CN108181030A - 船舶轴功率无线测试及性能评估装置 - Google Patents

船舶轴功率无线测试及性能评估装置 Download PDF

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彭章明
龚友平
陈慧鹏
陈昌
陈国金
苏少辉
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    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/24—Devices for determining the value of power, e.g. by measuring and simultaneously multiplying the values of torque and revolutions per unit of time, by multiplying the values of tractive or propulsive force and velocity

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Abstract

本发明公开了一种基于点对点及应变片的非接触、高性能及适应复杂测试条件船舶轴功率无线测试及性能评估装置。本发明通过封装于衬垫的四片应变片检测船舶轴的扭矩及功率，采用点对点的传输方式，实现船舶轴功率的在线动态测试、性能评估，且推断船机桨的匹配状况。与目前船舶轴功率测试装置相比，不仅可以测试轴功率外，还能动态评估轴系状态及推断船机桨的匹配情况，通用性较强，适用范围较广。本发明提高了检测的准确性、稳定性，增强了传输的有效性，增加了船舶轴功率检测装置的功能，扩展了应用范围，有效提高船舶航行的安全性，经济性。

Description

船舶轴功率无线测试及性能评估装置
技术领域
本发明属于船舶柴油机轴功率检测及性能评估技术领域，具体涉及基于应变片的轴系功率无线检测与性能评估装置。
背景技术
船舶轴功率可以有效的表征船舶动力性能，船舶在航行过程中，工况复杂，如果未能充分发挥主机功率或者超载运行会缩短主机使用寿命，并且降低船舶动力***的经济性。另外船舶的紧急刹车、快速起动、倒车正车快速转换、突然加速或减速等非稳态运行动作频繁，致使船舶动力装置的轴系受到过大的瞬时扭矩力，造成轴系的损伤和船舶故障。因此轴功率的有效测量及轴系性能评估，船机桨匹配的推断，可以为船舶动力设备的维修保养提供决策数据，有效提高船舶航行的安全性，经济性。
现有船舶轴功率测试装置无线传输信号损失较严重，不适合动态评估轴系状态及推断船机桨的匹配情况，仅仅测试轴功率，性能比较单一，通用性不强。
发明内容
本发明针对船舶轴功率测试装置无线传输信号损失严重，性能单一，提供一种基于点对点及应变片的非接触、高性能及适应复杂测试条件船舶轴功率无线测试及性能评估装置。
本发明包括应变片轴功率检测模块，点对点数据传输模块，模数转换模块及性能评估模块。
所述的应变片轴功率检测模块包括应变片，转速传感器，信号调理电路。应变片为桥式连接，每片应变片与轴线夹角45°，且相邻两片互相垂直，保证一片受拉应力时候，相邻两片受压应力。应变片输出端与信号调理电路相连，实现信号的滤波与放大，所述的信号调理电路可按照需求调整放大倍数。转速传感器可以测量柴油机瞬时转速，通过信号调理电路，实现当前柴油机转速的测量。
所述的点对点数据传输模块包括点对点发射与接收模块，发射端输入引线与经过调理后的应变片信号及转速信号相连，通过调制，经过发射端输出模拟信号，接收模块接收发射端的模拟信号。
所述模数转换模块包括A/D转换模块，24位。无线传输的接收模块接收模拟信号后，经输出口输出，输出端与A/D转换模块的信号输入端相连，转换为数字信号。
所述性能评估模块采用LABview程序开发的采集、测量转换、及性能评估。性能评估模块通过采集，将A/D转换模块的输出信号转换为对应的轴功率值，通过船舶轴功率的上限及下限值评估轴系性能，并且推断船机桨的匹配情况。
本发明有益效果如下：本发明通过封装好的应变片及点对点的无线信号传输，实现轴功率的在线测试及性能评估，可以方便快捷的完成应变片的安装，减少应变片粘贴的人为误差，提高检测***的精度。采用的无线传输抗干扰能力强，信号损失小，可以动态的监测及评估轴系性能。开发的监测与性能评估***可以有效的评估轴系状态及推断船机桨的匹配情况，可提高船舶航行的安全性，经济性，具有重大意义。
附图说明
图1为本发明船舶轴功率无线测试及性能评估装置整体设计图及各分模块连接示意图。
图2为本发明专利船舶轴功率性能评估过程示意图。
图1中1、应变片轴功率检测模块，2、点对点数据传输模块， 3、模数转换模块，4、性能评估模块。
图2中输入参数为船舶参数、柴油机参数、轴功率、螺旋桨参数，通过船舶柴油机、阻力、螺旋桨特性分析，输出船舶航行特性及油耗。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
图1中标号1为所述的应变片轴功率检测模块包括封装的应变片，转速传感器，信号调理模块。应变片引脚3为电源接入口，引脚4接地，引脚1、2与信号调理电路的IN1+及IN1-输入接口相连，转速传感器引脚5、6与信号调理电路的IN2+及IN2-输入接口相连。信号调理电路的输出端O1+、O1-、O2+、O2-分别与无线发射模块的输入接口IN1+、IN1-、IN2+、IN2-相连。
图1中标号2所述的点对点数据传输模块，包括信号发射及信号接收模块，两路输入及输出。VCC为电源接入口，GND接地。信号发射模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-端为信号输入接口。信号接收模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-为信号输出端口，与A/D转换模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-相连。
图1中标号3所述的模数转换模块实现模拟信号转换为数字信号，IN1+、IN1-、IN2+、IN2-为模拟信号输入端，模数转换后的数字信号通过OTG线与平板手机相连，VCC为电源接入口，GND接地。
图1中标号4所述性能评估模块采用LABview程序开发的采集、测量转换、及性能评估软件，安装于平板手机。性能评估模块通过采集，将A/D转换模块的输出信号转换为对应的轴功率值，通过船舶轴功率的上限及下限值评估轴系性能，并且根据船舶参数、柴油机参数、轴功率、螺旋桨参数推断船机桨的匹配情况。
图2中标号5所述为输入参数包括船舶参数、柴油机参数、轴功率、螺旋桨参数，标号6所述为计算过程，包括船舶柴油机、阻力、螺旋桨特性分析计算，标号7所述为输出，包括船舶航行特性及油耗。
下面结合附图1、附图2对本发明进一步描述。
本发明使用工作过程如下：
1）应变片轴功率检测模块
应变片轴功率检测模块采用四片应变片，四片应变片两两相互垂直，且与轴线夹角为45°，采用桥式连接，封装于薄衬垫上，是实现轴功率测量和轴系性能评估的首要环节。与传统的测量***相比，只需要对准薄衬垫轴线与轴系轴线，可以方便快捷的完成应变片的安装，减少应变片粘贴的人为误差，提高检测***的精度。
转速传感器采用光电编码器，可以测量瞬时转速，具有实时性。
信号调理电路可以对应变片信号进行滤波和放大，而且可以通过可调电阻进行精确的放大档位调整。同时信号调理电路可对瞬时转速信号进行滤波及调理。
应变片轴功率检测模块捆绑固定于船舶轴上。
2）点对点数据传输模块
点对点数据传输模块包括发射和接收端，经过信号调理模块的应变片信号与转速信号接入发射端的信号输入端，通过调制，经过发射端输出无线模拟信号。点对点数据传输模块的发射端捆绑于船舶轴上。无线模拟信号经接收端接收，并无差别的输出。抗干扰能力强，信号损失小，与传统相比，可满足轴功率的实时测量及动态的性能评估。
3）模数转换模块
点对点数据传输模块接收端输出信号接入24位A/D转换模块，将模拟量转换为数字量，通过数据采集卡采集，并通过OTG线传输到平板电脑。
4）性能评估模块
性能评估模块包括2方面内容，一是轴系性能评估，二是船舶轴机桨匹配。
轴系性能评估通过检测当前轴功率，与上限及下限值进行比较，防止主机功率未能充分发挥或者超载运行。而且由于是动态监测，对于紧急刹车、快速起动、倒车正车快速转换、突然加速或减速等非稳态运行动作频繁等工况，实时检测轴系功率及扭矩，可防止船舶动力装置的轴系受到过大的瞬时扭矩力，造成轴系的损伤和船舶故障。
船舶轴机桨匹配根据船舶参数、柴油机参数、轴功率、螺旋桨参数推断船机桨的匹配情况。匹配计算包括柴油机特性分析、阻力特性分析、螺旋桨特性分析，根据上述分析可获得船舶航行特性及油耗。
本发明一种船舶轴功率无线测试及性能评估装置，采用应变片与转速传感器信号，通过无线点对点传输方式，可实时测量轴系扭矩及轴功率，并在平板电脑实现轴系的性能评估与推断轴机桨的匹配状况，可提高船舶航行的安全性，经济性。
本发明具有的具体技术指标如下：
（1）***供电电压：5V；
（2）输出电压范围：0V~5V；
（3）检测精度：0.001V；
（4）应变片疲劳寿命：>10000000次
综上，本发明基于应变片及转速传感器的无线传输的船舶轴功率无线测试及性能评估装置的设计，可以方便快捷的完成应变片的安装，减少应变片粘贴的人为误差，提高检测***的精度。采用的无线传输抗干扰能力强，信号损失小，可以动态的监测及评估轴系性能。开发的监测与性能评估***可以有效的评估轴系状态及推断船机桨的匹配情况，可提高船舶航行的安全性，经济性，具有重大意义。

Claims (1)

1.船舶轴功率无线测试及性能评估装置，包括应变片轴功率检测模块，点对点数据传输模块，模数转换模块及性能评估模块，其特征在于：
所述的应变片轴功率检测模块包括封装的应变片，转速传感器，信号调理电路；应变片轴功率检测模块采用四片应变片，四片应变片两两相互垂直，且与轴线夹角为45°，采用桥式连接，封装于薄衬垫上；应变片引脚3为电源接入口，引脚4接地，引脚1、2与信号调理电路的IN1+及IN1-输入接口相连，转速传感器引脚5、6与信号调理电路的IN2+及IN2-输入接口相连；信号调理电路的输出端O1+、O1-、O2+、O2-分别与发射模块的输入接口IN1+、IN1-、IN2+、IN2-相连；
所述的点对点数据传输模块包括信号发射及信号接收模块，两路输入及输出；信号发射模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-端为信号输入接口；信号接收模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-为信号输出端口，与A/D转换模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-相连；
所述的模数转换模块实现模拟信号转换为数字信号，IN1+、IN1-、IN2+、IN2-为模拟信号输入端，模数转换后的数字信号通过OTG线与平板手机相连；
所述性能评估模块采用LABview程序开发的采集、测量转换、及性能评估软件，安装于平板手机；性能评估模块通过采集，将模数转换模块的输出信号转换为对应的轴功率值，通过船舶轴功率的上限及下限值评估轴系性能，并且根据船舶参数、柴油机参数、轴功率、螺旋桨参数推断船机桨的匹配情况。
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