CN103698550B - 单霍尔接近式传感器船舶艉轴测速装置 - Google Patents

单霍尔接近式传感器船舶艉轴测速装置 Download PDF

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Abstract

本发明是单霍尔接近式传感器船舶艉轴测速装置，其包括永磁体抱箍（1）、霍尔接近式传感器（2），以及以电信号相连的输入调理电路（3）、单片机（4）、模拟量输出模块（5）、数码显示模块（6）、RS232通讯模块(7)，所述永磁体抱箍（1）安装在船舶艉轴上，霍尔接近式传感器（2）根据永磁体抱箍（1）上磁钢与传感器之间相对位置的变化，感应出脉冲方波，脉冲方波信号经调理电路（3）调理后输入到单片机（4），单片机捕获单元根据捕获的脉冲方波输出转速和转向信号。本发明对安装精度要求低，能克服由于振动、冲击和船体轴系形变引起的位移对传感器采集信号的影响，从而确保船舶艉轴测速精度。

Description

单霍尔接近式传感器船舶艉轴测速装置
技术领域
本发明涉及船舶轮机自动化技术领域，特别是一种单霍尔接近式传感器的船舶艉轴测速装置。
背景技术
船舶艉轴转速是驾驶员确定船舶操纵决策的依据之一。传统的船舶艉轴测速方案可分成两类：测速发电机和磁感应非接触测量。测速发电机的工作原理是将转速转变为电压信号，它运行可靠但体积大、精度低；磁感应非接触测量的工作原理是在艉轴上安装齿轮，当艉轴旋转时，传感器感应发出周期性脉冲方波。目前，后者实际应用广泛，但需采用两支磁电传感器错开安装半个齿，由D触发器完成鉴向，其安装精度要求高，调试困难；另外，由于传感器支架需固定在船体上，振动、冲击和船体轴系形变会引起传感器与检测齿轮间距变化，使传感器输出脉冲信号幅值不稳定，造成测速不准。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种单霍尔接近式传感器的船舶艉轴测速装置，以克服现有测速方式的技术不足，降低安装难度和减少成本。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：包括永磁体抱箍、霍尔接近式传感器，以及以电信号相连的输入调理电路、单片机、模拟量输出模块、数码显示模块、RS232通讯模块。所述永磁体抱箍安装在船舶艉轴上，霍尔接近式传感器根据永磁体抱箍上磁钢与传感器之间相对位置的变化，感应出脉冲方波，脉冲方波信号经调理电路调理后输入到单片机，单片机捕获单元根据捕获的脉冲方波，由程序判别计算出转速和转向，转速和转向信号分为三路：一路经模拟量输出模块输出，由指针表显示转速和转向；一路经RS485通讯，由数码管显示模块显示转速和转向；一路经RS232通讯模块与上位机通讯。
所述的装在船舶艉轴上的永磁体抱箍，其设有≥3组磁钢。
所述的永磁体抱箍，是由三块长度和高度相等但宽度不等的长方体磁钢组成，且宽度差值≥2mm；三块磁钢的布置顺序为：宽度最小的磁钢在中间，且该磁钢的极性与其它两块相反。
所述霍尔接近式传感器与永磁体抱箍的配合间隙为1-10mm。
所述的霍尔接近式传感器经过抱箍未装磁钢区获得的高电平持续时间为t1，经过第一块磁钢获得的低电平持续时间为t2、经过第二块磁钢获得的高电平持续时间为t3，第三块磁钢获得的低电平持续时间为t4，将上述四个高低电平定义为一个脉冲方波周期T；正转时，周期T内的脉冲方波高低电平持续时间关系为：t1>t2>t4>t3；反转时，周期T内的脉冲方波高低电平持续时间关系为：t1>t4>t2>t3。
所述的脉冲方波，采用电平跳变沿触发单片机的CCU6捕获单元捕获脉冲方波，经程序判别计算，实现鉴向和转速测量。
本发明与现有技术相比，主要有以下的优点：
其一.安装简单，调试方便。
其二.能够克服现有技术中由于振动、冲击和船体轴系形变引起的位移对传感器信号采集的影响，从而确保船舶艉轴测速精度。
附图说明
图1是单霍尔接近式传感器的船舶艉轴测速装置的结构原理图。
图2是永磁体抱箍磁钢布置示意图。
图3是艉轴正反转时霍尔传感器的脉冲方波时序图。
图中：1.永磁体抱箍；2.霍尔接近式传感器；3.输入调理电路；4.单片机；5.模拟量输出模块；6.数码显示模块；7.RS232通讯模块。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。
本发明提供的单霍尔接近式传感器的船舶艉轴测速装置，其结构原理如图1所示，包括永磁体抱箍1、霍尔接近式传感器2，以及以电信号相连的输入调理电路3、单片机4、模拟量输出模块5、数码显示模块6、RS232通讯模块7。其中：永磁体抱箍1安装在船舶艉轴上，霍尔接近式传感器2对准永磁体抱箍磁钢安装，永磁体抱箍1上磁钢随艉轴旋转时，霍尔接近式传感器2感应出脉冲方波，脉冲方波信号经调理电路3调理后输入到单片机4，单片机计算出转速和转向。转速和转向信号分三路输出：一路经模拟量输出模块5输出，由指针表显示转速和转向；一路经RS485通讯，由数码管显示模块6显示转速和转向；一路经RS232通讯模块7与上位机通讯，方便调试。
所述永磁体抱箍，是在不锈钢条上均匀布置若干组磁钢（如图2所示），根据不同的测速范围和精度要求确定磁钢的组数及每组磁钢的尺寸。为保证船舶艉轴测速精度，永磁体抱箍上的磁钢应≥3组。每组磁钢由三块长度和高度相等但宽度不等的长方体磁钢组成，且宽度差值≥2mm；三块磁钢的布置顺序为：宽度最小的磁钢在中间，且该磁钢的极性与其他两块相反。
所述霍尔接近式传感器2固定在船体上，与磁钢表面间距应在1-10mm范围内。
本发明提供的单霍尔接近式传感器船舶艉轴测速装置，其工作过程如下：
一.鉴向的实现：
当艉轴旋转时，霍尔接近式传感器经过抱箍未装磁钢区获得的高电平持续时间为t1，经过第一块磁钢获得的低电平持续时间为t2、经过第二块磁钢获得的高电平持续时间为t3，第三块磁钢获得的低电平持续时间为t4，将上述四个高低电平定义为一个脉冲方波周期T。正转时，周期T内的脉冲方波高低电平持续时间关系为：t1>t2>t4>t3（如图3所示）；反转时，周期T内的脉冲方波高低电平持续时间关系为：t1>t4>t2>t3（如图3所示）。由英飞凌XC886单片机的捕获单元获得上述脉冲方波高低电平持续时间，再根据上述脉冲方波高低电平持续时间关系的差别判断转向。
二.测速的实现：
所述转速测量是当艉轴转过一组磁钢时，单片机捕获单元捕获的脉冲方波周期T=t1+t2+t3+t4，（如图3所示）。可以得到艉轴转一圈的周期T总=ZT（其中Z为磁钢组数（三个磁钢为一组）；T为转过一组磁钢的脉冲方波周期）。从而可以计算转速n=60/T总。
三.艉轴转速与转向的输出与显示：
所述的艉轴转速测量装置的转速和转向信号分三路输出：一路经模拟量输出模块输出，由指针表显示转速和转向；一路经RS485通讯，由数码管显示模块显示转速和转向；一路经RS232通讯模块与上位机通讯，方便调试。
本测速系统选用的霍尔接近式传感器具有频响快，抗干扰好的优点。单传感器的设计，降低了安装难度，方便了调试；同时减少了振动、冲击和船体轴系形变引起的位移对信号采集的影响，提高了系统可靠性。

Claims (4)

1.单霍尔接近式传感器船舶艉轴测速装置，其特征在于包括永磁体抱箍（1）、霍尔接近式传感器（2），以及以电信号相连的输入调理电路（3）、单片机（4）、模拟量输出模块（5）、数码显示模块（6）、RS232通讯模块(7)，所述的永磁体抱箍（1），是由三块长度和高度相等但宽度不等的长方体磁钢组成，且宽度差值≥2mm；三块磁钢的布置顺序为：宽度最小的磁钢在中间，且该磁钢的极性与其它两块相反；该永磁体抱箍（1）安装在船舶艉轴上，霍尔接近式传感器（2）根据永磁体抱箍（1）上磁钢与传感器之间相对位置的变化，感应出脉冲方波，脉冲方波信号经调理电路（3）调理后输入到单片机（4），单片机捕获单元根据捕获的脉冲方波输出三路信号：一路经模拟量输出模块（5）输出，由指针表显示转速和转向；一路经RS485通讯，由数码管显示模块（6）显示转速和转向；一路经RS232通讯模块(7)与上位机通讯。
2.根据权利要求1所述的单霍尔接近式传感器船舶艉轴测速装置，其特征在于所述霍尔接近式传感器（2）与永磁体抱箍（1）的配合间隙为1-10mm。
3.根据权利要求1所述的单霍尔接近式传感器船舶艉轴测速装置，其特征在于霍尔接近式传感器（2）经过抱箍未装磁钢区获得的高电平持续时间为t1，经过第一块磁钢获得的低电平持续时间为t2、经过第二块磁钢获得的高电平持续时间为t3，第三块磁钢获得的低电平持续时间为t4，将上述四个高低电平定义为一个脉冲方波周期T；正转时，周期T内的脉冲方波高低电平持续时间关系为：t1>t2>t4>t3；反转时，周期T内的脉冲方波高低电平持续时间关系为：t1>t4>t2>t3。
4.根据权利要求3所述的单霍尔接近式传感器船舶艉轴测速装置，其特征在于所述的脉冲方波，采用电平跳变沿触发单片机（4）的CCU6捕获单元捕获脉冲方波，经程序判别计算，实现鉴向和转速测量。
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