[發明專利]偏心誤差修正式的船舶軸系扭矩測量探頭

有效

• 申請號: 201410156272.0
• 申請日: 2014-04-18
• 公開（公告）號: CN103900747A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 楊琨;嚴新平;鄧文軍;肖勁飛;陳冰清
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01L3/00
• 分類號: G01L3/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王守仁

技術領域

本發明涉及測量裝置的一部分，特別是一種適用于偏心誤差修正式的船舶軸系扭矩測量探頭，適用于諸如監測軸系扭矩和功率等工作狀況的應用場合。

背景技術

在現代科學技術中，各種系統設施為了安全考慮都加強了在線監測系統。若哪里出了問題可以方便預防和維護，從而保障安全。隨著現代船舶行業的迅速發展，各不相同的動力裝置應運而生，而其復雜度也逐漸增高。柴油機在整個船舶中占據著如同“心臟”的重要位置，而輸出軸的功率是柴油機最重要的性能參數之一，它的可靠性關系著船舶的營運以及眾多人員的人身安全。目前，在線監測船舶動力系統的運行狀態，并對所反饋的信號得以判斷和分析來預防事故的發生，從而保障船體以及人身的安全。而軸系扭矩是軸功率測量的重要依據因此開展軸系扭矩監測技術的研究意義甚大。

柴油機軸系是一個非常復雜的彈性阻尼系統，船舶在運行過程中，推進軸系會受到螺旋槳水動力、船體變形、潤滑油膜等各種動態因素的影響，在氣缸的氣體壓力以及活塞連桿機構的往復慣性力等周期性干擾力矩的作用下，會激起系統的強迫振動。而當該干擾力矩的頻率與系統的固有頻率一致時，扭轉振動的振幅將會達到一個峰值而產生軸系的共振現象，很有可能引起機體振傳動系統零部件損壞、軸承過度磨損、甚至軸系折斷等事故。因此，必須對軸系動態性檢測進行深入研究。

各種軸功率測量方法一般是通過測量軸系扭矩，計算軸功率。測量旋轉軸所傳遞的扭矩，由于軸本身在旋轉，若直接在其上面貼應變片測量，顯然長時間之后一定會有很大誤差。為此，往往采用各種集流環裝置進行測量，但在測量精度、經濟性及勞動保護等方面存在許多不足。軸系扭矩測量的基本原理分為平衡力法，能量轉換法和傳遞法。平衡力法是利用平衡扭矩去平衡被測扭矩，從而求得扭矩的方法；能量轉換法是按照能量守恒定律來測量扭矩的一種方法，通過測量其它與扭矩有關的能量系數來確定被測扭矩的大小；傳遞法是根據彈性元件在傳遞扭矩時所產生的物理參數的變化（變形、應力或應變）來測量扭矩的方法。平衡力法只適用于勻速和靜態的情況；能量轉換法的間接測量因素太多，而且誤差大。這兩種方法都不適合于動態測量。

船舶軸系扭矩測裝置按測量方法主要分為接觸型和非接觸型。接觸型測量裝置技術已經成熟，廣泛應用于軸功率和扭矩測量中。雖然目前較為先進的軸功率監測裝置采用了遙測應變儀，但是測量效果仍不理想，加上應變片安裝維護困難且易被復雜的環境因素所影響等缺陷，性能不夠穩定，而且測量結果并不精準，需要定期標定。

作為軸系功率及扭矩測量的未來發展方向的非接觸型測量，目前主要有以下兩種：

（1）超聲波測量技術：

該超聲波測量技術的主要優點是不受環境光及電磁場的干擾，工作間隙大，對惡劣環境有一定的適應能力，測量精度高，價格適中。由于上述優點，這種測量技術發展較快，是目前投入應用最多的一種。但這種測量技術也有一些缺點：如受聲速、環境介質等因素的干擾較大，抗干擾能力差測試電路復雜，必須進行多種補償才能獲得較高精度。

（2）CCD（Charge?Coupled?Devices）圖像測量技術：

該CCD圖像測量技術是一種集光電轉換、電荷存儲、電荷轉移為一體的電荷耦合傳感器件，它把入射到傳感器光敏面上按空間分布的光強信息轉換為按時序串行輸出的電信一視頻信號，能再現入射的光輻射信號。利用CCD器件本身所具有的自掃描、高分辨率、高靈敏度、結構緊湊等特性進行非接觸式測量時，無需配置復雜的機械運動結構，從而減少了系統誤差的來源。它可以適應高效率、自動化、動態監測、非接觸測量等要求。在工程實際檢測中，尤其是對小尺寸的測量方面具有很強的優勢。

非接觸式軸系扭矩測量的方法是在軸系上安裝兩個光電碼盤，當軸上傳遞一定扭矩時，兩個碼盤在轉動過程中會出現相對的扭轉，通過檢測這一相對扭轉的角度可以計算出當前軸上傳遞扭矩的大小。兩碼盤扭轉角度的監測依賴于圖中所示的光電傳感器來完成，而角度監測的準確與否不僅取決于光電傳感器的響應速度，而且也取決于對于碼盤安裝中造成的偏心和不同軸的誤差的修正，光電響應速度越快、對于偏心和不同軸誤差的修正越好，從而能夠準確獲得兩碼盤之間相對扭轉角度的變化，進而根據該扭轉角計算出軸的功率和扭矩。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種偏心誤差修正式的船舶軸系扭矩測量探頭，以提高光電非接觸式軸功率測量系統的準確性，該測量探頭重新優化了測量系統探頭的結構，使得測量系統更加精確。

本發明解決其技術問題采用以下的技術方案：