[发明专利]电机轴功率激光测量系统及测量方法

说明书

本发明对目前轴功率测量技术存在的问题，创新提出一种电机轴功率激光测量系统及测量方法，利用高精度一字激光照射传动轴上的定制反射适配器，激光经反射适配器反射回CCD及光敏器件，可以准确检测传动轴在旋转过程中两端的扭变量及传动轴的转速进而计算出轴功率。本发明无需应变桥路和复杂的无线通信模块，结构简单、易便携使用，能够满足现场测试要求，对提高油田经济效益具有重要作用。

技术领域

本发明涉及电机轴功率测量领域，尤其涉及一种电机轴功率激光测量系统及测量方法。

背景技术

在油田采油注水过程中，若能实时检测电机等设备轴功率，则容易实现电机的高效运转。因此，注水电机轴功率的实时测量对油田节能十分重要。轴功率主要由传动轴的扭矩和转速决定，而轴转速测量技术较为成熟，因此难点在于动态轴扭矩测量。由于传动轴扭矩无法直接测量，一般通过测量轴的扭变形量间接得出。因此，如何精确测量传动轴的扭变形量是轴功率测量的关键。自80年代起，国外相继出现了以光学和磁学为基础的轴功率测量方法。以光学为基础的方法是通过测量传动轴的角位移间接得出传动轴扭矩；以磁学为基础的方法是利用负载扭力产生的压磁效应进行轴扭矩测量。目前，国内较为成熟的是应变式测量法，该方法利用轴上应变片直接检测轴的扭变量，再通过无线通信方式发送至上位机，经处理得出轴扭矩值。该应变式测量方案难点在于高速旋转轴上的测量模块与上位机的无线通信，特制的无线通信模块增大了系统的设计难度及制作成本。近年来，随着新型传感器出现，新的扭矩测量方法也随之出现：如磁变式扭矩测量方法，由铁磁材料形变导致测量材料的磁导率变化并将其转化成轴扭矩；无线声表面波扭矩测量方法，声表面波扭矩传感器通过测量与轴成45°的方向完成轴的扭矩测量。上述轴功率测量产品大多存在安装复杂、成本较高等问题，很难满足油田现场优化节能的要求，因此迫切需要对安装简单、极易携带和成本可控的轴功率测量设备进行研发。

发明内容

针对上述问题，本发明提供的电机轴功率激光测量系统，包括CCD时序驱动模块、用于滤波及数据处理的DSP数据采集及处理模块、用于数据解析和显示的上位机通信及数据处理模块、测距测速模块；CCD时序驱动模块、上位机通信及数据处理模块、测距测速模块分别与DSP数据采集及处理模块连接；

所述CCD时序驱动模块包括可发出一字激光束的高精度激光光源、安装于电机传动轴两端的两个反射适配器、分别与两个反射适配器对应设置的两个线阵CCD；所述两个反射适配器的一侧分别设有相互平行的反射镜，两个线阵CCD位于同一水平面；两个线阵CCD的感光面均垂直于水平面，并位于同一竖直平面；所述测距测速模块包括分别与DSP数据采集及处理模块连接的红外测距传感器和接收反射镜反射的激光束的光敏器件，分别用于测量线阵CCD与反射适配器之间的距离和电机轴转速。

优选的，所述DSP数据采集及处理模块与上位机通信及数据处理模块之间为串口通讯连接。

优选的，所述红外测距传感器包括红外发射器和内部CCD检测器，所述红外发射器发出的一字红外光束朝向反射适配器上的反射镜，所述内部CCD检测器设于红外光束的反射方向。

优选的，所述红外测距传感器、光敏器件设于两个线阵CCD之间，并与两个线阵CCD的感光面位于同一竖直平面。

本发明还提供一种利用所述电机轴功率激光测量系统的测量方法,包括:将两个反射适配器安装在电机传动轴两端,两个反射适配器上的反射镜的中心距离为l;

调整高精度激光光源发出水平的一字激光束,调整两个反射适配器上的反射镜在同一角度,并配置两个位于同一水平面的线阵CCD接收对应反射镜反射的激光束，调整线阵CCD的感光面垂直于水平面，检测激光束从反射镜反射至线阵CCD的有效像素点的中心位置，并计算两个线阵CCD接收到激光束的有效像素点的中心位置在垂直距离上的差值D；

利用红外测距传感器测量反射镜与线阵CCD间的距离L;