基于无线供电的应变轴功率遥测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机械测试装置领域，特别是一种基于无线供电的应变轴功率遥测装 置。
【背景技术】
[0002] 目前，船舶行业快速发展，船舶耗能总量随之也急剧增加，石油资源紧缺，船舶耗 能问题成为船舶行业关注的焦点，船舶轴功率与船舶能耗息息相关，所以，轴功率的测量成 为新造船舶的主要参数。一般通过测量柴油机转轴的扭矩与转速来计算轴功率。在水上交 通运输的过程中，工作情况十分复杂，柴油机与螺旋桨的匹配程度将直接影响到船舶的安 全运行，当它们不匹配时，一方面柴油机的输出功率不能充分利用，造成航速与推动力达不 到要求;另一方面会使柴油机超负荷运行，使其寿命缩短。因此，我们通过在线监测柴油机 的轴功率，不仅可以检查柴油机的技术状况是否符合要求，还可以判断柴油机与螺旋桨是 否匹配，从而保证了船舶安全稳定的运行，提高其可靠性。所以，它的测量尤为重要。
[0003] 目前船舶轴功率的一体测量装置较少，大多只是扭矩测量，通过扭矩传感器的信 号采集，将其以有线或无线的方式传输给上位机，再配合转速表进行对轴功率的监测，这样 存在扭矩采集与转速采集频率不一致，观察不便等问题。而少部分轴功率测量系统可测出 轴功率，然而目前扭矩和转速的测量装置的无线传输形式大多通过Bluet 〇〇th、WiFi等方式 传输，耗能大且可靠性不高，接受信号后的处理结果，不能够得到实时动态分析，并且不能 对处理后果做出预警提醒并采取合理措施。同时测量装置通过蓄电池进行供电，需要将蓄 电池和轴功率测量装置一同固定在转轴上，这不仅对功率测量的精度有影响，电池本身的 安装和固定会带来很多问题和麻烦，且当电量耗尽需要将轴停止后才能更换电池，电池的 存在，影响了轴系的对中性，会对轴的本身造成不利影响。
[0004] 船舶主轴的是良好的导磁材料，如果利用无线供电装置对轴上设备供电，其效果 和效率都有很大的提升，同时可以设计出无线供电的稳压模块，保证电能稳定输出，而接收 线圈和稳压降压模块与蓄电池相比而言形状很小、重量很轻，不会对轴功率的测量结果造 成很大影响，除非线路出现重大故障，否则无需将轴停转来更换电池。所以，利用无线充电 技术给轴系上的数据采集设备提供电能，不仅可以避免接触式有线供电装置对轴的影响， 同时也提高了数据采集的精度，降低了电能的损失。具有重大意义。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是:提供一种基于无线供电的应变轴功率遥测装置， 以解决电池供电问题，可靠性低的问题及装置信号采集精度问题。
[0006] 本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
[0007] 本发明提供的基于无线供电的应变轴功率遥测装置，包括上位机及与上位机通过 无线传输的遥测电路;所述遥测电路由扭矩模块、转速模块、ZigBee数据采集发射模块、无 线供电模块，ZigBee数据接收模块组成，其中以电信号相连的扭矩模块、转速模块、ZigBee 数据采集发射模块、无线供电模块装在船轴上，而通过数据线与上位机相连ZigBee数据接 收模块设置在上位机旁;扭矩模块和转速模块测量船轴的扭矩和转速信号，通过ZigBee数 据采集发射模块发射信号，由ZigBee数据接收模块接收，之后传输到上位机。
[0008] 所述的扭矩模块由全桥电路和扭矩测量电路组成，其中：全桥电路由4片电阻丝与 轴线呈45度角的应变片连接而成;扭矩测量电路，由电连接的放大器、滤波器、模拟器和A/D 转换器组成。
[0009] 所述的转速模块由小磁铁和转速测量电路组成。
[0010] 所述的小磁铁通过固定装置设置在与船轴轴线同等高度，与转速测量电路内的霍 尔元件正对应的位置。所述固定装置可由安装者自行设置，实现对小磁铁的固定即可。 [0011]所述的转速测量电路主要由霍尔元件和信号处理电路组成，所述信号处理电路由 电连接的放大器、滤波器、模拟器和A/D转换器组成。
[0012] 所述的ZigBee数据采集发射模块，转速测量电路、扭矩测量电路安置在集成电路 板内，该集成电路板内还设有电压供给单元。
[0013] 所述的集成电路板固定在船轴上，全桥电路粘贴于船轴上，集成电路板和全桥电 路由无线供电模块的接收线圈供电。
[0014] 所述的无线供电模块，主要由发射线圈、接收线圈、电压供给单元组成，其中：发射 线圈缠绕于圆环之上；圆环直径略大于船轴，分为左右各一半，然后左右分开将船轴套入， 之后闭合，与其无接触;将发射线圈紧密缠绕在圆环上，圆环经支架进行安装和固定;接收 线圈缠绕在船轴上，该接收线圈和圆环大小根据轴系大小而调整；调整发射线圈与接收线 圈的距离，以便得到合适且稳定的电流;之后所述接收线圈与电压供给单元连接。
[0015] 所述的ZigBee数据采集发射和数据接收模块，主要由搭载CC2530芯片的ZigBee模 块组成，应变信号和转速信号通过ZigBee数据采集发射模块进行数据采集、处理后发射到 ZigBee数据接收模块。
[0016] 所述的ZigBee数据采集发射模块将信号发射ZigBee数据接收模块，之后传输到上 位机，经上位机处理后得到船舶轴功率;通过船舶主机及轴系的出厂指标可得到轴功率的 可用范围，通过船舶的正常航行建立数据库，当上位机接收到的信号超过许用范围，将会自 动报警。
[0017] 本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：
[0018] 1.将传感器与采集发射模块集成在一个小型电路板中，节省了较大的空间。结构 紧凑、安装方便。
[0019] 2.轴系的数据采集装置由无线供电模块供电，取代了传统的电池供电，消除了电 池重量对轴系的影响，提高了扭矩采集的精准度，使得检测的轴功率更为真实。
[0020] 3.轴功率实时显示系统的安装不仅能够在线监测船舶扭矩、转速、轴功率的变化， 同时根据柴油机及轴系的许用扭矩、转速、功率范围和船舶运营建立起的数据库可以判断 船舶的运行情况，及时对可能出现的轴系故障情况作出预判及报警，对船舶正常运行具有 重大意义。
【附图说明】
[0021] 图1是本发明基于无线供电的应变轴功率遥测装置的整体结构示意图。
[0022] 图2是本发明基于无线供电的应变轴功率遥测装置的无线供电结构示意图。
[0023] 图3是本发明基于无线供电的应变轴功率遥测装置的信号传输示意图。
[0024]图4为本发明装置的ZigBee模块的结构框图。
[0025] 图中：1.船轴;2.发射线圈；3.接收线圈;4.集成电路板;5.全桥电路;6.小磁铁;7. 轴承;8. ZigBee数据接收模块;9.上位机；10.电压供给单元；11.支架；12.圆环；13. ZigBee 数据采集发射模块;14.转速测量电路;15.扭矩测量电路，16.应变片；17.固定装置。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详细说明。
[0027] 本发明提供的基于无线供电的应变轴功率遥测装置，其结构如图1、图2和图3所 示:其主要是由上位机9,以及与上位机9通过无线传输的遥测电路组成。遥测电路中由电信 号相连的扭矩模块、转速模块、ZigBee数据采集发射模块13、无线供电模块安装在船轴1上， 而ZigBee数据接收模块8则通过数据线与上位机9相连。扭矩模块和转速模块测量船轴1的 扭矩和转速信号，通过ZigBee数据采集发射模块13发射，由ZigBee数据接收模块8接收，之 后传输到上位机9。
[0028] 所述的扭矩模块由全桥电路5和扭矩测量电路15组成，其中：全桥电路5由4片电阻 丝与轴线呈45度角的应变片16连接而成，所述全桥电路设置在船轴1上。扭矩测量电路15， 由电连接的放大器、滤波器、模拟器和A/D转换器组成，该扭矩测量电路15记录所在船轴1运 转过程中的应变片16的电阻值变化，应变片16的电阻值变化通过全电桥路5和扭矩测量电 路15的稳压放大，得到与应变片16的电阻值成正比的数字信号，所得信号送往ZigBee数据 采集发射模块13。