[发明专利]偏心误差修正式的船舶轴系扭矩测量探头

说明书

技术领域

本发明涉及测量装置的一部分，特别是一种适用于偏心误差修正式的船舶轴系扭矩测量探头，适用于诸如监测轴系扭矩和功率等工作状况的应用场合。

背景技术

在现代科学技术中，各种系统设施为了安全考虑都加强了在线监测系统。若哪里出了问题可以方便预防和维护，从而保障安全。随着现代船舶行业的迅速发展，各不相同的动力装置应运而生，而其复杂度也逐渐增高。柴油机在整个船舶中占据着如同“心脏”的重要位置，而输出轴的功率是柴油机最重要的性能参数之一，它的可靠性关系着船舶的营运以及众多人员的人身安全。目前，在线监测船舶动力系统的运行状态，并对所反馈的信号得以判断和分析来预防事故的发生，从而保障船体以及人身的安全。而轴系扭矩是轴功率测量的重要依据因此开展轴系扭矩监测技术的研究意义甚大。

柴油机轴系是一个非常复杂的弹性阻尼系统，船舶在运行过程中，推进轴系会受到螺旋桨水动力、船体变形、润滑油膜等各种动态因素的影响，在气缸的气体压力以及活塞连杆机构的往复惯性力等周期性干扰力矩的作用下，会激起系统的强迫振动。而当该干扰力矩的频率与系统的固有频率一致时，扭转振动的振幅将会达到一个峰值而产生轴系的共振现象，很有可能引起机体振传动系统零部件损坏、轴承过度磨损、甚至轴系折断等事故。因此，必须对轴系动态性检测进行深入研究。

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。测量旋转轴所传递的扭矩，由于轴本身在旋转，若直接在其上面贴应变片测量，显然长时间之后一定会有很大误差。为此，往往采用各种集流环装置进行测量，但在测量精度、经济性及劳动保护等方面存在许多不足。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。

船舶轴系扭矩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。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。

作为轴系功率及扭矩测量的未来发展方向的非接触型测量，目前主要有以下两种：

（1）超声波测量技术：

该超声波测量技术的主要优点是不受环境光及电磁场的干扰，工作间隙大，对恶劣环境有一定的适应能力，测量精度高，价格适中。由于上述优点，这种测量技术发展较快，是目前投入应用最多的一种。但这种测量技术也有一些缺点：如受声速、环境介质等因素的干扰较大，抗干扰能力差测试电路复杂，必须进行多种补偿才能获得较高精度。

（2）CCD（Charge Coupled Devices）图像测量技术：

该CCD图像测量技术是一种集光电转换、电荷存储、电荷转移为一体的电荷耦合传感器件，它把入射到传感器光敏面上按空间分布的光强信息转换为按时序串行输出的电信一视频信号，能再现入射的光辐射信号。利用CCD器件本身所具有的自扫描、高分辨率、高灵敏度、结构紧凑等特性进行非接触式测量时，无需配置复杂的机械运动结构，从而减少了系统误差的来源。它可以适应高效率、自动化、动态监测、非接触测量等要求。在工程实际检测中，尤其是对小尺寸的测量方面具有很强的优势。

非接触式轴系扭矩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不仅取决于光电传感器的响应速度，而且也取决于对于码盘安装中造成的偏心和不同轴的误差的修正，光电响应速度越快、对于偏心和不同轴误差的修正越好，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：提供一种偏心误差修正式的船舶轴系扭矩测量探头，以提高光电非接触式轴功率测量系统的准确性，该测量探头重新优化了测量系统探头的结构，使得测量系统更加精确。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：