CN112683189B - 基于fbg的船用螺旋桨叶片动应变测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于FBG的船用螺旋桨叶片动应变测量装置，包括敞水箱、试验对象、FBG传感器、套筒、光纤滑环、固定装置、第一光纤、第二光纤和解调仪；FBG传感器安装于试验对象上，用于测量试验对象的动应变，并将应变信息转化为光信号；光纤滑环包括光纤滑环转子和光纤滑环定子；套筒一端连接试验对象、另一端连接光纤滑环转子；光纤滑环定子固定安装于固定装置上；FBG传感器通过第一光纤与光纤滑环转子连接，光纤滑环定子通过第二光纤与解调仪连接，从而将FBG传感器采集到的信号传输给解调仪；解调仪接收FBG传感器的光谱信号，并进行处理和分析，最终给出试验对象结构动应变信息。本发明能够实现水下运转状态下螺旋桨表面动应变测量。

Description

基于FBG的船用螺旋桨叶片动应变测量装置
技术领域
本发明涉及船模试验仪器设备技术领域，具体涉及一种弹性螺旋桨水下运转过程中的叶片动应变测量装置。
背景技术
螺旋桨敞水试验是螺旋桨模型单独地在均匀流水中的试验，可以在船模试验池；循环水槽或空泡水筒中进行，是螺旋桨性能研究与设计开发过程中重要的手段与环节。螺旋桨敞水试验的主要目的是检定和分析螺旋桨的性能，试验后将所得结果分析整理后绘制成专门图谱，可以直接供螺旋桨设计人员使用；或者系统地分析螺旋桨各种几何参数对螺旋桨水动力性能的影响，以供设计时正确选择各种参数；此外还可以校核和验证理论计算方法；最后还能配合自航试验，以分析船舶推进效率的各成份，各种涉及方案优劣的比较，便于选择最佳的螺旋桨方案。
目前螺旋桨敞水试验时用到的最主要的测量设备是敞水箱，该设备通常配有螺旋桨动力仪，可以测量螺旋桨在水下不同运转工况下产生的总推力和总扭矩，通过计算分析可以得到螺旋桨的宏观水动力性能，但桨叶在水下运转时的结构应变信息由于水下测量以及信号传输方面的困难，至今未形成系统的测试方法和设备。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的空白，提供一种在船模拖曳水池中基于FBG(Fiber Bragg Grating，光纤布拉格光栅)传感技术的船用螺旋桨叶片动应变测量装置，它能够实现水下运转状态下螺旋桨表面动应变测量。
本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
一种基于FBG的船用螺旋桨叶片动应变测量装置，包括敞水箱和试验对象，所述敞水箱内安装有电机，用于驱动所述试验对象旋转，所述测量装置还包括FBG传感器、套筒、光纤滑环、固定装置、第一光纤、第二光纤和解调仪；所述FBG传感器安装于所述试验对象上，用于测量试验对象的动应变，并将应变信息转化为光信号；所述光纤滑环包括光纤滑环转子和光纤滑环定子；所述套筒一端连接所述试验对象、另一端连接所述光纤滑环转子，带动光纤滑环转子同步旋转；所述光纤滑环定子固定安装于所述固定装置上；所述FBG传感器通过第一光纤与光纤滑环转子连接，所述光纤滑环定子通过第二光纤与所述解调仪连接，从而将FBG传感器采集到的信号传输给解调仪；所述解调仪通过接收和解调FBG传感器反馈的光谱信号，对试验对象结构的动应变进行监测，并能对光谱信号进行处理和分析，最终给出试验对象结构动应变信息。
上述方案中，所述试验对象为螺旋桨或其他水下旋转叶轮机。
上述方案中，所述固定装置包括位于底部的回转流线型舱体以及位于上部的固定支架，所述回转流线型舱体一端封口、另一端为定子固定端，所述光纤滑环转子安装于所述定子固定端；所述固定支架的截面为机翼型；回转流线型舱体和固定支架内部均设有用于第二光纤穿过的通孔，从光纤滑环转子引出的第二光纤依次穿过回转流线型舱体和固定支架后与所述解调仪连接。
上述方案中，所述测量装置还包括水平加长板，所述水平加长板通过可拆卸的方式固定安装于所述敞水箱上，所述固定装置通过可拆卸的方式固定安装于所述水平加长板上。
上述方案中，若试验对象为复合材料，则在试验对象模压成型过程中在典型位置处预先埋设若干FBG传感器；若试验对象为金属材料，则直接在其表面典型位置处粘贴若干FBG传感器。
上述方案中，所述敞水箱安装于拖车上，所述拖车为敞水箱内的电机供电；所述解调仪安装于拖车上；所述拖车安装于拖曳水池上。
上述方案中，所述敞水箱内还安装有动力仪，所述动力仪一端通过齿轮与所述电机传动连接、另一端与动力输出轴连接，动力输出轴通过万向节与传动轴连接，传动轴的末端安装所述试验对象。
本发明的有益效果在于：
本发明通过在螺旋桨上设置FBG传感器来监测叶片的动应变信号，并通过光纤、光纤滑环以及解调仪最终分析得出应变信息，从而实现螺旋桨敞水工况下叶片的动应变信息的测量。
本发明的光纤滑环可以将FBG传感器采集到桨叶的应变信息通过光信号传输给固定装置内部穿过的光纤。通过光纤滑环解决了水下转动螺旋桨测量与信号传输困难的问题。
本发明通过套筒将旋转的桨毂和光纤滑环转子连接，通过固定装置作为光纤滑环定子的安装载体，其中，固定装置的机翼型截面固定支架和回转流线型舱体均可以减小其对螺旋桨来流条件的影响；固定支架和回转流线型舱体内部设有可供光纤穿过的通道，避免了光纤裸露在水中时对螺旋桨敞水试验结果和叶片动应变测量结果的影响。
本发明提出的布置FBG传感器的螺旋桨，如果是复合材料螺旋桨，可以在螺旋桨模压成型过程中在典型位置处预先埋设若干FBG传感器，如果是金属材料螺旋桨，可以直接在桨叶表面典型位置处粘贴若干FBG传感器。
本发明提出的水平加长板和固定支架依托目前通用的敞水箱几何及结构型式设计加工，可以根据试验需要方便的拆卸或安装，降低实验成本，提高试验效率。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明基于FBG的船用螺旋桨叶片动应变测量装置的整体结构图；
图2是图1所示测量装置的光纤滑环的结构图；
图3是图1所示测量装置的固定装置的结构图；
图4是图1所示测量装置的局部结构图。
图中：1、拖车；2、敞水箱；21、电机；22、动力输出轴；23、万向节；24、传动轴；25、轴套；26、动力仪；3、螺旋桨；4、套筒；5、光纤滑环；51、光纤滑环转子；52、光纤滑环定子；53、转子安装孔；54、定子安装孔；6、固定装置；61、回转流线型舱体；611、定子固定端；62、固定支架；7、水平加长板；81、第一光纤；82、第二光纤；9、解调仪。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征；目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种基于FBG的船用螺旋桨叶片动应变测量装置，包括敞水箱2、螺旋桨3、FBG传感器、套筒4、光纤滑环5、固定装置6、水平加长板7、第一光纤81、第二光纤82和解调仪9。
敞水箱2用于进行螺旋桨3的敞水试验，以获得螺旋桨3的水动力性能。敞水箱2通过螺栓固定在拖曳水池拖车1上，敞水箱2内安装有电机21，用于驱动螺旋桨3旋转，拖车1给电机21供电。敞水箱2内还安装有动力仪26，动力仪26一端通过齿轮与电机21传动连接、另一端与动力输出轴22连接，动力输出轴22通过万向节23与传动轴24连接，传动轴24置于轴套25内，螺旋桨3安装于传动轴24的末端。动力仪26测量螺旋桨3沿着轴系传递的受力和扭矩。
螺旋桨3为本实施例的试验对象，FBG传感器安装于螺旋桨3上，用于测量螺旋桨3叶片的动应变，并将应变信息转化为光信号。如果是复合材料螺旋桨，可以在螺旋桨模压成型过程中在典型位置处预先埋设若干FBG传感器，如果是金属材料螺旋桨，可以直接在桨叶表面典型位置处粘贴若干FBG传感器。在其他实施例中，试验对象也可以是其他水下旋转叶轮机。
套筒4为圆环型套筒，它位于螺旋桨3与光纤滑环5之间，圆环型套筒4的直径等于螺旋桨3的桨毂直径，套筒4一端与桨毂同轴安装，另一端连接光纤滑环5的光纤滑环转子51，带动光纤滑环转子51同步旋转。
如图2所示，光纤滑环5包括光纤滑环转子51和光纤滑环定子52，它是一种以光纤为数据载体，能够使光信号在转动部件与静止部件间进行无间断传输的精密装置。光纤滑环转子51通过转子安装孔53安装在圆环型套筒4一侧，FBG传感器通过第一光纤81与光纤滑环转子51连接，第一光纤81由螺旋桨3桨毂引出，并从圆环型套筒4内部的通孔穿过。光纤滑环定子52通过定子安装孔54固定安装于固定装置6底部回转流线型舱体61左侧的定子固定端611，并引出一条能将光纤滑环转子51传输过来的光信号向后传递的第二光纤82。光纤滑环转子51随着传动轴24、螺旋桨3和圆环型套筒4旋转；光纤滑环定子52与固定装置6保持静止。
如图3所示，固定装置6包括位于底部的回转流线型舱体61以及位于上部的固定支架62。回转流线型舱体61与套筒4等直径且同轴安装，其左端为定子固定端611、右端封口。固定支架62上端通过螺栓固定在水平加长板7上，水平加长板7通过螺栓固定在敞水箱2上。回转流线型舱体61和固定支架62内部均设有用于第二光纤82穿过的通孔，从光纤滑环转子51引出的第二光纤82依次穿过回转流线型舱体61和固定支架62后与解调仪9连接，从而将FBG传感器采集到的信号传输给解调仪9。
解调仪9是螺旋桨3上布置的FBG传感器的地面配套设备，通过接收和解调FBG传感器反馈的光谱信号，对螺旋桨3叶片的动应变进行监测，并能对光谱信号进行处理和分析，最终得到螺旋桨3叶片的动应变信息。
进一步优化，固定支架62的截面为机翼型，其底部的舱体采用回转流线型舱体61，固定支架62与回转流线型舱体61的特殊几何会减小其对水流的扰动。
进一步优化，光纤滑环转子51允许达到的最高转速大于螺旋桨3试验工况的转速。
进一步优化，水平加长板7、固定装置6、光纤滑环5、圆环型套筒4和螺旋桨3安装在传统的敞水箱2前方，安装方便，成本较低，且这些装置均可以拆卸更换，全部拆卸后的敞水箱2即可恢复进行常规螺旋桨的敞水试验。
进一步优化，圆环型套筒4，可以通过安装固定在螺旋桨3的桨毂上，也可以在生产螺旋桨3的时候，将套筒4看作桨毂的一部分一起生产。
进一步优化，光纤滑环转子51可以通过插拔槽和安装孔与圆环型套筒4安装，光纤滑环定子52可以通过插拔槽和安装孔安装在定子固定端611。
本发明通过使用FBG传感器通过光学信号测量转化得到螺旋桨叶片关键点处的动应变，并借助光纤滑环解决了水下转动螺旋桨测量与信号传输困难的问题。该装置可以实现船用螺旋桨叶片动应变水下测量。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种基于FBG的船用螺旋桨叶片动应变测量装置，包括敞水箱(2)和试验对象，所述敞水箱(2)内安装有电机(21)，用于驱动所述试验对象旋转，其特征在于，所述测量装置还包括FBG传感器、套筒(4)、光纤滑环(5)、固定装置(6)、第一光纤(81)、第二光纤(82)和解调仪(9)；所述FBG传感器安装于所述试验对象上，用于测量试验对象的动应变，并将应变信息转化为光信号；所述光纤滑环(5)包括光纤滑环转子(51)和光纤滑环定子(52)；所述套筒(4)一端连接所述试验对象、另一端连接所述光纤滑环转子(51)，带动光纤滑环转子(51)同步旋转；所述光纤滑环定子(52)固定安装于所述固定装置(6)上；所述FBG传感器通过第一光纤(81)与光纤滑环转子(51)连接，所述光纤滑环定子(52)通过第二光纤(82)与所述解调仪(9)连接，从而将FBG传感器采集到的信号传输给解调仪(9)；所述解调仪(9)通过接收和解调FBG传感器反馈的光谱信号，对试验对象结构的动应变进行监测，并能对光谱信号进行处理和分析，最终给出试验对象结构动应变信息。
2.根据权利要求1所述的基于FBG的船用螺旋桨叶片动应变测量装置，其特征在于，所述固定装置(6)包括位于底部的回转流线型舱体(61)以及位于上部的固定支架(62)，所述回转流线型舱体(61)一端封口、另一端为定子固定端(611)，所述光纤滑环转子(51)安装于所述定子固定端(611)；所述固定支架(62)的截面为机翼型；回转流线型舱体(61)和固定支架(62)内部均设有用于第二光纤(82)穿过的通孔，从光纤滑环转子(51)引出的第二光纤(82)依次穿过回转流线型舱体(61)和固定支架(62)后与所述解调仪(9)连接。
3.根据权利要求1或2所述的基于FBG的船用螺旋桨叶片动应变测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括水平加长板(7)，所述水平加长板(7)通过可拆卸的方式固定安装于所述敞水箱(2)上，所述固定装置(6)通过可拆卸的方式固定安装于所述水平加长板(7)上。
4.根据权利要求1所述的基于FBG的船用螺旋桨叶片动应变测量装置，其特征在于，若试验对象为复合材料，则在试验对象模压成型过程中在典型位置处预先埋设若干FBG传感器；若试验对象为金属材料，则直接在其表面典型位置处粘贴若干FBG传感器。
5.根据权利要求1所述的基于FBG的船用螺旋桨叶片动应变测量装置，其特征在于，所述敞水箱(2)安装于拖车(1)上，所述拖车(1)为敞水箱(2)内的电机(21)供电；所述解调仪(9)安装于拖车(1)上；所述拖车(1)安装于拖曳水池上。
6.根据权利要求1所述的基于FBG的船用螺旋桨叶片动应变测量装置，其特征在于，所述敞水箱(2)内还安装有动力仪(26)，所述动力仪(26)一端通过齿轮与所述电机(21)传动连接、另一端与动力输出轴(22)连接，动力输出轴(22)通过万向节(23)与传动轴(24)连接，传动轴(24)的末端安装所述试验对象。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007114072A (ja) * 2005-10-21 2007-05-10 Miyazaki Tlo:Kk Ｆｂｇを用いた歪み計測システム
JP2011026719A (ja) * 2009-07-22 2011-02-10 Teijin Techno Products Ltd 繊維の洗浄設備および洗浄方法
CN202582544U (zh) * 2012-01-05 2012-12-05 天津市水利科学研究院 水下地形测量船
CN104330046A (zh) * 2014-11-13 2015-02-04 中国船舶重工集团公司第七0四研究所 适用于水下环境的光纤光栅扭矩传感器结构
CN105021351A (zh) * 2015-08-16 2015-11-04 北京航空航天大学 一种基于光纤光栅振动传感系统的直升机桨叶质量不平衡检测方法
CN106153297A (zh) * 2016-08-24 2016-11-23 杭州全盛机电科技有限公司 光纤滑环旋转插损值在线检测系统及其检测方法
CN210268995U (zh) * 2019-08-21 2020-04-07 深圳技术大学 一种基于光纤传感器的桨叶压力监测系统及桨叶
CN210686068U (zh) * 2019-11-19 2020-06-05 中国特种设备检测研究院 一种用于叶轮机械故障模拟及监测的实验装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007114072A (ja) * 2005-10-21 2007-05-10 Miyazaki Tlo:Kk Ｆｂｇを用いた歪み計測システム
JP2011026719A (ja) * 2009-07-22 2011-02-10 Teijin Techno Products Ltd 繊維の洗浄設備および洗浄方法
CN202582544U (zh) * 2012-01-05 2012-12-05 天津市水利科学研究院 水下地形测量船
CN104330046A (zh) * 2014-11-13 2015-02-04 中国船舶重工集团公司第七0四研究所 适用于水下环境的光纤光栅扭矩传感器结构
CN105021351A (zh) * 2015-08-16 2015-11-04 北京航空航天大学 一种基于光纤光栅振动传感系统的直升机桨叶质量不平衡检测方法
CN106153297A (zh) * 2016-08-24 2016-11-23 杭州全盛机电科技有限公司 光纤滑环旋转插损值在线检测系统及其检测方法
CN210268995U (zh) * 2019-08-21 2020-04-07 深圳技术大学 一种基于光纤传感器的桨叶压力监测系统及桨叶
CN210686068U (zh) * 2019-11-19 2020-06-05 中国特种设备检测研究院 一种用于叶轮机械故障模拟及监测的实验装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《预埋FBG传感器的CFRP螺旋桨成型工艺研究》;卢忠银;《复合材料科学与工程》;20200430;全文 *

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