[发明专利]一种基于马吕斯定律的轴扭矩测量系统及测量方法

说明书

本发明提供了一种基于马吕斯定律的轴扭矩测量系统，黑箱可拆卸地套装于待测轴上，箱内形成密闭、不透光空间，作为测量区，轴扭矩测量系统中的测量装置内置于测量区中，结构设置为：通过第一连接套环套装于待测轴上的支撑平台悬伸于待测轴的外侧，在支撑平台上顺着待测轴的轴向、与待测轴径向之间留有间隙地自前至后间隔设有激光器、第一透光元件与光强检测元件，第二透光元件由可拆卸地套装于待测轴上的第二连接套环支撑，悬置于待测轴的外侧，并沿着轴向处于第一透光元件与光强检测元件之间；还包括无线传输数据模块以及与处理器电性连接的输出模块与显示模块。本发明能解决现有轴扭矩测量技术分辨率低、灵敏度低及安装难度高的问题。

技术领域

本发明涉及轴扭矩测量技术领域，更具体地说是一种基于马吕斯定律的轴扭矩测量系统及测量方法。

背景技术

扭矩是机械传动领域一个非常重要的物理量，可以反映整个机械系统的运行状况，是保障传动系统稳定运行的典型参数之一。扭矩的测量及分析也是保证各种生产设备与辅助设备的正常运行、降低能耗以及提高效率的重要手段，因此，提高扭矩测量的准确性、扭矩监测和控制的实时性以及扭矩异常分析的可靠性必然能减少事故的发生、提高生产设备的使用率。换句话说，扭矩的在线监测对非计划检修时间缩减和事故发生率的降低、分析产生事故或故障原因的效率以及生产效率和经济效益的提高都有着重要的意义。

随着科学技术的进步和生产的发展，扭矩测量的应用领域越来越广泛，大到飞机、船舶、钻井、发电设备和冶金矿山设备等，小到微电机、家用电器和钟表游丝等。扭矩测量是各种机械产品开发、质量检验、优化控制、工况监测和故障诊断等必不可少的内容。准确的扭矩测量对缩短现代船舶装备的研制周期、提高武器装备的性能、降低使用与保障费用具有重要作用。随着我国经济实力和技术水平的大幅提升，在民用和国防领域，一方面对汽车、船舶、飞机、钻井等设备的需求数量大幅增加，另一方面对这些设备的需求层次(包括速度、吨位、动力特性、安全性等)也发生了很大变化，这对扭矩测量也同样提出了更多更高的要求，而研制高准确度的扭矩传感器是提高扭矩测量精度的关键技术之一。

举例而言，随着船舶向大型化、高速化和自动化的方向发展，船舶的快速性、高效益、经济性等已成为造船的重要指标，而作为计算转换效率的重要手段，轴功率的测量是船厂及船东验收新造船舶的主要参数。船舶运行的条件十分复杂，船-机-桨的匹配对主机性能有着很大的影响，当机-桨不匹配时，主机可能无法达到其额定功率，船舶不能达到设计航速，或者，主机超过额定功率运行，导致主机过载使用，使用寿命大大缩短。而船只的轴功率与扭矩测量系统，它通过对主机在不同工况下的轴功率的测量，可以了解并检测船体-主机-推进器三者之间的匹配情况，对船体的运行状态进行实时的监控，也可对旧船船-机-桨工作状态及故障做出诊断。作为船舶主机最重要的性能参数之一，轴功率一般是通过间接测量扭矩和转速计算而得出，进而对输出功率与油耗进行比较，以避免发动机的过度使用，如此，不仅能使船只保持或合理地提高速度，还能节省大量燃油、减少二氧化碳和氮氧化合物的排放。

就轴功率的测量，其发展趋势是，由静态测试向动态测试发展，由接触式测量向非接触式测量发展，随着技术研究的深入，测试系统也都向着体积小型化、显示数字化、系统智能化、监测实时化的方向发展，同时，对测量的精度、准确度及分辨率的要求都在随着市场需求不断地提高。

目前，国内外研制和开发的扭矩传感器种类很多，但主要有应变型扭矩传感器和光电式扭矩传感器两种。应变型扭矩传感器是目前国内外使用最多的一种扭矩传感器，它采用在旋转轴表面贴应变片的传统方法，利用适当的电路取得信号，然后进行分析处理；光电式扭矩传感器的主要部件有光源和光电元件，当传动轴受力时，光电元件把光源得到的光强度变化转换成输出脉冲电流的变化，通过电流的变化的测量来实现扭矩的测量。