CN109580060A - 一种扭矩应变遥测系统及其电源控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扭矩应变遥测系统及其电源控制装置，所述扭矩应变遥测系统包括遥控器、电源控制装置和检测装置，所述电源控制装置，包括遥控开关模块和可控锂电池组，所述遥控开关模块包括开关信号接收天线、高频编码电路和继电器。本发明的电源控制装置根据遥控器的开关指令控制遥控开关模块，进而控制供电线路的通断，从而实现工作状态下供电线路导通，电源控制装置为检测装置中的发射模块供电，而非工作状态下供电线路断开，可控锂电池组仅仅维持遥控开关模块不断电，从而达到省电的目的。

Description

一种扭矩应变遥测系统及其电源控制装置

技术领域

本发明专利申请是2018年3月15日专利申请201810215272.1的分案申请。

本发明涉及轴系扭矩测量技术领域，特别是涉及一种扭矩应变遥测系统及其电源控制装置。

背景技术

轴系扭矩的测量是机械工业特别是造船、汽车、飞机、起重及军工企业不可缺少的一项重要的机械性能测试项目，它不仅为工业设计提供准确的理论数据，也直接为产品检验作出技术性能的评价。

目前的扭矩测试方法，主要分为两种，一是测频法，二是应变法。之前国内应变法所使用的设备基本上都是国外制造的为主，这些设备技术普遍成熟，虽然各有优点，但其自身也都存在着不足之处。比如KYMA的产品，拥有高精度和高稳定性，电刷供电能够实现长时间监测，所以比较适合作为船上的永久监测设备，但对于临时测量用途的，那就显得安装过于复杂，成本也太高了。再比如美国BINSFELD ENGINEERING INC.的Torque TelemetrySystem系列产品，体积小巧，拆装简便，成本低廉，专门用于临时的扭矩检测，但其续航能力只有四小时，远远满足不了一次正常船舶海试所需的测试时间（最短二到三天，长的几十天），最致命的弱点是该设备遥控开关装置使用的是红外线遥控技术，只适合做近距离静态遥控，且需正对被遥控的装置，有明显的指向性，对运转中的轴系要进行控制就显得无能为力了，更谈不上远距离遥控。这些缺点严重制约了该设备的使用范围，使小巧轻便的优势丧失殆尽。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，设计出一种扭矩应变遥测系统及其电源控制装置。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于扭矩应变遥测系统的电源控制装置，包括遥控开关模块、用于为遥控开关模块提供直流电源的可控锂电池组，所述遥控开关模块包括用于接收遥控器的开关指令的开关信号接收天线、根据开关指令对所述遥控器进行对码的高频编码电路、用于控制所述电源控制装置供电线路通断的继电器，所述可控锂电池组的电源输出端口分别与开关信号接收天线、高频编码电路和继电器的电源端连接，开关信号接收天线的信号输出端与高频编码电路的信号输入端连接，高频编码电路的控制信号输出端与继电器连接，继电器与所述扭矩应变遥测系统的发射模块连接。

作为优选地，所述可控锂电池组的充电端口连接有充放电保护电路。

作为优选地，所述可控锂电池组的输出电压为7-18V。

作为优选地，所述可控锂电池组由3块锂电池串联组成。

一种扭矩应变遥测系统，包括遥控器、电源控制装置和检测装置，所述电源控制装置包括遥控开关模块和可控锂电池组，所述遥控开关模块包括用于接收遥控器的开关指令的开关信号接收天线、根据开关指令对所述遥控器进行对码的高频编码电路、用于控制所述电源控制装置供电线路通断的继电器，所述可控锂电池组的电源输出端口分别与开关信号接收天线、高频编码电路和继电器的电源端连接，开关信号接收天线的信号输出端与高频编码电路的信号输入端连接，高频编码电路的控制信号输出端与继电器连接，继电器与所述扭矩应变遥测系统的发射模块连接；所述检测装置包括粘贴在被测轴系金属表面上的全桥应变片、发射模块、信号处理装置、显示终端，所述发射模块包括用于向全桥应变片提供工作电压并将全桥应变片的应变信号转换为毫伏信号的应变信号变送电路、用于将毫伏信号传输给应变信号发射天线的信号发射电路、用于将接收到的毫伏信号无线传输给信号处理装置的应变信号发射天线，所述信号处理装置的信号输出端与显示装置的信号输入端连接。

作为优选地，所述信号处理装置包括用于将接收到的无线信号传输给滤波电路的应变信号接收天线、用于过滤无线信号中的干扰信号的滤波电路、用于对滤波后的应变信号进行放大并传输给显示终端的放大电路。

作为优选地，所述显示终端包括用于将接收到的应变信号转换为对应的扭矩值的运算处理电路、将扭矩值进行显示的显示器，所述运算处理电路的信号输出端与显示器的信号输入端连接。

作为优选地，所述显示终端还包括用于检测被测轴系转速的测速传感器，所述测速传感器的信号输出端与运算处理电路的信号输入端连接。

本发明的积极有益效果：

1、本发明的电源控制装置把高性能的高功率锂电池组合成能提供相应电压的电池组，并设计充放电保护电路，同遥控开关模块整合为一体，装入体积小巧且紧凑的外壳，配以相应电压的充电器和固定频率的无线远距离遥控器，完全实现了可充电、可反复使用、可在轴系高速运转的状态下进行远距离遥控。该电源模块电池续航能力大大增强，在不关机连续测量的状态下充电一次能工作五天、待机长达八天，满足了一次正常船舶海试的相关测试需要。若加上可充电可互换的另一块备用电源模块和充电器，理论上续航能力几乎无限。

2、扭矩应变遥测系统的遥控性能大大增强，轴系任何工作状态下均可进行操作，高转速下也没问题，而且遥控距离长达至少50米（视工作环境而定），且无指向性，具有破壁能力。

3、可充电设计，能反复使用，方便拆装，具有互换性，即使第一个电源模块电池耗尽或出现故障，马上可以换上性能完全相同的备用模块，在最短时间内恢复测试工作。

附图说明

图1为本发明电源控制装置的电路原理框图。

图2为本发明扭矩应变遥测系统的电路原理框图。

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明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

结合图1说明本实施方式，本发明的电源控制装置用于扭矩应变遥测系统中，包括遥控开关模块和可控锂电池组，所述遥控开关模块包括开关信号接收天线、高频编码电路和继电器。本发明的电源控制装置通过遥控开关模块控制供电线路的通断，从而实现工作状态下继电器闭合使供电线路导通，电源控制装置为检测装置的发射模块供电，而非工作状态下继电器断开使供电线路断开，仅仅维持遥控开关模块不断电，从而达到省电的目的。且为了保证可控锂电池组的使用寿命和安全性，在可控锂电池组的充电端口连接充放电保护电路，使平时充电和使用更加安全可靠。

信号处理装置和显示终端采用220V的交流电，发射模块采用7-18V的直流电，在本实施例中，通过可控锂电池组为发射模块进行供电，所述可控锂电池组由3块3.7V的锂电池串联组成，其额定电压为11.1V，额定电流不小于3000mA(视电池型号而定)，单个锂电池可选用手机电板。可控锂电池组的电源输出端口分别与开关信号接收天线、高频编码电路和继电器的电源端连接，开关信号接收天线的信号输出端与高频编码电路的信号输入端连接，高频编码电路的控制信号输出端与继电器连接，继电器与所述扭矩应变遥测系统的发射模块连接。开关信号接收天线用于接收遥控器的开关指令并将开关指令传输给高频编码电路；高频编码电路用于识别开关指令并根据开关指令对所述遥控器进行对码，只有对码成功的遥控器才能对遥控开关模块进行控制，以防误操作；继电器用于控制所述电源控制装置供电线路的通断。当继电器闭合时，供电线路导通，电源控制装置为检测装置中的发射模块提供11V-12V的工作电压，开始轴系扭矩测试工作；当继电器断开时，供电线路断开，可控锂电池组仍为开关信号接收天线、高频编码电路和继电器供电，使遥控开关模块保持不断电的状态。

应用上述电源控制装置的扭矩应变遥测系统，包括遥控器、电源控制装置和检测装置，遥控器采用固定频率的无线远距离遥控器，可在轴系高速运转的状态下进行远距离遥控。所述检测装置包括粘贴在被测轴系金属表面上的全桥应变片、发射模块、信号处理装置、显示终端。全桥应变片是用专用粘结剂牢固的黏贴在经过清洁处理的被测轴系的金属表面上，能准确的反应被测轴系在运转中扭转所产生的微量形变，这个变化与轴系的扭矩有一定的函数关系，全桥应变片由导线与用高强度胶带牢牢绑在轴系上的发射模块连接，发射模块将接收到应变信号通过无线传输的方式传递给信号处理装置，信号处理装置对接收到的信号进行滤波放大后传输给显示终端，显示终端的内部预先植入运算公式，根据输入电信号与扭矩之间的函数关系，把电信号转换成扭矩值由显示器显示。

具体地，所述发射模块包括应变信号变送电路、信号发射电路和应变信号发射天线，发射模块的工作电压由电源控制装置提供。所述应变信号变送电路向全桥应变片提供工作电压，并拾取由全桥应变片变形产生的应变信号，应变信号产生的实质是全桥应变片电阻的变化所带来的，应变信号变送电路的作用就是负责把这个微小的电阻变化转变成能让后续电路识别的毫伏信号。信号发射电路用于将毫伏信号传输给应变信号发射天线，应变信号发射天线则负责把这个与扭矩有一定函数关系的毫伏信号用无线方式发送给后续的信号处理装置。

所述信号处理装置包括应变信号接收天线、滤波电路和放大电路。应变信号接收天线用于将接收到的无线信号传输给滤波电路；滤波电路用于过滤无线信号中的各种干扰信号，把有用的纯净的应变信号提供给放大电路，放大电路用于将滤波后的应变信号放大到足够驱动显示终端的电压，靠电缆传输给显示终端让测试人员读取并记录。

所述显示终端包括运算处理电路和显示器，所述运算处理电路的信号输出端与显示器的信号输入端连接。运算处理器的内部预先植入运算公式，根据应变信号与扭矩之间的函数关系，把接收到的应变信号转换成扭矩值由显示器进行显示。

为了在显示器上同时显示功率参数，在被测轴系上安装一个测速传感器，所述测速传感器的信号输出端与运算处理电路的信号输入端连接，测速传感器检测到的速度信号也同时输入运算处理器，根据机器功率与轴系扭矩和转速之间的特定函数关系，在运算处理器内植入相关的运算公式，在显示器上同时显示相应的功率值。

在对被测轴系扭矩进行测量的过程中，将电源控制装置和发射模块一起牢牢的绑在轴系上，跟随轴系一起运转。操纵遥控器使其向遥控开关模块发送开关指令，遥控开关模块的开关信号接收天线接收开关指令，高频编码电路识别遥控信号并对遥控器进行射频对码，对码成功的遥控器才能实现控制，然后高频编码电路根据对码结果向继电器发出控制指令，当遥控器的遥控指令为开且高频编码电路对码成功后，高频编码电路控制继电器闭合，电源控制装置给检测装置提供11.1V的直流电源。然后，检测装置的发射模块向全桥应变片提供工作电压，并拾取由全桥应变片变形产生的应变信号，应变信号变送电路将全桥应变片的电阻变化转变成毫伏信号，毫伏信号通过信号发射电路和应变信号发射天线传输给应变信号接收天线，应变信号接收天线再将信号传输给滤波电路和放大电路，应变信号经滤波放大后传输给运算处理电路，运算处理电路将接收到的应变信号转换为对应的扭矩值由显示器进行显示。我们在一系列大型船舶柴油机输出中间轴上做了多次轴系扭矩测试，发现测试结果良好，本发明的实际使用效果完全达到预期目标，在不关机连续测量的状态下充电一次能工作五天、待机长达八天，满足了一次正常船舶海试的相关测试需要，安装过程中的安全性、稳定性、可靠性等各方面也表现的十分突出。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (4)

1.一种扭矩应变遥测系统，其特征在于，包括遥控器、电源控制装置和检测装置，所述电源控制装置包括遥控开关模块和可控锂电池组，所述遥控开关模块包括用于接收遥控器的开关指令的开关信号接收天线、根据开关指令对所述遥控器进行对码的高频编码电路、用于控制所述电源控制装置供电线路通断的继电器，所述可控锂电池组的电源输出端口分别与开关信号接收天线、高频编码电路和继电器的电源端连接，开关信号接收天线的信号输出端与高频编码电路的信号输入端连接，高频编码电路的控制信号输出端与继电器连接，继电器与所述扭矩应变遥测系统的发射模块连接；所述检测装置包括粘贴在被测轴系金属表面上的全桥应变片、发射模块、信号处理装置、显示终端，所述发射模块包括用于向全桥应变片提供工作电压并将全桥应变片的应变信号转换为毫伏信号的应变信号变送电路、用于将毫伏信号传输给应变信号发射天线的信号发射电路、用于将接收到的毫伏信号无线传输给信号处理装置的应变信号发射天线，所述信号处理装置的信号输出端与显示装置的信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的扭矩应变遥测系统，其特征在于，所述信号处理装置包括用于将接收到的无线信号传输给滤波电路的应变信号接收天线、用于过滤无线信号中的干扰信号的滤波电路、用于对滤波后的应变信号进行放大并传输给显示终端的放大电路。

3.根据权利要求1所述的扭矩应变遥测系统，其特征在于，所述显示终端包括用于将接收到的应变信号转换为对应的扭矩值的运算处理电路、将扭矩值进行显示的显示器，所述运算处理电路的信号输出端与显示器的信号输入端连接。

4.根据权利要求1所述的扭矩应变遥测系统，其特征在于，所述显示终端还包括用于检测被测轴系转速的测速传感器，所述测速传感器的信号输出端与运算处理电路的信号输入端连接。