[发明专利]一种船舶旋转轴系瞬时转速测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种船舶旋转轴系瞬时转速测量装置及方法，该装置包括磁栅条、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。本发明装置安装方便，可靠性好，转速测量精度高、频率快。

技术领域

本发明涉及船舶旋转轴系的转速测量，具体涉及一种船舶旋转轴系瞬时转速测量装置及方法。

背景技术

旋转轴系的旋转轴转速是船舶运行工况的一个关键参数，对于衡量船舶运行状态有着重要意义。例如，叶轮转轴的转速直接影响船舶的航速和航向，而船舶主轴的转速值影响主机输出功率的获得。目前对于船舶旋转轴系的转速测量方法主要有下列三种：

光电编码器测量转速是将多分度的光电编码器套在待测轴自由端，利用光电效应产生脉冲信号从而计算转速。但是此方法通常需要加装联轴节或者进行断轴操作才能将编码器安装在待测轴上，安装步骤繁琐。且传动轴系通常位于船舱底部，灰尘、油污较多，环境恶劣，对光电编码器的测量会产生干扰。加上船身晃动和轴系、齿轮箱等传动部件运行时的振动，导致其测量准确性难以得到保证。

光电传感器转速测量法是将光电传感器安装在待测轴边的固定支座上，按照一定的间隙要求对准粘在轴上的反光光栅，通过对反射光脉冲进行计数来计算转速。但由于运用的原理同样是光电效应，所以仍然会受到船舱内环境及振动的干扰而影响其性能。

电磁脉冲传感器转速测量法是将脉冲传感器固定在转轴所连接的齿轮端外固定座上，垂直对准齿轮的齿，利用传感器与齿轮之间的间隙距离变化生成脉冲信号进行转速计算。由于需要安装在齿轮箱内，故该套系统需要在齿轮箱完成封装前或是打开齿轮箱外壳后才能进行安装，且发生故障时也需要打开齿轮箱外壳才可检修，操作较为复杂。其测量精度高度依赖齿轮分度的精确性，对齿轮制造工艺也要求较高。

上述三种转速测量方法除了各自在船舶轴系测量方面的劣势，还有一个共有的缺点：不论通过光栅、反光片或齿轮，其每圈可产生的脉冲信号数量都过少，无法进行高频率、高精度的瞬时转速测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种船舶旋转轴系瞬时转速测量装置及方法。

实现本发明的技术解决方案为：一种船舶旋转轴系瞬时转速测量装置，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。

作为一种具体实施方式，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。

作为一种具体实施方式，所述磁读头为AMR(各向异性磁电阻)、GMR(巨磁电阻)或TMR(隧道结磁电阻)型的磁电阻传感器。

作为一种具体实施方式，所述磁读头的有效感应面到磁栅条的垂直距离为2mm～3mm。

作为一种具体实施方式，所述磁读头每扫过1cm磁栅条，输出不少于100个脉冲。

作为一种具体实施方式，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。