CN114088343A - 一种螺旋桨深水在线测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种螺旋桨深水在线测量装置，涉及用于船舶或者水下航行器螺旋桨深水应变在线测量装置的技术领域，包括传感光纤、数据采集单元和毂帽工装，所述毂帽工装用于与被测螺旋桨的桨毂固定连接，所述传感光纤用于粘贴在被测螺旋桨的桨叶上，并获取桨叶的结构应变信息及传输信号，所述数据采集单元安装于毂帽工装内，传感光纤穿壁密封引入毂帽工装内部，并与数据采集单元连接，数据采集单元用于传感光纤信号的探测、处理以及数据存储。本发明的螺旋桨深水在线测量装置基于OFDR分布式光纤测量技术，测量容量大，精度高，布设简单，安装方便，适用范围广，不仅适用于模型试验测量，还可用于船舶和水下航行器航行状态下的螺旋桨测量。

Description

一种螺旋桨深水在线测量装置

技术领域

本发明涉及螺旋桨结构监测装置的技术领域，更具体地说是涉及用于船舶或者水下航行器螺旋桨深水应变在线测量装置的技术领域。

背景技术

螺旋桨是船舶和水下航行器的重要部件，作为推进器的螺旋桨，在不均匀流场中桨叶承受交变的力和力矩，以及可能的异物碰撞或者缠绕，受力情况复杂且易于损坏，因此对于水下螺旋桨的强度监测非常必要，同时，水下测量数据也为螺旋桨的设计提供重要的参考和验证依据。

水下螺旋桨的强度测量，一般采用在桨叶粘贴电子应变片，并在地面进行静力加载的方式测量，或者在船模池中进行敞水试验，申请号为CN202011456804.4的中国发明申请公开了一种基于FBG的船用螺旋桨叶片动应变测量装置，此测量装置是将FBG传感器粘贴于桨叶上，然后通过光纤滑环和支架将FBG信号引出水面后接入光纤解调仪进行数据采集和分析。

然而上述测量技术存在如下几点不足之处：1、采用传统电阻应变测量，因传感器难以克服防水问题以及测点多线缆多的信号传输问题，无法进行水下测量。2、采用FBG测量方案，FBG传感器为光纤点式传感器，组串使用时需要把每个传感器熔接后再保护，工艺复杂，操作难度大。另外，受解调光源限制，工程上单个通道可解调的传感器信号一般在8-10个左右，导致可部署的测点会非常有限，而对于桨叶强度分析中，理论上应变测量则需要测点越多越好。3、信号传输中光纤滑环为旋转器件，使用转速一般低于2000转/分钟，不能满足螺旋桨更高转速工况测量需要。另外，光纤滑环为非水密性器件，防护等级低，只适用浅水且短时间使用。4、信号传输中光纤信号线避免被桨叶缠绕，从水下到水面需要安装专门的支架牵引，加装的支架会对流场产生影响，从而影响测量结果。同时，支架下方舱体安装的光纤滑环定子要与螺旋桨始终保持同轴，实施难度大。5、现有螺旋桨水下测试装置仅仅只适用于船模池的敞水试验测试，无法满足实船深水测量需要，实船或者水下航行器螺旋桨水深一般都会超过3米，甚至达到几百米。

发明内容

本发明提出一种螺旋桨深水在线测量装置，解决了现有技术中采用在桨叶粘贴电子应变片，并在地面进行静力加载的方式测量，或者在船模池中进行敞水试验所导致的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种螺旋桨深水在线测量装置，包括传感光纤、数据采集单元和毂帽工装，所述毂帽工装用于与被测螺旋桨的桨毂固定连接，所述传感光纤用于粘贴在被测螺旋桨的桨叶上，并获取桨叶的结构应变信息及传输信号，所述数据采集单元安装于毂帽工装内，传感光纤穿壁密封引入毂帽工装内部，并与数据采集单元连接，数据采集单元用于传感光纤信号的探测、处理以及数据存储。

进一步地，所述数据采集单元包括主控模块、电源模块和信号解调模块，所述主控模块、电源模块和信号解调模块分别安装在毂帽工装内，电源模块分别与主控模块和信号解调模块电连接，信号解调模块与主控模块通讯连接，所述传感光纤与信号解调模块连接。

进一步地，还包括光纤水密连接器，所述光纤水密连接器穿壁密封固定在毂帽工装上，所述传感光纤通过光纤水密连接器穿壁密封引入毂帽工装内部。

进一步地，所述光纤水密连接器包括插座和插头，在所述毂帽工装上设有支架，在毂帽工装的外侧壁上设有光纤槽，传感光纤埋设在光纤槽内，在毂帽工装的端面上设有通孔，所述插座密封固定安装在毂帽工装的通孔处，所述插头固定插装在插座内，在插头上设有尾纤，尾纤固定在支架上，并与传感光纤在光纤槽内熔接，插座与信号解调模块光纤通道连接。

进一步地，还包括电源开关，所述电源开关穿壁密封固定在毂帽工装上，电源开关与主控模块和信号解调模块电连接，电源开关用于控制主控模块和信号解调模块与电源模块通电或断电。

进一步地，还包括螺母，在所述电源开关上设有螺柱，在毂帽工装上设有开关孔，电源开关上的螺柱通过开关孔穿入毂帽工装内，所述螺母位于毂帽工装内，并与毂帽工装的螺柱螺纹连接，所述电源开关为按压式深水电源开关。

进一步地，还包括托架，在所述毂帽工装内设有支撑条，所述托架固定安装在支撑条上，所述主控模块、电源模块和信号解调模块固定安装在托架上。

进一步地，所述毂帽工装为一端开口的筒状，在毂帽工装的开口端设有用于与被测螺旋桨的桨毂固定连接的法兰板，在法兰板的端面上设有密封槽。

本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是：本发明的螺旋桨深水在线测量装置基于OFDR分布式光纤测量技术，测量容量大，精度高，布设简单，安装方便，适用范围广，不仅适用于模型试验测量，还可用于船舶和水下航行器航行状态下的螺旋桨测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明进行测量时的示意图；

图2为本发明省略传感光纤后的剖视图；

图3为光纤水密连接器和电源开关处的分解示意图；

图4和图5为毂帽工装的示意图。

附图中，各标号所对应的部件如下：

1-螺旋桨，2-桨毂，3-桨叶，4-毂帽工装，5-传感光纤，6-主控模块，7-电源模块，8-信号解调模块，9-光纤水密连接器，10-通孔，11-支架，12-光纤槽，13-电源开关，14-开关孔，15-托架，16-支撑条，17-插座，18-插头，19-螺母，20-法兰板，21-螺栓，22-螺柱，23-密封槽，24-尾纤。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

参照图1至图5，一种螺旋桨深水在线测量装置，包括传感光纤5、数据采集单元、毂帽工装4、光纤水密连接器9、电源开关13、螺母19和托架15，所述毂帽工装4用于与被测螺旋桨1的桨毂2固定连接，毂帽工装4为金属材质，耐压大于2MPa，用于数据采集单元的安装以及密封保护。所述毂帽工装4为一端开口的筒状，在毂帽工装4的开口端设有用于与被测螺旋桨1的桨毂2固定连接的法兰板20，法兰板20可通过螺栓21与桨毂2固定连接，在法兰板20的端面上设有密封槽23，密封槽23可与密封圈配合使用，用于毂帽工装4与桨毂2之间的密封。

所述传感光纤1用于粘贴在被测螺旋桨1的桨叶3上，并获取桨叶3的结构应变信息及传输信号，传感光纤5为裸光纤，所述数据采集单元安装于毂帽工装4内，传感光纤5穿壁密封引入毂帽工装4内部，并与数据采集单元连接，数据采集单元用于传感光纤5信号的探测、处理以及数据存储。所述数据采集单元包括主控模块6、电源模块7和信号解调模块8，所述主控模块6、电源模块7和信号解调模块8分别安装在毂帽工装4内，并按如下方式进行安装：在所述毂帽工装4内设有支撑条16，所述托架15固定安装在支撑条16上，所述主控模块6、电源模块7和信号解调模块8固定安装在托架15上。

电源模块7分别与主控模块6和信号解调模块8电连接，信号解调模块8与主控模块6通讯连接，所述传感光纤5与信号解调模块8连接。主控模块6内设高性能CPU处理芯片和大容量固态硬盘，通过网线与信号解调模块8通讯连接，用于数据解析与数据存储；电源模块7为信号解调模块8和主控模块6提供DC12V电源；信号解调模块8采用基于OFDR(光频域反射技术)的分布式光纤原理设计，可实现空间分辨率小于1cm、精度±1με的分布式应变测量。

所述光纤水密连接器9穿壁密封固定在毂帽工装4上，所述传感光纤5通过光纤水密连接器9穿壁密封引入毂帽工装4内部。光纤水密连接器9与毂帽工装4的具体连接关系如下：所述光纤水密连接器9包括插座17和插头18，在所述毂帽工装4上设有支架11，在毂帽工装4的外侧壁上设有光纤槽12，传感光纤5埋设在光纤槽12内，在毂帽工装4的端面上设有通孔10，所述插座17密封固定安装在毂帽工装4的通孔10处，所述插头18固定插装在插座17内，在插头18上设有尾纤24，尾纤24固定在支架11上，并与传感光纤5在光纤槽12内熔接，插座17与信号解调模块8光纤通道连接。光纤水密连接器9为不锈钢材质，是光信号传输器件，耐压大于2MPa；支架11用于引导尾纤24平滑进入光纤槽12内，不至于小角度折弯，影响信号强度；光纤槽12用于埋设传感光纤5以及传感光纤5与尾纤24的熔接接头，不至于传感光纤5凸起被施工损坏。

所述电源开关13穿壁密封固定在毂帽工装4上，电源开关13与毂帽工装4的具体连接关系如下：在所述电源开关13上设有螺柱22，在毂帽工装4上设有开关孔14，电源开关13上的螺柱22通过开关孔14穿入毂帽工装4内，所述螺母19位于毂帽工装4内，并与毂帽工装4的螺柱22螺纹连接。电源开关13与主控模块6和信号解调模块8电连接，电源开关13用于控制主控模块6和信号解调模块8与电源模块7通电或断电。所述电源开关13为不锈钢材质，是按压式深水电源开关，耐压大于2MPa，用于数据采集单元的电源供电控制，电源开关13打开后，数据采集单元软件自动运行工作，并保存数据。

本发明的螺旋桨深水在线测量装置采用OFDR分布式光纤技术和毂帽工装4密封结构设计，与传统的测量方案相比，具有如下优点：

a)、传感器测点多，安装简单。基于OFDR的分布式光纤传感技术，只需要将一根传感光纤5粘贴于桨叶3上便可实现高空间分辨率＜1cm的分布式应变测量，可理解为传感光纤5上的每一个点即为传感器，1米传感光纤5至少可测量100个测点以上。

b)、信号无需引出水面，无需加装引线支架设施，减小施工难度，同时避免测量干扰。传感光纤5置于光纤槽12中固定，再通过光纤水密连接器9进入毂帽工装4中，不需要引出水面，同时也避免了加装设施对测量流场的影响。

c)、可高转速动态测量，全工况覆盖。数据采集单元安装于毂帽工装4中，毂帽工装4与螺旋桨1的桨毂2一同旋转，信号传输无需旋转器件，没有转速限制。

d)、可长时自动测量。本装置的数据采集单元自带电源模块7，该电源模块7采用一块大容量锂电池，满负载续航达10小时以上，上电后，主控模块6的系统软件自动采集数据，并进行数据存储，存储空间远大于10小时数据量。

e)、密封性好，可深水测量。毂帽工装4分别与桨毂2、光纤水密连接器9和电源开关13密封，均设计耐压大于2Mpa，意味着至少可在百米深水中正常使用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (8)

1.一种螺旋桨深水在线测量装置，其特征在于，包括传感光纤(5)、数据采集单元和毂帽工装(4)，所述毂帽工装(4)用于与被测螺旋桨(1)的桨毂(2)固定连接，所述传感光纤(1)用于粘贴在被测螺旋桨(1)的桨叶(3)上，并获取桨叶(3)的结构应变信息及传输信号，所述数据采集单元安装于毂帽工装(4)内，传感光纤(5)穿壁密封引入毂帽工装(4)内部，并与数据采集单元连接，数据采集单元用于传感光纤(5)信号的探测、处理以及数据存储。

2.如权利要求1所述的一种螺旋桨深水在线测量装置，其特征在于，所述数据采集单元包括主控模块(6)、电源模块(7)和信号解调模块(8)，所述主控模块(6)、电源模块(7)和信号解调模块(8)分别安装在毂帽工装(4)内，电源模块(7)分别与主控模块(6)和信号解调模块(8)电连接，信号解调模块(8)与主控模块(6)通讯连接，所述传感光纤(5)与信号解调模块(8)连接。

3.如权利要求1所述的一种螺旋桨深水在线测量装置，其特征在于，还包括光纤水密连接器(9)，所述光纤水密连接器(9)穿壁密封固定在毂帽工装(4)上，所述传感光纤(5)通过光纤水密连接器(9)穿壁密封引入毂帽工装(4)内部。

4.如权利要求3所述的一种螺旋桨深水在线测量装置，其特征在于，所述光纤水密连接器(9)包括插座(17)和插头(18)，在所述毂帽工装(4)上设有支架(11)，在毂帽工装(4)的外侧壁上设有光纤槽(12)，传感光纤(5)埋设在光纤槽(12)内，在毂帽工装(4)的端面上设有通孔(10)，所述插座(17)密封固定安装在毂帽工装(4)的通孔(10)处，所述插头(18)固定插装在插座(17)内，在插头(18)上设有尾纤(24)，尾纤(24)固定在支架(11)上，并与传感光纤(5)在光纤槽(12)内熔接，插座(17)与信号解调模块(8)光纤通道连接。

5.如权利要求2所述的一种螺旋桨深水在线测量装置，其特征在于，还包括电源开关(13)，所述电源开关(13)穿壁密封固定在毂帽工装(4)上，电源开关(13)与主控模块(6)和信号解调模块(8)电连接，电源开关(13)用于控制主控模块(6)和信号解调模块(8)与电源模块(7)通电或断电。

6.如权利要求5所述的一种螺旋桨深水在线测量装置，其特征在于，还包括螺母(19)，在所述电源开关(13)上设有螺柱(22)，在毂帽工装(4)上设有开关孔(14)，电源开关(13)上的螺柱(22)通过开关孔(14)穿入毂帽工装(4)内，所述螺母(19)位于毂帽工装(4)内，并与毂帽工装(4)的螺柱(22)螺纹连接，所述电源开关(13)为按压式深水电源开关。

7.如权利要求2所述的一种螺旋桨深水在线测量装置，其特征在于，还包括托架(15)，在所述毂帽工装(4)内设有支撑条(16)，所述托架(15)固定安装在支撑条(16)上，所述主控模块(6)、电源模块(7)和信号解调模块(8)固定安装在托架(15)上。

8.如权利要求1所述的一种螺旋桨深水在线测量装置，其特征在于，所述毂帽工装(4)为一端开口的筒状，在毂帽工装(4)的开口端设有用于与被测螺旋桨(1)的桨毂(2)固定连接的法兰板(20)，在法兰板(20)的端面上设有密封槽(23)。

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