一種光電式軸功率測量裝置的探頭的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種光電式軸功率測量裝置的探頭，該探頭主要由固定底板(5)，以及裝在固定底板(5)上的激光發(fā)射塊(11)、激光接收塊(12)組成，激光發(fā)射塊(11)內(nèi)裝有激光發(fā)射器，激光接收塊(12)內(nèi)裝有激光接收器。本實(shí)用新型具有較好的可靠性，實(shí)用性，以及方便性。
【專利說明】
一種光電式軸功率測量裝置的探頭
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及探頭，特別是一種適用于光電式軸功率測量裝置的測量探頭，適用于諸如內(nèi)河船舶軸系功率監(jiān)測等應(yīng)用場合。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著船舶向大型化、高速化和自動(dòng)化方向發(fā)展，船舶的快速性、高效益、經(jīng)濟(jì)性等，已成為造船的重要指標(biāo)。作為計(jì)算轉(zhuǎn)換效率的重要手段，軸功率測量已成為船廠及船東驗(yàn)收新造船舶的主要參數(shù)。通過對(duì)主機(jī)不同工況下軸功率的測量，可以了解及檢驗(yàn)船體-主機(jī)-推進(jìn)器三者之間匹配情況，同時(shí)也可對(duì)舊船的船體-主機(jī)-槳工作狀態(tài)及故障做出診斷。軸功率測量已成為各大船廠新造船舶以及舊船改造必須進(jìn)行測量的項(xiàng)目之一，因此，其測量的準(zhǔn)確度、數(shù)據(jù)的可靠性尤為重要。
[0003]船舶軸功率監(jiān)測裝置按測量方法主要分為接觸型和非接觸型。接觸型測量裝置技術(shù)已經(jīng)成熟，廣泛應(yīng)用于軸功率和扭矩測量中。大部分接觸型測量裝置是基于應(yīng)變原理，通過軸系上的應(yīng)變片將軸系截面的剪切應(yīng)力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)行測量，但該系統(tǒng)在實(shí)船測量中，需要隔一段時(shí)間對(duì)給應(yīng)變片供電的電池充電，不能進(jìn)行長時(shí)間的測量，同時(shí)，信號(hào)也存在著不穩(wěn)定等問題。非接觸型測量主要有磁彈測量法和激光多普勒測量法，這兩種方法在測量中也存在一定的局限性和傳感器溫度漂移產(chǎn)生的誤差。
[0004]光電式軸功率測量裝置是以長度一定的被測軸在扭矩作用下產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角度為測量對(duì)象件。彈性軸在扭矩的作用下會(huì)發(fā)生變形，其任意兩個(gè)橫截面會(huì)發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生一個(gè)相位角，通過軸系上安裝的碼盤和激光探頭來測量相位角，從而就可求得軸所受的扭矩。
[0005]專利文獻(xiàn)CN103308229A(申請(qǐng)?zhí)?01310163896.0)公開了一種激光光電軸功率測量探頭，其主要由測量探頭光學(xué)室、光纖聚焦鏡、光電二極管和激光二極管組成，該探頭是一種通過光纖傳導(dǎo)的激光光電軸功率測量探頭，以提高光電非接觸式軸功率測量系統(tǒng)的實(shí)用性和適用性。專利文獻(xiàn)CN103900747A(申請(qǐng)?zhí)?01410156272.0)公開了一種偏心誤差修正式的船舶軸系扭矩測量探頭，其主要有由光電接收塊、電渦流位移傳感器、光電二極管、半導(dǎo)體激光器以及裝在底座上的激光夾塊、中塊組成，該探頭通過電渦流位移傳感器檢測碼盤偏心距的信息，剔除因偏心導(dǎo)致的扭轉(zhuǎn)相位角忽長忽短相應(yīng)的信號(hào)，從而達(dá)到消除碼盤偏心誤差，提高測量精確度。
[0006]上述專利文獻(xiàn)公布的技術(shù)方案都是在理想環(huán)境下提出的，而在實(shí)船工作中機(jī)艙有較大的振動(dòng)，探頭的安裝空間也是有限的，其固定也較為困難。在采用光電式軸功率測量儀測量船舶軸功率的過程中，為了保證測量的準(zhǔn)確性，往往要保證測量裝置探頭的可靠性和可調(diào)節(jié)性，因此有必要設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝、調(diào)節(jié)的光電式軸功率測量裝置探頭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型所解決的問題是:提供一種結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、便于安裝的光電式軸功率測量裝置的探頭，以便提高光電式軸功率測量系統(tǒng)的實(shí)用性和適用性。
[0008]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:主要由固定底板，以及裝在固定底板上的激光發(fā)射塊、激光接收塊組成，激光發(fā)射塊內(nèi)裝有激光發(fā)射器，激光接收塊內(nèi)裝有激光接收器。
[0009]所述的激光發(fā)射塊，其橫向截面為“Ω”形狀，其上部設(shè)有軸向的激光發(fā)射器槽，該槽內(nèi)有固定螺孔，通過螺釘穿過螺孔使激光發(fā)射器固定在此槽中；其前面中部設(shè)有導(dǎo)線槽。
[0010]所述的激光接收塊，其橫向截面為“Ω”形狀，其前面中部設(shè)有用于安裝激光接收器的槽，其一側(cè)部設(shè)有航空插頭接口。
[0011]所述的固定底板，其左側(cè)安裝激光發(fā)射塊，其右側(cè)安裝激光接收塊，其上面的中部設(shè)有軸向的用于導(dǎo)線通過的導(dǎo)線槽。
[0012]本實(shí)用新型提供的光電式軸功率測量裝置的探頭，其設(shè)有用于安裝和調(diào)節(jié)探頭的位置的可調(diào)節(jié)支架。
[0013]所述的可調(diào)節(jié)支架，主要由左右調(diào)節(jié)支架和前后調(diào)節(jié)支架組成，所述前后調(diào)節(jié)支架與激光模塊單元之間通過連接件來連接，所述激光模塊單元包括激光發(fā)射塊、激光接收塊、固定底板。
[0014]所述的連接件為一折形部件，其一側(cè)面設(shè)有長通孔，另一側(cè)面設(shè)有多個(gè)螺孔。
[0015]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下主要的優(yōu)點(diǎn):
[0016]1.在安裝和調(diào)試的過程中，通過可調(diào)節(jié)支架進(jìn)行探頭位置的調(diào)節(jié)，以此獲得合適的測量位置。
[0017]2.航空插孔是朝上的，便于航空插頭的安裝。
[0018]3.將激光發(fā)射、接收模塊進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，減少了兩模塊安裝空間，使得激光能盡可能從碼盤遮光齒的中心通過;激光發(fā)射模塊的頂端采用弧形面，使其能盡可能地接近待測軸;同時(shí)增加了導(dǎo)線槽，提高線路的可靠性。
[0019]總之，本實(shí)用新型具有較好的可靠性、實(shí)用性以及方便性。
【附圖說明】
[0020]圖1為激光模塊單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為固定底板的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0022]圖3為可調(diào)節(jié)支架的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4為連接件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖5為激光探頭與連接件裝配的示意圖。
[0025]圖中:1.激光發(fā)射器槽;2.導(dǎo)線槽;3.激光接收器安裝槽;4.航空插頭接口；5.固定底板;6.左右調(diào)節(jié)支架;7.前后調(diào)節(jié)支架;8.機(jī)艙支撐槽鋼;9.通孔；10.固定螺孔；11.激光發(fā)射塊;12.激光接收塊;13.螺孔;14.長通孔;15.連接件;16.激光模塊單元;17.軸向槽。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0027]本實(shí)用新型提供的光電式軸功率測量裝置的探頭，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由激光發(fā)射塊11、激光接收塊12、固定底板5組成。
[0028]所述的固定底板5，其左側(cè)安裝激光發(fā)射塊11，其右側(cè)安裝激光接收塊12，其上面的中部設(shè)有用于導(dǎo)線通過的軸向槽17(圖2)。
[0029]所述的激光發(fā)射塊11，其上部設(shè)有軸向的激光發(fā)射器槽I，該槽內(nèi)有固定螺孔10，通過螺釘穿過螺孔10使激光發(fā)射器固定在此槽中；其前面中部設(shè)有導(dǎo)線槽2;其頂端采用弧形面，使其能盡可能地接近待測的船舶軸。
[0030]在激光接收塊12的下端是航空插頭接口4，連接激光發(fā)射器和激光接收器的線路通過導(dǎo)線槽2、軸向槽17匯總在航空插頭接口 4的一端，而航空插頭接口 4的另一端與船舶機(jī)艙測量電路相連。航空插頭接口4的插孔在安裝之后是朝上的，這樣方便在另一端插頭安裝。
[0031]所述導(dǎo)線槽2和軸向槽17在激光發(fā)射塊11、激光接收塊12安裝完成后，用環(huán)氧樹脂填充、固定，確保導(dǎo)線中的焊接點(diǎn)不會(huì)松動(dòng)，從而保證線路的可靠性。
[0032]本實(shí)用新型提供的光電式軸功率測量裝置的探頭，使用時(shí)，可以通過可調(diào)節(jié)支架來滿足安裝和調(diào)節(jié)探頭的位置要求。該可調(diào)節(jié)支架的結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由左右調(diào)節(jié)支架6和前后調(diào)節(jié)支架7組成，前后調(diào)節(jié)支架7與激光模塊單元16之間通過連接件15來連接。
[0033]所述的左右調(diào)節(jié)支架6和前后調(diào)節(jié)支架7，均由角鋼制成，其一側(cè)面均設(shè)有通孔9。
[0034]所述的連接件15為一折形部件，如圖4所示，其一側(cè)面設(shè)有長通孔14，固定的螺釘能在通孔中進(jìn)行一定范圍的移動(dòng)，以此來實(shí)現(xiàn)探頭位置調(diào)節(jié);其另一側(cè)面設(shè)多個(gè)螺孔13(圖4中畫了4個(gè)螺孔13)。
[0035]所述的連接件15的4個(gè)螺孔13與固定底板5上的螺孔對(duì)應(yīng)且通過同一個(gè)螺栓連接(圖5)，連接件15的長通孔14放置在前后調(diào)節(jié)支架7的通孔9上。而左右調(diào)節(jié)支架6左端的側(cè)面與機(jī)艙支撐槽鋼8焊接在一起(圖3)，以此來固定本實(shí)用新型光電式軸功率測量裝置探頭。通過調(diào)節(jié)螺栓在前后調(diào)節(jié)支架7和左右調(diào)節(jié)支架6的通孔9中的位置，使連接件15的位置發(fā)生變化，從而使探頭位置得到調(diào)節(jié)。當(dāng)然，也可在調(diào)節(jié)螺栓下方增加墊片，以調(diào)節(jié)激光模塊單元16的高度。
[0036]所述激光模塊單元16包括激光發(fā)射塊11、激光接收塊12、固定底板5。
[0037]所述的激光發(fā)射器槽I，用于安裝激光發(fā)射器，并將激光發(fā)射器的光斑大小調(diào)至最小，同時(shí)固定螺釘從槽下方頂緊激光發(fā)射器。
[0038]在激光接收塊12的側(cè)部設(shè)有激光接收器槽3，用于安裝激光感光元件(光電二極管)，并用環(huán)氧樹脂固定。
[0039]在裝配過程中，注意激光的光斑要對(duì)準(zhǔn)激光的感光元件，使激光器的光路與待測軸的軸心線平行。
[0040]安裝過程中，激光模塊單元16離待測軸的距離應(yīng)盡可能短，在碼盤透光區(qū)域，兩光電傳感器的光斑位置大約有1/2個(gè)齒圓心角的相位差。
[0041]本實(shí)用新型提供的光電式軸功率測量裝置的探頭，其工作過程如下:
[0042]在實(shí)船測量中，由于測量技術(shù)的限制，船舶的軸功率不可能通過直接測量而得到。而是通過間接測量軸系的輸出扭矩、轉(zhuǎn)速，根據(jù)物理計(jì)算公式得到船舶的軸功率。
[0043]光電式軸功率測量裝置由兩組光電碼盤和激光探頭組成，光電碼盤垂直于待測軸的軸心線安裝。光電碼盤的同一圓周上間隔、均勻分布著遮光齒和通光孔，且兩光電碼盤在安裝時(shí)，每根齒應(yīng)有一部分的面積重疊。兩激光探頭通過位置調(diào)節(jié)支架使得其光斑垂直落在相應(yīng)光電碼盤的遮光齒(或通光孔)所在的圓周上。當(dāng)光電碼盤隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，激光感光元件會(huì)輸出高低電平的脈沖信號(hào)。激光探頭在遮光時(shí)輸出高電平的脈沖信號(hào)，即暗脈沖信號(hào)；在通光時(shí)輸出低電平的脈沖信號(hào)，即明脈沖信號(hào)。為了便于分析，光電式軸功率測量儀采用暗脈沖信號(hào)來計(jì)算軸功率。
[0044]當(dāng)待測軸沒有加載負(fù)荷時(shí)，由于兩個(gè)碼盤在安裝時(shí)每根齒有一部分的面積重疊，所以兩個(gè)光電碼盤的遮光齒掃過對(duì)應(yīng)的激光探頭時(shí)，會(huì)產(chǎn)生兩路高電平的暗脈沖信號(hào)，并且這兩路脈沖信號(hào)之間有一個(gè)相位差值，且該相位差值不變，即為初始相位差t，該值可由安裝碼盤時(shí)遮光齒的重疊面積控制。
[0045]當(dāng)待測軸上加載負(fù)荷時(shí)，待測軸在扭矩的作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)變化，此時(shí)，兩個(gè)光電碼盤安裝處的軸橫截面也發(fā)生了相對(duì)扭轉(zhuǎn)，這會(huì)使兩個(gè)光電碼盤對(duì)應(yīng)位置的遮光齒發(fā)生相同的角度變化。當(dāng)兩個(gè)激光探頭分別掃過光電碼盤時(shí)，產(chǎn)生的兩路暗脈沖信號(hào)之間的相位差值也隨之發(fā)生了變化，即此時(shí)的相位差變化為At，該值與待測軸上的扭矩成正比。由于光電碼盤的遮光齒的個(gè)數(shù)是固定值，在光電碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)，每一路光電開光產(chǎn)生的暗脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)也是不變的，通過一個(gè)定時(shí)器記下這些暗脈沖數(shù)所用的時(shí)間，即可計(jì)算出當(dāng)前轉(zhuǎn)速了。在整個(gè)測量過程中，激光探頭起到了檢測光脈沖信號(hào)的作用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光電式軸功率測量裝置的探頭，其特征是主要由固定底板(5)，以及裝在固定底板(5)上的激光發(fā)射塊(11)、激光接收塊(12)組成，激光發(fā)射塊(11)內(nèi)裝有激光發(fā)射器，激光接收塊(12)內(nèi)裝有激光接收器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電式軸功率測量裝置的探頭，其特征在于所述的激光發(fā)射塊(U)，其橫向截面為“Ω”形狀，其上部設(shè)有軸向的激光發(fā)射器槽(I)，該槽內(nèi)有固定螺孔(10)，通過螺釘穿過螺孔(10)使激光發(fā)射器固定在此槽中；其前面中部設(shè)有導(dǎo)線槽(2)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電式軸功率測量裝置的探頭，其特征在于所述的激光接收塊(12)，其橫向截面為“Ω”形狀，其前面中部設(shè)有用于安裝激光接收器的槽(3)，其一側(cè)部設(shè)有航空插頭接口(4)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電式軸功率測量裝置的探頭，其特征在于所述的固定底板(5)，其左側(cè)安裝激光發(fā)射塊(11)，其右側(cè)安裝激光接收塊(12)，其上面的中部設(shè)有軸向的用于導(dǎo)線通過的導(dǎo)線槽。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電式軸功率測量裝置的探頭，其特征在于該探頭設(shè)有用于安裝和調(diào)節(jié)探頭位置的可調(diào)節(jié)支架。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光電式軸功率測量裝置的探頭，其特征在于所述的可調(diào)節(jié)支架，主要由左右調(diào)節(jié)支架(6)和前后調(diào)節(jié)支架(7)組成，所述前后調(diào)節(jié)支架(7)與激光模塊單元(16)之間通過連接件(15)來連接，所述激光模塊單元(16)包括激光發(fā)射塊(11)、激光接收塊(12)、固定底板(5)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電式軸功率測量裝置的探頭，其特征在于所述的連接件(15)為一折形部件，其一側(cè)面設(shè)有長通孔(14)，另一側(cè)面設(shè)有多個(gè)螺孔(13)。
【文檔編號(hào)】G01L3/24GK205580638SQ201620351393
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年4月25日
【發(fā)明人】楊琨, 鄒毛
【申請(qǐng)人】武漢理工大學(xué)