工艺要求高，调试困难。相位差式扭矩测试法一般有钢弦法、激光法等。钢弦法通过钢弦传感器频率变化检测相位差，这种方法测量精度较高，但机械设备多，体积大，成本高，携带、测试不方便。激光法是基于多普勒效应，利用激光发射接收器等设备检测电磁传感器信号相位差， 测量精度高，操作简便，但需要光源。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种船舶柴油机轴功率监测传感器，以克服现有船舶柴油机轴功率测量技术的不足，对轴功率进行非接触式测量，达到实时监测船舶柴油机轴功率状态，提高了船舶全寿命周期管理能力，测量精度高，可适用于不同轴径及额定功率的原动机。本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案船舶柴油机轴功率监测传感器，其特征在于包括有磁阻传感器、测量皮带及与磁阻传感器配套的外围电路组成，所述的与磁阻传感器配套的外围电路主要包括有电源模块和基于PIC单片机的信号反馈补偿电路，通过信号反馈补偿电路调节磁阻传感器的输出信号与磁场变化关系，使磁阻传感器的输出信号随磁场改变呈线性变化，并可调节磁阻传感器的输出信号幅值；测量皮带采用齿式钢丝传动带，其表面嵌有16个带有永久磁铁的塑料块，通过六角螺栓安装于传动轴上，当传动轴转动时，磁阻传感器检测测量皮带塑料块上永久磁铁产生的变化磁场，可产生类正弦信号；与测量皮带径向相距一定距离的水平位置对称布置有两个互为备份的磁阻传感器以输出信号，所述的磁阻传感器是基于磁敏电阻元件的磁阻效应制成的，通过信号处理提取两磁阻传感器输出信号间的相位差，即可得到扭矩信号，再计算两磁阻传感器输出信号中的任一信号频率得到原动机转速，便可获得轴功率的值。按上述方案，与磁阻传感器配套的外围电路还包括有调理电路，以此调理电路将磁阻传感器的输出信号的偏置及零时刻值进行标定，并通过电位计调节磁阻传感器的输出信号幅值，将其调整到要求范围内。按上述方案，所述磁敏电阻为磁敏电阻KMZ10A。按上述方案，所述的测量皮带包括有第一测量皮带和第二测量皮带，其分别安装在传动轴的驱动端和负载端。按上述方案，所述的测量皮带上的塑料块中的永久磁铁的磁性按N、S级交错布置。按上述方案，所述的磁阻传感器与测量皮带的水平中心线径向距离均为10-16cm。本专利技术的工作原理本专利技术是基于磁电阻效应，如图2所示，采用了一种Barber结构桥式电路，其内部含有偏置磁场的Ni-Fe合金薄膜磁阻元件，具有线性范围宽、灵敏度高、工作频率特性稳定、抗干扰能力强、温度性能优良、体积小和结构简单等特点。当外加磁场与薄膜平面平行，并与电流流向成S角时，其电阻$(约将随角度d的变化而变化，并同时出现各向异性的变化。其输出表达式为V{9) = I / 2(M / 怂)& cos 5(I)其中Ai == I/ 2(,Rjj+及丄)(2)AS/怂为各向异性效应的磁电阻比，它是由磁阻材料本身所决定的。由公式(2-4)可知，薄膜磁阻元件不但具有倍频功能，且还能检测外加磁场的方向。又因为卿、A + R ￠€) B =师h + 师.h =+ 及丄(3)无论作用于薄膜磁阻平面的磁场方向如何改变，桥式电路的总阻值总是保持不变，可以达到IOOMHz的较宽频带。当原动机输出功率时，传动轴会发生扭转变形，安装于传动轴上的测量皮带产生的磁场会发生变化，通过磁敏电阻制成的磁阻传感器检测磁场的变化可得到扭矩信号，再计算磁阻传感器输出信号频率得到原动机转速，便可获得轴功率的值。本专利技术与现有技术相比具有以下主要的优点1.采用了基于磁阻效应的非接触式测量方法，设备结构简单、体积小，安装方便；2.传感器设计方法比较新颖，且灵敏度高、工作频率特性稳定、抗干扰能力强；2.测量精确，在正常条件下，轴功率结果与实际结果误差在3%之内；3.可以在原动机运行的条件下，实时监测原动机轴功率、转速等参数。附图说明图I为本专利技术磁阻传感器测量船舶柴油机轴功率原理及结构示意图2为本专利技术磁阻传感器中的磁敏电阻元件结构示意图及等效电路；图3为本专利技术磁阻传感器中正峰值检测电路；图4为本专利技术磁阻传感器中负峰值检测电路；图5为本专利技术磁阻传感器中PIC单片机信号处理程序流程图6为本专利技术磁阻传感器支架及磁阻传感器安装示意图7为本专利技术磁阻传感器中测量皮带结构图；图8为本专利技术磁阻传感器设计过程中有限元计算结果图9为本专利技术磁阻传感器外围调理电路原理图10为本专利技术磁阻传感器输出信号经外围调理电路后的信号波形；图中1.柴油机；2.第一磁阻传感器；3.第二磁阻传感器；4.第三磁阻传感器；5.第四磁阻传感器；6.第一测量皮带；7.第二测量皮带；8.传动轴；9.螺旋桨；10.第一叉形支架；11.第二叉形支架；12.六角螺栓；13.六角螺母；14.永久磁铁；15.塑料块；16.带孔 (与六角螺栓匹配)的塑料块。具体实施例方式船舶柴油机轴功率监测传感器，其特征在于包括有磁阻传感器、测量皮带及与磁阻传感器配套的外围电路组成，所述的与磁阻传感器配套的外围电路主要包括有电源模块和基于PIC单片机的信号反馈补偿电路，通过信号反馈补偿电路调节磁阻传感器的输出信号与磁场变化关系，使磁阻传感器的输出信号随磁场改变呈线性变化，并可调节磁阻传感器的输出信号幅值；测量皮带采用齿式钢丝传动带，其表面嵌有16个带有永久磁铁的塑料块，通过六角螺栓安装于传动轴上，当传动轴转动时，磁阻传感器检测测量皮带塑料块上永久磁铁产生的变化磁场，可产生类正弦信号；与测量皮带径向相距一定距离的水平位置对称布置有两个互为备份的磁阻传感器以输出信号，所述的磁阻传感器是基于磁敏电阻元件的磁阻效应制成的，通过信号处理提取两磁阻传感器输出信号间的相位差，即可得到扭矩信号，再计算两磁阻传感器输出信号中的任一信号频率得到原动机转速，便可获得轴功率的值。按上述方案，与磁阻传感器配套的外围电路还包括有调理电路，以此调理电路将磁阻传感器的输出信号的偏置及零时刻值进行标定，并通过电位计调节磁阻传感器的输出信号幅值，将其调整到要求范围内。按上述方案，所述磁敏电阻为磁敏电阻KMZ10A。按上述方案，所述的测量皮带包括有第一测量皮带和第二测量皮带，其分别安装在传动轴的驱动端和负载端。按上述方案，所述的测量皮带上的塑料块中的永久磁铁的磁性按N、S级交错布置。按上述方案，所述的磁阻传感器与测量皮带的水平中心线径向距离均为10-16cm。下面结合附图对本专利技术进一步说明，整个专利技术过程如下本专利技术提供的船舶柴油机轴功率监测传感器，其结构如图I所示，由磁阻传感器、测量皮带及与磁阻传感器配套的外围电路等组成，其中，磁阻传感器是基于磁敏电阻KMZlOA的磁阻效应制成。如图2所示，通过其内部的Ni-Fe 合金薄膜磁阻元件检测磁场的变化得到扭矩信号。磁阻传感器的外围电路中还包含峰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建国，何浩，余永华，胡璐，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：