CN116221034A - 一种大型复合材料风筒转子在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大型复合材料风筒转子在线监测装置，包括风能采集器、风转系统和监测装置，风能采集器、风转系统和监测装置均设置在船舶顶部，风能采集器与监测装置连接，监测装置与风转系统连接，监测装置包括光学应变测量系统，通过风能采集器将实时检测的风能信息传递给监测装置，光学应变测量系统实时监测风转系统的位移变化，进而实现风筒转子实时3D空间形态变化的直观化；通过本发明所述一种大型复合材料风筒转子在线监测装置，能够提高所测量的风筒转子实时位移数据的精度，提高对风筒转子测量的可靠性和高效性，为系统对风筒转子精准控制提供数据支撑，有效保证风筒转子运行安全。

Description

一种大型复合材料风筒转子在线监测装置

技术领域

本发明涉及风力助推转子监测技术领域，具体而言，涉及一种大型复合材料风筒转子在线监测装置。

背景技术

当前IMO组织对商业运行船舶的能效系数要求不断提高，同时伴随国际油价的不断攀升，大型商业远洋船舶出于提高能效系数及经济性的要求，采用风能技术的积极性不断提升，基于马格努斯效应的flettner复合材料风筒转子系统正是利用风力节能技术的有效方法。但该技术当前处于技术推广的初级阶段，行业缺乏有效的在线监测技术，对风筒转子实际运行工况缺乏有效的数据积累，因而如何有效的提高对风筒转子运行工况的在线监测具有重要意义。

在专利CN112161791A中，仅涉及通过一种风力助推转子长期监测系统实时获取转子运行状态、结构安全以及实船能效情况，该系统包括主控制器以及主控制器控制的各模块，其中，风力助推转子包括内塔、外筒、基座和电机，外筒套设在电机布置在内塔内部，电机带动外筒转动，转速传感器安装在内塔上用于测量外筒的实际转速和转向；且内塔内部设有第一数据采集箱，因而能够通过大数据分析优化风力助推转子自适应控制算法及预报风力助推转子设备故障，但是仍面临风筒转子较重，风筒转子运动不平衡，引起采集信息失真的问题，以及测定风筒转子位置偏移技术的精度较低，且测定结果较为抽象化的问题；而在专利CN209225373U中，提出一种船舶风力推进及节能控制系统，该系统包括：环境监测单元、油耗动力单元、转子帆动力单元、AI控制单元，环境监测单元设置在船舶端部，环境监测单元包括气象传感器、定位系统和船舶动态综合传感器，能够采集风速、风向等信息，且该系统中的多个转子帆均匀分布设置于船舶的中部，转子帆的旋筒为碳纤维或玻璃纤维增强复合材料制成，一定程度解决了旋筒过重，影响转子位置偏移测量的准确性，但其解决的是现有船舶推进技术中不能合理有效地利用风能的问题，并未解决测定风筒转子位置偏移技术的精度较低，且测定结果较为抽象化的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种大型复合材料风筒转子在线监测装置，以解决现有技术中存在的所测量的风筒转子在线运行工况下实时位移数据精度较低、结果呈现抽象化，且无法为产品结构优化以及产品安全运行提供有效保障的问题；以此达到提高所测量的风筒转子在线运行工况下实时位移数据的精度，实现风筒转子实时3D空间形态变化的直观化，实现风筒转子实时应变采集以及实现风资源工况信息-风筒转子空间位移-应变集成，提高对风筒转子测量的可靠性和高效性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明涉及的一种大型复合材料风筒转子在线监测装置，包括风能采集器、风转系统和监测装置，风能采集器、风转系统和监测装置均设置在船舶顶部，风能采集器与监测装置连接，监测装置与风转系统连接，监测装置包括光学应变测量系统，通过风能采集器将实时检测的风能信息传递给监测装置，光学应变测量系统实时监测风转系统的位移变化，进而实现风筒转子实时3D空间形态变化的直观化。

进一步，风转系统设置在船舶的甲板顶部，风转系统外侧分别与风能采集器、监测装置连接，风转系统包括风筒转子和转子控制系统，转子控制系统与风筒转子连接，风筒转子底部通过基座与船舶的甲板连接，转子控制系统用于控制风筒转子的转速和转向，风筒转子用于借助风能的推力作用自由旋转，并通过底部基座将推力传递到船体，实现船舶的节能。

进一步，风能采集器设置在船舶的甲板顶部，风能采集器采用压电悬臂梁式风能采集器，用于实时采集船舶运行环境的风速、风向中任意一种或多种信息，并将信号转化为电信号传导至监测装置，还能够以系统配置的时钟为唯一时间维度，记录存储风能信息。

进一步，光学应变测量系统包括光学应变测量探头和应变待测装置，光学应变测量探头设置在风筒转子外部，光学应变测量探头与风筒转子之间具有一定的间隙，应变待测装置设置在风筒转子外侧壁与光学应变测量探头相对应的位置。

进一步，应变待测装置为多边形，应变待测装置包括光学散斑、多边形靶标框和异形靶标点，光学散斑、多边形靶标框和异形靶标点均设置在风筒转子外侧壁，多边形靶标框沿光学散斑外侧边缘设置，多边形靶标框相邻两边的交点处均设置异形靶标点，用于为光学应变测量探头的测量提供基准点。

进一步，光学应变测量探头包括第一激光测距仪和光学元件，光学元件与第一激光测距仪的系统二者集成设置，第一激光测距仪用于测定异形靶标点的3D位置状态，光学元件用于感知光学散斑图样灰度变化。

进一步，监测装置还包括立体式激光测距系统、支架、光电信息处理器和信号交互器，立体式激光测距系统通过支架与基座连接，立体式激光测距系统与风筒转子连接，光电信息处理器通过信号交互器分别与立体式激光测距系统、光学应变测量系统、风能采集器电学连接，用于接收并处理立体式激光测距系统、光学应变测量系统、风能采集器传递来的信息。

进一步，立体式激光测距系统包括测距探头、激光靶标点，基座包括定位基座靶标，定位基座靶标设置在基座顶部，测距探头通过支架设置在定位基座靶标内，激光靶标点设置在风筒转子外侧壁，激光靶标点设置高度L与测距探头设置高度H一致。

进一步，信号交互器内设置时钟振荡器，用于为系统配备具有唯一维度的高精度时钟信号。

进一步，立体式激光测距系统采用相位式激光测距仪，测量精度小于1mm，且该相位式激光测距仪采用双目镜式采集单元，具备对点的3D位置进行精密测量。

相对于现有技术，本发明所述的一种大型复合材料风筒转子在线监测装置，具有以下有益效果：

通过该装置有效的避免了传统单一测定风筒转子位置偏移技术精度低、结果呈现抽象化的问题，能够提高所测量的风筒转子在线运行工况下实时位移数据的精度，实现风筒转子实时3D空间形态变化的直观化，实现风筒转子实时应变采集以及实现风资源工况信息-风筒转子空间位移-应变集成，提高对风筒转子测量的可靠性和高效性，为风筒转子内部的控制系统对风筒转子精准控制提供数据支撑，有利于根据实时检测的在线数据，实现结构的整体优化，有效的保证了风筒转子运行的安全性，降低了风筒转子维修或更换的成本，降低风筒转子转动中不平衡现象发生的可能，保证采集信息的高效和真实。

附图说明

构成本发明的一部分附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附

图中：

图1为船用风筒转子工作示意图；

图2为风筒转子在线监测系统原理示意图；

图3为应变待测装置局部放大示意图。

附图标记说明：1、船舶；2、风能采集器；3、风转系统；4、光电信息处理器；5、信号交互器；6、立体式激光测距系统；61、测距探头；7、光学应变测量系统；70、光学应变测量探头；71、第一激光测距仪；8、定位基座靶标；9、激光靶标点；10、光学散斑；11、多边形靶标框；12、异形靶标点；13、基座；14、风筒转子；15、光学元件；16、应变待测装置；18、监测装置。

具体实施方式

下文将使用本领域技术人员向本领域的其它技术人员传达他们工作的实质所通常使用的术语来描述本公开的发明概念。然而，这些发明概念可体现为许多不同的形式，因而不应视为限于本文中所述的实施例。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本实施例针对风力助推转子监测的，与常规的风力助推转子监测相同的是，所述整体结构都是由电机、风筒、环境感知系统、转子制动器组成的。

在现有技术中，由于IMO组织对商业运行船舶的能效系数要求不断提高，伴随油价的上升，大型远洋船舶采用基于风筒转子系统实现风力节能，但目前有效的风筒转子在线监测技术较为缺乏，且对风筒转子的实际运行工况的位移监测精度较低，且大多是将采集装置设置在风筒转子外壁，使得风筒转子重量偏高，风筒转子运动不平衡，引起采集信息失真的问题，影响对于风筒转子位移变化测量的精准度。

为了解决现有技术中所测量的风筒转子在线运行工况下实时位移数据精度较低、结果呈现抽象化，且无法为产品结构优化以及产品安全运行提供有效保障的问题；本实施例提出一种大型复合材料风筒转子在线监测装置，包括风能采集器2、风转系统3和监测装置18，风能采集器2、风转系统3和监测装置18均设置在船舶1顶部，风能采集器2与监测装置18连接，监测装置18与风转系统3连接，监测装置18包括光学应变测量系统7，通过风能采集器2将实时检测的风能信息传递给监测装置18，光学应变测量系统7实时监测风转系统3的位移变化，进而实现风筒转子14实时3D空间形态变化的直观化；监测装置18还包括预警系统，用于实时传递故障预警信息，在本实施例中，“顶部”指的是船舶1远离水面的一端或基座13远离甲板的一端。

通过该监测装置18能够有效的提高所测量的风筒转子14在线运行工况下实时位移数据的精度，实现风筒转子14实时3D空间形态变化的直观化，实现风筒转子14实时应变采集以及实现风资源工况信息-风筒转子14空间位移-应变集成，提高对风筒转子14测量的可靠性和高效性；该监测装置18还能够通过实时在线监测特定风况条件下风筒转子14运行过程中位置变化，为优化风筒转子14控制系统提供直观依据；并通过检测风筒转子14本体应变变化及对应风况条件，对比产品有限元分析模型，对风转系统3产品结构优化提供坚实依据，并建立产品安全运行预警系统，保证产品的安全稳定运行，进而持续的输出清洁动力。

风转系统3设置在船舶1的甲板顶部，风转系统3外侧分别与风能采集器2、监测装置18连接，风转系统3至少设置一个，风转系统3包括风筒转子14和转子控制系统，转子控制系统与风筒转子14连接，风筒转子14底部通过基座13与船舶1的甲板连接，转子控制系统用于控制风筒转子14的转速和转向，风筒转子14至少设置一个，风筒转子14用于借助风能的推力作用自由旋转，并通过底部基座13将推力传递到船体，实现船舶1的节能，在本实施例中，“底部”指的是风筒转子14靠近船舶1甲板的一端。

通过风转系统3的设置有利于降低船舶1动力源油的使用，避免船舶1航行过程中，因油价过高，造成的成本消耗，一定程度上节约了石油能源的使用，同时利用风能产生推力，大大提高了对于自然资源的利用，且具有更加环保、节能的特点，大大降低了船舶1运行的成本，提高了船舶1的能效系数，满足了大型商业远洋船舶1对经济性的要求。

风能采集器2设置在船舶1的甲板顶部，风能采集器2采用压电悬臂梁式风能采集器，用于实时采集船舶1运行环境的风速、风向中任意一种或多种信息，并将信号转化为电信号传导至监测装置18的光电信息处理器4，还能够以系统配置的时钟为唯一时间维度，记录存储风能信息。

通过风能采集器2与光电信息处理器4的结合配置，有利于监测装置18获取实时的风能信息，便于对于环境状况的实时监测，并根据环境的变化及时的将信息，传递给监测者，便于用户及时的调整船舶1风转系统3的转向和转速，进而提高船舶1的能效，有效的节能减排，更加的利于环保，提高对于海洋水质环境的保护，还能够增强监测装置18的检测效率，提升监测装置18的精准度。

监测装置18还包括立体式激光测距系统6、支架、光电信息处理器4和信号交互器5，支架至少设置一个，立体式激光测距系统6通过支架与基座13连接，立体式激光测距系统6与风筒转子14连接，光电信息处理器4通过信号交互器5分别与立体式激光测距系统6、光学应变测量系统7、风能采集器2电学连接，用于接收并处理立体式激光测距系统6、光学应变测量系统7、风能采集器2传递来的信息；其中，信号交互器5内设置时钟振荡器，用于为系统配备具有唯一维度的高精度时钟信号。

通过信号交互器5的设置有效的将采集到的模拟量信号转化为数字量信号，传递至光电信息处理器4，大大节省了光电信息处理器4的处理速度，还能够为该监测装置18配备具有唯一维度的高精度时钟信号，便于各个采集信号之间互相区分，也避免了采用外部时钟信号造成误差的可能性的出现，有利于提高监测装置18的可靠性和稳定性，更能进一步提升对风转系统3监测的精准性，提高风转系统3运转的安全性和平稳性。

立体式激光测距系统6包括测距探头61、激光靶标点9，基座13包括定位基座靶标8，定位基座靶标8设置在基座13顶部，测距探头61通过支架设置在定位基座靶标8内，激光靶标点9设置在风筒转子14外侧壁，激光靶标点9设置高度L与测距探头61设置高度H一致，测距探头61通过精确测量不同运行工况下激光靶标点9的空间位置，进而实现对风筒转子14的空间位移进行记录；其中，支架为刚性支架，激光靶标点9为柔性材料，且激光靶标点9通过不干胶粘贴在风筒转子14的外侧壁，激光靶标点9设置至少一个，激光靶标点9沿风筒转子14的外侧壁圆周分布，且每个激光靶标点9均进行独有信息标记，激光靶标点9能够伴随风筒转子14实现同步运转，立体式激光测距系统6采用相位式激光测距仪，测量精度小于1mm，且该相位式激光测距仪采用双目镜式采集单元，具备对点的3D位置进行精密测量，在本实施例中，“L”是指激光靶标点9在风筒转子14外侧壁的设置位置距离基座13顶部的距离，“H”是指测距探头61设置位置与基座13顶部的距离，“不干胶”为市场上常规胶质产品。

通过立体式激光测距系统6的设置，有利于降低风筒转子14的重量，提高风筒转子14的运行工况测量的准确性，将立体式激光测距系统6分为测距探头61、激光靶标点9，实现测距系统与风筒转子14的部分分离，避免了测距探头61测量的精确性，提高了监测装置18监测的可靠性，更提高了风筒转子14的运行安全性，且测距探头61与风筒转子14分开，还能够便于检修监测装置18，实现了检修测距装置过程中，风筒转子14仍能够无间断运行，减小了检修监测装置18对船舶1运行的影响，大大提高了检修的效率，在风筒转子14筒体外表面采用市场常规不干胶粘附激光靶标点9，激光靶标点9伴随风筒转子14运转并作为立体式激光测距系统6的检测点位，通过信号交互器5同时向立体式激光测距系统6发出激光测试信号，采集激光靶标点9的空间位移，并将检测到的激光检测信号传输到光电信息处理器4，用来全程监测风筒转子14的实时位移。

测距探头61设置至少一个，测距探头61通过支架固定在船舶1甲板顶部的基座13内，且在整个测量过程中，测距探头61相对于基座13的空间位移小于10μm，即测距探头61所在平面距基座13所在平面之间距离小于10μm，多个测距探头61均围绕风筒转子14外部分散设置，多个测距探头61通过设置散乱分布在基座13顶部的定位基座靶标8进行彼此两两测距探头61之间的位置标定，此外，位置标定后的测距探头61将标定的位置信息数据传输到光电信息处理器4中，经软件处理即可实现激光测距探头61彼此精确的空间位置分布，接着在风筒转子14运行前及工作结束后分别进行校准测量，对比风筒转子14的位置偏差；优选的，测距探头61相对于基座13的空间位移，即空间位置偏差值小于10μm；其中，优选的，立体式激光测距系统6采用至少三个测距探头61构成，测距探头61为激光测距探头，测距探头61采用系统位移的时间维度作为记录载体，将测量结果输入到光电信息处理器4，测距探头61的检测频率不低于300Hz，且测距探头61围绕风筒转子14圆周均匀分布，测距探头61与风筒转子14距离为M，M的取值范围通常为几米至十几米的范围，即M的取值范围为1m-19m，定位基座靶标8至少设置三个，且定位基座靶标8均散乱分布设置在平台的基座13顶部，三个定位基座靶标8的位置无法形成一条直线；在本实施例中，M的取值需根据测距探头61的测量范围进行调整，要求立体式激光测距系统6测量范围完全覆盖风筒转子14与立体式激光测距系统6相对应位置的圆周方向区域。

通过测距探头61的设置，有利于对风筒转子14外侧进行全覆盖，提高对风筒转子14的监测的高效性，实现实时监测风筒转子14，提高风筒转子14监测数据的精准性，一方面，大大提高了对风筒转子14运行安全的实时反馈，另一方面，有效的增强了监测装置18的可靠性，实现风筒转子14在线实时运行参数数据采集及呈现，测距探头61与风筒转子14距离的可调节设置，有效的提高了监测装置18的灵活性，避免了测距探头61监测范围无法覆盖风筒转子14圆周方向的问题，还具有减少测距探头61使用数量，节约成本的作用，进而节约电能的使用，此外，测距探头61通过精准测量激光靶标点9空间位置，进而记录风筒转子14的空间位移变化量，极大程度的提高了装置测量的精度，且还能够避免传统单一点测定风筒转子14位置偏移技术精度低、结果呈现抽象化的缺点，实现多点位位移3D可视化呈现，同时避免传统应变采集技术存在的问题，如采用应变片或光纤技术时，必须将笨重的采集器安装固定在风筒外侧壁上，进而容易引起风筒转子14运转的动不平衡现象发生，还会引起采集信息失真，该监测装置18采用无接触式与应变采集，有效的实现了数据采集高效、真实、实时的再现；立体式激光测距系统6无序分布设置在基座13顶部的多个定位基座靶标8内，通过测距探头61交互测量确定测距探头61彼此的空间位置，协同激光靶标点9共同测量风筒转子14圆周方向完整位移变化。

光学应变测量系统7包括光学应变测量探头70和应变待测装置16，光学应变测量探头70设置在风筒转子14外部，光学应变测量探头70与风筒转子14之间具有一定的间隙，应变待测装置16设置在风筒转子14外侧壁与光学应变测量探头70相对应的位置，光学应变测量系统7采集频率大于等于500Hz，并将光学应变测量探头70采集到的灰度值图像经过数字处理技术，计算出风筒转子14实时应变数据，接着，将数据传输到光电信息处理器4，在系统唯一时间维度上进行保存，还能够根据算法设定允许最大应变报警系统，经过后期算法处理，输出风力-风筒转子14位移-应变关系，进而使得能够通过对比风转系统3产品的有限元模型分析结果，进行风转系统3产品结构优化以及控制系统的优化。

通过光学应变测量系统7的设置，有利于为监测装置18提供第二重监测保障，提高监测装置18的精度，提升监测装置18的工作效率，使监测装置18能够有效的判定风筒转子14外侧待测区域曲面的空间形态，有利于为风筒转子14运行安全提供有效的保障。

应变待测装置16为多边形，应变待测装置16包括光学散斑10、多边形靶标框11和异形靶标点12，光学散斑10、多边形靶标框11和异形靶标点12均设置在风筒转子14外侧壁，多边形靶标框11沿光学散斑10外侧边缘设置，多边形靶标框11相邻两边的交点处均设置异形靶标点12，用于为光学应变测量探头70的测量提供基准点，多边形靶标框11采用轻质随型刚性材料制备，多边形靶标框11材料包括硬质随型薄塑料、随型碳纤制品中的任意一种或多种，所述多边形靶标框11材料质量轻盈对风筒转子14的动平衡的影响能够忽略不计，且除多边形靶标框11选取的一个相邻两边的顶点采用胶结的方式与风筒转子14粘接牢固外，多边形靶标框11的相邻两边的顶点处通过不干胶与风筒转子14胶结，其中，允许不干胶的形变量超过10％，风筒转子14本体的应变不影响胶结效果，继而通过测量多边形靶标框11定点变化，经算法计算出风筒转子14待测区域曲面的宏观形态变化，为光学技术检测应变提供校正参数，在本实施例中，多边形是指至少具有三边的平面图形，例如：三边形、四边形，且应变待测装置16的多边形形状是根据待测区域大小进而选定的形状类型，且应变待测装置16的多边形各个单边的边长≤100mm，光学散斑10所在区域为待测区域，且光学散斑10所在区域范围为散斑图样设置。

通过括光学散斑10、多边形靶标框11和异形靶标点12的分散设置，有利于增强待测区域的可视化，实现风筒转子14实时3D空间形态变化的直观化，实现风筒转子14实时应变采集以及实现风资源工况信息-风筒转子14空间位移-应变集成，为风筒转子14内部的控制系统对风筒转子14精准控制提供数据支撑，有利于根据实时检测的在线数据，实现结构的整体优化；提前在风筒转子14特定区域涂装光学散斑10作为标记，并在光学散斑10外围粘贴多边形靶标框11，多边形靶标框11顶点处设置异形靶标点12，风筒转子14运转中，光学应变测量探头70通过测定异形靶标点12距离，并将信号经处理，表征多边形靶标框11圈定区域曲面的空间形态，用于消除应变测量区域的宏观变形；通过光学应变测量探头70检测到光学散斑10的灰度值，与风筒转子14静止时灰度值差异，并消除宏观变形，经光电信息处理器4计算出选定区域的精确应变变化，进而实现对风筒转子14的有效在线监测，采集风筒转子14在线运行工况下实时位移及应变数据，并结合风力工况条件，为产品结构设置优化及产品安全运行提供有效保障支持。

光学应变测量探头70包括第一激光测距仪71和光学元件15，光学元件15与第一激光测距仪71的系统二者集成设置，第一激光测距仪71用于测定应变待测装置16的多边形靶标框11的相邻两边的顶点处的异形靶标点12的3D位置状态，并通过算法确定多边形靶标框11所选定区域曲面的空间形态，进而与风筒转子14静止状态时，风筒转子14距离第一激光测距仪71的位置变化信息、角度变化信息中的任意一种或多种信息进行对比，能够判定出风筒转子14待测区域曲面的宏观形态变化，所述曲面的宏观形态变化是指曲面角度、曲面位置变化中的任意一种或多种，光学元件15用于感知光学散斑10图样灰度变化。

通过第一激光测距仪71和光学元件15的分离式设置，能够有效降低风筒转子14的重量，避免光学应变测量探头70直接安装在风筒转子14上产生的加重风筒转子14重量，进而影响监测装置18对风筒转子14运动工况下数据的测量，此外，光学元件15与第一激光测距仪71的系统二者集成设置，能够实现风资源工况信息-风筒转子14空间位移-应变集成，对比有限元分析结果，实现导向性的结构设置优化，进而大大提高装置的监测效率，实现风筒转子14实时应变采集，且采集设备不必依附风筒转子14，作业简单，高效，可靠度高，还能够实现风筒转子14实时3D空间形态变化的直观化，为风筒转子14控制系统设置优化提供有益参考。

工作原理：该监测装置18主要用于检测风筒转子14在实际运行工况中位移轨迹及局部应变变化，并结合自然环境中探测到风资源参数，通过位移及应变数据同步采集，与风筒转子14的有限元校核分析结果进行对比，优化风筒转子14控制系统，并对产品结构设计安全性及轻量化设计优化具有极其重要的参考价值，并通过观测产品应变，对风筒转子14结构安全进行提前预警，确保产品安全稳定运行，持续输出清洁动力。

在本发明中，对于任意风力助推转子监测而言，可以包括本实施例中所述一种大型复合材料风筒转子在线监测装置结构，且在本实施例提供的风筒转子14、刚性支架、光电信息处理器4的相关结构及装配关系的基础上，所述风力助推转子监测还包括电机、风筒、环境感知系统、转子制动器等结构在内的常规构件，鉴于其均为现有技术，在此不进行赘述。

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 (10)

1.一种大型复合材料风筒转子在线监测装置，其特征在于，包括风能采集器(2)、风转系统(3)和监测装置(18)，风能采集器(2)、风转系统(3)和监测装置(18)均设置在船舶(1)顶部，风能采集器(2)与监测装置(18)连接，监测装置(18)与风转系统(3)连接，监测装置(18)包括光学应变测量系统(7)，通过风能采集器(2)将实时检测的风能信息传递给监测装置(18)，光学应变测量系统(7)实时监测风转系统(3)的位移变化，进而实现风筒转子(14)实时3D空间形态变化的直观化。

2.根据权利要求1所述的一种大型复合材料风筒转子在线监测装置，其特征在于，所述风转系统(3)设置在船舶(1)的甲板顶部，风转系统(3)外侧分别与风能采集器(2)、监测装置(18)连接，风转系统(3)包括风筒转子(14)和转子控制系统，转子控制系统与风筒转子(14)连接，风筒转子(14)底部通过基座(13)与船舶(1)的甲板连接，转子控制系统用于控制风筒转子(14)的转速和转向，风筒转子(14)用于借助风能的推力作用自由旋转，并通过底部基座(13)将推力传递到船体，实现船舶的节能。

3.根据权利要求2所述的一种大型复合材料风筒转子在线监测装置，其特征在于，所述风能采集器(2)设置在船舶(1)的甲板顶部，风能采集器(2)采用压电悬臂梁式风能采集器，用于实时采集船舶(1)运行环境的风速、风向中任意一种或多种信息，并将信号转化为电信号传导至监测装置(18)，还能够以系统配置的时钟为唯一时间维度，记录存储风能信息。

4.根据权利要求1所述的一种大型复合材料风筒转子在线监测装置，其特征在于，所述光学应变测量系统(7)包括光学应变测量探头(70)和应变待测装置(16)，光学应变测量探头(70)设置在风筒转子(14)外部，光学应变测量探头(70)与风筒转子(14)之间具有一定的间隙，应变待测装置(16)设置在风筒转子(14)外侧壁与光学应变测量探头(70)相对应的位置。

5.根据权利要求4所述的一种大型复合材料风筒转子在线监测装置，其特征在于，所述应变待测装置(16)为多边形，应变待测装置(16)包括光学散斑(10)、多边形靶标框(11)和异形靶标点(12)，光学散斑(10)、多边形靶标框(11)和异形靶标点(12)均设置在风筒转子(14)外侧壁，多边形靶标框(11)沿光学散斑(10)外侧边缘设置，多边形靶标框(11)相邻两边的交点处均设置异形靶标点(12)，用于为光学应变测量探头(70)的测量提供基准点。

6.根据权利要求5所述的一种大型复合材料风筒转子在线监测装置，其特征在于，所述光学应变测量探头(70)包括第一激光测距仪(71)和光学元件(15)，光学元件(15)与第一激光测距仪(71)的系统二者集成设置，第一激光测距仪(71)用于测定异形靶标点(12)的3D位置状态，光学元件(15)用于感知光学散斑(10)图样灰度变化。

7.根据权利要求2所述的一种大型复合材料风筒转子在线监测装置，其特征在于，所述监测装置(18)还包括立体式激光测距系统(6)、支架、光电信息处理器(4)和信号交互器(5)，立体式激光测距系统(6)通过支架与基座(13)连接，立体式激光测距系统(6)与风筒转子(14)连接，光电信息处理器(4)通过信号交互器(5)分别与立体式激光测距系统(6)、光学应变测量系统(7)、风能采集器(2)电学连接，用于接收并处理立体式激光测距系统(6)、光学应变测量系统(7)、风能采集器(2)传递来的信息。

8.根据权利要求7所述的一种大型复合材料风筒转子在线监测装置，其特征在于，所述立体式激光测距系统(6)包括测距探头(61)、激光靶标点(9)，基座(13)包括定位基座靶标(8)，定位基座靶标(8)设置在基座(13)顶部，测距探头(61)通过支架设置在定位基座靶标(8)内，激光靶标点(9)设置在风筒转子(14)外侧壁，激光靶标点(9)设置高度L与测距探头(61)设置高度H一致。

9.根据权利要求7所述的一种大型复合材料风筒转子在线监测装置，其特征在于，所述信号交互器(5)内设置时钟振荡器，用于为系统配备具有唯一维度的高精度时钟信号。

10.根据权利要求8所述的一种大型复合材料风筒转子在线监测装置，其特征在于，所述立体式激光测距系统(6)采用相位式激光测距仪，测量精度小于1mm，且该相位式激光测距仪采用双目镜式采集单元，具备对点的3D位置进行精密测量。

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