KR20220025719A - 구동 샤프트 모니터링 시스템 - Google Patents

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KR20220025719A
KR20220025719A KR1020217040302A KR20217040302A KR20220025719A KR 20220025719 A KR20220025719 A KR 20220025719A KR 1020217040302 A KR1020217040302 A KR 1020217040302A KR 20217040302 A KR20217040302 A KR 20217040302A KR 20220025719 A KR20220025719 A KR 20220025719A
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optical sensor
monitoring system
sensor assembly
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KR1020217040302A
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스테판 블롬 한센
모르텐 파게를리
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콩스베르그 마리타임 에이에스
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Abstract

제1 및 제2 코딩된 디스크(21a-b)를 포함하는 구동 샤프트 모니터링 시스템(20)이 제공되고, 제1 코딩된 디스크(21a) 및 제2 코딩된 디스크(21b)에는 원주 방향으로 균일하게 분포된 다수의 슬롯 또는 리세스(22)가 제공되며, 구동 샤프트 모니터링 시스템(20)은 제1 코딩된 디스크(21a) 및 제2 코딩된 디스크(21b)의 슬롯 또는 리세스(22)와 연결되어 배열된 적어도 2개의 독립적인 광 센서 조립체(30a-c)를 포함한다.

Description

구동 샤프트 모니터링 시스템
본 발명은 청구항 제1 항의 전제부에 따른 구동 샤프트 모니터링 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 특히 회전하는 구동 샤프트를 위한 모니터링 시스템을 관한 것이다.
본 발명의 가장 가까운 종래 기술이 WO96/10167 호에서 발견된다. WO96/10167 호에는 샤프트 동력(shaft power)을 계산하기 위해 회전하는 샤프트의 토크의 측정을 위해 의도된 장치가 기재되어 있다. 솔루션은 처리 유닛에서 단일 채널에 의해 송신 및 수신되는 하나의 단일 광 신호를 기초로 한다. 광 신호는, 수신기에 수신되어 처리 유닛으로 전달되기 전에, 제1 코드 휠 근처에 고정된 광학 U자형 요소의 에어 갭(air gap)을 통과하고 더 나아가 광섬유를 통해 제2 코드 휠 근처에 고정된 광학 U자형 요소의 에어 갭을 통과하는 원형의 광섬유를 통해 광원에서 전송된다. 작은 톱니와 큰 개구를 사용하고 일 코드 휠의 톱니가 다른 코드 휠의 개구 내에 있도록 서로에 대해 코드 휠을 위치시킴으로써 광 신호가 2개의 코드 휠의 톱니에 의해 독립적으로 차단될 수 있다. 즉, 모든 에지와 그들의 상대 위치[비틀림(twist)으로 변경됨]가 시스템에 가시적이었다. 두 디스크/기어휠 상의 베인/톱니 사이의 시간 변위(time displacement)는 샤프트 토크에 대한 측정이므로, 샤프트 동력이 컴퓨터에서 계산되는 것을 가능하게 한다.
언급된 솔루션에는 몇 가지 단점이 있다. 첫째, 코드 휠당 오직 하나의 센서를 사용함으로써 센서 기초가 샤프트와 관련하여 이동하는 경우 정확도가 불량해지고, 이는 선박의 경우 일반적인 상황일 것이다.
둘째, 큰 개구는 적은 톱니 및 불량한 해상도를 초래하고, 나아가 비틀림 분석이 가능하지 않는 것을 초래한다.
셋째, 솔루션은 특히 중첩이 허용되지 않는 코드 휠의 상대 위치로 인해 중요한 설치 요구 사항으로 어려움을 겪는다. 이는 오직 작은 허용 범위로 인해 올바른 설치를 하는 것이 도전적이 되는 것을 초래한다.
넷째, 솔루션은 코드 휠 사이의 거리가 (비틀림에 대한) 코드 휠의 개구의 크기에 의해 제한되어, 달성되는 정확도의 제한을 초래한다는 문제를 겪는다.
다섯째, 솔루션은 불량한 정확도(달리 주장된 방식으로도)의 문제를 겪고 누락된 비틀림 진동은 구동 샤프트 모니터링을 제공하는 것을 불가능하게 한다.
추가로, 광 비임(light beam) 및 광섬유의 사용은 광섬유 분야의 특별한 장비와 능력을 요구하기 때문에, 서비스 및 설치 둘 다과 관련하여 도전적이다.
EP0635120B1 호에서 진동을 모니터링하기 위한 광학 시스템이 알려져 있으며, 특히 회전 동력 시스템의 동력 샤프트에 적용 가능하다. 시스템은 샤프트의 원주 주위에 적용된 그리드 라인에 조준된 IRLED 방사선 소스를 포함하는 광학 유닛을 포함한다. 방사선의 반사는 렌즈 및 일치하는 론키 격자(Ronchi grid)를 통해 포토다이오드 상으로 이미징되고, 이는 회전 불규칙성의 표시가 유도될 수 있는 주기적인 파동 신호를 생성한다. 일 실시예에서, 피치 및 플런지 샤프트 진동에 대한 보상을 허용하기 위해 복제 방사선 소스 및 이미징 장치가 샤프트를 가로질러 직경 대향부에 배열된다. 다른 바람직한 실시예에서, 제2 복제 광학 유닛이 제1 유닛으로부터 샤프트를 따라 거리를 두고 위치된다. 두 유닛의 출력 신호는 비교기와 EX-NOR 게이트를 통과되고, 그런 다음 저역-통과 필터링되어 비틀림 변형(torsional deflection)을 나타내는 신호를 생성한다. 샤프트 방향 정보를 제공하기 위해 구적법(Quadrature techniques)이 사용될 수 있다.
이 솔루션의 단점은, 무엇보다도, 샤프트에 그리드 라인을 배열하기 위해 포토리소그래피 공정이 필요하다는 것이다. 이는 정밀도를 필요로 하고, 또한 이를 수행할 수 있도록 전문 교육을 받은 인력을 필요로 한다.
추가로, 코딩된 패턴을 제공하기 위한 샤프트에의 이러한 그리드 라인의 사용은, 이들이 시스템의 정확도를 상당히 감소시키고 정확한 측정의 실패를 초래할 수 있는 오물 및 먼지 등에 노출되는 문제를 겪는다.
솔루션은 또한 전문 교육을 받은 직원을 필요로 하기 때문에 만일 손상된 경우 수리하거나 교환하기가 쉽지 않다. 예컨대 해상 선박의 경우, 항해하는 그러한 전문 인력은 일반적으로 승무원의 일부가 아니다. 이는 해상 선박이 다시 항구에 도착할 때까지 시스템을 고장인 채 그대로 둘 것이다.
이 솔루션의 추가적인 단점은 샤프트를 당길 때 탈착 및 재장착될 수 없다는 것이다. 해상 선박의 경우 베어링 및 실링 검사를 위해 프로펠러 샤프트가 빼내어질 수 있도록 중간 샤프트/구동 샤프트를 제거하는 것이 정기적으로 요구된다. 이 작업 중 모든 보호 캡이 제거되고, 이는 들어 올려지거나 잡아당겨질 때 샤프트의 손상을 초래할 수 있고, 따라서 전문 인력이 아닌 다른 사람에 의해 수리될 수 없는 코딩된 패턴을 또한 손상시킬 수 있다.
시스템의 시각적 검사 및/또는 문제 해결은 특수 장비와 전문 인력을 필요로 하기 때문에 어렵다.
EP0635120B1 호의 솔루션의 심각한 단점은 높은 RPM과 큰 직경에서 해상도가 감소하므로, 높은 RPM과 큰 직경의 샤프트를 갖는 시스템에 솔루션을 적용하는 데 상당한 제한이 있다는 것이다.
솔루션은 추가로, 해양 선박의 경우 일반적인, 센서가 배열된 구조체의 움직임으로 인한 센서의 움직임뿐만 아니라 이 움직임에 대한 보상을 고려하도록 구성되어 있지 않다.
EP 3343192 A1 호에는 샤프트를 갖는 회전 시스템의 토크를 측정하기 위한 광학 토크 센서가 기재되어 있다. 광학 토크 센서는 샤프트의 입력 부분과 출력 부분에 배열된 2개의 웨지 프리즘을 포함한다. 더욱이, 광원은 광 위치 센서를 향해 웨지 프리즘을 통해 광 비임을 방출하도록 배열되고, 이는 광 비임을 수신하고 광학 위치 센서에서 입사 광 스폿의 위치를 나타내는 위치 신호를 제공하도록 구성된다. 광학 토크 센서는 위치 신호를 수신하고 이 위치 신호에 기초하여 입력 부분에 적용된 토크 값을 결정하도록 구성된 제어 회로를 추가로 갖는다. EP 3343192 A1 호의 솔루션은 또한 EP0635120B1 호 및 WO96/10167 호에 대해 언급된 대부분의 단점을 갖고 있고 따라서 언급된 단점에 대한 솔루션을 제공하지 않는다.
언급된 종래 기술의 솔루션의 추가적인 단점은 정확한 크랭크샤프트 모니터링을 제공하지 않는다는 점이다. 종래 기술의 시스템이 정확한 크랭크샤프트 모니터링을 제공하지 못하기 때문에 모터/엔진의 제어 유닛을 위한 신호를 또한 제공할 수 없다. 추가로 솔루션에는, 모터/엔진을 측정하는 데 사용되는 경우 엄격한 요구 사항인, 샤프트가 1회전한 것을 알리는 트리거가 또한 결여되어 있다.
종래 기술의 솔루션은, 일 광학 측정 유닛으로부터의 측정 신호가 분리되어 사용될 수 없기 때문에, 증분형 인코더를 사용하여 모터/엔진을 함께 모니터링하기 위해 사용될 수 없다. 또한, 종래 기술의 솔루션은 시작점을 알릴 수 있는 트리거(누락된 톱니 트리거)가 없기 때문에 크랭크들 사이의 각도의 추적(track)이 결여되어 있다.
언급된 종래 기술의 솔루션의 다른 단점은 클러치 슬립 검출을 제공하지 않는다는 것이다.
또한, 언급된 종래 기술의 솔루션의 단점은 샤프트의 축방향 변위 및 추력을 측정하도록 구성되지 않는다는 것이다.
본 발명의 주 목적은 종래 기술의 시스템의 언급된 부족 및 단점을 부분적으로 또는 전체적으로 해결하는 구동 샤프트 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 종래 기술의 솔루션과 비교하여 증가된 정확도의 측정을 가능하게 하는 구동 샤프트 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 비틀림 각도, 토크 및 샤프트 동력의 측정을 제공하는 구동 샤프트 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 샤프트 변형 및 편심 측정을 제공하는 구동 샤프트 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 샤프트 진동 및 비틀림 진동의 검출을 제공하는 구동 샤프트 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 클러치 슬립 검출을 제공하는 구동 샤프트 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 구동 샤프트에 연결된 장치(예컨대, 선박의 프로펠러)에 의해 유도된 축방향 변위 및 추력의 측정을 제공하는 구동 샤프트 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 엔진/모터의 자유 단부에 고정된 축방향으로 설치된 증분형 크랭크 각도 인코더와 조합하여 사용될 때 엔진의 크랭크샤프트에 대한 비틀림(twist) 및 비틀림 진동의 측정도 또한 제공할 수 있는 구동 샤프트 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 후속 상세한 설명, 청구범위 및 첨부된 도면으로부터 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 구동 샤프트 모니터링 시스템은 청구항 제1 항에 개시되어 있다. 구동 샤프트 모니터링 시스템의 바람직한 특징은 종속 청구항에 개시되어 있다.
본 발명은 구동 샤프트의 외부 표면 또는 구동 샤프트의 섹션에 배열된 제1 및 제2 코딩된 디스크(coded disc)를 포함하는 구동 샤프트 모니터링 시스템에 관한 것이다. 제1 코딩된 디스크는 구동 샤프트 또는 구동 샤프트의 섹션의 제1 위치에 배열되고, 제2 코딩된 디스크는 구동 샤프트 또는 구동 샤프트의 섹션의 제2 위치에 배열되고, 여기서 제2 위치는 구동 샤프트 또는 구동 샤프트의 섹션의 길이 방향으로 제1 코딩된 디스크로부터 미리 결정된 거리에 있다.
제1 및 제2 코딩된 디스크에는 원주 방향으로 균일하게 분포된 다수의 슬롯 또는 리세스가 제공되어, 톱니를 형성하는 슬롯들 또는 리세스들 사이의 영역에서 광이 코딩된 디스크를 통과하고 코딩된 디스크에 의해 차단되는 것을 가능하게 한다.
구동 샤프트 모니터링 시스템은 언급된 슬롯 또는 리세스와 연결되어 배열된 제1 및 제2 코딩된 디스크의 각각에 대해 적어도 2개의 독립적인 광 센서 조립체를 포함한다.
본 발명에 따른 구동 샤프트 모니터링 시스템의 추가적인 실시예에 따르면, 제1 광 센서 조립체는 개개의 코딩된 디스크의 제1 원주 위치(circumferential position)에 배열되고 제2 광 센서 조립체는 개개의 코딩된 디스크의 제2 원주 위치에 배열되고, 여기서 제2 원주 위치는 개개의 코딩된 디스크의 원주 방향으로 제1 광 센서 조립체로부터 미리 결정된 거리에 있어서, 제1 및 제2 광 센서 조립체는 개개의 코딩된 디스크에 대해 측면으로 반전되어(laterally reversed) 배열되고, 따라서 개개의 코딩된 디스크의 중심을 통과하는 횡방향 축(transversal axis) 상에 정렬되고, 즉 구동 샤프트를 가로질러 직경 방향으로 대향되게 배열된다.
본 발명에 따른 구동 샤프트 모니터링 시스템의 일 실시예에 따르면, 광 센서 조립체는 개개의 코딩된 디스크의 일 측면에서 다수의 슬롯 또는 리세스에 수직인 평면으로 광 비임을 방출하는 광원 및 개개의 코딩된 디스크의 다른 측면에 배열된, 다수의 슬롯 또는 리세스를 통해 변조된 광을 수신하기 위한 전기 광학 센서를 포함한다.
구동 샤프트 모니터링 시스템의 추가적인 실시예에 따르면, 교정 목적을 위해 개개의 코딩된 디스크와 연결되어 배열되는 적어도 하나의 고해상도 증분형 인코더를 포함한다. 개개의 코딩된 디스크의 교정 동안, 고해상도 증분형 인코더는 교정 동안 슬롯/리세스 오프셋(t)을 계산하고 비틀림(토크)에 대한 영점의 결정을 위해 처리 유닛의 내부 클록에 의해 만들어진 시간-트리거 펄스(time-triggered pulses)를 대체하는 펄스 트레인(pulse train)을 제공할 것이다. 비틀림에 대한 영점은 제로(0) 토크에서 두 개의 코딩된 디스크 상대 위치에 의해 주어진다. 따라서 고해상도 증분형 인코더는 구동 샤프트가 천천히 회전될 때 고해상도 펄스 트레인을 제공한다. 느린 회전 속도에서 변화는 너무 커서 톱니 윈도우(An-An+1)를 통해 속도가 일정하다고 가정할 수 없으며 따라서 처리 유닛의 클록 카운터를 기준으로 사용할 수 없으므로, 고해상도 증분형 인코더의 사용을 필요로 한다. 구동 샤프트가 작동 회전 속도로 회전될 때 톱니 윈도우(An-An+1)를 통해 속도가 일정하고, 교정 프로세스가 완료된 후 고해상도 증분형 인코더가 필요하지 않다고 가정할 수 있다.
이러한 방식으로, 추가적인 처리 및 모니터링을 위해 사용될 상대 위치의 정보를 포함하는 처리 유닛 내의 테이블을 작성할 수 있다.
교정 프로세스에서, 언급된 다수의 슬롯 또는 리세스의 상승 및 하강 펄스 에지가 검출되고 결과가 비율(fraction)로 결합된다. 이 비율이 언급된 코딩된 디스크의 가능한 한 작은 부분을 나타내도록 허용함으로써, 각속도가 일정하다고 가정할 수 있다.
제1 광 센서 조립체는 문제의 슬롯 또는 리세스와 관련된 펄스를 An으로 검출하고 다음의 슬롯 또는 리세스를 An+1로 검출하며, 여기서 An+1 - An = 1, 여기서 제2 광 센서 조립체는 동일한 슬롯 또는 리세스에 대한 펄스를 Bn으로 그리고 다음의 슬롯 또는 리세스를 Bn+1으로 검출하고, 여기서 도 1에서 상부 시계열(upper time series)에 도시된 바와 같이 제1 코딩된 디스크에 대해 Bn+1 - Bn = 1 이고, P+는 상승 펄스 에지이고 P-는 하강 펄스 에지이다.
마찬가지로, 제1 광 센서 조립체는 문제의 슬롯 또는 리세스와 관련된 펄스를 Cn로 검출하고 다음의 슬롯 또는 리세스를 Cn+1로 검출하고, 여기서 Cn+1 - Cn = 1, 여기서 제2 광 센서 조립체는 동일한 슬롯 또는 리세스에 대한 펄스를 Dn으로 그리고 다음의 슬롯 또는 리세스를 Dn+1로 검출하고, 여기서, 제2 코딩된 디스크에 대해 Dn+1 - Dn = 1이다.
제1 및 제2 코딩된 디스크의 각각에 대한 제1 및 제2 광 센서 조립체의 측정값을 결합하고 평균화함으로써, 개개의 슬롯 또는 리세스(n)에 대한 상승 펄스 에지(raising pulse edge)에 대해 다음과 같은 교정된 비율(calibrated fractions)을 얻을 수 있다.
Figure pct00001
유사한 비율
Figure pct00002
이 개개의 슬롯 또는 리세스(n)에 대한 하강 펄스 에지(falling pulse edge)에 대해 등록된다. 따라서, 모든 다수의 슬롯 또는 리세스는 다른 모든 광 센서 조립체 이벤트와 비교되는 증분형 인코더의 펄스와 관련된 상승 및 하강 펄스 에지에 대한 상대 비율(relative fractions)로서 매핑 테이블(mapped table) 내에 등록된다.
따라서, 언급된 상대 비율은 프로세스 값이 변경됨에 따라 변경된다. 이러한 방식으로, 구동 샤프트 모니터링 시스템은 시간 요인에 독립적인 측정 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 구동 샤프트 모니터링 시스템의 추가적인 실시예에 따르면, 제1 및 제2 광 센서 조립체 사이에서 개개의 코딩된 디스크의 원주 방향으로 제1 및 제2 광 센서 조립체 둘 다로부터 동일한 거리에 위치 설정된 제3 광 센서 조립체를 포함한다.
본 발명에 따른 구동 샤프트 모니터링 시스템의 추가적인 실시예에 따르면, 제3 광 센서 조립체는, 예컨대 30 내지 45도와 같은, 수직에서 벗어난 각도에서 코딩된 디스크의 슬롯 또는 리세스를 관측하도록 배열된다.
구동 샤프트는 예컨대 프로펠러 대 선체(hull)에 의해 유도된 추력에 의해 유발된 길이방향 움직임을 가질 것이다. 이러한 힘은 전형적으로 스러스트 베어링과 구동 샤프트가 압축되거나 늘어나도록 한다. 이는 비틀림(twist)에 비해 상대적으로 작은 움직임이다. 길이방향 움직임은 코딩된 디스크의 슬롯 또는 리세스에 대해 소정 각도로 배열된 제3 광 센서 조립체에 의해 검출될 수 있다. 이 광 센서 조립체로부터의 펄스는 동일한 움직임을 관측하지 않아야 하는 90° 각진 광 센서 조립체와 비교되는 본 발명에 따른 것이다. 편차는 압축 또는 신장으로 인해 유발될 수 있지만, 매우 정확한 검출을 필요로 한다. 본 발명에서 특정 시간 범위 내에서 이의 비교적 정확한 표시를 달성하는 것이 가능하다.
이를 위한 처리 유닛에는 토크 및 프로펠러 직경으로부터 알려진 또는 추정된 추력에 대한 이러한 검출을 교정하기 위해 조정 가능한 매개변수가 제공되는 것이 바람직할 것이다.
본 발명에 따른 구동 샤프트 모니터링 시스템의 추가적인 실시예에 따르면, 광 센서 조립체는 주로 U자형 센서 홀더 본체에 의해 형성된 장착 브래킷 조립체 내에 배열되고, 여기서 광원은 U자형 센서 홀더 본체의 일 측면에 배열되고 전기 광학 센서는 U자형 센서 홀더 본체의 다른 측면에 배열되며, 따라서 측면으로 반전되고 주로 U자형 센서 홀더 본체의 횡방향으로 공통 측정 축에 대해 정렬된다. U자형 센서 홀더 본체는 그 사이의 갭으로 코딩된 디스크의 외측 부분을 수용하도록 구성되고 개개의 코딩된 디스크의 슬롯 또는 리세스에 대응하여 광원 및 전기 광학 센서를 위치 설정하여, 언급된 슬롯 또는 리세스가 주로 U자형 센서 홀더 본체 내에서 광 센서 조립체의 측정 축과 정렬된 상태에서 코딩된 디스크가 회전하는 것을 허용한다.
본 발명에 따른 구동 샤프트 모니터링 시스템의 추가적인 실시예에 따르면, 코딩된 디스크 및 구동 샤프트와 어떠한 접촉 없이 개개의 코딩된 디스크 및 구동 샤프트에 관하여 광 센서 조립체를 위치 설정하고 구동 샤프트가 부착된 대상 구조체(object structure)에 광 센서 조립체를 부착하는 지지 구조체(support structure)를 포함한다.
따라서, 본 발명에 따른 구동 샤프트 모니터링 시스템은 구동 샤프트의 비틀림, 구동 샤프트 RPM(분당 회전수) 및 전달된 토크 및 구동 샤프트의 동력의 검출을 위한 디지털 측정 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 구동 샤프트 모니터링 시스템은 변조된 신호에서의 시간 이동(time shift)에 기초하여 구동 샤프트 비틀림 및 그에 의해 구동 샤프트 토크의 계산을 위한 수단 및/또는 소프트웨어가 제공된 처리 유닛을 포함한다.
코딩된 디스크는, 구동 샤프트의 회전으로 인해 회전될 때, 광원에서 전송된 광 비임이 통과하는 회전 펄스 변조 디스크로 작용하여, 구동 샤프트 또는 구동 샤프트의 섹션의 각각의 회전에 대해 많은 수의 펄스를 생성하도록 한다. 제1 및 제2 코딩된 디스크에서 슬롯 또는 리세스 및 따라서 슬롯 또는 리세스 사이에 형성된 톱니의 변위는 비틀림 각도, 토크 및 구동 샤프트 동력의 척도(measure)인 펄스 폭을 결정한다.
코딩된 디스크의 상호 위치(mutual position)는 구동 샤프트 모니터링 시스템이 작동할지 여부에 대해 중요하지 않지만, 일반적으로 제2 코딩된 디스크로부터의 변조된 펄스가 제1 코딩된 디스크로부터의 변조된 펄스 내에 속하는 위치, 예컨대 제2 코딩된 디스크의 기준 슬롯 또는 리세스가 제1 코딩된 디스크의 기준 슬롯 또는 리세스와 관련하여 구동 샤프트의 둘레에 대해 90도 변위되는 위치에 배열된다.
RPM(분당 회전수)은 개개의 코딩된 디스크의 슬롯/리세스 또는 톱니의 전체 속도를 측정하여 계산될 수 있고, 이는 구동 샤프트의 일 회전의 클록 펄스를 카운팅하여 얻어질 수 있다.
구동 샤프트가 무부하 상태(unloaded)일 때 도 1의 상부 시계열에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 코딩된 디스크의 슬롯/리세스 또는 톱니 사이에 시간 변위(t)가 있을 것이다. 구동 샤프트에 부하 상태(loaded)일 때 이 시간 변위는 t + Δt로 증가할 것이고, 여기서 Δt는 도 1의 하부 시계열에 도시된 바와 같이, 비틀림 각도를 나타낸다.
개개의 전기 광학 센서에 의해 수신된 광 신호는 폭 변조된 전자 펄스를 생성하며, 여기서 펄스 폭 변조는 상승 펄스 에지들 사이와 하강 펄스 에지들 사이의 시간을 측정함으로써 생성된다.
상승 및 하강 에지로부터 변조된 펄스의 시계열은 추가 처리를 위해 처리 유닛에 축적된다.
시계열의 시간 지속 기간의 합은 구동 샤프트의 적절한 회전 수 또는 원하는 시간 간격에서 평균화되고 업데이트된다.
현재 상황에서 각각의 슬롯 또는 리세스(n)에 대해 위에서 설명된 비율를 계산함으로써:
Figure pct00003
및 유사하게
Figure pct00004
.
Figure pct00005
및
Figure pct00006
는 개별적으로
Figure pct00007
및
Figure pct00008
와 비교되고, 추가로 상승 및 하강 펄스 에지에 대한 결과를 평균화하며, 여기서 결과는 비틀림 각도(Δt), 또는 devAng의 척도이다.
평균 비틀림 각도, 측정된 RPM 및 구동 샤프트의 강 매개변수에 대한 지식은 토크 및 샤프트 동력을 계산하는 것을 가능하게 한다.
회전 방향은, 또한 누락된 톱니 트리거(missing tooth trigger)로서 알려진, 기준 슬롯 또는 리세스를 사용함으로써 검출되어야만 한다. 슬롯 또는 리세스 번호는 양쪽 회전 방향으로 동일하게 유지되어야 하고, 샤프트가 반대로 작동될 때 슬롯 또는 리세스 카운트가 감소하는 것을 의미한다. 순방향 상승 펄스 에지는 역방향 하강 펄스 에지가 될 것이다. 어느 에지에 있는지 이해하기 위해, 시스템은 회전 방향을 변경할 때 상승 및 하강 펄스 에지의 명명 규칙을 반전할 필요가 있다.
제1 및 제2 광 센서 조립체에 의해 등록된 상승 및 하강 펄스 에지의 평균을 사용함으로써 방향을 변경할 때 문제의 일부를 제거할 수 있지만, 해상도의 손실을 초래할 수 있다.
정의:
명칭 기호 양
동력 P 와트, W [= 뉴턴 * 미터/초]
토크 T Nm [ = 뉴턴 * 미터]
회전 속도 N RPM, 분당 회전수
회전 속도
Figure pct00009
 라디안/초
비틀림 각도
Figure pct00010
 라디안, RAD
극 관성 모멘트 I m4
외측 직경 Do m
내측 직경 Di M
G-계수 G 파스칼 [= 뉴턴/㎡]
길이 L M
주파수 F 헤르츠 [1/s]
코딩된 디스크당 슬롯의 수 Z 슬롯
π(파이) π 3.14259
K 인자 (사용자 게인) K -1 내지 1의 값
오프셋 인자 (사용자 오프셋) O Nm [= 뉴턴 * 미터]
처리 유닛에서 사용되는 공식:
기본 공식 유도 공식
Figure pct00011


Figure pct00012
[
Figure pct00013
(라디안)]
Figure pct00014
이에 기초하여 다음 공식을 사용하여 처리 유닛에서 토크가 계산될 수 있다:
Figure pct00015
동력은 다음 공식을 사용하여 처리 유닛에서 계산될 수 있다:
Figure pct00016
인자(factors) G, I, L 및 Z는 관리자에 의해 시스템 내로 구성된다. K와 0은 사용자 인터페이스에서 도달할 수 있는 사용자 변수이다. 인자 devAng 및 RPM은 광 센서 조립체로부터의 입력에 기초하여 처리 유닛에 의해 측정된다.
구동 샤프트 또는 구동 샤프트의 섹션의 비틀림은 다음 공식을 사용하여 처리 유닛에서 계산될 수 있다:
Figure pct00017
구동 샤프트가 상이한 직경, 예컨대 조인트의 양쪽에서 더 작은 직경의 샤프트 섹션에 의해 형성되는 경우,
Figure pct00018
의 "얇은 영역(thin area)"의 총 길이가 될 것이다.
총 비틀림은 두 가지: "얇은" 영역에 대한 비틀림 및 "넓은(wide)" 영역에 대한 비틀림으로 나누어질 수 있다:
Figure pct00019
, 이는 다음으로 이어진다
Figure pct00020
Figure pct00021
다양한 직경의
Figure pct00022
에 대한 올바른 값을 찾기 위해:
Figure pct00023
Figure pct00024
Figure pct00025
Figure pct00026
본 발명에 따른 구동 샤프트 모니터링 시스템은 각각의 코딩된 디스크에 대해 적어도 2개의 독립적인 광 센서 조립체를 사용함으로써 샤프트 변형 및 편심도 측정을 가능하게 한다. 각각의 코딩된 디스크에 대해 적어도 2개의 독립적인 광 센서 조립체, 즉 적어도 제1 및 제2 광 센서 조립체를 사용함으로써, Y축에서 샤프트 변형 및 편심도 측정을 가능하게 한다.
적어도 3개의 광 센서 조립체, 즉 제3 광 센서 조립체가 예컨대 30 내지 45 도와 같은, 수직에서 벗어난 각도로 코딩된 디스크의 슬롯을 관측하도록 배열된 제1, 제2 및 제3 광 센서 조립체를 사용함으로써, 도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이, X-및 Y-평면에서 샤프트 변형 및 편심도 측정이 수행될 수 있다. 제3 광 센서 조립체는 구동 샤프트의 길이 방향(Z-축) 또는 X-, Y-축으로의 측정에 사용된다.
처리 유닛은 각각의 코딩된 디스크에 대한 궤도 편차(orbit deviation)를 계산하도록 배열된다.
처리 유닛은 교정된 devAngle과 비교하여 각각의 코딩된 디스크에 대한 제1 및 제2 센서 조립체 사이의 대략적인 devAngle을 계산하는 것으로 시작한다. 처리 유닛은 각각의 코딩된 디스크에 대해 보정된 값에서부터 실제 궤도 오프셋으로 devAngle을 추가로 계산한다.
샤프트 변형은 다음에 의해 계산된다:
Figure pct00027
여기서 제1 및 제2 광 센서 조립체에 대해 도 7b에 도시된 바와 같이, 샤프트
Figure pct00028
= 샤프트 직경, C = 정상적인, 즉 보정된 1/2 원주 기준, 그리고 Cl = 변형을 갖는 1/2 원주 기준.
원주 또는 원주의 개개의 부분은 구동 샤프트의 원주의 개개의 부분에서 제1 및 제2 광 센서 조립체 사이의 거리의 변화를 결정하기 위해 제1 및 제2 광 센서 조립체로부터의 등록된 펄스 신호를 사용함에 의해서 발견된다. 알려진 직경과 적절한 공식을 사용하여, 구동 샤프트의 중심점 변화가 결정될 수 있다. 제1 및 제2 광 센서 조립체의 측정점에 관련한 변위로 인해 원주의 개개의 부분의 변화에서, 구동 샤프트 상의 주어진 점이 제1 광 센서 조립체의 측정점으로부터 제2 광 센서 조립체의 측정점까지 이동하는데 사용하는 시간 단위의 수가 변화될 것이고, 이는 샤프트 변형에 대한 공식에 사용될 수 있는 구동 샤프트의 변경된 경로/원주 C1을 결정하는 데 사용될 수 있다.
제1 및 제2 광 센서 조립체에 추가하여 제3 광 센서 조립체가 사용될 때 X-축과 Y-축에 결합되어야 할 3개의 측정 축이다.
따라서 궤도 오프셋은 위에서 설명한 비틀림 각도 분석과 유사한 방식으로 슬롯 또는 리세스별로 분석됩니다.
따라서, 다음의 척도(measure)를 가능하게 하고 제공한다:
1. 변형 검출 - 값이 플러스 또는 마이너스 방향으로 너무 멀리 이동했음
2. 샤프트 진동 검출 - peak2peak 값이 너무 높음
따라서, 이 정보는 처리 유닛이 다음을 계산하여 제공될 수 있다:
- 제1 코딩된 디스크에 대한 궤도 오프셋 peak2peak,
- 제2 코딩된 디스크에 대한 궤도 오프셋 peak2peak,
- 제1 코딩된 디스크에 대한 평균 궤도 오프셋,
- 제2 코딩된 디스크에 대한 평균 궤도 오프셋,
이 정보는 궤도 경고를 제공하고, 도 6c에 도시된 바와 같이, 결합된 X + Y 편차 또는 Y 평면만에 대한 예비적인 보기를 제공하는 데 사용될 수 있다.
제3 광 센서 조립체는 합계 오프셋의 계산을 위한 입력으로서 사용된다.
본 발명에 따른 구동 샤프트 모니터링 시스템의 추가적인 실시예에 따르면, 클러치 슬립을 검출하도록 배열되며, 이는 원할 때 사용자에 의해 활성화될 수 있는 기능이다.
클러치 슬립의 검출은 구동 샤프트 모니터링 시스템이 처리 유닛에 입력을 제공하는 엔진 플라이휠 센서를 포함하거나 기존 엔진 플라이휠 센서로부터 데이터를 수신하도록 구성되는 것을 필요로 한다.
처리 유닛은 다음을 갖는 것이 추가로 요구된다:
- 플라이휠 센서에 의해 몇 개의 톱니가 픽업되는지에 대한 구성 매개변수,
- 기어가 플라이휠과 구동 샤프트 사이에 존재하는 경우, 기어비에 대한 구성 매개변수,
- 경고 수준에 대한 구성 매개변수.
본 발명에 따르면, 클러치 슬립은, 기어비를 고려한 후, 위에서 설명된 바와 같이 플라이휠 센서에 의해 제공되는 플라이휠과 구동 샤프트 모니터링 시스템에 의해 제공되는 구동 샤프트의 RPM을 비교하기 위한 수단 및/또는 소프트웨어가 처리 유닛에 제공됨으로써 검출된다.
기어비는 RPM 엔진/RPM 구동 샤프트 = 기어비에 의해 계산되고, 이는 초기 또는 설계된 기어비를 제공한다.
본 발명에 따르면, 현재 기어비는 다음에 의해 계산된다:
현재 기어비 = RPM 엔진(플라이휠 센서에 의해 측정) / RPM 구동 샤프트(구동 샤프트 모니터링 시스템에 의해 측정).
본 발명에 따르면, 클러치 슬립은 그런 후 초기 또는 설계된 기어비를 현재 기어비와 비교함으로써 계산될 수 있고, 여기서 클러치 슬립은 다음에 의해 공칭 기어비로부터의 ％-편차로서 사용자에게 제시될 수 있다:
클러치 슬립 = (초기 또는 설계된 기어비 / 현재 기어비) * 100 - > 100 - 계산된 클러치 슬립 = 클러치 슬립 값(％).
절대 값이 미리 설정된 임계값보다 높으면, 구동 샤프트 모니터링 시스템은 사용자에게 경고를 제공해야 한다.
계산된 클러치 슬립은 바람직하게는 데이터베이스에 또한 저장되고 추세 보기(trend views)에 도시되고, 이는 클러치 크리프(clutch creep)를 검출하는 데 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 계산된 궤도, 토크, 클러치 슬립 등이 구동 샤프트를 위한 제어 시스템에 입력으로서 사용될 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 구동 샤프트 모니터링 시스템은 또한 엔진의 크랭크샤프트를 통한 비틀림/토크 및 비틀림 진동을 측정하기 위해 구동 샤프트에 동력을 공급하는 엔진의 자유 단부에 고정된 증분형 인코더와 함께 제2(최전방(foremost)) 코딩된 디스크로부터의 판독 값을 결합하도록 배열되고, 이러한 방식으로 크랭크샤프트 모니터링 시스템을 제공한다.
자동 튜닝 시스템이 장착된 대부분의 대구경 디젤 엔진은 연소 타이밍을 가장 좋은 가능한 방식으로 제어하기 위해 고해상도 크랭크 각도 인코더를 필요로 한다. 이는 일반적으로 크랭크샤프트의 자유 단부의 중심에 증분형 인코더를 설치함에 의해서 해결된다. 해상도는 전형적으로 1080/회전일 수 있다. 이를 위해, 표준적인 사용 가능한 증분형 인코더가 사용될 수 있다.
크랭크샤프트의 길이로 인해, 고부하에서 상당히 비틀어질 것이다. 각각의 실린더에 대한 정확한 타이밍을 계산하기 위해 가정된 비틀림이 튜닝 시스템에 알려져야만 한다. TDC(상사점), 즉 상부 피스톤 위치에서의 하중 의존 비틀림은 각각의 실린더에 대한 샵 테스트(shop test)에서 계산 및/또는 확인된다.
그러나 일단 클러치, 샤프트, 기어, 발전기 및 프로펠러에 연결되면, 구동 샤프트의 비틀림 진동의 패턴은 엔진의 거동과 크랭크샤프트에 가해지는 스트레스를 변경한다. 이는 비틀림에서 보여질 수 있다. 따라서 다음을 행하기 위해서 크랭크샤프트의 비틀림을 모니터링하는 것이 바람직하다.
- 엔진 실린더의 정확한 튜닝을 수행,
- 크랭크샤프트에 높은 하중을 회피,
- 높은 비틀림 진동(회피되어야만 함)을 갖는 작동 모드를 검출.
이는 또한 동일한 목적을 해결하는 처리를 위해 엔진 제어 시스템에 제2(최전방) 코딩된 디스크의 출력, 즉 원시 데이터(raw data)를 제공함으로써 달성될 수 있다.
제2 코딩된 디스크로부터의 측정 신호는 모터/엔진에 배열된 기존 증분형 인코더로부터의 측정 시스템과 매우 유사할 것이다.
본 발명의 추가의 바람직한 특징 및 유리한 세부사항은 다음의 예시적인 설명, 청구범위 및 첨부된 도면으로부터 나타날 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 광 센서 조립체의 펄스 패널의 원리도이다.
도 2는 본 발명에 따른 구동 샤프트 모니터링 시스템의 원리도이다.
도 3은 본 발명에 따른 코딩된 디스크의 원리도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 광 센서 조립체의 원리도이다.
도 5는 본 발명에 따른 광 센서 조립체를 위한 지지 구조체의 원리도이다.
도 6은 교정을 위한 본 발명에 따른 구동 샤프트 모니터링 시스템의 추가의 실시예의 원리도이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 구동 샤프트 모니터링 시스템의 추가의 실시예의 원리도이다.
도 8은 크랭크샤프트 모니터링을 가능하게 하는 본 발명에 따른 구동 샤프트 모니터링 시스템의 추가의 실시예의 원리도이다.
도 9는 본 발명의 전형적인 적용예의 원리도이다.
이제 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 샤프트 모니터링 시스템(20)의 원리도를 도시하는 도 2를 참조한다.
본 발명에 따른 구동 샤프트 모니터링 시스템(20)은 제1 위치에서 구동 샤프트(11)의 외부 표면에 배열된 제1 코딩된 디스크(21a) 및 제2 위치에서 구동 샤프트(11)의 외부 표면에 배열된 제2 코딩된 디스크(21b)를 포함하고, 제2 위치는 구동 샤프트(11)의 길이 방향으로 제1 코딩된 디스크(21a)로부터 미리 결정된 거리에 있다. 제1 코딩된 디스크(21a) 및 제2 코딩된 디스크(21b)는 구동 샤프트(11)의 길이 방향으로 그에 맞춰 변위된다. 제1 코딩된 디스크(21a) 및 제2 코딩된 디스크(21b)에는 코딩된 디스크(21a-b)를 제공하기 위해 그것의 원주 방향으로 균일하게 분포된 다수의 슬롯 또는 리세스(22)(도 3)가 제공되어, 광이 코딩된 디스크(21a-b)를 통과하고 톱니를 형성하는 슬롯 또는 리세스(22) 사이의 영역에서 코딩된 디스크에 의해 차단되는 것을 가능하게 한다.
구동 샤프트 모니터링 시스템(20)은 제1 코딩된 디스크(21a) 및 제2 코딩된 디스크(21b)와 연결되어 배열된 적어도 2개의 독립적인 광 센서 조립체(30a-b)를 추가로 포함한다.
도 2에 도시된 실시예에서, 구동 샤프트 모니터링 시스템은 개개의 코딩된 디스크(21a-b)와 관련하여 제1 위치에 배열된 제1 광 센서 조립체(30a) 및 개개의 코딩된 디스크(21a-b)와 관련하여 제2 위치에 배열된 제2 광 센서 조립체(30b)를 포함하고, 여기서 제2 위치는 개개의 코딩된 디스크(21a-b)의 원주 방향으로 제1 광 센서 조립체(30a)로부터 미리 결정된 거리에 있어, 제1 광 센서 조립체(30a) 및 제2 광 센서 조립체(30b)가 코딩된 디스크(21a-b)에 대해 측면으로 반전되어 배열되고 따라서 코딩된 디스크(21a-b)의 중심을 통과하는 횡방향 축 상에, 즉 개개의 코딩된 디스크(21a-b)에 대해 180도의 각도에서 정렬된다.
제1 광 센서 조립체(30a) 및 제2 광 센서 조립체(30b)는, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 개개의 코딩된 디스크(21a-b)의 일 측면에서 다수의 슬롯 또는 리세스(22)에 수직인 평면으로 광 비임을 방출하는, 레이저 또는 LED(발광 다이오드)와 같은 광원(31) 및 개개의 코딩된 디스크(21a-b)의 다른 측면에 배열된, 다수의 슬롯 또는 리세스(22)를 통해 변조된 광을 수신하기 위한 전기 광학 센서(32)를 포함한다.
본 발명에 따른 코딩된 디스크(21a-b)의 예가 도 3에 도시되어 있다. 코딩된 디스크(21a-b)는 완전한 코딩된 디스크(21a-b)를 형성하도록 조립되는 여러 부분(23a-b)에 의해 형성될 수 있다. 도시된 예에서, 적절한 고정 수단(도시되지 않음)에 의해 함께 연결되는 2개의 절반부(23a-b)가 도시되어 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 코딩된 디스크(21a-b)에는 코딩된 디스크(21a-b)의 외부 원주로부터 소정 거리에, 코딩된 디스크(21a-b)의 원주 방향으로 균일하게 분포된 다수의 슬롯 또는 리세스(22)가 추가로 제공된다. 본 발명에 따른 코딩된 디스크(21a-b)의 바람직한 실시예에 따르면, 슬롯 또는 리세스(22)는 주로 직사각형이고 그것의 길이 방향이 코딩된 디스크(21a-b)의 횡방향으로 연장된다. 대안적인 실시예에 따르면, 직사각형 슬롯 또는 리세스(22)는 길이 방향이 코딩된 디스크(21a-b)의 원주 방향으로 연장된다.
아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 향상된 검출을 보장하기 위해 슬롯 또는 리세스(22)의 횡방향으로 연장하는 측면이 정밀한 것이 중요하다. 측정 시스템에서 슬롯 또는 리세스(22)가 많을수록 더 높은 해상도가 달성된다는 것이 추가로 언급되어야 한다. 코딩된 디스크(21a-b)에는 바람직하게는 코딩된 디스크(21a-b)의 외부 원주에 배열된 기준 슬롯(24)이 추가로 제공된다. 기준 슬롯(24)은 바람직하게는 주로 직사각형이고 코딩된 디스크(21a-b)의 외부 원주로부터 길이 방향을 갖고 그리고 코딩된 디스크(21a-b)의 횡방향으로 언급된 슬롯 또는 리세스(22)와 동일한 연장부까지 연장된다. 따라서 기준 슬롯(24)은 코딩된 디스크(21a-b)가 360도, 즉 1회전 회전한 광 센서 조립체(30a-b)를 위한 기준으로서 사용될, 일련의 슬롯 또는 리세스(22) 내의 갭을 제공한다.
코딩된 디스크(21a-b)의 내부 직경은 구동 샤프트(11)의 외부 직경에 대응하며 구동 샤프트(11) 또는 구동 샤프트(11)의 섹션에의 견고한 부착을 위해, 클램프 장치와 같은, 부착 수단(도시되지 않음)이 제공되고, 그리고 구동 샤프트(11) 또는 구동 샤프트(11)의 섹션에 부착될 때 코딩된 디스크(21a-b)는 구동 샤프트(11)의 길이방향 축에 수직으로 연장되어, 언급된 슬롯 또는 리세스(22)를 구동 샤프트(11)의 외부 표면으로부터 소정 거리(오프셋)에 위치 설정하고 따라서 구동 샤프트(11)를 슬롯 또는 리세스(22)로 분할한다.
도 3의 도시된 실시예에 따르면, 슬롯 또는 리세스(22)의 크기는 전형적으로 길이 방향으로 5 내지 10 ㎜ 및 폭 방향으로 2 내지 6 ㎜일 것이다. 일반적인 설계 규칙에 따라, 슬롯 또는 리세스(22)의 수는 최소한 다음을 제공해야 한다:
- 직경이 350 ㎜를 초과하는 구동 샤프트의 경우 코드 디스크 절반부(23a-b)당 360개의 톱니,
- 직경이 100 ㎜를 초과하는 구동 샤프트의 경우 코드 디스크 절반부(23a-b)당 180개의 톱니,
- 직경이 100 ㎜ 미만인 구동 샤프트의 경우 코드 디스크 절반부(23a-b)당 90개의 톱니.
추가로, 도시된 실시예에서 코딩된 디스크(21a-b)의 언급된 슬롯 또는 리세스(22) 사이의 간격, 즉 톱니는 언급된 슬롯 또는 리세스(22)의 폭에 대응한다. 일반적인 요구사항으로서 슬롯 또는 리세스(22) 사이의 간격, 즉 톱니는 전기 광학 센서(32)가 부재 광(absence light), 즉 광원(31)으로부터의 광 비임의 차단을 검출하여 온/오프 광 펄스 패턴을 제공할 수 있도록 충분히 클 것이 요구될 것이다. 각각의 코딩된 디스크(21a-b)에 기준 슬롯(24)이 제공되기 때문에 이동 표적 추적기(moving target tracker)가 제공된다.
슬롯 또는 리세스(22)의 길이 방향이 코딩된 디스크(21a-b)의 원주 방향으로 연장하는 대안의 경우, 슬롯 또는 리세스(22) 사이의 간격, 즉 톱니는 슬롯 또는 리세스(22)의 폭과 대응하지 않을 것이지만, 온/오프 광 펄스 패턴을 제공하기 위해 광이 차단될 만큼 충분히 클 것이다.
코딩된 디스크(21a-b)는 그에 따라 구동 샤프트(11)를, 광 센서 조립체(30a-b)에 의해 그것의 특성을 측정하는데 사용될 수 있는 슬롯 또는 리세스(22)/톱니로 분할하고, 이는 아래에서 추가로 설명될 것이다.
이제 광 센서 조립체(30a-b)를 위한 장착 브래킷 조립체(40)의 원리도를 도시하는 도 4a 및 도 4b를 참조한다. 장착 브래킷 조립체(40)는 주로 U자형 센서 홀더 본체(41)에 의해 형성되고, 여기서 광원(31)은 U자형 센서 홀더 본체(41)의 일 측면에 배열되고 전기 광학 센서(32)는 U자형 센서 홀더 본체(41)의 다른 측면에 배열되어, 그에 따라 측면으로 반전되고 주로 U자형 센서 홀더 본체(41)의 횡방향으로 공통 측정 축에 정렬된다.
U자형 센서 홀더 본체(41)의 내부 둘레의 높이와 폭은, U자형 센서 홀더 본체(41)가, 그들 사이의 갭으로 코딩된 디스크(21a-b)의 외측 부분을 수용하도록 배열될 수 있고 광원(31) 및 전기 광학 센서(32)를 개개의 코딩된 디스크(21a-b)의 언급된 슬롯 또는 리세스(22)에 대응하여 위치 설정하여, 언급된 슬롯 또는 리세스(22)가 주로 U자형 센서 홀더 본체(41) 내에서 광 센서 조립체(30a-b)의 측정 축과 정렬된 상태에서 코딩된 디스크(21a-b)가 회전하는 것을 허용하도록, 코딩된 디스크(21a-b)에 적응된다. U자형 센서 홀더 본체(41)의 갭은 코딩된 디스크(21a-b)가 U자형 센서 홀더 본체(41)와 접촉하지 않고 구동 샤프트(11)가 비틀어지고/변형되는 것을 허용할 만큼 충분히 커야 한다. 그에 따라 광 센서 조립체(30a-b)는 측정 축이 코딩된 디스크(21a-b)의 회전축에 수직이 되도록, 그에 따라 구동 샤프트(11)의 길이 방향 중심축의 길이 방향에 평행이 되도록 배열된다.
U자형 센서 홀더 본체(41)에는 언급된 광원(31) 및 전기 광학 센서(32)로의 전력 및 신호 전달을 위한 연결부(33)가 추가로 제공된다. U자형 센서 홀더 본체(41)에는 광 센서 조립체(30a-b)의 상태를 표시하는, LED와 같은, 광 상태 표시기(34)가 추가로 제공될 수 있다.
장착 브래킷 조립체(40)는 그것의 내부에 U자형 센서 홀더 본체(41)의 수용 및 부착을 위해 구성된 U자형 부착 브래킷(42)을 추가로 포함한다. U자형 부착 브래킷(42)에는 길이방향 측면에 길이방향 슬롯(43)이 추가로 제공된다. U자형 센서 홀더(41)는 대응하는 부착 수단에 의해 U자형 부착 브래킷(42)의 길이 방향으로 조정 가능하게 배열된다. 도시된 실시예에 따르면 U자형 센서 홀더 본체(41)에는 길이 방향 슬롯(43)을 통해 연장하는 부착 나사(44)를 수용하기 위해 외부 길이 방향 측면에 나선이 형성된 구멍(도시되지 않음)이 제공되어, U자형 부착 브래킷(42)의 길이 방향으로의 U자형 센서 홀더 본체(41)의 조정을 가능하게 한다.
이제 코딩된 디스크(21a-b) 및 구동 샤프트(11)와의 어떠한 접촉도 없이 개개의 코딩된 디스크(21a-b) 및 구동 샤프트(11)와 관련하여 광 센서 조립체(30a-b)를 위치 설정하도록 구성되고, 광 센서 조립체(30a-b)를, 구동 샤프트(11)가 부착된, 선박의 선체 또는 나셀의 바닥과 같은, 대상 구조체(도시되지 않음)에 부착하는 본 발명에 따른 광 센서 조립체(30a-b)를 위한 지지 구조체(50)의 원리도인 도 5를 참조한다. 지지 구조체(50)는, 예컨대 코딩된 디스크(21a-b)를 갖는 구동 샤프트(11)를 거리를 두고 둘러싸는 주로 직사각형 프레임워크를 형성하는 프레임워크 구성요소(51)에 의해 형성되며, 주로 직사각형 프레임워크에는, 볼트와 같은 적절한 부착 수단(도시되지 않음)에 의해 또는 용접에 의해 대상 구조체에 대한 부착을 위한 적어도 하나의 발 또는 기부(52)가 제공된다. 지지 구조체(50)의 추가적인 강성을 위해, 크로스-비임(53)이 적절한 위치에 배열될 수 있다. 추가적인 지지를 위해 지지 구조체(50)에는 대상 구조체의 벽 또는 지붕에의 부착을 위한 추가 보강적인 구성요소(도시되지 않음)가 제공될 수 있다.
위에서 설명된 장착 브래킷 조립체(40)는, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 볼트(45) 및 너트(46)와 같은 적절한 부착 수단에 의해 지지 구조체(50)에의 배열을 위해 구성되어, 지지 구조체(50)에 광 센서 조립체(30a-b)의 고정을 가능하게 한다. 이를 위해 지지 구조체(50)에는 지지 구조체(50)에 대한 장착 브래킷 조립체(40)의 조정 가능한 배열을 가능하게 하는 구멍 또는 슬롯(도시되지 않음)이 제공될 것이다. 필요한 경우 하나 이상의 와셔 또는 플레이트가 또한 사용될 수 있다.
도 2를 다시 참조한다. 본 발명에 따르면 2개의 코딩된 디스크(21a-b)는 구동 샤프트(11)의 적절한 섹션에 배열되고, 코딩된 디스크(21a-b)는 구동 샤프트(11)의 길이 방향으로 변위된다.
따라서, 코딩된 디스크(21a-b)가 구동 샤프트(11) 섹션의 단부를 향해 더 멀리 배열될수록, 즉 코딩된 디스크(21a-b) 사이의 거리가 길수록, 더 양호한 측정이 얻어진다.
코딩된 디스크(21a-b) 사이의 구동 샤프트 또는 구동 샤프트(11) 상에 베어링이 있다면, 올바른 토크 측정을 달성하기 위해 직경의 작은 수정을 필요로 하고, 이는 상이한 직경을 갖는 샤프트 스팬을 포함하는 것에 기초하여 계산된 평균 직경을 사용하게 될 것이다.
본 발명에 따르면, 개개의 코딩된 디스크(21a-b)의 제1 광 센서 조립체(30a)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 구동 샤프트(11)의 동일한 측면에 배열된다.
본 발명은 광원(31)이 코딩된 디스크(21a-b)에 수직으로 광 비임을 방출함으로써 작동하며, 코딩된 디스크(21a-b)가 구동 샤프트(11)의 회전으로 인해 회전함에 따라 슬롯 또는 리세스(22)/그 내의 톱니는 개개의 코딩된 디스크(21a-b)의 다른 측면에 있는 전기 광학 센서(32)에 의해 등록될 펄스 변조된 광 신호를 초래할 것이다. 전기 광학 센서(32)는 전기 신호의 추가적인 처리를 위한 수단 및/또는 소프트웨어가 제공된 처리 유닛(60)으로 전송되는 전자 펄스를 생성한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 처리 유닛(60)에는 데이터/측정의 제공할 뿐만 아니라 처리 유닛(60)의 설정/매개변수의 조정을 가능하게 하기 위해 외부 장치(80)와의 통신을 위한 유선 또는 무선 인터페이스가 추가로 제공될 것이다. 외부 장치(80)는 디스플레이 또는 제어 시스템 또는 심지어 웹-서비스/웹-인터페이스가 제공된 독립형 장치일 수 있다.
각각의 코딩된 디스크(21a-b)에 대해 2개, 도시된 바와 같은 4개의 센서 조립체(30a-b)를 사용함으로써, 정밀도를 향상시키기 위해 측정의 어레이를 생성할 수 있을 것이다. 이는 샤프트 베어링의 느슨함을 확인하는 데 특히 유용하다.
따라서, 구동 샤프트(11)가 회전할 때 이는 스위칭 광의 펄스 트레인[온/오프(온-밝음, 오프-어두움)]을 줄 것이다. 코딩된 디스크(21a-b)의 슬롯 또는 리세스(22)/톱니 사이의 거리는 비틀림 각도, 토크 및 구동 샤프트 동력의 계산에서 척도인 펄스 폭을 결정한다.
이제 본 발명에 따른 구동 샤프트 모니터링 시스템의 추가적인 실시예의 원리도를 도시하는 도 6을 참조한다. 구동 샤프트 모니터링 시스템(20)의 추가적인 실시예에 따르면, 이는 교정 목적을 위해 코딩된 디스크(21a-b)와 연결되어 배열된 적어도 하나의 고해상도 증분형 인코더(70)(전형적으로 인코더 샤프트의 회전당 25000 펄스)를 포함한다. 증분형 인코더(70)는 자석이 제공된 부착 브래킷과 같은 적절한 임시 고정 수단(71)에 의한 지지 구조체(50)로의 부착에 의해서 이의 민감한 측정 축이 코딩된 디스크(21a-b)의 슬롯 또는 리세스(22)에 수직인 상태로 배열된다. 코딩된 디스크(21a-b)의 교정 동안, 증분형 인코더(70)는 교정 동안 슬롯 또는 리세스(22)/톱니 오프셋을 계산하기 위해 처리 유닛(60)의 내부 클록에 의해 만들어진 시간-트리거 펄스를 대체하는 펄스 트레인을 제공할 것이다. 구동 샤프트(11)를 양 방향으로 천천히 회전시킴으로써 비틀림(토크)에 대한 영점이 결정될 수 있다.
따라서 증분형 인코더(70)는, 위에서 설명된 바와 같이, 증분형 인코더의 펄스와 관련된 비율(
Figure pct00029
및
Figure pct00030
)로 표현되는 상대 위치의 정보를 포함하는 처리 유닛(60) 내의 테이블을 작성하는 데 사용되고, 이는 추가적인 처리 및 모니터링을 위해 사용될 것이다.
고해상도 증분형 인코더(70)는 교정이 완료된 후 구동 샤프트 모니터링 시스템(20)으로부터 제거 및 분리된다.
처리 유닛(60)에는 비율(
Figure pct00031
및
Figure pct00032
)로 표현되는 현재 상대 위치(Current relative position)를 계산하고, 그들을 교정된 비율(
Figure pct00033
및
Figure pct00034
, 개별적으로)과 비교하고, 그리고 상승 및 하강 펄스 에지에 대한 결과를 추가로 평균화하기 위한 수단 및/또는 소프트웨어가 추가로 제공되고, 여기서 결과는 현재 비틀림 각도(Δt), 또는 부하의 비율(rate of loading)의 표현인 devAng의 척도이다.
RPM의 계산은 구동 샤프트(11)의 1회전의 클록 펄스를 카운팅함으로써, 즉 개개의 코딩된 디스크(21a-b)의 슬롯 또는 리세스(22)의 전체 속도를 측정함으로써 처리 유닛(60)에 의해 수행된다.
평균 현재 비틀림 각도(Δt), 측정된 RPM 및 구동 샤프트(11)의 강 매개변수에 대한 지식은, 위에서 설명된 바와 같이, 토크 및 샤프트 동력을 계산하는 것을 가능하게 한다.
언급된 비율에 기초하여 처리 유닛(60)은 비틀림 그리고 그것에 의해 위에서 설명된 공식에 의해 회전을 계산할 수 있다.
각각의 슬롯 또는 리세스(22)에 대해 토크가 계산될 것이기 때문에, 회전에 대한 토크-진동을 결정하는 것이 가능하다.
따라서, 본 발명에 따른 구동 샤프트 모니터링 시스템(20)은 구동 샤프트(11)의 두 지점, 즉 광 센서 조립체(30) 및 코딩된 디스크(21a-b)의 구성에 의해 한정된 두 지점 사이의 비틀림(변형)의 각도를 측정함으로써 토크의 계산을 가능하게 한다.
토크가 증가함에 따라 변형의 각도가 증가할 것이라는 것은 사실이다. 본 발명에 의해, 비틀림 각도의 정도는 Torque, RPM 및 Power와 같은 친숙한 값으로 외부 장치(80) 상에 표시될 수 있다.
이제 본 발명에 따른 추가적인 실시예의 원리도를 도시하는 도 7a 내지 도 7c를 참조한다.
본 발명은, 각각의 코딩된 디스크(21a-b)에 배열된 적어도 2개의 독립적인 광 센서 조립체(30a-b)를 포함하는 것으로 인해, Y-축의 샤프트 오정렬 및 편심도의 측정을 가능하게 한다.
X-평면 및 Y-평면에서 샤프트 오정렬 및 편심도를 측정하기 위해, 본 발명은 제1 광 센서 조립체(30a)와 제2 광 센서 조립체(30b) 사이에 위치 설정되고, 코딩된 디스크(21a-b)의 각각에 대해 제1 광 센서 조립체(30a) 및 제2 광 센서 조립체(30b)로부터 90도에 배열된 제3 광 센서 조립체(30c)의 구성을 포함한다. 제3 광 센서 조립체(30c)는 제1 광 센서 조립체(30a) 및 제2 광 센서 조립체(30b)와 동일한 구성요소를 포함하고 장착 브래킷 조립체(40) 및 지지 구조체(50)에 의해 유사한 방식으로 배열된다. 제3 광 센서 조립체(30)는 예컨대 30 내지 45도와 같은 수직에서 벗어난 각도로 코딩된 디스크(21a-b)의 슬롯 또는 리세스(22)를 관측하도록 배열되고, 이러한 방식으로 구동 샤프트(11)의 길이 방향 이동의 검출을 가능하게 한다.
이에 의해, 상술된 바와 같이 도 7c에 도시된 바와 같이 각각의 코딩된 디스크(21a-b)에 대해 궤도 편차가 계산될 수 있다.
결과는 사용자를 위해 외부 장치(80)(도 2 참조) 상에 제공될 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 구동 샤프트 모니터링 시스템(20)은 추가적으로 엔진 플라이휠 센서(90)(도 2 및 9에 도시됨)로부터의 정보를 본 발명의 광 센서 조립체(30a-c)로부터의 측정값에 제공함으로써 클러치 슬립을 검출하도록 구성된다.
이제 본 발명의 추가적인 실시예의 원리도인 도 8을 참조한다. 본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 구동 샤프트 모니터링 시스템(20)은 엔진(100)의 크랭크샤프트(110)를 통한 비틀림/토크 및 비틀림 진동을 측정하기 위해 구동 샤프트(11)에 동력을 공급하는 엔진(100)의 자유 단부에 고정된 증분형 인코더(72)와 제2(최전방) 코딩된 디스크(21b)로부터의 판독치를 결합하도록 구성되고, 그에 따라 엔진 크랭크샤프트(110)에 분리된 비틀림 및 진동에 대한 통찰력을 제공한다. 따라서, 엔진(100)을 위한 크랭크샤프트 모니터링 시스템을 제공한다. 보통 증분형 인코더(72)가 저해상도 증분형 인코더이면 충분하지만, 고해상도 인코더와 같은 다른 인코더도 또한 사용될 수 있다.
따라서 증분형 인코더(72)는 측정 신호와 관련하여 시스템에서 제3 코딩된 디스크로서 작동할 것이다.
이는 또한 동일한 목적을 해결하는 처리를 위한 엔진 제어 시스템에 제2(최전방) 코딩된 디스크(21b)의 출력을 제공함으로써 달성될 수 있다.
자동 튜닝 시스템이 장착된 대부분의 대구경 디젤 엔진에는 연소 타이밍을 가장 좋은 가능한 방식으로 제어하기 위해 고해상도 크랭크 각도 인코더를 필요로 한다. 이는 일반적으로 크랭크샤프트의 자유 단부의 중심에 증분형 인코더를 설치함으로써 해결된다. 해상도는 전형적으로 1080/회전일 수 있다. 이를 위해, 표준적인 사용 가능한 증분형 인코더가 사용될 수 있다.
크랭크샤프트의 길이로 인해, 이는 높은 부하에서 상당히 비틀릴 것이다. 각각의 실린더에 대한 정확한 타이밍을 계산하기 위해 가정된 비틀림은 튜닝 시스템에 알려져야만 한다. TDC(상사점), 즉 상부 피스톤 위치에서의 하중 의존 비틀림은 각각의 실린더에 대한 샵 테스트에서 계산 및/또는 확인된다.
그러나 일단 클러치, 샤프트, 기어, 발전기 및 프로펠러에 연결되면, 비틀림 진동의 패턴이 엔진의 거동과 크랭크샤프트에 가해지는 스트레스를 변경한다. 이는 비틀림에서 보여질 수 있다. 따라서 다음을 행하기 위해 구동 샤프트의 비틀림을 모니터링하는 것이 바람직하다:
- 엔진 실린더의 정확한 튜닝을 수행하고,
- 크랭크샤프트에 높은 부하를 회피하고,
- 높은 비틀림 진동(회피되어야만 함)을 갖는 작동 모드를 검출한다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 처리 유닛(60) 또는 별도의 유닛에는 광 센서 조립체(30a-b)의 유지보수를 모니터링하기 위한 수단 및/또는 소프트웨어가 제공된다. 조립체가 먼지나 오물에 의해 영향을 받을 때, 밝음과 어두움 사이의 관계가 바뀔 것이다. 보통 오물은 새롭고 깨끗한 시스템과 비교하면 광이 1회전 동안 코딩된 디스크(21a-b)를 통과하는 시간을 감소시킬 것이다. 1회전 동안 어두움과 밝음의 양을 측정함으로써 사용자에게 광 센서 조립체(30a-b) 및 코딩된 디스크(21a-b)의 필요한 유지보수, 즉 청소를 경고하는 것이 가능하다. 이러한 상태 점검이 없다면 구동 샤프트 시스템의 모터/엔진을 제어하는 제어 유닛에 대한 입력으로서 측정/계산을 신뢰할 수 없기 때문에 이는 광학 시스템의 작동 신뢰성에 매우 중요할 것이다.
본 발명의 추가의 이점은, 코딩된 디스크(21a-b)당 적어도 2개의 독립적인 광 센서 조립체(30a-b)를 사용함으로 인해, 샤프트 상대 위치의 보상이 코딩된 디스크(21a-b)의 각각의 측면에 위치된 2개의 센서 조립체(30a-b)로부터의 신호를 결합함으로써 수행될 수 있다는 점이다. 이는 2개의 코딩된 디스크(21a-b) 사이의 슬롯 또는 리세스 오프셋에 영향을 미칠 수 있는 구동 샤프트(11)의 움직임으로 인해 요구되는 특징이다.
이러한 방식으로 광 센서 조립체(30a)는 각각의 코딩된 디스크(21a-b)의 광 센서 조립체(30b)로부터 측정된 편차로 보상될 수 있다.
슬롯 또는 리세스(22) 보상을 위해, 2개의 윈도우 에지 사이의 에지인 토크 계산 방법 대신에, 동일한 극성을 갖는 가장 가까운 에지가 사용된다. 광 센서 조립체(30a)를 기준으로 사용하여, 광 센서 조립체(30b)는 매핑된 교정 상대 위치로부터 편차를 측정할 것이다. 이 측정된 편차는 다음에 코딩된 디스크(21a-b) 위치의 중심 보상 위치를 찾기 위해 광 센서 조립체(30b)에 대한 매핑된 교정 상대 위치와 함께 사용된다.
본 발명은 회전 샤프트를 포함하는 모든 시스템에 적용 가능하지만, 특히 도 9에 도시된 바와 같이 선박의 프로펠러(200)를 구동하거나 풍력 터빈의 블레이드에 연결된 회전 구동 샤프트(11)에 적합하다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 구동 샤프트 모니터링 시스템(20)은 연소 엔진 또는 전기 모터일 수 있는 엔진(100)과 프로펠러(200) 사이에 연결된 구동 샤프트(11)에 배열되고, 여기서 엔진(100)은 구동 샤프트(11)를 통해 프로펠러(200)를 구동한다. 구동 샤프트(11)는 전형적으로 기어/기어박스(130) 및/또는 클러치를 통해 엔진(100)의 플라이휠(120)에 연결된다. 엔진(100)에서 프로펠러(200)까지의 구동계에 하나 이상의 중간 샤프트, 베어링, 및/또는 기어박스가 추가로 배열될 수 있다. 엔진(100)은 또한 구동 샤프트(11)를 통해 프로펠러(200)에 직접 연결될 수 있다.
각각의 코딩된 디스크(21a-b)에 대해 적어도 2개의 독립적인 광 센서 조립체(30a-b)의 사용은 구동 샤프트 모니터링 시스템이 광 센서 조립체 중 오직 하나만 작동하는 경우에도 기능함에 의해서 구동 샤프트 모니터링 시스템에 중복성을 추가로 제공한다.
추가로, 각각의 코딩된 디스크(21a-b)에 대해 적어도 2개의 독립적인 광 센서 조립체(30a-b)를 사용함으로써, 이는 구동축 모니터링 시스템이 측정값의 평균값을 사용함에 의해서, 샤프트 베어링의 느슨함과 선체 구조의 변형을 확인하는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 의해 모든 민감한 부분이 캡슐화되고 최소한의 유지보수가 요구되는 견고한 시스템이 추가로 제공된다.
본 발명은 높은 정확성을 갖는 구동 샤프트 모니터링 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 구동 샤프트 모니터링 시스템은 서비스가 거의 필요 없고 기계적 마모가 없어 장기간에 걸쳐 안정적으로 작동할 수 있는 시스템을 제공한다.
본 발명은 작은 직경의 구동 샤프트뿐만 아니라 큰 직경의 구동 샤프트에도 적용 가능한 구동 샤프트 모니터링 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 구동 샤프트 모니터링 시스템은 낮은 RPM 및 높은 RPM(최대 10000 RPM)을 갖는 구동 샤프트에 적용 가능하다.
본 발명은 견고하고 기계적으로 안정적이고(드리프트가 없음), 큰 환경 작동 온도 범위(15 ℃ 내지 +70 ℃)를 갖는 구동 샤프트 모니터링 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 구동 샤프트 모니터링 시스템은 원심력에 둔감하고 높은 토크 역학(구동 샤프트의 슬래밍 및 저크)에 의해 영향을 받지 않는다.
본 발명은 전기장 및 무선 주파수 간섭에 둔감한 구동 샤프트 모니터링 시스템을 제공한다.
본 발명은 설치 및 재설치가 용이한 구동 샤프트 모니터링 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 구동 샤프트 모니터링 시스템은 단독으로 및 다른 제어 시스템과 통합하여 작동할 수 있는 시스템을 제공한다.
수정
본 발명에 따른 슬롯 또는 리세스를 갖는 코딩된 디스크를 사용하는 것에 대한 대안은, 바코드, 라인, 반사 수단 또는 이와 유사한 것과 같은 표면 중 하나에 광 변화 패턴을 갖는 코딩된 디스크를 제공하는 것이며, 추가로 여기서 광원 및 전기 광학 센서는 코딩된 디스크의 동일한 측면에 배열된다.
코딩된 디스크는 기어휠 또는 베인을 갖는 링/디스크로서 추가로 구현될 수 있다.

Claims (13)

  1. 구동 샤프트 모니터링 시스템(20)에 있어서,
    제1 위치에서 구동 샤프트(11)의 외부 표면 또는 구동 샤프트(11)의 섹션에 배열된 제1 코딩된 디스크(coded disc)(21a) 및 제2 위치에서 구동 샤프트(11)의 외부 표면 또는 구동 샤프트(11)의 섹션에 배열된 제2 코딩된 디스크(21b)를 포함하고, 제2 위치는 구동 샤프트(11) 또는 구동 샤프트(11)의 섹션의 길이 방향으로 제1 코딩된 디스크(21a)로부터 미리 결정된 거리에 있고, 제1 코딩된 디스크(21a) 및 제2 코딩된 디스크(21b)에는 원주 방향으로 균일하게 분포된 다수의 슬롯 또는 리세스(22)가 제공되며,
    구동 샤프트 모니터링 시스템(20)은 제1 코딩된 디스크(21a) 및 제2 코딩된 디스크(21b)의 슬롯 또는 리세스(22)와 연결되어 배열된 적어도 2개의 독립적인 광 센서 조립체(30a-c)를 포함하는, 구동 샤프트 모니터링 시스템(20).
  2. 제1 항에 있어서,
    제1 광 센서 조립체(30a)는 개개의 코딩된 디스크(21a-b)의 제1 원주 위치에 배열되고 제2 광 센서 조립체(30b)는 개개의 코딩된 디스크(21a-b)의 제2 원주 위치에 배열되고, 제2 원주 위치는 개개의 코딩된 디스크(21a-b)의 원주 방향으로 제1 광 센서 조립체(30a)로부터 미리 결정된 거리에 있어, 제1 광 센서 조립체(30a) 및 제2 광 센서 조립체(30b)는 개개의 코딩된 디스크(21a-b)에 대해 측면으로 반전되어(laterally reversed) 배열되어 개개의 코딩된 디스크(21a-b)의 중심을 통과하는 횡방향 축 상에 정렬되는, 구동 샤프트 모니터링 시스템(20).
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    시스템은 개개의 코딩된 디스크(21a-b)의 원주 방향으로 제1 광 센서 조립체(30a)와 제2 광 센서 조립체(30b) 사이에 위치 설정된 제3 광 센서 조립체(30c)를 포함하는, 구동 샤프트 모니터링 시스템(20).
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    광 센서 조립체(30a-c)는 개개의 코딩된 디스크(21a-b)의 일 측면에서 다수의 슬롯 또는 리세스(22)에 수직인 평면으로 광 비임을 방출하는 광원(31) 및 개개의 코딩된 디스크(21a-b)의 다른 측면에 배열된, 다수의 슬롯 또는 리세스(22)를 통해 변조된 광을 수신하기 위한 전기 광학 센서(32)를 포함하는, 구동 샤프트 모니터링 시스템(20).
  5. 제4 항에 있어서,
    광 센서 조립체(30a-c)는 주로 U자형 센서 홀더 본체(41)에 의해 형성된 장착 브래킷 조립체(40) 내에 배열되고, 광원(31)은 U자형 센서 홀더 본체(41)의 일 측면에 배열되고 전기 광학 센서(32)는 U자형 센서 홀더 본체(41)의 다른 측면에 배열되어, 측면으로 반전되고 주로 U자형 센서 홀더 본체(41)의 횡방향으로 공통 측정 축에 정렬되고, U자형 센서 홀더 본체(41)는 그 사이의 갭으로 코딩된 디스크(21a-b)의 외측 부분을 수용하도록 구성되고 광원(31)과 전기 광학 센서(32)를 개개의 코딩된 디스크(21a-b)의 슬롯 또는 리세스(22)에 대응하여 위치 설정하여, 언급된 슬롯 또는 리세스(22)가 주로 U자형 센서 홀더 본체(41) 내에서 광 센서 조립체(30a-c)의 측정 축과 정렬된 상태에서 코딩된 디스크(21a-b)가 회전하는 것을 허용하는, 구동 샤프트 모니터링 시스템(20).
  6. 제3 항에 있어서,
    제3 광 센서 조립체(30c)는 수직으로부터 벗어난 각도에서 슬롯 또는 리세스(22)를 관측하도록 배열되는, 구동 샤프트 모니터링 시스템(20).
  7. 제5 항에 있어서,
    시스템은 코딩된 디스크(21a-b) 및 구동 샤프트(11)와 어떠한 접촉 없이 개개의 코딩된 디스크(21a-b) 및 구동 샤프트(11)와 관련하여 광 센서 조립체(30a-c)를 위치 설정하는 지지 구조체(50)를 포함하되, 지지 구조체(50)는 구동 샤프트(11)가 부착되는 대상 구조체에 광 센서 조립체(30a-c)를 부착하는, 구동 샤프트 모니터링 시스템(20).
  8. 제1 항에 있어서,
    시스템은 플라이휠 센서(90)를 포함하거나 기존 플라이휠 센서로부터의 측정값이 제공되고, 클러치 슬립을 계산하기 위한 수단 및/또는 소프트웨어가 제공된 처리 유닛(60)을 포함하는, 구동 샤프트 모니터링 시스템(20).
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    시스템은 구동 샤프트 모니터링 시스템(20)의 교정을 위해 코딩된 디스크(21a-b)와 연결되어 임시로 배열된 고해상도 증분형 인코더(70)를 포함하는, 구동 샤프트 모니터링 시스템(20).
  10. 제1 항에 있어서,
    시스템은 엔진(100)의 크랭크샤프트(110)를 통한 비틀림/토크 및 비틀림 진동을 측정하기 위해 최전방 코딩된 디스크(21b)로부터의 판독 값과 결합을 위해 구동 샤프트(11)에 동력을 공급하는 엔진(100)의 자유 단부에 배열된 증분형 인코더(72)를 포함하는, 구동 샤프트 모니터링 시스템(20).
  11. 제1 항에 있어서,
    광 센서 조립체(30a-c)는 구동 샤프트(11)와 동일한 대상 구조체에 부착된 지지 구조체(50)에 배열되는, 구동 샤프트 모니터링 시스템(20).
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    시스템은 분당 회전수, 샤프트 비틀림 각도, 샤프트 토크, 샤프트 동력, 샤프트 오정렬, 샤프트 편심도 중 하나 이상을 계산하거나 측정하기 위한 수단 및/또는 소프트웨어가 제공된 적어도 하나의 처리 유닛(60)을 포함하는, 구동 샤프트 모니터링 시스템(20).
  13. 제12 항에 있어서,
    적어도 하나의 처리 유닛(60)은 코딩된 디스크(20a-b) 모두에 대해 적어도 2개의 광 센서 조립체(30a-c)의 현재 측정치를 상승 펄스 에지 및 하강 펄스 에지에 대한 비율(
    Figure pct00035
    및
    Figure pct00036
    )로 마련하고, 현재 비율을 상승 펄스 에지 및 하강 펄스 에지에 대한 교정된 비율(
    Figure pct00037
    및
    Figure pct00038
    )과 각각 비교하고, 추가로 상승 및 하강 펄스 에지에 대한 결과를 평균화하고, 결과는 비틀림 각도의 척도인, 구동 샤프트 모니터링 시스템(20).
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