CN109131729A - 舰船推进器的预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种舰船推进器的预警系统，涉及舰船安全技术。所述舰船推进器的预警系统包括：检测单元，用于检测艉轴的运行参数；数据处理单元，用于将所述检测单元检测的运行参数与相应的预设安全阈值进行对比，并判断所述艉轴是否处于异常状态；报警单元，用于在确定所述艉轴处于异常状态时，发出警报。通过检测艉轴的运行参数，并根据艉轴的运行参数判断艉轴是否处于异常状态，在确定艉轴处于异常状态时发出警报，从而，能够及时自动发现艉轴的异常状态，也即能够及时发现艉轴出现了故障，便于及时采取排出艉轴故障的措施，提高了舰船的行驶安全，保证了舰船能够可靠运行。
Description
技术领域
本发明涉及舰船安全技术，尤其涉及一种舰船推进器的预警系统。
背景技术
舰船推进器包括螺旋桨和艉轴，其中，螺旋桨是指靠桨叶在水中旋转，将驱动设备(例如发动机)转动功率转化为推进力的装置；螺旋桨安装在舰船尾部水线以下的艉轴上，由驱动设备驱动艉轴并带动螺旋桨一起转动；在转动过程中，螺旋桨将水从桨叶的吸入面吸入，从排出面排出，利用水的反作用力推动船艇前进。
由于海洋中有大量渔网、绳索等漂浮物，航行中的舰船的螺旋桨被绳网等缠绕导致舰船无法继续航行的状况经常发生。现有技术的检测方法，通常是通过检测驱动设备的电压、电流以及功率等电气参数，根据该电气参数确定螺旋桨的变化。然而，上述方法中，螺旋桨出现异常之后才能反映到驱动设备的电气参数中，无法及时发现螺旋桨的异常状况，导致航行安全性较差。
发明内容
针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种舰船推进器的预警系统，能够技术检测出舰船推进器的异常状况。
本发明的第一个方面是提供一种舰船推进器的预警系统，其特征在于，包括：
检测单元，用于检测艉轴的运行参数；
数据处理单元，用于将所述检测单元检测的运行参数与相应的预设安全阈值进行对比，并判断所述艉轴是否处于异常状态；
报警单元，用于在确定所述艉轴处于异常状态时，发出警报。
进一步地，所述运行参数包括：转矩、轴温和/或功率；所述预设安全阈值包括：转矩安全阈值、轴温安全阈值以及功率安全阈值；
所述数据处理单元具体用于将所述转矩、轴温和/或功率与相应的转矩安全阈值、轴温安全阈值和/或功率安全阈值进行对比，若所述转矩、轴温和/或功率大于相应的转矩安全阈值、轴温安全阈值和/或功率安全阈值，则确定所述艉轴是处于异常状态。
进一步地，所述运行参数包括：转速；所述预设安全阈值包括：转速安全阈值；所述数据处理单元具体用于将所述转速和所述转速安全阈值进行对比，若所述转速小于所述转速安全阈值，则确定所述艉轴处于异常状态。
进一步地，所述检测单元包括测量电路、光电耦合发射器和光电耦合接收器；其中，所述测量电路包括转矩传感器、转速传感器和/或温度传感器；所述光电耦合发射器用于将所述测量电路的输出信号发射出去；所述光电耦合接收器用于接收所述光电耦合发射器发射的输出信号。
进一步地，所述测量电路还包括：
信号前处理模块，用于对各传感器的测量信号进行放大、滤波处理；
微处理器，用于根据放大、滤波处理后的测量信号，确定与所述测量信号相对应的测量数值。
进一步地，所述测量电路还包括：存储模块，用于存储所述微处理器输出的数字信号。
进一步地，所述检测单元还包括：供电电路，所述供电电路用于为所述测量电路和光电耦合发射器提供电源。
进一步地，所述供电电路包括：电源耦合器和稳压电路，所述电源耦合器用于耦合外部电源，所述稳压电路用于将所述电源耦合器耦合的电源转换成稳定电压。
进一步地，所述报警单元包括指示灯和/或音频播放器。
本发明提供的舰船推进器的预警系统，通过检测艉轴的运行参数，并根据艉轴的运行参数判断艉轴是否处于异常状态，在确定艉轴处于异常状态时发出警报，从而，能够及时自动发现艉轴的异常状态，也即能够及时发现艉轴出现了故障，便于及时采取排出艉轴故障的措施，提高了舰船的行驶安全，保证了舰船能够可靠运行。
附图说明
图1为本发明实施例舰船推进器的预警系统的结构示意图；
图2为本发明实施例舰船推进器的预警系统与推进器的结构示意图；
图3为本发明实施例舰船推进器的预警系统中电路原理框图。
其中，110-检测单元；111-信号前处理模块；112-微处理器；113-存储模块；114-模拟输出接口；115-现场总线接口；116-供电电路；120-数据处理单元；130-报警单元；140-数据库；210-驱动设备；220-艉轴；230-显示系统。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
图1为本发明实施例舰船推进器的预警系统的结构示意图；
图2为本发明实施例舰船推进器的预警系统与推进器的结构示意图；
图3为本发明实施例舰船推进器的预警系统中电路原理框图。
请参照图1-3，本实施例提供一种舰船推进器的预警系统，包括：
检测单元110，用于检测艉轴220的运行参数；
数据处理单元120，用于将检测单元110检测的运行参数与相应的预设安全阈值进行对比，并判断艉轴220是否处于异常状态；
报警单元130，用于在确定艉轴220处于异常状态时，发出警报。
具体地，检测单元110可以设置在艉轴220与驱动设备210之间，或者设置在艉轴220上；检测单元110可以用于实时检测艉轴220的运行参数，或者每间隔预设时间段检测艉轴220的运行参数。数据处理单元120可以为处理器或者控制器等，可以设置在舰船的控制室内，用于将检测的运行参数和与该运行参数对应的预设安全阈值进行对比，根据对比结果，判断艉轴220是否处于异常状态；例如：当检测到的运行参数偏离预设安全阈值第一预设值时，确定艉轴220处于异常状态；其中，可以理解的是：检测单元110可以检测多个运行参数，每个运行参数分别对应于一个预设安全阈值，各运行参数还可以分别对应一个第一预设值，且各个运行参数对应的第一预设值可以不相同。报警单元130设置在舰船的控制室内，与数据处理单元120连接，当数据处理单元120确定艉轴220处于异常状态时，数据处理单元120控制报警单元130发出警报，以提示控制室内的工作人员艉轴220处于异常状态，便于工作人员及时采取对应的措施，提高行驶安全。
本实施例提供的舰船推进器的预警系统，通过检测艉轴220的运行参数，并根据艉轴220的运行参数判断艉轴220是否处于异常状态，在确定艉轴220处于异常状态时发出警报，从而，能够及时自动发现艉轴220的异常状态，也即能够及时发现艉轴220出现了故障，便于及时采取排出艉轴220故障的措施，提高了舰船的行驶安全，保证了舰船能够可靠运行。
进一步地，运行参数可以包括：转矩、轴温和/或功率；预设安全阈值包括：转矩安全阈值、轴温安全阈值以及功率安全阈值。其中，检测单元110可以检测转矩、轴温、功率中的一种或者任意组合，检测单元110将检测的运行参数发送给数据处理单元120之后，数据处理单元120可以根据接收到的运行参数从数据库140中查找相应的预设安全阈值。例如：检测单元110检测艉轴220的转矩和轴温，并将转矩和轴温发送给数据处理单元120，数据处理单元120接收到转矩和轴温之后从数据库140中查找转矩安全阈值和轴温安全阈值，并将转矩与转矩安全阈值进行对比，将轴温与轴温安全阈值进行对比，若转矩大于转矩安全阈值，或者轴温大于轴温安全阈值，即可确定艉轴220处于异常状态。当然，也可以在转矩大于转矩安全阈值，且轴温大于轴温安全阈值时，确定艉轴220处于异常状态，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。
本实施例中，在确定艉轴220处于异常状态之后，可以通过报警单元130提示控制室内的工作人员艉轴220异常，也可以提示某一运行参数异常。
本实施例对于预设安全阈值的设置过程不做具体限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。例如：以转矩安全阈值为例：通过检测单元110对艉轴220的工作力矩和启动力矩进行测试并标定，取得相应的曲线，建立舰船正常航行时的数据模型；例如，将最大启动力矩作为启动阶段的第一转矩安全阈值，将工作力矩作为启动之后的第二转矩安全阈值；当然，第一转矩安全阈值可以大于最大启动力矩第二预设值，第二转矩安全阈值可以大于工作力矩第三预设值，第二预设值可以与第三预设值相同或者不同，具体可以根据实际需要进行设置。轴温安全阈值以及功率安全阈值可以与转矩安全阈值的设置过程相同或者相似。
此外，由于自然环境因素也对艉轴220的运行参数有影响，因此，在建立数据模型的时候，也可以将自然环境因素考虑在内。例如：在晴天、雨天、大风等天气条件下，分别建立相应的、艉轴220正常运转的数据模型；其中，还可以根据降雨强度、风向、风力等级等分别建立数据模型。此时，在数据处理单元120判断艉轴220是否处于异常状态时，也需要考虑当前的自然环境因素；例如：数据处理单元120获取当前自然环境参数，根据该自然环境参数以及接收到的运行参数查找相应的预设安全阈值。其中，自然环境参数可以包括天气状态、降雨强度、风向、风力等级等。此外，上述各数据模型可以存储在至少一个数据库140中，同种类的运行参数可以存储在同一数据库140中。
进一步地，运行参数包括：转速；预设安全阈值包括：转速安全阈值；数据处理单元120具体用于将转速和转速安全阈值进行对比，若转速小于转速安全阈值，则确定艉轴220处于异常状态。
其中，检测单元110还可以检测艉轴220的转速，检测单元110可以检测转速与转矩、轴温、功率的任意组合。预设的数据库140中，也存储有转速安全阈值。与矩、轴温、功率不同的是，由于艉轴220被异物缠绕之后，转速减小，因此，数据处理单元120确定转速小于转速安全阈值时，即可确定艉轴220处于异常状态。
本实施例中，当具有多个运行参数时，具体几个运行参数发生异常时，可以确定艉轴220处于异常状态，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置，本实施例不做具体限定。在艉轴220的各运行参数中，任一运行参数发生异常，即可确定艉轴220处于异常状态；或者，在艉轴220的各运行参数中，至少两个运行参数发生异常，即可确定艉轴220处于异常状态。
此外，转速安全阈值的设置过程可以与转矩安全阈值的设置过程相似，此处不再赘述。或者，转速安全阈值可以根据舰船的任务需要进行设置，例如：某一项任务需要舰船以特定速度航行，该特定速度对应一特定转速，可以将该特定转速设置为预设安全阈值，当检测单元110检测的当前转速小于该特定转速或者该转速与特定转速之间的差值大于第四预设值时，确定艉轴220处于异常状态。
进一步地，检测单元110包括测量电路、光电耦合发射器和光电耦合接收器；其中，测量电路包括转矩传感器、转速传感器和/或温度传感器；光电耦合发射器用于将测量电路的输出信号发射出去；光电耦合接收器用于接收光电耦合发射器发射的输出信号。
其中，转矩传感器的测量远离采用应变电测原理，在弹性应变轴上粘贴应变片，当应变轴受扭力影响产生微小变形后，粘贴在应变轴上的应变计阻值发生相应变化，将具有相同应变特性的应变计组成测量电桥，应变电阻的变化即可转变为电压信号的变化进行测量。本实施例中的转矩传感器采用能源与信号的无接触耦合，实现了旋转状态下转矩的测量。转速传感器是通过测速码盘来实现，当测速码盘连续旋转时，通过光电开关输出具有一定周期宽度的脉冲信号，根据码盘的齿数和输出信号的频率，即可计算出相应的转速。
测量电路还可以包括：信号前处理模块111，用于对各传感器的测量信号进行放大、滤波处理；微处理器112，用于根据放大、滤波处理后的测量信号，确定与测量信号相对应的测量数值；光电耦合发射器用于将测量数值发射出去。
其中，转矩传感器、转速传感器和/或温度传感器分别与信号前处理模块111连接，转矩传感器、转速传感器和/或温度传感器的测量信号为模拟信号，信号前处理模块111对该模拟信号进行放大、抗干扰、滤波等处理，并将处理后的模拟信号发送给微处理器112，微处理器112对处理后的模拟信号进行再次处理，以确定该模拟信号对应的测量数值，然后将测量数值转换成数字信号，并由光电耦合发射器将该数字信号发射出去。
或者，在信号前处理模块111于微处理器112之间设置模数转换装置，以将信号前处理装置输出的模拟信号转换成数字信号，再由微处理器112对该数字信号进行进一步处理。
本实施例中，可以理解的是：测量电路、光电耦合发射器设置在作为转子的艉轴220上，光电耦合接收器可设置在与转子配合的定子上；本实施例对于定子的结构不做具体限定，只要能够安装光电耦合接收器，并保证光电耦合接收器与光电耦合发射器对应设置，以实现信号的非接触传输即可。
进一步地，测量电路还包括：存储模块113，用于存储微处理器112输出的数字信号。其中，存储模块113可以为微处理器112上的存储区域，也可以为独立的存储设备，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。存储模块113可以存储检测单元110检测的运行参数，也可以存储微处理器112输出的数字信号，以便于后续的调用和分析。
进一步地，检测单元110还包括：供电电路116，供电电路116用于为测量电路和光电耦合发射器提供电源。
具体地，供电电路116包括：电源耦合器和稳压电路，电源耦合器用于耦合外部电源，稳压电路用于将电源耦合器耦合的电源转换成稳定电压。供电电路116可以设置在艉轴220上，电源耦合器用于将外部电源耦合到作为转子的艉轴220上，稳压电路将耦合到转子上的电源转换成稳定电压输出到测量电路和光电耦合发射器。可以理解的是：光电耦合接收器可以由外部电源供电。
进一步地，报警单元130包括指示灯和/或音频播放器。当报警单元130为指示灯时，指示灯可以设置在控制室内的操控台上，或者设置在其它控制室内人员目光可达的位置；当数据处理单元120确定艉轴220处于异常状态时，指示灯开始闪烁或者亮起。当报警单元130为音频播放器时，本实施例对于音频播放器的设置位置不做具体限定，只要能够保证控制室内的工作人员能够听到音频播放器播放的音频即可。
此外，当数据处理单元120确定艉轴220处于异常状态之后，还可以将该异常状态在控制室内的显示系统230上显示，具体可以显示艉轴220异常，也可以将艉轴220的运行参数进行显示。
本实施例提供的舰船推进器的预警系统，采用全闭环动态数控功能设计，对艉轴220运行状态下的转矩、转速、轴温等数据进行实时监测，并进行数据上传、故障预警，以及时发现艉轴220过载堵转，保护艉轴220的驱动设备210安全运行，延长驱动设备210的使用寿命。
此外，舰船推进器的预警系统还可以具有模拟输出接口114，模拟输出接口114用于将经过信号前处理模块111处理后模拟信号连接到接插件进行输出；信号形式包括电压、电流、频率等。舰船推进器的预警系统还可以现场总线接口115，现场总线接口115用于在测量电路中的微处理器112将测量数值根据现场总线协议的要求转换为适合传输的数字信号之后，将该数字信号转换为符合总线物理层协议要求的信号并通过接插件输出给用户。现场总线包括RS232、RS485、CAN、以太网等形式。舰船推进器的预警系统包括软件部分，软件部分包括转矩、转速信号的测量、总线协议的转换、总线通讯的控制及智能功能的实现等；软件部分采用模块化设计，便于移植和维护升级。
本实施例提供的舰船推进器的预警系统，通过对艉轴220的运转参数的实时监测，可及时发现推进器被异物缠绕的状况，能从运转参数的变化直接检测负载故障，以保护螺旋桨负载和动力装备，可以较为圆满的解决舰艇运行时的安全隐患问题，并且，该预警系统实现了无人值守，电脑集中监控，操作简单、直观易用。
需要说明的是：本实施例中艉轴的异常状态不仅仅是指推进器被缠绕的状况，还可以指其它例如艉轴磨损等导致艉轴的运行参数发生变化的状况。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种舰船推进器的预警系统，其特征在于，包括：
检测单元，用于检测艉轴的运行参数；
数据处理单元，用于将所述检测单元检测的运行参数与相应的预设安全阈值进行对比，并判断所述艉轴是否处于异常状态；
报警单元，用于在确定所述艉轴处于异常状态时，发出警报。
2.根据权利要求1所述的舰船推进器的预警系统，其特征在于，所述运行参数包括：转矩、轴温和/或功率；所述预设安全阈值包括：转矩安全阈值、轴温安全阈值以及功率安全阈值；
所述数据处理单元具体用于将所述转矩、轴温和/或功率与相应的转矩安全阈值、轴温安全阈值和/或功率安全阈值进行对比，若所述转矩、轴温和/或功率大于相应的转矩安全阈值、轴温安全阈值和/或功率安全阈值，则确定所述艉轴是处于异常状态。
3.根据权利要求1所述的舰船推进器的预警系统，其特征在于，所述运行参数包括：转速；所述预设安全阈值包括：转速安全阈值；所述数据处理单元具体用于将所述转速和所述转速安全阈值进行对比，若所述转速小于所述转速安全阈值，则确定所述艉轴处于异常状态。
4.根据权利要求1所述的舰船推进器的预警系统，其特征在于，所述检测单元包括测量电路、光电耦合发射器和光电耦合接收器；其中，所述测量电路包括转矩传感器、转速传感器和/或温度传感器；所述光电耦合发射器用于将所述测量电路的输出信号发射出去；所述光电耦合接收器用于接收所述光电耦合发射器发射的输出信号。
5.根据权利要求4所述的舰船推进器的预警系统，其特征在于，所述测量电路还包括：
信号前处理模块，用于对各传感器的测量信号进行放大、滤波处理；
微处理器，用于根据放大、滤波处理后的测量信号，确定与所述测量信号相对应的测量数值。
6.根据权利要求5所述的舰船推进器的预警系统，其特征在于，所述测量电路还包括：存储模块，用于存储所述微处理器输出的数字信号。
7.根据权利要求4所述的舰船推进器的预警系统，其特征在于，所述检测单元还包括：供电电路，所述供电电路用于为所述测量电路和光电耦合发射器提供电源。
8.根据权利要求7所述的舰船推进器的预警系统，其特征在于，所述供电电路包括：电源耦合器和稳压电路，所述电源耦合器用于耦合外部电源，所述稳压电路用于将所述电源耦合器耦合的电源转换成稳定电压。
9.根据权利要求1-8任一项所述的舰船推进器的预警系统，其特征在于，所述报警单元包括指示灯和/或音频播放器。
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