[发明专利]激光光电轴功率测量探头

说明书

技术领域

本发明涉及测量装置的一部分，特别是一种适用于光电非接触式轴功率测量的激光光电轴功率测量探头，适用于诸如监测轴系工作状况的应用场合。

背景技术

在船舶航行中，推进轴系是实现船舶主机与推进器（一般为螺旋桨）之间能量传递的重要组成部分，是船舶动力装置系统中必不可少的重要部件。随着船舶向大型化、高速化和自动化方向发展，对推进轴系的安全可靠性提出了更高的要求。通过实时在线监测船舶动力系统的运行状态，并判断是否存在故障以及故障的严重程度，可提高船舶动力系统的可靠性。同时，通过轴功率与柴油机磨损状态的在线监测可以获取两者之间相互作用的关系，从而实现通过柴油机输出功率的优化控制来实现节能降耗的目标。因此，开展轴功率监测技术的研究，具有十分重要的意义。

输出轴的功率是柴油机最重要的性能参数之一，一般通过测量扭矩和转速测量轴功率。船舶运行工况十分复杂，船—机—桨的匹配对船舶的安全高效运行产生重要影响。当柴油机与螺旋桨不匹配时，一方面可能造成柴油机功率不能充分发挥，达到设计的航速和拖力；另一方面会造成柴油机严重的超负荷，缩短主机的使用寿命。现代船舶的设计除要求柴油机本身具有良好的性能外，还必须保证船—机—桨的最佳匹配。通过在线测量船舶动力系统的轴功率，不仅可以发现柴油机的技术状况是否良好，还可以判断船—机—桨的匹配

各种轴功率测量方法一般是通过测量轴系扭矩，计算轴功率。轴系扭矩测量的基本原理分为平衡力法，能量转换法和传递法。平衡力法是利用平衡扭矩去平衡被测扭矩，从而求得扭矩的方法；能量转换法是按照能量守恒定律来测量扭矩的一种方法，通过测量其它与扭矩有关的能量系数来确定被测扭矩的大小；传递法是根据弹性元件在传递扭矩时所产生的物理参数的变化（变形、应力或应变）来测量扭矩的方法。平衡力法只适用于匀速和静态的情况；能量转换法的间接测量因素太多，而且误差大。这两种方法都不适合于动态测量。

船舶轴功率监测装置按测量方法主要分为接触型和非接触型。接触型测量装置技术已经成熟，广泛应用于轴功率和扭矩测量中。大部分接触型测量装置是基于应变原理，即利用应变片将轴系截面的剪切应力转化为电信号，放大后为测量仪所接收并测量。虽然目前较为先进的轴功率监测装置采用了遥测应变仪，但是测量效果仍不理想，加上应变片安装维护困难且易被复杂的环境因素所影响等缺陷，性能不够稳定，而且测量结果并不精准，需要定期标定。而非接触型测量是轴系功率和扭转测量的未来发展方向，目前主要有磁弹性测量法和激光多普勒测量法，前者由根据磁弹性效应进行测量，但其效果在很大程度上取决于轴的材料性质和加工工艺；后者是基于激光多普勒技术和光学外差原理进行测量，但仍无法避免光电测量传感器温度漂移产生的误差。

非接触式轴功率测量的方法是在轴系上安装两个光电码盘，当轴上传递一定扭矩时，两个码盘在转动过程中会出现相对的扭转，通过检测这一相对扭转的角度可以计算出当前轴上传递扭矩的大小。两码盘扭转角度的监测依赖于图中所示的光电传感器来完成，而角度监测的准确与否取决于传感器输出的光束的直径和光电传感器的响应速度，光束直径越小、光电传感器响应速度越高，越能够准确检测光电码盘的边沿，从而能够准确获得两码盘之间相对扭转角度的变化，进而根据该扭转角计算出轴的功率和扭矩。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种通过光纤传导的激光光电轴功率测量探头，以提高光电非接触式轴功率测量系统的实用性和适用性，该测量探头重新优化了测量系统探头的结构，使得测量系统能够适应各工况条件。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：主要由测量探头光学室、光纤聚焦镜、光电二极管和激光二极管组成，所述测量探头光学室设有固定槽，该固定槽容纳和固定光纤聚焦镜、光电二极管、激光二极管，其中光纤聚焦镜和激光二极管通过光纤相连。

所述的测量探头光学室设有三个固定槽，这些固定槽可以分别容纳和固定光纤聚焦镜、光电二极管、激光二极管。

所述的测量探头光学室，其底部可以与安装底座固定相连；其左侧可以设有航空插头接口；其中部为内凹区，该内凹区自左向右依次设有第一固定槽、光纤腔室、第二固定槽、纵向U形槽口和第三固定槽；第二固定槽和第三固定槽分别位于纵向U形槽口的左、右端；固定在第二固定槽的激光聚焦镜与固定在第三固定槽的光电二极管形成对射关系；激光二极管通电后，光纤将激光传导到光纤聚焦镜，发散的激光在所述U型槽口中间汇聚后再发散形成光斑照射到光电二极管的光敏面上。