NO168555B

NO168555B - PROCEDURE AND DEVICE FOR A MAJOR DEFORMATION IN A ROTATING SHAFT.

Info

Publication number: NO168555B
Application number: NO85852596A
Authority: NO
Inventors: Rombartus Willem Pi Uitermarkt
Original assignee: Techno Diagnosis Bv
Priority date: 1983-10-31
Filing date: 1985-06-27
Publication date: 1991-11-25
Also published as: NO168555C; NO852596L

Description

Foreliggende oppfinnelsene vedrører en fremgangsmåte for å måle deformasjon i en roterende aksel, av den art som fremgår av den innledende del av det vedføyde patentkrav 1. The present inventions relate to a method for measuring deformation in a rotating shaft, of the kind that appears in the introductory part of the attached patent claim 1.

En slik fremgangsmåte er kjent fra US patentskrift Such a method is known from US patent documents

3 797 305, hvor en kalibreringsanordning omfatter en motstand. Dreiemomentsignalet blir periodevis avbrutt for å fremskaffe et referansesignal som er representativt for et kjent kalibreringsdreiemoment. Motstanden kan velges med en temperaturkoeffisient. 3,797,305, where a calibration device comprises a resistor. The torque signal is periodically interrupted to provide a reference signal that is representative of a known calibration torque. The resistance can be selected with a temperature coefficient.

Disse fordeler ved den kjente teknikk innebærer en altfor liten nøyaktighet, spesielt for måling av små signalverdier. These advantages of the known technique involve an all too low accuracy, especially for measuring small signal values.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å ytterligere forbedre denne kjente teknikk. For dette formål er fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kjennetegnet ved de trekk som fremgår av den karakteriserende del av det vedføyde patentkrav 1. The purpose of the present invention is to further improve this known technique. For this purpose, the method according to the invention is characterized by the features that appear in the characterizing part of the attached patent claim 1.

Når kalibrerings- og nullkalibreringsanordninger tar opp signaler ved hjelp av kalibrerings- og nullkalibrerings-broer som er anordnet på en ringformet bæredel av metall som er forbundet med akselen og har samme temperatur- som målebroen, så lenge det oppnås et kalibreringssignal av samme størrelsesorden som målesignalet. Dessuten er det; mulig å oppnå en tilfredsstillende interpoleringa av proporsjonalitetsfeilen mellom nullkalibreringen, og, kalibreringsverdien ved hjelp av nullkalibreringssignalet som tas opp med en nullkalibreringsbro. Tilslutt er det, When calibration and zero calibration devices record signals by means of calibration and zero calibration bridges arranged on an annular metal support member connected to the shaft and having the same temperature as the measuring bridge, as long as a calibration signal of the same order of magnitude as the measuring signal is obtained . Moreover, there are; possible to obtain a satisfactory interpolation of the proportionality error between the zero calibration, and, the calibration value by means of the zero calibration signal recorded with a zero calibration bridge. Finally, it is

på grunn av den nøyaktige nullkalibreringsverdien mulig å' måle en fremdriftsverdi i lengderetningen, som skiller seg bare litt fra nullkalibreringsverdien, og som er et mål for fremdriften av f.eks. et fartøy. Fremdriften (propell-trykket) er en meget interessant opplysning for et skip når det gjelder å bestemme fartøyets optimale driftsbetingelser. Antallet omdreininger og/eller bladene på justerbare propeller kan innstilles i avhengighet av det målte propell-trykket for forskjellige navigasjonsbetingelser. due to the exact zero calibration value it is possible to measure a longitudinal displacement value, which differs only slightly from the zero calibration value, and which is a measure of the displacement of e.g. a vessel. The propulsion (propeller pressure) is very interesting information for a ship when it comes to determining the vessel's optimal operating conditions. The number of revolutions and/or blades of adjustable propellers can be set depending on the measured propeller pressure for different navigation conditions.

GB 2 077 537 vedrører en strekklappbro og kalibreringssignal med "null" referansenivå. GB 2 077 537 relates to a tension flap bridge and calibration signal with a "zero" reference level.

US patentskrift 3 234 787 omhandler en lastmålebro og en kompensasjonsbro. US Patent 3,234,787 deals with a load measuring bridge and a compensation bridge.

Videre skaffer den foreliggende oppfinnelse en anordning for å måle deformasjon i en roterende aksel. Furthermore, the present invention provides a device for measuring deformation in a rotating shaft.

En videre utviklet fremgangsmåte og en anordning som tilveiebringes ved oppfinnelsen er beskrevet i de øvrige kravene. A further developed method and a device provided by the invention are described in the other claims.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere heretter med henvisning til en tegning. The invention will be described in more detail below with reference to a drawing.

Tegningen viser skjematisk på The drawing schematically shows

figurene 1 - 4 en roterende aksel forsynt med skjematisk viste forskjellige anordninger som omfattes av oppfinnelsen, figures 1 - 4 a rotating shaft provided with schematically shown various devices which are covered by the invention,

figur 2 et diagram over deformasjonen som måles av anordningen vist på figurene 1 - 4, figure 2 a diagram of the deformation measured by the device shown in figures 1 - 4,

figurene 3 og 5 et blokkdiagram over anordningen vist på figurene 1 og 4 henholdsvis, figures 3 and 5 a block diagram of the device shown in figures 1 and 4 respectively,

figur 6 et perspektivriss av anordningen vist på figur 4. Figure 6 is a perspective view of the device shown in Figure 4.

Den roterende aksel 1 er utstyrt med en opptaksanordning 3 The rotating shaft 1 is equipped with a recording device 3

som utgjøres av en målebro med strekklapper som i og for seg er kjent. Videre er kalibreringsanordninger forbundet stivt med akselen 1, alik at de roterer sammen med akselen 1, idet nevnte kalibreringsanordninger 7 består av en bærer-ring 8 which is made up of a measuring bridge with tension flaps which are known in and of themselves. Furthermore, calibration devices are connected rigidly to the shaft 1, such that they rotate together with the shaft 1, as said calibration devices 7 consist of a carrier ring 8

med en nullkalibreringsanordning 9 som ikke påvirkes av akselens 1 deformering, og en anordning for proporsjonalitet-kalibrering 10, hver bestående av en bro med strekklapper anordnet på et slikt sted på bærerringen 8 at de har samme temperatur som akselen 1. Sluttelig er en første vender 4, en forsterkeranordning 20, en modulatoranordning 5, en sendeinnretning 6, en oscillator 21 og sekundær matekrets 24 for elektrisk krafttilførsel forbundet stivt med akselen 1, slik at de roterer sammen med akselen 1. with a zero calibration device 9 which is not affected by the deformation of the shaft 1, and a proportionality calibration device 10, each consisting of a bridge with tension flaps arranged in such a place on the support ring 8 that they have the same temperature as the shaft 1. Finally, a first 4, an amplifier device 20, a modulator device 5, a transmitter device 6, an oscillator 21 and secondary feed circuit 24 for electric power supply rigidly connected to the shaft 1, so that they rotate together with the shaft 1.

Stillestående er det anordnet en mottagerinnretning 11, en demodulatoranordning 12, en andre vender 13, en synkronoscillator 22, en primær matekrets 23, en regneenhet 16 og en fremvisningsanordning 18. Venderne 4 og 13 kan innstilles synkront mellom en måleposisjon a, en nullkalibreringsposisjon b, en måleposisjon c og en proporsjonalitets-kalibreringsposisjon d ved hjelp av en hvilken som helst kjent kretsoppstilling. Denne kretsoppstillingen kan omfatte en forbindelse 19 med konstant spenning S<j som er høyere enn et hvilket som helst målesignal. Denne spen-ningskilden 19 er forbundet med et kontaktpunkt d på venderen 4. Venderen 4 veksler kontinuerlig i rekkefølge langs kontaktpunktene, 1, b, c, d, a osv. under styring av en overordnet synkronoscillator 21. Siden synkronoscillatoren 22 som er en slave, omfatter det sterke S<j-signalet, følger den opp ved å gi forbindelse til kontaktene d, a, b, c. Så må slaveoscillatoren 22 igjen omfatte det høye D<j signalet for på nytt å utføre videreforbindelsene d, a, b, c. Venderen 4 veksler hver gang fra posisjonen 2 til kon-taktpunktet a når den oppfatter et sterkt signal S^ (se fig. 3), siden venderen 13 styres av synkronoscillatoren 22 som er synkronisert med oscillatoren 21 ved hjelp av signalet Ss. Stationary, a receiver device 11, a demodulator device 12, a second inverter 13, a synchronous oscillator 22, a primary supply circuit 23, a calculation unit 16 and a display device 18 are arranged. The inverters 4 and 13 can be set synchronously between a measurement position a, a zero calibration position b, a measurement position c and a proportionality calibration position d using any known circuit arrangement. This circuit arrangement may comprise a connection 19 with a constant voltage S<j which is higher than any measurement signal. This voltage source 19 is connected to a contact point d on the inverter 4. The inverter 4 alternates continuously in order along the contact points, 1, b, c, d, a etc. under the control of a superior synchronous oscillator 21. Since the synchronous oscillator 22 which is a slave , includes the strong S<j signal, follows it up by making a connection to the contacts d, a, b, c. Then the slave oscillator 22 must again include the high D<j signal in order to again carry out the further connections d, a, b , c. The inverter 4 switches each time from position 2 to the contact point a when it perceives a strong signal S^ (see fig. 3), since the inverter 13 is controlled by the synchronous oscillator 22 which is synchronized with the oscillator 21 by means of the signal Ss.

I nullkalibrerings-posisjonen b for venderne 4 og 13 føres nullsignalet fra nullkalibrerings-anordningen 9 til forsterkeranordningen 20, som fører et forsterket signal til mudulatoranordningen 5. Det forsterkede og modulerte signalet sendes ved hjelp av sendeinnretningen 6, mottas av mottagerinnretningen 11, demoduleres av demodulatoranord-ningen 12 og tilføres ved nullkalibreringsposisjonen b for venderen 13 til signalinngangen 14 for nullkalibrering. Signalet for nullkalibrering som føres til regneenheten 16, lagres i regneenhetens 16 hukommelse. In the zero calibration position b for the inverters 4 and 13, the zero signal from the zero calibration device 9 is fed to the amplifier device 20, which feeds an amplified signal to the modulator device 5. The amplified and modulated signal is sent by means of the transmitter device 6, received by the receiver device 11, demodulated by the demodulator device -ning 12 and is supplied at the zero calibration position b of the inverter 13 to the signal input 14 for zero calibration. The signal for zero calibration which is fed to the computing unit 16 is stored in the computing unit 16's memory.

Når venderne 4 og 13 ved et annet tidspunkt har vekslet over til sine stillinger for proporsjonalitet-kalibrering c ved hjelp av oscillatorene 21, 22, tilføres proporsjonalitets-signalet fra anordningen for proporsjonalitets-kalibrering 10 gjennom den samme samlingen av forsterkeranordning 20, modulatoranordning 5, demodulatoranordning 12, sendeinnretning 6 via mottagerinnretning og de to venderne 4 og 13 i behandlet tilstand til inngangen for proporsjonalitets-signalet 15 på regneenheten 16, som lagrer det mid-lertidig i en dertil egnet hukommelse. When at another time the inverters 4 and 13 have switched over to their positions for proportionality calibration c by means of the oscillators 21, 22, the proportionality signal is supplied from the device for proportionality calibration 10 through the same assembly of amplifier device 20, modulator device 5, demodulator device 12, transmitter device 6 via receiver device and the two inverters 4 and 13 in a processed state to the input for the proportionality signal 15 on the computing unit 16, which stores it temporarily in a suitable memory.

Ved et annet tidspunkt, etter at venderne 4 og 13 har vekslet over til en måleposisjon a, føres et målesignal gjennom den samme samlingen med forsterkeranordning 20, modulatoranordning og demodulatoranordning 12 via sendeinnretningen 6 og mottagerinnretningen 11 og de to venderne 4 At another time, after the inverters 4 and 13 have switched over to a measurement position a, a measurement signal is passed through the same assembly with amplifier device 20, modulator device and demodulator device 12 via the transmitter device 6 and the receiver device 11 and the two inverters 4

og 13 i forsterket tilstand til målesignalet med den nyeste "null" béhandlingsfeil og den nyeste "proporsjonalitet " béhandlingsfeil. Beregningen som er programmert i regneenheten 16 skal forklares herunder med henvisning til figur 2. and 13 in the amplified state to the measurement signal with the most recent "zero" processing error and the most recent "proportionality" processing error. The calculation that is programmed in the calculation unit 16 shall be explained below with reference to figure 2.

På figur 2 er inntegnet det øyeblikkelige behandlingsfor-løpet for samlingen 20, 5, 12. Opptatte signaler som er forbundet med verdien Vc for proporsjonalitets-kalibrering og verdien Vj-, for nullkalibrering, ankommer til regneenheten 16 som behandlede signaler med størrelser henhold-vis Sc og Sfc. Fra diagrammet på figur 2 er det åpenbart at deformasjonen Va som opptrer i et gitt øyeblikk i forhold til utgangsde formas jonen Vj-, - som vanligvis vil væ- Figure 2 shows the instantaneous processing sequence for the collection 20, 5, 12. Received signals associated with the value Vc for proportionality calibration and the value Vj-, for zero calibration, arrive at the computing unit 16 as processed signals with sizes accordingly Sc and Sfc. From the diagram in figure 2, it is obvious that the deformation Va that occurs at a given moment in relation to the initial form ion Vj-, - which will usually be

re lik null og derfor kalles nullkalibreringsverdien - re equal to zero and therefore the zero calibration value is called -

kan bereanes etter formelen: can be calculated according to the formula:

Denne verdien som beregnes i regneenheten 16 føres så til fremvisningsanordningen 18, f.eks. en anordning for indi-kering og/eller opptak, samt til en styreanordningen 40 som automatisk styrer en mekanisme 44 for brenselstilfør-sel for en motor 41 som driver akselen 1. This value calculated in the calculation unit 16 is then fed to the display device 18, e.g. a device for indicating and/or recording, as well as to a control device 40 which automatically controls a mechanism 44 for fuel supply for a motor 41 which drives the axle 1.

Med hjelp av anordningen 52 på figur 4 er det f.eks. mulig å måle den aksiale sammentrykningen for en aksel 1 som forårsakes av fremdriften av et skip. Henvisnings-tallene på figur 4 som er lik de på figur 1 betegner de samme funksjonelle anordningene. Som vist på figur 4 er det tilføyd en bro 30 med vinkelformede strekklapper, dan-net av to strekklapper 26, 27 anordnet på begge sider av akselen, og to ubelastede, tilsvarende strekklapper 28, 29 anordnet på bærer-ringen 8. Broen 30 med vinkelformede strekklapper kan være forbundet med kontakten e på venderen 4. With the help of the device 52 in Figure 4, it is e.g. possible to measure the axial compression of an axle 1 caused by the propulsion of a ship. The reference numbers in Figure 4 which are similar to those in Figure 1 denote the same functional devices. As shown in figure 4, a bridge 30 with angular tension flaps has been added, formed by two tension flaps 26, 27 arranged on both sides of the axle, and two unloaded, corresponding tension flaps 28, 29 arranged on the carrier ring 8. The bridge 30 with angular stretch flaps can be connected to the contact e on the turner 4.

"Slave"-synkronoscillatoren 22 er f.eks. synkronisert ved hjelp av proporsjonalitets-kalibreringssignalet Sc (fig. 5). Ved hjelp av kalibreringen og nullkalibreringen 10, 9, er det mulig å skille nøye mellom et frem-driftssignal Sp som tilsvarer en sammentrykning av akselen 1 og nullkalibreringssignalet Sfc. The "slave" synchronous oscillator 22 is e.g. synchronized by means of the proportionality calibration signal Sc (Fig. 5). By means of the calibration and the zero calibration 10, 9, it is possible to carefully distinguish between a drive signal Sp corresponding to a compression of the shaft 1 and the zero calibration signal Sfc.

På figur 4 styrer styreanordningen 40 mekanismen 44 for brendselstilførsel spesielt i avhengighet av moment-signalet Sa, og styrer også, spesielt i avhengighet av frem-driftssignalet Sp en innstillingsmekanisme 43 for propellblad for å justere propellblad-vinkelen til propel-len 42 som drives av akselen 1. Nevnte styreanordning 40 omfatter en regnemaskin til å beregne og fastsette den nødvendige brendselmengde pr. tidsenhet og den nød-vendige propellvinkel for å oppnå den mest effektive drift av skipet. In Figure 4, the control device 40 controls the fuel supply mechanism 44 in particular in dependence on the torque signal Sa, and also controls, in particular in dependence on the propulsion signal Sp a propeller blade setting mechanism 43 to adjust the propeller blade angle of the propeller 42 which is driven by axle 1. Said control device 40 comprises a calculator to calculate and determine the required amount of fuel per unit of time and the necessary propeller angle to achieve the most efficient operation of the ship.

Figur 6 viser at antennen til sendeinnretningen 6 er anbragt hovedsakelig midt på den ringformede bæredelen 8, og motstående er antennen for den faststående opptaksanordningen 11 anordnet på en arm 33 i et hus 32. På begge sider av antennene for sende- og mottagerinnretning-ene 6 og 11 henholdsvis er de sekundære og primære mate-viklingene 24 og 23 henholdsvis anordnet for elektrisk krafttilførsel for anordningene som er anbragt på bærer-ringen 8. Figure 6 shows that the antenna of the transmitting device 6 is placed mainly in the middle of the ring-shaped carrier part 8, and opposite the antenna for the stationary recording device 11 is arranged on an arm 33 in a housing 32. On both sides of the antennas for the transmitting and receiving devices 6 and 11 respectively, the secondary and primary feeder windings 24 and 23 are respectively arranged for electrical power supply for the devices which are placed on the carrier ring 8.

Det skal bemerkes at strekklapp-broene 30 mates med vek-selspenning for å unngå termoelement-effekter. For å oppnå nøyaktig overføring, benyttes et frekvensmodulert signal for sending/mottagning. It should be noted that the stretch flap bridges 30 are supplied with alternating voltage to avoid thermocouple effects. To achieve accurate transmission, a frequency-modulated signal is used for sending/receiving.

På bærer-ringen 8 er det anordnet en ring 31 som er i god termisk kontakt med akselen 1, og på ringen 31 er de ubelastede strekklappene 28, 29 anbragt, såvel som broene 9, 10. En ringformet hulrom 34 er tilveiebragt på bæredelen for å oppta de elektriske og elektroniske forsterker-, modulator- og sendeanordningene 20, 5 og 6 henholdsvis, samt venderen 4 og oscillatoren 21. On the carrier ring 8, a ring 31 is arranged which is in good thermal contact with the shaft 1, and on the ring 31 the unloaded stretch flaps 28, 29 are placed, as well as the bridges 9, 10. An annular cavity 34 is provided on the carrier part for to accommodate the electrical and electronic amplifier, modulator and transmitter devices 20, 5 and 6 respectively, as well as the inverter 4 and the oscillator 21.

Claims

1. Method for measuring deformation in a rotating shaft (1), whereby a measurement signal relating to the deformation is recorded by a rotating recording device (3), the captured signal is modulated by a rotating amplifier device into a signal that can be transmitted without wires, the modulated the signal is transmitted by means of a rotating transmitter device (6), the transmitted signal is received by a stationary receiver device (11), the received signal is demodulated by a demodulator device (12), the demodulated signal is displayed, periodically, each time a calibration signal from rotating calibration devices (7) with a calibration value is passed through the same amplifier device (20), the same modulator device (5) and the same demodulator device (12) and is passed to a calculation unit (16) for assessment of a processing error in the amplified, modulated and demodulated calibration signal in relation to the known calibration value stored in the calculator (16), and in that the measurement signal received at a different time through the same amplifier device (20), the same modulator device (5) and the same demodulator device (12) is corrected for the processing error, characterized in that the calibration signal is provided by means of a resistance bridge (10) with a calibrated resistance value, and that a zero calibration signal is provided by means of a zero calibration bridge (9) with resistance values of known "zero" values, which zero calibration signal is passed through the same amplifier device (20), the same modulator device (5) and the same demodulator device (12) and is supplied to the calculation unit (16) for assessment of a zero processing error for the amplified, modulated and demodulated zero calibration signal Sj> related to the known zero value stored in the calculation unit ( 16), and that the measurement signal is corrected on the basis of the zero calibration signal and the calibration signal.

2. Procedure as stated in claim 1, characterized in that the calibration devices comprise a bridge with tension flaps (3) which is independent of the deformation of the axle (1).

3. Method as stated in claim 2, characterized in that a progress measurement signal is recorded by means of rotating means of propulsion (30).

4. Device (2) for measuring deformation in a rotating shaft, (1), comprising - a rotating recording device (3) which records a measurement signal relating to the deformation, a rotary amplifier device (2) which amplifies the received measurement signal, a rotary modulator device (5) which modulates the received signal into a signal that can be transmitted without wires, a rotating transmitting device (6) which transmits the demodulated signal, a stationary demodulator (12) which demodulates the received signal, and a display device (18) which displays the demodulated signal, characterized by: a calibration resistor bridge (10) with calibrated resistance values, a zero calibration resistor bridge with resistance values of known "zero" values, a calculator for correcting a process recorded signal supplied thereto, alternating inverter devices (4, 13) which can be set between a calibration position and the measurement position for transmission of the measured signal and the calibration signal in the measurement position and calibration position respectively from the recording device (3) and the calibration device (7) through the same assembly of amplifier device (20), modulator device (5) and demodulator device (12) and through the calculation unit (16).

5. Device (2) as stated in claim 4, characterized in that the turning devices (4, 13) comprise a first adjustable turning device (4) arranged on the rotating shaft (1) and connected in its measuring position, its zero calibration position and its proportionality calibration position with respectively the recording device (3), the zero calibration devices (9) and the proportionality calibration devices (10) and a stationary, adjustable second face (13), rotatably connected with the first face (4), and connected in its measuring position (c) with respectively the measurement signal input, the zero signal input (14) and the proportionality signal input (15) on the calculation unit (16).

6. Device (2) as stated in claims 4 and 5, characterized by a progress measuring device which records a progress measuring signal.

7. Device as stated in claim 6, characterized in that the progress measuring device comprises a bridge (30) with angular tension flaps (26, 27), where the two angular tension flaps (26, 27) which are not connected in series in the bridge (30) ), is arranged on both sides of the rotating shaft (1).