CN104215375B - 一种扭矩监测装置及爬升小齿轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扭矩监测装置及爬升小齿轮，属于海工技术领域。所述装置包括传感器轴、若干应变片、无线信号发射电路、无线信号接收器、定子、稳压电源、以及激磁电源；传感器轴设置在轴向通孔中，传感器轴的一端位于轴向通孔外，传感器轴与爬升小齿轮之间通过胀套连接；若干应变片和无线信号发射电路连接后封装在传感器轴内，若干应变片紧贴传感器轴；定子可转动地套设在传感器轴的一端外，无线信号接收器和激磁电源安装在定子上；稳压电源固定在传感器轴的一端上，与激磁电源相对设置，稳压电源与无线信号发射电路之间采用电源线连接。本发明对爬升小齿轮的扭矩进行实时监测，不会受到行星减速机效率和速比的影响，不存在延迟和偏差。

Description

一种扭矩监测装置及爬升小齿轮

技术领域

本发明涉及海工技术领域，特别涉及一种扭矩监测装置及爬升小齿轮。

背景技术

为满足海洋油气开发需求，国内涉足海洋油气开发的石油公司需要装备相当数量的自升式海洋平台。由于升降系统是自升式海洋平台的核心技术，直接影响到整个海洋平台升降过程的安全性，因此需要对升降系统进行实时监测，以防止自升式海洋平台过载等状况发生。

由于爬升小齿轮需要插入到行星减速箱内部，因此无法采用法兰式扭矩传感器，只能在电机输入端安装扭矩传感器，对爬升小齿轮的扭矩进行检测，达到对升降系统进行实时监测的目的。但是这样测得的爬升小齿轮的扭矩会受到行星减速机效率和速比的影响，存在延迟和偏差。

发明内容

为了解决现有技术会受到行星减速机效率和速比的影响，存在延迟和偏差的问题，本发明实施例提供了一种扭矩监测装置及爬升小齿轮。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种扭矩监测装置，适用于安装在海洋平台升降系统的爬升小齿轮的轴向通孔中，所述装置包括传感器轴、若干应变片、无线信号发射电路、无线信号接收器、定子、稳压电源、以及激磁电源；

所述传感器轴设置在所述轴向通孔中，且所述传感器轴的一端位于所述轴向通孔外；所述传感器轴与所述爬升小齿轮之间通过胀套连接，且所述传感器轴的轴线与所述爬升小齿轮的轴线重合；所述若干应变片和所述无线信号发射电路连接后封装在所述传感器轴内，且所述若干应变片紧贴所述传感器轴；

所述定子可转动地套设在所述传感器轴的一端外，所述无线信号接收器和所述激磁电源安装在所述定子上；所述无线信号接收器与所述无线信号发射电路无线连接；所述稳压电源固定在所述传感器轴的一端上，且所述稳压电源与所述激磁电源相对设置，所述稳压电源与所述无线信号发射电路之间采用电源线连接，所述电源线设置在所述传感器轴内。

可选地，所述传感器轴的中部靠近所述传感器轴的一端的位置和所述传感器轴的另一端分别套设有一个所述胀套，所述应变片位于两个所述胀套中间。

可选地，所述若干应变片包括四个应变片，所述四个应变片首尾相接呈正方形，所述正方形的一条对角线与所述传感器轴的轴线平行，所述正方形的另一条对角线与所述传感器轴的轴线垂直。

可选地，所述无线信号发射电路包括信号放大器、信号转换器和无线信号发射器，所述信号放大器、所述信号转换器、所述无线信号发射器依次连接。

可选地，所述装置还包括解调电路和显示设备，所述显示设备与所述解调电路连接，所述解调电路与所述无线信号接收器之间采用带钢丝的数据线连接。

另一方面，本发明实施例提供了一种爬升小齿轮，所述爬升小齿轮包括爬升小齿轮本体、以及扭矩监测装置，所述爬升小齿轮本体上开设有轴向通孔，所述装置包括传感器轴、若干应变片、无线信号发射电路、无线信号接收器、定子、稳压电源、以及激磁电源；

所述传感器轴设置在所述轴向通孔中，且所述传感器轴的一端位于所述轴向通孔外；所述传感器轴与所述爬升小齿轮之间通过胀套连接，且所述传感器轴的轴线与所述爬升小齿轮的轴线重合；所述若干应变片和所述无线信号发射电路连接后封装在所述传感器轴内，且所述若干应变片紧贴所述传感器轴；

所述定子可转动地套设在所述传感器轴的一端外，所述无线信号接收器和所述激磁电源安装在所述定子上；所述无线信号接收器与所述无线信号发射电路无线连接；所述稳压电源固定在所述传感器轴的一端上，且所述稳压电源与所述激磁电源相对设置，所述稳压电源与所述无线信号发射电路之间采用电源线连接，所述电源线设置在所述传感器轴内。

可选地，所述传感器轴的中部靠近所述传感器轴的一端的位置和所述传感器轴的另一端分别套设有一个所述胀套，所述应变片位于两个所述胀套中间。

可选地，所述若干应变片包括四个应变片，所述四个应变片首尾相接呈正方形，所述正方形的一条对角线与所述传感器轴的轴线平行，所述正方形的另一条对角线与所述传感器轴的轴线垂直。

可选地，所述发射电路包括信号放大器、信号转换器和无线信号发射器，所述信号放大器、所述信号转换器、所述无线信号发射器依次连接。

可选地，所述装置还包括解调电路和显示设备，所述显示设备与所述解调电路连接，所述解调电路与所述无线信号接收器之间采用带钢丝的数据线连接。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过将传感器轴设置在爬升小齿轮的轴向通孔中，传感器轴与爬升小齿轮之间通过胀套连接，并且若干应变片贴在传感器轴上，从而对爬升小齿轮的扭矩进行实时监测，确定爬升小齿轮的负载情况，从而均衡各个爬升小齿轮的负载，防止自升式海洋平台过载，不会受到行星减速机效率和速比的影响，不存在延迟和偏差。而且，无线信号接收器与无线信号发射电路无线连接，稳压电源与无线信号发射电路之间连接的电源线设置在传感器轴内，可以有效避免由于爬升小齿轮转动造成的电线扭转的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种扭矩监测装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的一部分传感器轴位置的扭矩监测装置的局部放大图；

图3是本发明实施例一提供的应变片位置的扭矩监测装置的局部放大图；

图4是本发明实施例一提供的另一部分传感器轴位置的扭矩监测装置的局部放大图；

图5是本发明实施例一提供的扭矩监测装置电路部分的电路示意图；

图6是本发明实施例二提供的一种爬升小齿轮的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种扭矩监测装置，适用于安装在海洋平台升降系统的爬升小齿轮的轴向通孔中，参见图1-图4，该装置包括传感器轴11、若干应变片12、无线信号发射电路13、无线信号接收器14、定子15、稳压电源16、以及激磁电源17。

在本实施例中，传感器轴11设置在爬升小齿轮21的轴向通孔211中，且传感器轴11的一端位于轴向通孔211外(详见图1)。传感器轴11与爬升小齿轮21之间通过胀套31连接(详见图2)，且传感器轴11的轴线与爬升小齿轮21的轴线重合。参见图3，若干应变片12和无线信号发射电路13连接后封装在传感器轴11内，且若干应变片12紧贴传感器轴11。

定子15可转动地套设在传感器轴11的一端外，无线信号接收器14和激磁电源17安装在定子15上(详见图4)。无线信号接收器14与无线信号发射电路13无线连接。稳压电源16固定在传感器轴11的一端上，且稳压电源16与激磁电源17相对设置(详见图4)。稳压电源16与无线信号发射电路13之间采用电线32连接，电线32设置在传感器轴11内(参见图1)。

在本实施例中，当胀套31的螺栓拧紧时，胀套31本体同时具有向外扩张和向内缩紧的趋势，此时胀套31的外表面与爬升小齿轮21的内表面紧配合，胀套31的内表面与传感器轴11的外表面紧配合，从而将传感器轴11固定在爬升小齿轮21的轴向通孔211中。

传感器轴的另一端设有与行星减速机连接的花键。

激磁电源17的一端接15V的直流电。激磁电源17和稳压电源16均包括一个感应线圈，且激磁电源17的感应线圈与稳压电源16的感应线圈相对设置，激磁电源17的感应线圈与稳压电源16的感应线圈之间形成感应磁场。由于感应线圈两侧的电压大小与感应线圈的匝数成正比，因此可以将激磁电源17的感应线圈与稳压电源16的感应线圈的匝数比设为15:24，从而将接入激磁电源的15V的直流电转换成24V的直流电从稳压电源16输出。

需要说明的是，本实施例中通过将传感器轴设置在爬升小齿轮的轴向通孔中，若干应变片和无线信号发射电路封装在传感器轴中，传感器轴的一端位于轴向通孔外，定子可转动地套设在传感器轴的一端外，无线信号接收器和激磁电源安装在定子上，稳压电源固定在传感器轴的一端上，充分利用了爬升小齿轮的结构，可以保证爬升小齿轮扭矩监测结果的准确性。而且，胀套只传递爬升小齿轮很小的一部分扭矩，解决了大扭矩难以直接测量的问题。

可选地，参见图1和图2，传感器轴11的中部靠近传感器轴11的一端的位置和传感器轴11的另一端分别套设有一个胀套31。应变片12位于两个胀套31中间。

需要说明的是，当爬升小齿轮21转动时，爬升小齿轮21的两端会产生反向扭矩，此反向扭矩会分别通过传感器轴11的中部靠近传感器轴11的一端的位置和传感器轴11的另一端套设的胀套31传递到传感器轴11上，进而被位于两个胀套31中间的应变片12检测到。

可选地，若干应变片12包括四个应变片12(如图5所示)。四个应变片12首尾相接呈正方形，正方形的一条对角线与传感器轴11的轴线平行，正方形的另一条对角线与传感器轴21的轴线垂直。

具体地，四个应变片12与传感器轴11的轴线成45°，有效过滤传感器轴11上的弯矩，更精确地测量出爬升小齿轮21的扭矩。

优选地，参见图4，定子15可以通过滚动轴承34可转动地套设在传感器轴11的一端外。稳压电源16可以通过螺钉35固定在传感器轴11的一端上。

需要说明的是，定子15是一个类似于圆柱体的支架，在圆柱体的中部内外均设有凹槽，圆柱体的中部内的凹槽用于设置滚动轴承34，圆柱体的中部外的凹槽用于安装无线信号接收器14和激磁电源17。

滚动轴承34和螺钉35可以分别限制定子15、稳压电源16在传感器轴11上的位置，由于激磁电源17安装在定子15上，因此保证稳压电源16与激磁电源17相对设置。

可选地，参见图5，无线信号发射电路13包括信号放大器131、信号转换器132和无线信号发射器133。信号放大器131、信号转换器132、无线信号发射器133依次连接。

在实际应用中，信号放大器131、信号转换器132和无线信号发射器133可以集成在同一个电路板上。

可选地，参见图5，该装置还包括解调电路18和显示设备19。显示设备19与解调电路18连接，解调电路18与无线信号接收器14之间采用带钢丝的数据线33连接(参见图1)。

需要说明的是，解调电路18与无线信号接收器14之间采用带钢丝的数据线33连接，无线信号接收器14安装在定子15上，当钢丝的长度等于解调电路与无线信号接收器之间的距离时，带钢丝的数据线33可以限制定子15的转动，使定子15在传感器轴11转动时基本保持不动，并且带钢丝的数据线33可以承担意外情况下定子15很小的转动扭矩。

下面简单介绍一下本发明提供的爬升小齿轮扭矩监测装置的工作原理：

当爬升小齿轮21转动时，爬升小齿轮21的两端会产生反向扭矩，该反向扭矩分别通过传感器轴11的中部靠近传感器轴11的一端的位置和传感器轴11的另一端套设的胀套31传递到传感器轴11上，进而传递到贴在传感器轴11位于两个胀套31中间的应变片12，应变片12将扭矩信息依次经过信号放大器131放大、信号转换器132基带信号转高频信号、无线信号发射器133发送高频信号、无线信号接收器14接收高频信号、解调电路18将高频信号还原成基带信号，最后通过显示设备19显示出来。

本发明实施例通过将传感器轴设置在爬升小齿轮的轴向通孔中，传感器轴与爬升小齿轮之间通过胀套连接，并且若干应变片贴在传感器轴上，从而对爬升小齿轮的扭矩进行实时监测，确定爬升小齿轮的负载情况，从而均衡各个爬升小齿轮的负载，防止自升式海洋平台过载，不会受到行星减速机效率和速比的影响，不存在延迟和偏差。而且，无线信号接收器与无线信号发射电路无线连接，稳压电源与无线信号发射电路之间连接的电源线设置在传感器轴内，可以有效避免由于爬升小齿轮转动造成的电线扭转的情况。

实施例二

本发明实施例提供了一种爬升小齿轮，参见图6，该爬升小齿轮包括爬升小齿轮本体20、以及扭矩监测装置10，爬升小齿轮本体20上开设有轴向通孔。

具体地，扭矩监测装置10与实施例一提供的扭矩监测装置相同，在此不再详述。

本发明实施例通过将传感器轴设置在爬升小齿轮的轴向通孔中，传感器轴与爬升小齿轮之间通过胀套连接，并且若干应变片贴在传感器轴上，从而对爬升小齿轮的扭矩进行实时监测，确定爬升小齿轮的负载情况，从而均衡各个爬升小齿轮的负载，防止自升式海洋平台过载，不会受到行星减速机效率和速比的影响，不存在延迟和偏差。而且，无线信号接收器与无线信号发射电路无线连接，稳压电源与无线信号发射电路之间连接的电源线设置在传感器轴内，可以有效避免由于爬升小齿轮转动造成的电线扭转的情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种扭矩监测装置，适用于安装在海洋平台升降系统的爬升小齿轮的轴向通孔中，其特征在于，所述装置包括传感器轴、若干应变片、无线信号发射电路、无线信号接收器、定子、稳压电源、以及激磁电源；

所述传感器轴设置在所述轴向通孔中，且所述传感器轴的一端位于所述轴向通孔外；所述传感器轴与所述爬升小齿轮之间通过胀套连接，且所述传感器轴的轴线与所述爬升小齿轮的轴线重合；所述若干应变片和所述无线信号发射电路连接后封装在所述传感器轴内，且所述若干应变片紧贴所述传感器轴；

所述定子可转动地套设在所述传感器轴的一端外，所述无线信号接收器和所述激磁电源安装在所述定子上；所述无线信号接收器与所述无线信号发射电路无线连接；所述稳压电源固定在所述传感器轴的一端上，且所述稳压电源与所述激磁电源相对设置，所述稳压电源与所述无线信号发射电路之间采用电源线连接，所述电源线设置在所述传感器轴内。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器轴的中部靠近所述传感器轴的一端的位置和所述传感器轴的另一端分别套设有一个所述胀套，所述应变片位于两个所述胀套中间。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述若干应变片包括四个应变片，所述四个应变片首尾相接呈正方形，所述正方形的一条对角线与所述传感器轴的轴线平行，所述正方形的另一条对角线与所述传感器轴的轴线垂直。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述无线信号发射电路包括信号放大器、信号转换器和无线信号发射器，所述信号放大器、所述信号转换器、所述无线信号发射器依次连接。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括解调电路和显示设备，所述显示设备与所述解调电路连接，所述解调电路与所述无线信号接收器之间采用带钢丝的数据线连接。

6.一种爬升小齿轮，其特征在于，所述爬升小齿轮包括爬升小齿轮本体、以及扭矩监测装置，所述爬升小齿轮本体上开设有轴向通孔，所述装置包括传感器轴、若干应变片、无线信号发射电路、无线信号接收器、定子、稳压电源、以及激磁电源；

所述传感器轴设置在所述轴向通孔中，且所述传感器轴的一端位于所述轴向通孔外；所述传感器轴与所述爬升小齿轮之间通过胀套连接，且所述传感器轴的轴线与所述爬升小齿轮的轴线重合；所述若干应变片和所述无线信号发射电路连接后封装在所述传感器轴内，且所述若干应变片紧贴所述传感器轴；

所述定子可转动地套设在所述传感器轴的一端外，所述无线信号接收器和所述激磁电源安装在所述定子上；所述无线信号接收器与所述无线信号发射电路无线连接；所述稳压电源固定在所述传感器轴的一端上，且所述稳压电源与所述激磁电源相对设置，所述稳压电源与所述无线信号发射电路之间采用电源线连接，所述电源线设置在所述传感器轴内。

7.根据权利要求6所述的爬升小齿轮，其特征在于，所述传感器轴的中部靠近所述传感器轴的一端的位置和所述传感器轴的另一端分别套设有一个所述胀套，所述应变片位于两个所述胀套中间。

8.根据权利要求6所述的爬升小齿轮，其特征在于，所述若干应变片包括四个应变片，所述四个应变片首尾相接呈正方形，所述正方形的一条对角线与所述传感器轴的轴线平行，所述正方形的另一条对角线与所述传感器轴的轴线垂直。

9.根据权利要求6所述的爬升小齿轮，其特征在于，所述发射电路包括信号放大器、信号转换器和无线信号发射器，所述信号放大器、所述信号转换器、所述无线信号发射器依次连接。

10.根据权利要求6所述的爬升小齿轮，其特征在于，所述装置还包括解调电路和显示设备，所述显示设备与所述解调电路连接，所述解调电路与所述无线信号接收器之间采用带钢丝的数据线连接。