[发明专利]一种船舶旋转轴系瞬时转速测量装置及方法

权利要求书

1.一种船舶旋转轴系瞬时转速测量装置，其特征在于，包括磁栅条、磁读头、信号预处理单元、信号采集单元、转速计算单元，所述磁栅条环绕在船舶待测转轴表面，形成的圆环与待测转轴同轴；所述磁读头设置在磁栅条上方，其有效感应面朝向磁栅条，与磁栅条圆环相切，其长边所在方向应与磁栅条的旋转方向相同；所述信号预处理单元与磁读头连接，用于将磁读头读取的磁栅脉冲信号转化为方波脉冲信号；所述信号采集单元与信号预处理单元连接，用于采集信号预处理单元处理后的磁栅方波信号并进行计数；所述转速计算单元与信号采集单元连接，用于产生高频时钟信号，并结合磁栅方波脉冲数，计算待测转轴的瞬时转速。

2.根据权利要求1所述的船舶旋转轴系瞬时转速测量装置，其特征在于，所述磁栅条为由磁性粉末与橡胶复合而成的柔软橡胶磁条。

3.根据权利要求1所述的船舶旋转轴系瞬时转速测量装置，其特征在于，所述磁读头为AMR、GMR或TMR型的磁电阻传感器。

4.根据权利要求1所述的船舶旋转轴系瞬时转速测量装置，其特征在于，所述磁读头的有效感应面到磁栅条的垂直距离为2mm～3mm。

5.根据权利要求1所述的船舶旋转轴系瞬时转速测量装置，其特征在于，所述磁读头每扫过1cm磁栅条，输出不少于100个脉冲。

6.根据权利要求1所述的船舶旋转轴系瞬时转速测量装置，其特征在于，所述信号预处理单元对磁栅信号进行滤波、差分、光耦隔离、缩短脉冲上升沿及稳压处理。

7.根据权利要求1所述的船舶旋转轴系瞬时转速测量装置，其特征在于，所述信号预处理单元包括RC滤波电路、驱动器AM26LS32芯片、光耦6N137、CMOS芯片74HC14和3V0稳压二极管，磁读头输出的两路输入差分信号经过RC滤波电路由AM26LS32的引脚1、引脚2输入AM26LS32芯片，经过差分处理后由AM26LS32芯片引脚3输出；差分后信号由6N137芯片的引脚2输入，经过光耦隔离后信号由6N137芯片引脚6输出；隔离后信号由74HC14芯片引脚1输入74HC14芯片，经过整形处理后信号由74HC14芯片引脚2输出；整形处理后信号经3V0稳压二极管稳压后输出至采集单元。

8.根据权利要求1所述的船舶旋转轴系瞬时转速测量装置，其特征在于，所述转速计算单元产生的时钟频率至少为磁读头输出最高脉冲频率的两倍。

9.一种船舶旋转轴系瞬时转速测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、在船舶待测转轴转轴表面缠绕磁栅条，使磁栅条形成与转轴同轴的圆环，在磁栅条上方安装磁读头，其有效感应面朝向磁栅条，与磁栅条圆环相切，其长边所在方向应与磁栅条的旋转方向相同；

步骤2、信号预处理单元对磁读头输出的磁栅信号依次进行滤波、差分、光耦隔离、缩短脉冲上升沿及稳压处理，令其转化为符合信号采集单元的方波信号，信号采集单元对磁栅方波信号并进行计数；

步骤3、转速计算单元产生高频时钟信号，结合磁栅信号脉冲计数，计算待测转轴的转速。

10.根据权利要求9所述的船舶旋转轴系瞬时转速测量方法，其特征在于，步骤3中，转速计算单元采用M/T法或变M/T法计算转轴当前瞬时转速，具体方法如下：

1)M/T法：当脉冲计数累计时间达到设定值时，根据计数累加的结果，计算瞬时转速，计算公式为：

式中，rpm的单位为转/分；N_T为时间T内脉冲计数的累加值；T为计数时间的设定值，单位为秒；N₀为转过一圈磁栅触发的脉冲数。

2)变M/T法：当脉冲计数累加到达一个设定值后，根据累计过程的持续时间，计算瞬时转速，计算公式为：

式中，rpm的单位为转/分；N为脉冲计数的设定值；t为计数时间，单位为秒；N₀为转过一圈磁栅触发的脉冲数。