CN205580638U - 一种光电式轴功率测量装置的探头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光电式轴功率测量装置的探头，该探头主要由固定底板(5)，以及装在固定底板(5)上的激光发射块(11)、激光接收块(12)组成，激光发射块(11)内装有激光发射器，激光接收块(12)内装有激光接收器。本实用新型具有较好的可靠性，实用性，以及方便性。

Description

一种光电式轴功率测量装置的探头

技术领域

本实用新型涉及探头，特别是一种适用于光电式轴功率测量装置的测量探头，适用于诸如内河船舶轴系功率监测等应用场合。

背景技术

随着船舶向大型化、高速化和自动化方向发展，船舶的快速性、高效益、经济性等，已成为造船的重要指标。作为计算转换效率的重要手段，轴功率测量已成为船厂及船东验收新造船舶的主要参数。通过对主机不同工况下轴功率的测量，可以了解及检验船体-主机-推进器三者之间匹配情况，同时也可对旧船的船体-主机-桨工作状态及故障做出诊断。轴功率测量已成为各大船厂新造船舶以及旧船改造必须进行测量的项目之一，因此，其测量的准确度、数据的可靠性尤为重要。

船舶轴功率监测装置按测量方法主要分为接触型和非接触型。接触型测量装置技术已经成熟，广泛应用于轴功率和扭矩测量中。大部分接触型测量装置是基于应变原理，通过轴系上的应变片将轴系截面的剪切应力转化为电信号进行测量，但该系统在实船测量中，需要隔一段时间对给应变片供电的电池充电，不能进行长时间的测量，同时，信号也存在着不稳定等问题。非接触型测量主要有磁弹测量法和激光多普勒测量法，这两种方法在测量中也存在一定的局限性和传感器温度漂移产生的误差。

光电式轴功率测量装置是以长度一定的被测轴在扭矩作用下产生的扭转角度为测量对象件。弹性轴在扭矩的作用下会发生变形，其任意两个横截面会发生相对转动，从而产生一个相位角，通过轴系上安装的码盘和激光探头来测量相位角，从而就可求得轴所受的扭矩。

专利文献CN103308229A(申请号201310163896.0)公开了一种激光光电轴功率测量探头，其主要由测量探头光学室、光纤聚焦镜、光电二极管和激光二极管组成，该探头是一种通过光纤传导的激光光电轴功率测量探头，以提高光电非接触式轴功率测量系统的实用性和适用性。专利文献CN103900747A(申请号201410156272.0)公开了一种偏心误差修正式的船舶轴系扭矩测量探头，其主要有由光电接收块、电涡流位移传感器、光电二极管、半导体激光器以及装在底座上的激光夹块、中块组成，该探头通过电涡流位移传感器检测码盘偏心距的信息，剔除因偏心导致的扭转相位角忽长忽短相应的信号，从而达到消除码盘偏心误差，提高测量精确度。

上述专利文献公布的技术方案都是在理想环境下提出的，而在实船工作中机舱有较大的振动，探头的安装空间也是有限的，其固定也较为困难。在采用光电式轴功率测量仪测量船舶轴功率的过程中，为了保证测量的准确性，往往要保证测量装置探头的可靠性和可调节性，因此有必要设计一种结构紧凑，便于安装、调节的光电式轴功率测量装置探头。

发明内容

本实用新型所解决的问题是：提供一种结构简单、紧凑、便于安装的光电式轴功率测量装置的探头，以便提高光电式轴功率测量系统的实用性和适用性。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：主要由固定底板，以及装在固定底板上的激光发射块、激光接收块组成，激光发射块内装有激光发射器，激光接收块内装有激光接收器。

所述的激光发射块，其横向截面为“Ω”形状，其上部设有轴向的激光发射器槽，该槽内有固定螺孔，通过螺钉穿过螺孔使激光发射器固定在此槽中；其前面中部设有导线槽。

所述的激光接收块，其横向截面为“Ω”形状，其前面中部设有用于安装激光接收器的槽，其一侧部设有航空插头接口。

所述的固定底板，其左侧安装激光发射块，其右侧安装激光接收块，其上面的中部设有轴向的用于导线通过的导线槽。

本实用新型提供的光电式轴功率测量装置的探头，其设有用于安装和调节探头的位置的可调节支架。

所述的可调节支架，主要由左右调节支架和前后调节支架组成，所述前后调节支架与激光模块单元之间通过连接件来连接，所述激光模块单元包括激光发射块、激光接收块、固定底板。

所述的连接件为一折形部件，其一侧面设有长通孔，另一侧面设有多个螺孔。

本实用新型与现有技术相比具有以下主要的优点：

1.在安装和调试的过程中，通过可调节支架进行探头位置的调节，以此获得合适的测量位置。

2.航空插孔是朝上的，便于航空插头的安装。

3.将激光发射、接收模块进行重新设计，减少了两模块安装空间，使得激光能尽可能从码盘遮光齿的中心通过；激光发射模块的顶端采用弧形面，使其能尽可能地接近待测轴；同时增加了导线槽，提高线路的可靠性。

总之，本实用新型具有较好的可靠性、实用性以及方便性。

附图说明

图1为激光模块单元的结构示意图。

图2为固定底板的结构示意图。

图3为可调节支架的结构示意图。

图4为连接件的结构示意图。

图5为激光探头与连接件装配的示意图。

图中：1.激光发射器槽；2.导线槽；3.激光接收器安装槽；4.航空插头接口；5.固定底板；6.左右调节支架；7.前后调节支架；8.机舱支撑槽钢；9.通孔；10.固定螺孔；11.激光发射块；12.激光接收块；13.螺孔；14.长通孔；15.连接件；16.激光模块单元；17.轴向槽。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详细说明。

本实用新型提供的光电式轴功率测量装置的探头，其结构如图1所示，主要由激光发射块11、激光接收块12、固定底板5组成。

所述的固定底板5，其左侧安装激光发射块11，其右侧安装激光接收块12，其上面的中部设有用于导线通过的轴向槽17(图2)。

所述的激光发射块11，其上部设有轴向的激光发射器槽1，该槽内有固定螺孔10，通过螺钉穿过螺孔10使激光发射器固定在此槽中；其前面中部设有导线槽2；其顶端采用弧形面，使其能尽可能地接近待测的船舶轴。

在激光接收块12的下端是航空插头接口4，连接激光发射器和激光接收器的线路通过导线槽2、轴向槽17汇总在航空插头接口4的一端，而航空插头接口4的另一端与船舶机舱测量电路相连。航空插头接口4的插孔在安装之后是朝上的，这样方便在另一端插头安装。

所述导线槽2和轴向槽17在激光发射块11、激光接收块12安装完成后，用环氧树脂填充、固定，确保导线中的焊接点不会松动，从而保证线路的可靠性。

本实用新型提供的光电式轴功率测量装置的探头，使用时，可以通过可调节支架来满足安装和调节探头的位置要求。该可调节支架的结构如图3所示，主要由左右调节支架6和前后调节支架7组成，前后调节支架7与激光模块单元16之间通过连接件15来连接。

所述的左右调节支架6和前后调节支架7，均由角钢制成，其一侧面均设有通孔9。

所述的连接件15为一折形部件，如图4所示，其一侧面设有长通孔14，固定的螺钉能在通孔中进行一定范围的移动，以此来实现探头位置调节；其另一侧面设多个螺孔13(图4中画了4个螺孔13)。

所述的连接件15的4个螺孔13与固定底板5上的螺孔对应且通过同一个螺栓连接(图5)，连接件15的长通孔14放置在前后调节支架7的通孔9上。而左右调节支架6左端的侧面与机舱支撑槽钢8焊接在一起(图3)，以此来固定本实用新型光电式轴功率测量装置探头。通过调节螺栓在前后调节支架7和左右调节支架6的通孔9中的位置，使连接件15的位置发生变化，从而使探头位置得到调节。当然，也可在调节螺栓下方增加垫片，以调节激光模块单元16的高度。

所述激光模块单元16包括激光发射块11、激光接收块12、固定底板5。

所述的激光发射器槽1，用于安装激光发射器，并将激光发射器的光斑大小调至最小，同时固定螺钉从槽下方顶紧激光发射器。

在激光接收块12的侧部设有激光接收器槽3，用于安装激光感光元件(光电二极管)，并用环氧树脂固定。

在装配过程中，注意激光的光斑要对准激光的感光元件，使激光器的光路与待测轴的轴心线平行。

安装过程中，激光模块单元16离待测轴的距离应尽可能短，在码盘透光区域，两光电传感器的光斑位置大约有1/2个齿圆心角的相位差。

本实用新型提供的光电式轴功率测量装置的探头，其工作过程如下：

在实船测量中，由于测量技术的限制，船舶的轴功率不可能通过直接测量而得到。而是通过间接测量轴系的输出扭矩、转速，根据物理计算公式得到船舶的轴功率。

光电式轴功率测量装置由两组光电码盘和激光探头组成，光电码盘垂直于待测轴的轴心线安装。光电码盘的同一圆周上间隔、均匀分布着遮光齿和通光孔，且两光电码盘在安装时，每根齿应有一部分的面积重叠。两激光探头通过位置调节支架使得其光斑垂直落在相应光电码盘的遮光齿(或通光孔)所在的圆周上。当光电码盘随轴转动时，激光感光元件会输出高低电平的脉冲信号。激光探头在遮光时输出高电平的脉冲信号，即暗脉冲信号；在通光时输出低电平的脉冲信号，即明脉冲信号。为了便于分析，光电式轴功率测量仪采用暗脉冲信号来计算轴功率。

当待测轴没有加载负荷时，由于两个码盘在安装时每根齿有一部分的面积重叠，所以两个光电码盘的遮光齿扫过对应的激光探头时，会产生两路高电平的暗脉冲信号，并且这两路脉冲信号之间有一个相位差值，且该相位差值不变，即为初始相位差t，该值可由安装码盘时遮光齿的重叠面积控制。

当待测轴上加载负荷时，待测轴在扭矩的作用下发生扭转变化，此时，两个光电码盘安装处的轴横截面也发生了相对扭转，这会使两个光电码盘对应位置的遮光齿发生相同的角度变化。当两个激光探头分别扫过光电码盘时，产生的两路暗脉冲信号之间的相位差值也随之发生了变化，即此时的相位差变化为Δt，该值与待测轴上的扭矩成正比。由于光电码盘的遮光齿的个数是固定值，在光电码盘转动一圈时，每一路光电开光产生的暗脉冲信号的个数也是不变的，通过一个定时器记下这些暗脉冲数所用的时间，即可计算出当前转速了。在整个测量过程中，激光探头起到了检测光脉冲信号的作用。

Claims (7)

1.一种光电式轴功率测量装置的探头，其特征是主要由固定底板(5)，以及装在固定底板(5)上的激光发射块(11)、激光接收块(12)组成，激光发射块(11)内装有激光发射器，激光接收块(12)内装有激光接收器。

2.根据权利要求1所述的光电式轴功率测量装置的探头，其特征在于所述的激光发射块(11)，其横向截面为“Ω”形状，其上部设有轴向的激光发射器槽(1)，该槽内有固定螺孔(10)，通过螺钉穿过螺孔(10)使激光发射器固定在此槽中；其前面中部设有导线槽(2)。

3.根据权利要求1所述的光电式轴功率测量装置的探头，其特征在于所述的激光接收块(12)，其横向截面为“Ω”形状，其前面中部设有用于安装激光接收器的槽(3)，其一侧部设有航空插头接口(4)。

4.根据权利要求1所述的光电式轴功率测量装置的探头，其特征在于所述的固定底板(5)，其左侧安装激光发射块(11)，其右侧安装激光接收块(12)，其上面的中部设有轴向的用于导线通过的导线槽。

5.根据权利要求1所述的光电式轴功率测量装置的探头，其特征在于该探头设有用于安装和调节探头位置的可调节支架。

6.根据权利要求5所述的光电式轴功率测量装置的探头，其特征在于所述的可调节支架，主要由左右调节支架(6)和前后调节支架(7)组成，所述前后调节支架(7)与激光模块单元(16)之间通过连接件(15)来连接，所述激光模块单元(16)包括激光发射块(11)、激光接收块(12)、固定底板(5)。

7.根据权利要求6所述的光电式轴功率测量装置的探头，其特征在于所述的连接件(15)为一折形部件，其一侧面设有长通孔(14)，另一侧面设有多个螺孔(13)。