基于無線供電的應(yīng)變軸功率遙測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機械測試裝置領(lǐng)域，特別是一種基于無線供電的應(yīng)變軸功率遙測裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，船舶行業(yè)快速發(fā)展，船舶耗能總量隨之也急劇增加，石油資源緊缺，船舶耗 能問題成為船舶行業(yè)關(guān)注的焦點，船舶軸功率與船舶能耗息息相關(guān)，所以，軸功率的測量成 為新造船舶的主要參數(shù)。一般通過測量柴油機轉(zhuǎn)軸的扭矩與轉(zhuǎn)速來計算軸功率。在水上交 通運輸?shù)倪^程中，工作情況十分復雜，柴油機與螺旋槳的匹配程度將直接影響到船舶的安 全運行，當它們不匹配時，一方面柴油機的輸出功率不能充分利用，造成航速與推動力達不 到要求;另一方面會使柴油機超負荷運行，使其壽命縮短。因此，我們通過在線監(jiān)測柴油機 的軸功率，不僅可以檢查柴油機的技術(shù)狀況是否符合要求，還可以判斷柴油機與螺旋槳是 否匹配，從而保證了船舶安全穩(wěn)定的運行，提高其可靠性。所以，它的測量尤為重要。
[0003] 目前船舶軸功率的一體測量裝置較少，大多只是扭矩測量，通過扭矩傳感器的信 號采集，將其以有線或無線的方式傳輸給上位機，再配合轉(zhuǎn)速表進行對軸功率的監(jiān)測，這樣 存在扭矩采集與轉(zhuǎn)速采集頻率不一致，觀察不便等問題。而少部分軸功率測量系統(tǒng)可測出 軸功率，然而目前扭矩和轉(zhuǎn)速的測量裝置的無線傳輸形式大多通過Bluet 〇〇th、WiFi等方式 傳輸，耗能大且可靠性不高，接受信號后的處理結(jié)果，不能夠得到實時動態(tài)分析，并且不能 對處理后果做出預警提醒并采取合理措施。同時測量裝置通過蓄電池進行供電，需要將蓄 電池和軸功率測量裝置一同固定在轉(zhuǎn)軸上，這不僅對功率測量的精度有影響，電池本身的 安裝和固定會帶來很多問題和麻煩，且當電量耗盡需要將軸停止后才能更換電池，電池的 存在，影響了軸系的對中性，會對軸的本身造成不利影響。
[0004] 船舶主軸的是良好的導磁材料，如果利用無線供電裝置對軸上設(shè)備供電，其效果 和效率都有很大的提升，同時可以設(shè)計出無線供電的穩(wěn)壓模塊，保證電能穩(wěn)定輸出，而接收 線圈和穩(wěn)壓降壓模塊與蓄電池相比而言形狀很小、重量很輕，不會對軸功率的測量結(jié)果造 成很大影響，除非線路出現(xiàn)重大故障，否則無需將軸停轉(zhuǎn)來更換電池。所以，利用無線充電 技術(shù)給軸系上的數(shù)據(jù)采集設(shè)備提供電能，不僅可以避免接觸式有線供電裝置對軸的影響， 同時也提高了數(shù)據(jù)采集的精度，降低了電能的損失。具有重大意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種基于無線供電的應(yīng)變軸功率遙測裝置， 以解決電池供電問題，可靠性低的問題及裝置信號采集精度問題。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明提供的基于無線供電的應(yīng)變軸功率遙測裝置，包括上位機及與上位機通過 無線傳輸?shù)倪b測電路;所述遙測電路由扭矩模塊、轉(zhuǎn)速模塊、ZigBee數(shù)據(jù)采集發(fā)射模塊、無 線供電模塊，ZigBee數(shù)據(jù)接收模塊組成，其中以電信號相連的扭矩模塊、轉(zhuǎn)速模塊、ZigBee 數(shù)據(jù)采集發(fā)射模塊、無線供電模塊裝在船軸上，而通過數(shù)據(jù)線與上位機相連ZigBee數(shù)據(jù)接 收模塊設(shè)置在上位機旁;扭矩模塊和轉(zhuǎn)速模塊測量船軸的扭矩和轉(zhuǎn)速信號，通過ZigBee數(shù) 據(jù)采集發(fā)射模塊發(fā)射信號，由ZigBee數(shù)據(jù)接收模塊接收，之后傳輸?shù)缴衔粰C。
[0008] 所述的扭矩模塊由全橋電路和扭矩測量電路組成，其中：全橋電路由4片電阻絲與 軸線呈45度角的應(yīng)變片連接而成;扭矩測量電路，由電連接的放大器、濾波器、模擬器和A/D 轉(zhuǎn)換器組成。
[0009] 所述的轉(zhuǎn)速模塊由小磁鐵和轉(zhuǎn)速測量電路組成。
[0010] 所述的小磁鐵通過固定裝置設(shè)置在與船軸軸線同等高度，與轉(zhuǎn)速測量電路內(nèi)的霍 爾元件正對應(yīng)的位置。所述固定裝置可由安裝者自行設(shè)置，實現(xiàn)對小磁鐵的固定即可。 [0011]所述的轉(zhuǎn)速測量電路主要由霍爾元件和信號處理電路組成，所述信號處理電路由 電連接的放大器、濾波器、模擬器和A/D轉(zhuǎn)換器組成。
[0012] 所述的ZigBee數(shù)據(jù)采集發(fā)射模塊，轉(zhuǎn)速測量電路、扭矩測量電路安置在集成電路 板內(nèi)，該集成電路板內(nèi)還設(shè)有電壓供給單元。
[0013] 所述的集成電路板固定在船軸上，全橋電路粘貼于船軸上，集成電路板和全橋電 路由無線供電模塊的接收線圈供電。
[0014] 所述的無線供電模塊，主要由發(fā)射線圈、接收線圈、電壓供給單元組成，其中：發(fā)射 線圈纏繞于圓環(huán)之上；圓環(huán)直徑略大于船軸，分為左右各一半，然后左右分開將船軸套入， 之后閉合，與其無接觸;將發(fā)射線圈緊密纏繞在圓環(huán)上，圓環(huán)經(jīng)支架進行安裝和固定;接收 線圈纏繞在船軸上，該接收線圈和圓環(huán)大小根據(jù)軸系大小而調(diào)整；調(diào)整發(fā)射線圈與接收線 圈的距離，以便得到合適且穩(wěn)定的電流;之后所述接收線圈與電壓供給單元連接。
[0015] 所述的ZigBee數(shù)據(jù)采集發(fā)射和數(shù)據(jù)接收模塊，主要由搭載CC2530芯片的ZigBee模 塊組成，應(yīng)變信號和轉(zhuǎn)速信號通過ZigBee數(shù)據(jù)采集發(fā)射模塊進行數(shù)據(jù)采集、處理后發(fā)射到 ZigBee數(shù)據(jù)接收模塊。
[0016] 所述的ZigBee數(shù)據(jù)采集發(fā)射模塊將信號發(fā)射ZigBee數(shù)據(jù)接收模塊，之后傳輸?shù)缴?位機，經(jīng)上位機處理后得到船舶軸功率;通過船舶主機及軸系的出廠指標可得到軸功率的 可用范圍，通過船舶的正常航行建立數(shù)據(jù)庫，當上位機接收到的信號超過許用范圍，將會自 動報警。
[0017] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下主要的優(yōu)點：
[0018] 1.將傳感器與采集發(fā)射模塊集成在一個小型電路板中，節(jié)省了較大的空間。結(jié)構(gòu) 緊湊、安裝方便。
[0019] 2.軸系的數(shù)據(jù)采集裝置由無線供電模塊供電，取代了傳統(tǒng)的電池供電，消除了電 池重量對軸系的影響，提高了扭矩采集的精準度，使得檢測的軸功率更為真實。
[0020] 3.軸功率實時顯示系統(tǒng)的安裝不僅能夠在線監(jiān)測船舶扭矩、轉(zhuǎn)速、軸功率的變化， 同時根據(jù)柴油機及軸系的許用扭矩、轉(zhuǎn)速、功率范圍和船舶運營建立起的數(shù)據(jù)庫可以判斷 船舶的運行情況，及時對可能出現(xiàn)的軸系故障情況作出預判及報警，對船舶正常運行具有 重大意義。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明基于無線供電的應(yīng)變軸功率遙測裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖2是本發(fā)明基于無線供電的應(yīng)變軸功率遙測裝置的無線供電結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖3是本發(fā)明基于無線供電的應(yīng)變軸功率遙測裝置的信號傳輸示意圖。
[0024]圖4為本發(fā)明裝置的ZigBee模塊的結(jié)構(gòu)框圖。
[0025] 圖中：1.船軸;2.發(fā)射線圈；3.接收線圈;4.集成電路板;5.全橋電路;6.小磁鐵;7. 軸承;8. ZigBee數(shù)據(jù)接收模塊;9.上位機；10.電壓供給單元；11.支架；12.圓環(huán)；13. ZigBee 數(shù)據(jù)采集發(fā)射模塊;14.轉(zhuǎn)速測量電路;15.扭矩測量電路，16.應(yīng)變片；17.固定裝置。
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0027] 本發(fā)明提供的基于無線供電的應(yīng)變軸功率遙測裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1、圖2和圖3所 示:其主要是由上位機9,以及與上位機9通過無線傳輸?shù)倪b測電路組成。遙測電路中由電信 號相連的扭矩模塊、轉(zhuǎn)速模塊、ZigBee數(shù)據(jù)采集發(fā)射模塊13、無線供電模塊安裝在船軸1上， 而ZigBee數(shù)據(jù)接收模塊8則通過數(shù)據(jù)線與上位機9相連。扭矩模塊和轉(zhuǎn)速模塊測量船軸1的 扭矩和轉(zhuǎn)速信號，通過ZigBee數(shù)據(jù)采集發(fā)射模塊13發(fā)射，由ZigBee數(shù)據(jù)接收模塊8接收，之 后傳輸?shù)缴衔粰C9。
[0028] 所述的扭矩模塊由全橋電路5和扭矩測量電路15組成，其中：全橋電路5由4片電阻 絲與軸線呈45度角的應(yīng)變片16連接而成，所述全橋電路設(shè)置在船軸1上。扭矩測量電路15， 由電連接的放大器、濾波器、模擬器和A/D轉(zhuǎn)換器組成，該扭矩測量電路15記錄所在船軸1運 轉(zhuǎn)過程中的應(yīng)變片16的電阻值變化，應(yīng)變片16的電阻值變化通過全電橋路5和扭矩測量電 路15的穩(wěn)壓放大，得到與應(yīng)變片16的電阻值成正比的數(shù)字信號，所得信號送往ZigBee數(shù)據(jù) 采集發(fā)射模塊13。