[发明专利]一种轴扭矩测量系统及测量方法

说明书

本发明公开了一种轴扭矩测量系统及测量方法，其包括第一磁栅、第二磁栅、第一传感组件、第二传感组件与处理器，第一磁栅与第二磁栅间隔设置于待测量轴的表面，并分别具有第一接缝与第二接缝，第一传感组件包括两个沿着待测量轴的径向方向朝向第一磁栅的第一感测部，第二传感组件包括两个沿着待测量轴的径向方向朝向第二磁栅的第二感测部，两个第一感测部与两个第一感测部分别感测随着待测量轴转动的第一磁栅与第二磁栅，并分别产生第一感测信号与第二感测信号，处理器接收并处理第一感测信号与第二感测信号，以获得待测量轴的扭矩大小。本发明的轴扭矩测量系统及测量方法，不仅能测量不同直径的待测量轴的扭矩，且分辨率高，测量结果的精度高。

技术领域

本发明涉及轴扭矩测量领域，尤其涉及一种轴扭矩测量系统及测量方法。

背景技术

在机械传动系统中，扭矩是反映生产设备系统性能的最典型机械量之一，扭矩的测量及分析也是保证各种生产设备与辅助设备的正常运行、降低能耗以及提高效率的重要手段，因此提高扭矩测量的准确性、扭矩监测和控制的实时性以及扭矩异常分析的可靠性必然能减少事故的发生、提高生产设备的使用率。换句话说，扭矩的在线监测对非计划检修时间缩减和事故发生率的降低、分析产生事故或故障原因的效率以及生产效率和经济效益的提高都有着重要的意义。

随着科学技术的进步和生产的发展，扭矩测量技术有着越来越广阔的应用前景。现代机械产品都在向大功率、高速度、小型化方向的发展，对各种动力机械运行状态的监测和故障识别预报显得尤为重要，尤其是大型的、关键性的、无储备的机械设备，例如重载的长途卡车，大功率的水下结构物、舰船的主轴等。当控制系统相应频率和传动轴系统固有频率接近或相等时，就会造成机电藕合合拍共振，电流震荡将对机械设备的运行产生严重的影响，进而延误作业计划，造成损失。

举例而言,随着船舶向大型化、高速化和自动化的方向发展，船舶的快速性、高效益、经济性等，已成为造船的重要指标,而作为计算转换效率的重要手段，轴功率的测量是船厂及船东验收新造船舶的主要参数。船舶运行的条件十分复杂，船-机-桨的匹配对主机性能有着很大的影响,当机-桨不匹配时，主机可能无法达到其额定功率，船舶不能达到设计航速,或者,主机超过额定功率运行,导致主机过载使用，使用寿命大大缩短。而船只的轴功率与扭矩测量系统，它通过对主机在不同工况下的轴功率的测量，可以了解并检测船体-主机-推进器三者之间的匹配情况，对船体的运行状态进行实时的监控，也可对旧船船-机-桨工作状态及故障做出诊断。作为船舶主机最重要的性能参数之一，轴功率一般是通过间接测量扭矩和转速计算而得出，进而对输出功率与油耗进行比较，以避免发动机的过度使用，如此，不仅能使船只保持或合理地提高速度，还能节省大量燃油、减少二氧化碳和氮氧化合物的排放。

就轴功率的测量，其发展趋势是，由静态测试向动态测试发展，由接触式测量向非接触式测量发展，随着技术研究的深入，测试系统也都向着体积小型化、显示数字化、系统智能化、监测实时化的方向发展，同时，对测量的精度、准确度及分辨率的要求都在随着市场需求不断地提高。

以目前使用最为广泛的轴功率测量系统“KONGSBERG轴功率仪系统”为代表的光电非接触式转动轴扭矩测量系统，其是基于相位差式的轴功率测量系统,该系统主要采用光电开关传感器，包括光电开关、光电码盘、控制器、计算机以及相关电路，编码轮固定安装在转动轴上，光电开关的槽口正对着编码轮，并固定在编码轮的边缘，当编码轮随着被测轴转动时，光电开关的光电检测器与发光二极管之间的光路被周期地打开或关闭，光电开关输出同周期的开闭相间的脉冲，控制器对光电开关传输的电信号进行处理，以得到真实的相位差信号，并将该相位差信号存储在数据单元中，接着传输到单片机，单片机结合测定的速度值计算出转动轴的扭矩及轴功率，继而计算机将控制器中的数值进行数理统计、数据分析，并以图表的形式显示出来。

目前，基于光电技术的轴扭矩测量系统，由于其测量的精确度一定程度上依赖于读头的精确安装，故其使用时的安装要求高，安装者需要具备足够的经验，安装具有相当的难度，同时，其在分辨率及灵敏度方面的性能也逐渐无法满足实际的使用要求。

发明内容