[發明專利]一種基于馬呂斯定律的軸扭矩測量系統及測量方法

有效

• 申請號: 201911149795.1
• 申請日: 2019-11-21
• 公開（公告）號: CN110779640B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 吳晅;劉通;劉宏;王曉杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01L3/08
• 分類號: G01L3/08;G01L3/24
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陳問渠;何梅生

本發明提供了一種基于馬呂斯定律的軸扭矩測量系統，黑箱可拆卸地套裝于待測軸上，箱內形成密閉、不透光空間，作為測量區，軸扭矩測量系統中的測量裝置內置于測量區中，結構設置為：通過第一連接套環套裝于待測軸上的支撐平臺懸伸于待測軸的外側，在支撐平臺上順著待測軸的軸向、與待測軸徑向之間留有間隙地自前至后間隔設有激光器、第一透光元件與光強檢測元件，第二透光元件由可拆卸地套裝于待測軸上的第二連接套環支撐，懸置于待測軸的外側，并沿著軸向處于第一透光元件與光強檢測元件之間；還包括無線傳輸數據模塊以及與處理器電性連接的輸出模塊與顯示模塊。本發明能解決現有軸扭矩測量技術分辨率低、靈敏度低及安裝難度高的問題。

技術領域

本發明涉及軸扭矩測量技術領域，更具體地說是一種基于馬呂斯定律的軸扭矩測量系統及測量方法。

背景技術

扭矩是機械傳動領域一個非常重要的物理量，可以反映整個機械系統的運行狀況，是保障傳動系統穩定運行的典型參數之一。扭矩的測量及分析也是保證各種生產設備與輔助設備的正常運行、降低能耗以及提高效率的重要手段，因此，提高扭矩測量的準確性、扭矩監測和控制的實時性以及扭矩異常分析的可靠性必然能減少事故的發生、提高生產設備的使用率。換句話說，扭矩的在線監測對非計劃檢修時間縮減和事故發生率的降低、分析產生事故或故障原因的效率以及生產效率和經濟效益的提高都有著重要的意義。

隨著科學技術的進步和生產的發展，扭矩測量的應用領域越來越廣泛，大到飛機、船舶、鉆井、發電設備和冶金礦山設備等，小到微電機、家用電器和鐘表游絲等。扭矩測量是各種機械產品開發、質量檢驗、優化控制、工況監測和故障診斷等必不可少的內容。準確的扭矩測量對縮短現代船舶裝備的研制周期、提高武器裝備的性能、降低使用與保障費用具有重要作用。隨著我國經濟實力和技術水平的大幅提升，在民用和國防領域，一方面對汽車、船舶、飛機、鉆井等設備的需求數量大幅增加，另一方面對這些設備的需求層次(包括速度、噸位、動力特性、安全性等)也發生了很大變化，這對扭矩測量也同樣提出了更多更高的要求，而研制高準確度的扭矩傳感器是提高扭矩測量精度的關鍵技術之一。

舉例而言，隨著船舶向大型化、高速化和自動化的方向發展，船舶的快速性、高效益、經濟性等已成為造船的重要指標，而作為計算轉換效率的重要手段，軸功率的測量是船廠及船東驗收新造船舶的主要參數。船舶運行的條件十分復雜，船-機-槳的匹配對主機性能有著很大的影響，當機-槳不匹配時，主機可能無法達到其額定功率，船舶不能達到設計航速，或者，主機超過額定功率運行，導致主機過載使用，使用壽命大大縮短。而船只的軸功率與扭矩測量系統，它通過對主機在不同工況下的軸功率的測量，可以了解并檢測船體-主機-推進器三者之間的匹配情況，對船體的運行狀態進行實時的監控，也可對舊船船-機-槳工作狀態及故障做出診斷。作為船舶主機最重要的性能參數之一，軸功率一般是通過間接測量扭矩和轉速計算而得出，進而對輸出功率與油耗進行比較，以避免發動機的過度使用，如此，不僅能使船只保持或合理地提高速度，還能節省大量燃油、減少二氧化碳和氮氧化合物的排放。

就軸功率的測量，其發展趨勢是，由靜態測試向動態測試發展，由接觸式測量向非接觸式測量發展，隨著技術研究的深入，測試系統也都向著體積小型化、顯示數字化、系統智能化、監測實時化的方向發展，同時，對測量的精度、準確度及分辨率的要求都在隨著市場需求不斷地提高。

目前，國內外研制和開發的扭矩傳感器種類很多，但主要有應變型扭矩傳感器和光電式扭矩傳感器兩種。應變型扭矩傳感器是目前國內外使用最多的一種扭矩傳感器，它采用在旋轉軸表面貼應變片的傳統方法，利用適當的電路取得信號，然后進行分析處理；光電式扭矩傳感器的主要部件有光源和光電元件，當傳動軸受力時，光電元件把光源得到的光強度變化轉換成輸出脈沖電流的變化，通過電流的變化的測量來實現扭矩的測量。