CN209055259U - 港作拖轮轴功率在线监测分析系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种港作拖轮轴功率在线监测分析系统，包括设于被测旋转轴上的测扭矩应变片、无线扭矩采集仪，无线感应供电设备，Zigbee接收器和包含轴功率监测系统数据分析软件的监控显示单元，测扭矩应变片组成应变惠斯通电桥接入无线扭矩采集仪，无线扭矩采集仪将测得的被测旋转轴的扭矩信号通过Zigbee接收器传输到监控显示单元中，无线感应供电设备为测扭矩应变片和无线扭矩采集仪提供电源。本实用新型具有免布线、高精度、可靠性高、体积小等特点。

Description

港作拖轮轴功率在线监测分析系统

技术领域

本实用新型涉及一种港作拖轮轴功率在线监测分析系统。

背景技术

轴功率是船舶主机最重要的性能参数之一，一般通过间接测量转轴的扭矩和转速计算而得出。船舶运行条件十分复杂，船-机-桨的匹配对主机性能有很大的影响。当机-桨不匹配时，主机可能不能充分发挥其额定功率，船舶不能达到设计航速；同时，主机还可能发生严重超载，其使用寿命就大大缩短。通过测量船舶动力系统的轴功率，不仅可以发现主机的工作状况是否良好，还可以判断船-机-桨的匹配的优劣情况。

扭矩测量技术的发展到目前为止大致经历了四个阶段：第一阶段，是20世纪40年代首先发展起来的传统仪器，由于体积大，精度低等原因已难以满足扭矩动态检测的要求。第二阶段，是20世纪的50到60年代，随着数字化技术的出现，逐渐兴起了数字化仪器仪表，它的出现将测试的精度、分辨率及测试速度提高了几个数量级，也正因如此才使扭矩动态测量开始广泛地应用。第三阶段，是到20世纪70年代，计算机技术慢慢加入到测试仪器中来，它使扭矩动态测量得到了很大的发展。第四个阶段，是20世纪80年代，这时的虚拟仪器技术在扭矩动态检测中的应用，它是计算机技术应用于仪器技术的一种新的实验方式，它以计算机作为测试仪器的硬件平台的一部分，而且可以在不同的应用场合调用不同的测试软件，来达到不同的测试功能，也大大降低了设计的成本。在进入90年代后，扭矩测量技术向着实用化的方向发展，一些小型标准式扭矩传感器进入市场，不断出现了各种新型扭矩传感器产品。90年代初，扭矩传感器开始利用光导纤维做敏感材料，根据输出光强度的变化或输出光传输特性的变化，来测量两卡环间在外加扭矩作用下产生的微小位移，进而转换成待测的扭矩值。韩国科学与标准研究磁学实验室于1992年研制出了一种非晶态线圈最大差分感应装置，成为了磁弹性扭矩传感器研究的一个新的方向。与此同时，美国麻省磁弹性器件公司也研制成功出了一种基于霍尔效应的不需要激发线圈的磁弹式扭矩传感器。随着激光多普勒转速测量技术(LVD)的成熟，基于激光多普勒效应的扭矩测试仪也开始推向市场，为新型激光非接触式扭矩传感器的研究奠定了坚实的基础。

目前较为常见的扭矩测量仪有以下几种：

1)德国KMT公司的功率测试仪

2)荷兰KEMA公司的功率测试仪

3)Datum公司的功率测试仪

4)SPM公司的功率测试仪

5)TERCO公司的功率测试仪

6)711研究所自主开发的PIS-II型轴功率监测装置

7)深圳亚泰光电的扭矩在线测试仪

但上述测试仪不管是技术指标还是测量手段，都无法满足港作拖轮长期在线实时监测轴功率的目的，与动态扭矩的准确测量与在线校准，存在较大的差距，亟需开展相关科研工作，弥补技术上的差距。

目前较为常见的扭矩测量仪器通常只测量稳态值，无法满足新型高功率动力系统以及智能船舶动力系统，对扭矩的高动态性、实时测量需求，其测量所得的扭矩值，不仅包含静态误差，还包含动态误差，亟需通过研究动态扭矩测量方法、动态校准方法、多传感器测量方法等新型的测量技术，支撑新型高功率动力系统的大扭矩、高动态性准确测试。目前国内外较常见的动态扭矩测量系统组成如图1所示，仍处在诸多技术薄弱点，如：信号源的准确获取、信号高保真技术、无线供电技术、在线动态校准技术等，这些技术薄弱点制约着动态扭矩测量技术的发展，亟需开展扭矩动态测量方法和验证技术的研究，以实现动力设备动态扭矩的准确测量。

拖轮是一种用于特种作业的船舶，用来拖带运输，拖带没有动力不能自航的船舶，或者协助大型船舶进出口，靠离码头，或者救助海上遇难的中小型船舶。进行各种拖带作业。拖轮的动力装置使用工况较多，配置较为复杂，一般设计时需考虑自由航行、拖带、低速航行、定点作业以及消防作业等工况，各种工况对动力的需求存在较大的差异，设计时需综合考虑各种使用工况，而各工况下的动力输出差异很大，因此需要对轴系功率进行实时监测，了解实际工况负荷，从而保护动力装置能长期安全可靠运行。而市场上现有的轴功率测试设备基本都是靠硬线连接通讯和电池供电，其安装复杂程度、数据采集处理、运行时长等硬性指标均无法满足港作拖轮长期实时监测的需求。因此依据港作拖轮自身作业的特点和实际需求，需要开发的轴功率监测装置是一套工作稳定可靠，抗干扰能力强、测量准确，集数据采集、监测和数据存储为一体的多信息任务处理系统。

实用新型内容

为解决以上现有技术存在的问题，本实用新型提出一种港作拖轮轴功率在线监测分析系统。

本实用新型可通过以下技术方案予以解决：

一种港作拖轮轴功率在线监测分析系统，包括设于被测旋转轴上的测扭矩应变片、无线扭矩采集仪，无线感应供电设备，Zigbee接收器和包含轴功率监测系统数据分析软件的监控显示单元，所述测扭矩应变片组成应变惠斯通电桥接入所述无线扭矩采集仪，所述无线扭矩采集仪将测得的所述被测旋转轴的扭矩信号通过所述Zigbee接收器传输到所述监控显示单元中，所述无线感应供电设备为所述测扭矩应变片和无线扭矩采集仪提供电源。

作为优选实施例，所述无线感应供电设备包括在所述被测旋转轴上缠绕铜丝漆包形成次级线圈，一感应供电装置提供初级线圈。

作为优选实施例，所述感应供电装置外接220VAC。

作为优选实施例，所述测扭矩应变片用应变胶粘贴在所述被测旋转轴上。

有益效果

1)本实用新型采用Zigbee通讯方式，其功耗是所有无线通讯模式中最低的。其次，Zigbee典型延时15ms，一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络,而且网络组成灵活。最后采取了碰撞避免策略，MAC层采用了完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证，采用了AES-128的加密算法,各个应用可以灵活确定其安全属性。从而使本实用新型具有免布线、高精度、可靠性高的特点。

2)采用无线感应供电模式，通过现场转轴上缠绕铜丝漆包线形成次级线圈，另外感应供电装置提供初级线圈，初级线圈上通变压后的交流电，由于电磁感应在次级线圈中产生一定的电流，形成一套感应供电装置。从而使本实用新型具有体积小、进行长期工作和连续监测的特点；

3)监控显示单元提供轴系扭矩、转速和功率的测量和显示，监测轴功率的实时变化情况，可与主机运行曲线结合设置各个工况点的超速、超负荷报警。一旦各监测点幅值超过设定值就进行报警，同时提供报警信号输出，也可以通过将报警信号送至机舱自动化系统，统一进行处理。便于机舱管理人员及时了解主机功率运行情况，以便及时调整相应的运行工况，保护主机与船体安全。

本实用新型除了可以测试轴功率外，还能动态评估轴系状态及推断船机桨的匹配情况，通用性较强，适用范围较广。本实用新型提高了检测的准确性、稳定性，增强了传输的有效性，增加了船舶轴功率检测装置的功能，扩展了应用范围，有效提高船舶航行的安全性，经济性。

附图说明

图1为本实用新型的连接框图

图2为本实用新型中无线感应装置连接示意图

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域的技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

如图1所示，本实用新型的一种港作拖轮轴功率在线监测分析系统，包括设于被测旋转轴上的测扭矩应变片2、无线扭矩采集仪3，无线感应供电设备1，Zigbee接收器4和包含轴功率监测系统数据分析软件的监控显示单元5，测扭矩应变片组成应变惠斯通电桥接入无线扭矩采集仪3，无线扭矩采集仪3将测得的被测旋转轴的扭矩信号通过Zigbee接收器4传输到监控显示单元5中，轴功率监测系统数据分析软件对扭矩信号运算处理实时完成对被测旋转轴扭矩、轴功率的计算与分析，并在监控显示单元5中实时存储和显示。

无线感应供电设备1包括在被测旋转轴A上缠绕铜丝漆包形成次级线圈B，感应供电装置提供初级线圈，通过外接220VAC，初级线圈上通变压后的交流电，由于电磁感应在次级线圈B中产生一定的电流，形成无线感应供电装置(如图2所示)。测扭矩应变片2和无线扭矩采集仪3由无线感应供电设备1供电，测扭矩应变片2用应变胶粘贴在被测旋转轴A上，并组成应变惠斯通电桥接入无线扭矩采集仪3，采集仪3通过Zigbee接收器4将数据发送到监控显示单元5。通过监控显示单元5中的轴功率监测系统数据分析软件对数据运算处理实时完成对旋转轴扭矩、轴功率的计算与分析，并实时存储和显示。轴功率监测系统数据分析软件是基于wince操作系统下的多功能软件，监控显示单元的屏幕上提供的图形化过程信息主要包括各旋转轴实时的转速、扭矩、功率以及历史功率值曲线，通过图形直观地描述出了轴功率的变化趋势，并且通过RS232/485接口向集控室实时发送监测结果。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种港作拖轮轴功率在线监测分析系统，其特征在于，包括设于被测旋转轴上的测扭矩应变片、无线扭矩采集仪，无线感应供电设备，Zigbee接收器和包含轴功率监测系统数据分析软件的监控显示单元，所述测扭矩应变片组成应变惠斯通电桥接入所述无线扭矩采集仪，所述无线扭矩采集仪将测得的所述被测旋转轴的扭矩信号通过所述Zigbee接收器传输到所述监控显示单元中，所述无线感应供电设备为所述测扭矩应变片和无线扭矩采集仪提供电源。

2.根据权利要求1所述的港作拖轮轴功率在线监测分析系统，其特征在于，所述无线感应供电设备包括在所述被测旋转轴上缠绕铜丝漆包形成次级线圈，一感应供电装置提供初级线圈。

3.根据权利要求1所述的港作拖轮轴功率在线监测分析系统，其特征在于，所述感应供电装置外接220VAC。

4.根据权利要求1所述的港作拖轮轴功率在线监测分析系统，其特征在于，所述测扭矩应变片用应变胶粘贴在所述被测旋转轴上。