光纖光柵式水下動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光纖光柵式水下動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)量裝置及方法。本發(fā)明中的測(cè)量裝置，包括傳動(dòng)軸系、水下環(huán)境模擬及控制裝置、外接設(shè)備，傳動(dòng)軸系由表面貼有光纖光柵傳感器和一端連有光纖旋轉(zhuǎn)接頭的傳動(dòng)軸組成；水下環(huán)境模擬及控制裝置主要由水箱、恒溫水槽、注水管、水泵、電磁閥、壓力傳感器和溫度傳感器組成；外接設(shè)備包括測(cè)控箱、光纖光柵傳感解調(diào)儀、變頻電機(jī)和可調(diào)負(fù)載。測(cè)控箱中的硬件電路連接光纖光柵傳感解調(diào)儀、壓力傳感器和溫度傳感器。本發(fā)明使用了光纖旋轉(zhuǎn)接頭這一旋轉(zhuǎn)微結(jié)構(gòu)，解決了光纖光柵在傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下信號(hào)不易輸出的難題；本發(fā)明為在地面模擬水下動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)量環(huán)境提供了手段，有助于提高水下動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)量精度。
【專利說(shuō)明】
光纖光柵式水下動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及水下扭矩測(cè)量領(lǐng)域，特別是涉及水下環(huán)境光纖光柵式動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)對(duì)于推動(dòng)經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展，維護(hù)國(guó)家主權(quán)安全具有重大意義。
[0003]提升我國(guó)的船舶制造技術(shù)能力和水平是海洋戰(zhàn)略的重點(diǎn)內(nèi)容。動(dòng)力系統(tǒng)是船舶的心臟，對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)輸出的動(dòng)力進(jìn)行實(shí)時(shí)精確監(jiān)測(cè)成為了一個(gè)急需解決的問(wèn)題，因?yàn)楦鶕?jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果可以進(jìn)行設(shè)備的故障預(yù)測(cè)和診斷、異常振動(dòng)源識(shí)別、機(jī)-槳優(yōu)化匹配等等。對(duì)處在水下的動(dòng)力參數(shù)測(cè)量就是要測(cè)量傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，進(jìn)而確定輸出功率。但由于水下的復(fù)雜環(huán)境，再加上在高速回轉(zhuǎn)軸上提取動(dòng)態(tài)測(cè)量信號(hào)，以及無(wú)法實(shí)施傳統(tǒng)的電信號(hào)測(cè)量方法等因素，使得該項(xiàng)測(cè)量變得異常困難。此外，就算能測(cè)到動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩信號(hào)，由于該參量不能有效溯源而無(wú)法確切知道測(cè)量方法的正確性。因此，探索新的測(cè)量原理和方法、解決動(dòng)態(tài)環(huán)境下的參數(shù)溯源問(wèn)題，已成為我國(guó)軍用船舶動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的當(dāng)務(wù)之急。
[0004]軸功率是船舶主機(jī)最重要的性能參數(shù)之一，船-機(jī)-槳的匹配對(duì)主機(jī)性能有很大的影響。傳動(dòng)軸的扭矩測(cè)量及分析是保證多種船舶設(shè)備正常運(yùn)行、節(jié)省能源、提高系統(tǒng)效率的重要手段。提高扭矩測(cè)量的準(zhǔn)確性、扭矩監(jiān)測(cè)和控制的實(shí)時(shí)性以及扭矩異常分析的可靠性，是減少事故發(fā)生、使生產(chǎn)正常進(jìn)行的重要手段。由于意外故障造成的危害極大，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力傳遞過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與控制就成為消除事故、確保安全、可靠運(yùn)行的前提條件和重要手段。扭矩在線監(jiān)測(cè)對(duì)減少非計(jì)劃?rùn)z修時(shí)間和事故、快速分析產(chǎn)生事故或故障的原因，對(duì)提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益都有重要意義。
[0005]隨著船舶向大型化、高速化和自動(dòng)化方向發(fā)展，船舶的快速性、高效益、經(jīng)濟(jì)性等，已成為造船的重要指標(biāo)。作為計(jì)算轉(zhuǎn)換效率的重要手段，軸功率測(cè)量已成為船廠及船東驗(yàn)收新造船舶的主要參數(shù)。通過(guò)對(duì)主機(jī)不同工況下軸功率的測(cè)量，可以了解及檢驗(yàn)船體-主機(jī)-推進(jìn)器三者之間匹配情況，同時(shí)也可對(duì)舊船船-機(jī)-槳工作狀態(tài)及故障做出診斷。軸功率測(cè)量已成為各大船廠新造船舶以及舊船改造必須進(jìn)行測(cè)量的項(xiàng)目之一，因此，其測(cè)量的準(zhǔn)確度、數(shù)據(jù)的可靠性尤為重要。當(dāng)機(jī)-槳不匹配時(shí)，主機(jī)可能不能充分發(fā)揮其額定功率，船舶不能達(dá)到設(shè)計(jì)航速；同時(shí)，主機(jī)還可能發(fā)生嚴(yán)重超載，其使用壽命就大大縮短。通過(guò)測(cè)量船舶動(dòng)力系統(tǒng)的軸功率，不僅可以發(fā)現(xiàn)主機(jī)的工作狀況是否良好，還可以判斷船-機(jī)-槳的匹配的優(yōu)劣情況。因此，為了給船舶動(dòng)力設(shè)備安全可靠運(yùn)行提供有力的計(jì)量保障，在測(cè)量軸功率之前，必須精確的實(shí)時(shí)測(cè)量傳動(dòng)軸的扭矩這一重要參數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)【背景技術(shù)】所述的現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的在于提供一種光纖光柵式水下動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)量裝置及方法，來(lái)對(duì)水下環(huán)境中動(dòng)力傳動(dòng)軸的扭矩進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬測(cè)量。
[0007]光纖光柵式水下動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，包括傳動(dòng)軸系、水下環(huán)境模擬及控制裝置、外接設(shè)備，所述的傳動(dòng)軸系由表面貼有光纖光柵傳感器和一端連有光纖旋轉(zhuǎn)接頭的傳動(dòng)軸組成;水下環(huán)境模擬及控制裝置主要由水箱、恒溫水槽、注水管、水栗、電磁閥、壓力傳感器和溫度傳感器組成，其中水箱是模擬水下環(huán)境的裝置，恒溫水槽用來(lái)控制水箱中的水溫，注水管利用連通器結(jié)構(gòu)控制水箱中水位，進(jìn)而根據(jù)物理學(xué)公式P=Pgh來(lái)控制水箱中的水壓，水栗和電磁閥用來(lái)控制水箱中水的進(jìn)出和水的流速，壓力傳感器和溫度傳感器分別用來(lái)檢測(cè)水箱中的水壓和水溫;外接設(shè)備包括測(cè)控箱、光纖光柵傳感解調(diào)儀、變頻電機(jī)和可調(diào)負(fù)載，其中測(cè)控箱中主要包括操作開關(guān)、硬件電路和軟件程序等。
[0008]所述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭利用自身的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)解決了傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)條件下光纖光柵傳感器和光纖光柵傳感解調(diào)儀之間光信號(hào)不易傳輸?shù)膯?wèn)題，能夠?qū)崿F(xiàn)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)條件下光纖光束的準(zhǔn)直傳輸，而且具有抗電磁干擾、傳輸帶寬大、無(wú)接觸傳輸、無(wú)磨損和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
[0009]所述的測(cè)控箱中的硬件電路由處理器模塊、接口模塊、輸入模塊和檢測(cè)模塊組成。其中，處理器模塊由MCU、液晶顯示屏、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、電源和按鍵組成;接口模塊由JTAG調(diào)試接口、USB 口和串行口組成;輸入模塊由溫度傳感器輸入模塊、壓力傳感器輸入模塊和光波信號(hào)輸入模塊;檢測(cè)模塊由溫度傳感器檢測(cè)模塊、壓力傳感器檢測(cè)模塊和動(dòng)態(tài)扭矩檢測(cè)模塊。
[0010]所述的MCU選用型號(hào)為STM32F103ZET6的ARM核芯片，液晶顯示屏選用4.3寸電容觸摸屏，分辨率為800*480，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器選用型號(hào)為AT24C02，I2C接口的EEPROM芯片，溫度傳感器選用型號(hào)為DS18B20的防水型溫度傳感器，壓力傳感器選用GZB型壓力傳感器。
[0011]—種基于上述實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法:分為水箱中無(wú)水、水箱中不同水位、水箱中不同水溫和水箱中不同水體流速四種情況。
[0012]1.水箱中無(wú)水時(shí)，實(shí)驗(yàn)操作步驟如下:
Si:設(shè)備開機(jī)，打開所有設(shè)備的電源開關(guān)，對(duì)操作軟件初始化；
S2:使光纖光柵傳感解調(diào)儀和粘貼在動(dòng)力傳動(dòng)軸上的光纖光柵傳感器處在工作狀態(tài)； S3:打開調(diào)速電機(jī)的開關(guān)，調(diào)節(jié)使其工作在額定轉(zhuǎn)速；
S4:根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案所設(shè)定的負(fù)載值調(diào)節(jié)負(fù)載大小，使動(dòng)力傳動(dòng)軸處在不同的扭矩狀態(tài)；
55:MCU計(jì)算處理來(lái)自光纖光柵傳感解調(diào)儀輸出的信號(hào)，儲(chǔ)存器存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并在液晶顯示屏上顯示；
56:設(shè)備進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，直到實(shí)驗(yàn)完成，設(shè)備關(guān)機(jī)。
[0013]2.水箱中不同水位時(shí)，實(shí)驗(yàn)操作步驟如下:
SI:設(shè)備開機(jī)，打開所有設(shè)備的電源開關(guān)，對(duì)操作軟件初始化；
S2:使光纖光柵傳感解調(diào)儀和粘貼在動(dòng)力傳動(dòng)軸上的光纖光柵傳感器處在工作狀態(tài)；
53:打開電機(jī)和負(fù)載的開關(guān)，使電機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速，負(fù)載大小設(shè)定為固定值；
54:打開水栗和電磁閥的開關(guān)，向水箱中注水，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)定值控制水位，以此模擬水壓對(duì)傳動(dòng)軸扭矩的影響；
55:MCU計(jì)算處理來(lái)自光纖光柵傳感解調(diào)儀輸出的信號(hào)和采集水箱中壓力傳感器的數(shù)據(jù)，儲(chǔ)存器存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并在液晶顯示屏上顯示扭矩、壓力值；
56:設(shè)備進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，直到實(shí)驗(yàn)完成，設(shè)備關(guān)機(jī)。
[0014]3.水箱中不同水溫時(shí)，實(shí)驗(yàn)操作步驟如下:
SI:設(shè)備開機(jī)，打開所有設(shè)備的電源開關(guān)，對(duì)操作軟件初始化； S2:使光纖光柵傳感解調(diào)儀和粘貼在動(dòng)力傳動(dòng)軸上的光纖光柵傳感器處在工作狀態(tài)；
53:打開電機(jī)和負(fù)載的開關(guān)，使電機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速，負(fù)載大小設(shè)定為固定值；
54:打開水栗和電磁閥的開關(guān)，向水箱注水，控制水箱中水位為實(shí)驗(yàn)I中某一固定值；
55:打開恒溫水槽和電磁閥的開關(guān)，使恒溫水槽中的水流向水箱，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)定值控制水溫，以此模擬水溫對(duì)傳動(dòng)軸扭矩的影響；
56:MCU計(jì)算處理來(lái)自光纖光柵傳感解調(diào)儀輸出的信號(hào)和采集水箱中溫度傳感器的數(shù)據(jù)，儲(chǔ)存器存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并在液晶顯示屏上顯示扭矩、溫度值；
S7:設(shè)備進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，直到實(shí)驗(yàn)完成，設(shè)備關(guān)機(jī)。
[0015]4.水箱中不同水體流速時(shí)，實(shí)驗(yàn)操作步驟如下:
Si:設(shè)備開機(jī)，打開所有設(shè)備的電源開關(guān)，對(duì)操作軟件初始化；
S2:使光纖光柵傳感解調(diào)儀和粘貼在動(dòng)力傳動(dòng)軸上的光纖光柵傳感器處在工作狀態(tài)；
S3:打開電機(jī)和負(fù)載的開關(guān)，使電機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速，負(fù)載大小設(shè)定為固定值；
S4:打開水栗、恒溫水槽和電磁閥的開關(guān)，控制水箱中水位和水溫都為固定值；
S5:打開控制水流的水栗和電磁閥的開關(guān)，使水箱中的水流動(dòng)起來(lái)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)定值控制水體流速，以此模擬水體流速對(duì)傳動(dòng)軸扭矩的影響；
S6:MCU計(jì)算處理來(lái)自光纖光柵傳感解調(diào)儀輸出的信號(hào)，儲(chǔ)存器存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并在液晶顯示屏上顯示扭矩值；
S7:設(shè)備進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，直到實(shí)驗(yàn)完成，設(shè)備關(guān)機(jī)。
[0016]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明使用了光纖旋轉(zhuǎn)接頭這一旋轉(zhuǎn)微結(jié)構(gòu)，解決了光纖光柵在傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下信號(hào)不易輸出的難題；
本發(fā)明為在地面模擬水下動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)量環(huán)境提供了手段，有助于提高水下動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)量精度。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)圖；
圖2是本發(fā)明的傳動(dòng)軸一端①的局部放大圖；
圖3是本發(fā)明的硬件電路設(shè)計(jì)框圖；
圖4是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)I操作流程框圖；
圖5是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)2操作流程框圖；
圖6是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)3操作流程框圖；
圖7是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)4操作流程框圖；
圖中1-1.傳動(dòng)軸，1-2.光纖光柵傳感器，1-3.光纖旋轉(zhuǎn)接頭;2-1.水箱，2-2.恒溫水槽，2-3.注水管，2-4.水栗，2-5.電磁閥，2-6.壓力傳感器，2-7.溫度傳感器;3-1.測(cè)控箱，3-2.光纖光柵傳感解調(diào)儀，3-3.變頻電機(jī)，3-4.可調(diào)負(fù)載。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1所示的光纖光柵式水下動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)量裝置，包括傳動(dòng)軸系、水下環(huán)境模擬及控制裝置、外接設(shè)備。傳動(dòng)軸系由傳動(dòng)軸1-1、光纖光柵傳感器1-2和光纖旋轉(zhuǎn)接頭1-3組成。水下環(huán)境模擬及控制裝置主要由水箱2-1、恒溫水槽2-2、注水管2-3、水栗2-4、電磁閥2-5、壓力傳感器2-6和溫度傳感器2-7組成。外接設(shè)備包括測(cè)控箱3-1、光纖光柵傳感解調(diào)儀3-2、變頻電機(jī)3-3和可調(diào)負(fù)載3-4。
[0019]表面貼有光纖光柵傳感器1-2的傳動(dòng)軸1-1穿過(guò)水箱2-1，部分密封于其中。由于光纖旋轉(zhuǎn)接頭1-3由可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的兩端組成，一端固定于傳動(dòng)軸1-1，另一端和光纖光柵傳感解調(diào)儀3-2—側(cè)連接，當(dāng)傳動(dòng)軸1-1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光纖光柵傳感器1-2—側(cè)的光纖和光纖光柵傳感解調(diào)儀3-2—側(cè)的光纖可通過(guò)光纖旋轉(zhuǎn)接頭1-3實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的光束準(zhǔn)直傳輸，從而把采集的動(dòng)態(tài)扭矩信息傳輸?shù)綔y(cè)控箱3-1中。變頻電機(jī)3-3和可調(diào)負(fù)載3-4分別連接在傳動(dòng)軸1-1的兩端，兩者用來(lái)改變傳動(dòng)軸1-1上的扭矩大小。恒溫水槽2-2、注水管2-3、水栗2-4和電磁閥2-5都通過(guò)水管和水箱2-1相連接，用來(lái)改變水箱2-1中水壓和水溫等模擬參數(shù)。恒溫水槽2-2、光纖光柵傳感解調(diào)儀3-2、壓力傳感器2-6和溫度傳感器2-7都與測(cè)控箱3-1中的硬件電路相連接，經(jīng)硬件電路的處理器模塊后，扭矩、水壓和水溫?cái)?shù)據(jù)值在液晶顯示屏上顯示。
[0020]如圖3所示的光纖光柵式水下動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)量裝置的硬件電路設(shè)計(jì)框圖，測(cè)控箱3-1中硬件電路由接口模塊、處理器模塊、檢測(cè)模塊和輸入模塊組成;接口模塊由USB接口、串行口和JTAG調(diào)試接口模塊組成，USB接口模塊用于讀取測(cè)控箱2-2內(nèi)儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，串行口和JTAG調(diào)試接口模塊用于測(cè)控箱2-2內(nèi)軟件程序的調(diào)試和下載;處理器模塊由MCU、液晶顯示屏、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、電源和按鍵組成。按鍵用于復(fù)位、開關(guān)等操作，液晶顯示屏用于顯示采集到的水箱2-1中水壓、水溫值，以及傳動(dòng)軸1-1的動(dòng)態(tài)扭矩值。
[0021]如圖4所示的基于上述實(shí)驗(yàn)裝置水箱中無(wú)水時(shí)的實(shí)驗(yàn)步驟流程圖，操作步驟如下:SI:設(shè)備開機(jī)，打開所有設(shè)備的電源開關(guān)，對(duì)操作軟件初始化;S2:使光纖光柵傳感解調(diào)儀和粘貼在動(dòng)力傳動(dòng)軸上的光纖光柵傳感器處在工作狀態(tài);S3:打開調(diào)速電機(jī)的開關(guān)，調(diào)節(jié)使其工作在額定轉(zhuǎn)速;S4:根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案所設(shè)定的負(fù)載值調(diào)節(jié)負(fù)載大小，使動(dòng)力傳動(dòng)軸處在不同的扭矩狀態(tài);S5:MCU計(jì)算處理來(lái)自光纖光柵傳感解調(diào)儀輸出的信號(hào)，儲(chǔ)存器存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并在液晶顯示屏上顯示;S6:設(shè)備進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，直到實(shí)驗(yàn)完成，設(shè)備關(guān)機(jī)。
[0022]如圖5所示的基于上述實(shí)驗(yàn)裝置水箱中不同水位時(shí)的實(shí)驗(yàn)步驟流程圖，操作步驟如下:S1:設(shè)備開機(jī)，打開所有設(shè)備的電源開關(guān)，對(duì)操作軟件初始化;S2:使光纖光柵傳感解調(diào)儀和粘貼在動(dòng)力傳動(dòng)軸上的光纖光柵傳感器處在工作狀態(tài);S3:打開電機(jī)和負(fù)載的開關(guān)，使電機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速，負(fù)載大小設(shè)定為固定值;S4:打開水栗和電磁閥的開關(guān)，向水箱中注水，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)定值控制水位，以此模擬水壓對(duì)傳動(dòng)軸扭矩的影響;S5:MCU計(jì)算處理來(lái)自光纖光柵傳感解調(diào)儀輸出的信號(hào)和采集水箱中壓力傳感器的數(shù)據(jù)，儲(chǔ)存器存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并在液晶顯示屏上顯示扭矩、壓力值;S6:設(shè)備進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，直到實(shí)驗(yàn)完成，設(shè)備關(guān)機(jī)。
[0023]如圖6所示的基于上述實(shí)驗(yàn)裝置水箱中不同水溫時(shí)的實(shí)驗(yàn)步驟流程圖，操作步驟如下:S1:設(shè)備開機(jī)，打開所有設(shè)備的電源開關(guān)，對(duì)操作軟件初始化;S2:使光纖光柵傳感解調(diào)儀和粘貼在動(dòng)力傳動(dòng)軸上的光纖光柵傳感器處在工作狀態(tài);S3:打開電機(jī)和負(fù)載的開關(guān)，使電機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速，負(fù)載大小設(shè)定為固定值;S4:打開水栗和電磁閥的開關(guān)，向水箱注水，控制水箱中水位為實(shí)驗(yàn)I中某一固定值;S5:打開恒溫水槽和電磁閥的開關(guān)，使恒溫水槽中的水流向水箱，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)定值控制水溫，以此模擬水溫對(duì)傳動(dòng)軸扭矩的影響；
S6:MCU計(jì)算處理來(lái)自光纖光柵傳感解調(diào)儀輸出的信號(hào)和采集水箱中溫度傳感器的數(shù)據(jù)，儲(chǔ)存器存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并在液晶顯示屏上顯示扭矩、溫度值;S7:設(shè)備進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，直到實(shí)驗(yàn)完成，設(shè)備關(guān)機(jī)。
[0024]如圖7所示的基于上述實(shí)驗(yàn)裝置水箱中不同水體流速時(shí)的實(shí)驗(yàn)步驟流程圖，操作步驟如下:S1:設(shè)備開機(jī)，打開所有設(shè)備的電源開關(guān)，對(duì)操作軟件初始化;S2:使光纖光柵傳感解調(diào)儀和粘貼在動(dòng)力傳動(dòng)軸上的光纖光柵傳感器處在工作狀態(tài);S3:打開電機(jī)和負(fù)載的開關(guān)，使電機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速，負(fù)載大小設(shè)定為固定值;S4:打開水栗、恒溫水槽和電磁閥的開關(guān)，控制水箱中水位和水溫都為固定值;S5:打開控制水流的水栗和電磁閥的開關(guān)，使水箱中的水流動(dòng)起來(lái)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)定值控制水體流速，以此模擬水體流速對(duì)傳動(dòng)軸扭矩的影響；S6:MCU計(jì)算處理來(lái)自光纖光柵傳感解調(diào)儀輸出的信號(hào)，儲(chǔ)存器存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并在液晶顯示屏上顯示扭矩值;S7:設(shè)備進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，直到實(shí)驗(yàn)完成，設(shè)備關(guān)機(jī)。
[0025]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.光纖光柵式水下動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)量裝置，包括傳動(dòng)軸系、水下環(huán)境模擬及控制裝置、外接設(shè)備，其特征在于:所述的傳動(dòng)軸系由表面貼有光纖光柵傳感器(1-2)和一端連有光纖旋轉(zhuǎn)接頭(1-3)的傳動(dòng)軸(1-1)組成;水下環(huán)境模擬及控制裝置主要由水箱(2-1)、恒溫水槽(2-2)、注水管(2-3)、水栗(2-4)、電磁閥(2-5)、壓力傳感器(2-6)和溫度傳感器(2-7)組成；夕卜接設(shè)備包括測(cè)控箱(3-1)、光纖光柵傳感解調(diào)儀(3-2)、變頻電機(jī)(3-3)和可調(diào)負(fù)載(3-4); 所述的傳動(dòng)軸(1-1)穿過(guò)水箱(2-1)，部分封裝于其中，連接部分用密封圈密封;變頻電機(jī)(3-3)和可調(diào)負(fù)載(3-4)分別連接在傳動(dòng)軸(1-1)的兩端，兩者用來(lái)控制傳動(dòng)軸(1-1)的轉(zhuǎn)速和負(fù)載大??； 所述的水箱(2-1)是模擬水下環(huán)境的裝置，恒溫水槽(2-2)用來(lái)控制水箱中的水溫，注水管(2-3)利用連通器結(jié)構(gòu)控制水箱中水位，水栗(2-4)和電磁閥(2-5)用來(lái)控制水箱中水的進(jìn)出和水的流速，壓力傳感器(2-6)和溫度傳感器(2-6)分別用來(lái)檢測(cè)水箱中的水壓和水溫; 所述的光纖光柵傳感解調(diào)儀(3-2)通過(guò)光纖旋轉(zhuǎn)接頭(1-3)與粘貼在傳動(dòng)軸(1-1)上的光纖光柵傳感器(1-2)連接，其中光纖旋轉(zhuǎn)接頭(1-3)利用自身的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)軸(1-1)在轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下的光信號(hào)準(zhǔn)直傳輸，從而把采集到的動(dòng)態(tài)扭矩信息發(fā)送至測(cè)控箱(3-1);水下環(huán)境模擬及控制裝置中的壓力傳感器(2-6)和溫度傳感器(2-7)都與測(cè)控箱(3-1)中的硬件電路相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵式水下動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的測(cè)控箱(3-1)中的硬件電路由處理器模塊、接口模塊、輸入模塊和檢測(cè)模塊組成； 其中，處理器模塊由MCU、液晶顯示屏、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、電源和按鍵組成；接口模塊由JTAG調(diào)試接口、USB 口和串行口組成;輸入模塊由溫度傳感器輸入模塊、壓力傳感器輸入模塊和光波信號(hào)輸入模塊組成;檢測(cè)模塊由溫度傳感器檢測(cè)模塊、壓力傳感器檢測(cè)模塊和動(dòng)態(tài)扭矩檢測(cè)模塊組成； 所述的MCU選用型號(hào)為STM32F103ZET6的ARM核芯片，液晶顯示屏選用4.3寸電容觸摸屏，分辨率為800*480，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器選用型號(hào)為AT24C02，12C接口的EEPROM芯片，溫度傳感器選用型號(hào)為DS18B20的防水型溫度傳感器，壓力傳感器選用GZB型壓力傳感器。3.—種基于權(quán)利要求1所述裝置的實(shí)驗(yàn)方法，分為水箱中無(wú)水、水箱中不同水位、水箱中不同水溫和水箱中不同水體流速四種情況，其特征在于: 實(shí)驗(yàn)操作步驟如下: 51:設(shè)備開機(jī)，打開測(cè)控箱電源開關(guān)，程序初始化； 52:使光纖光柵傳感解調(diào)儀和光纖光柵傳感器處在工作狀態(tài)； S3:調(diào)節(jié)變頻電機(jī)； S4:根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)定值調(diào)節(jié)負(fù)載大小、水箱中水位、水箱中水溫和水體流速，來(lái)模擬水下不同環(huán)境； S5:MCU計(jì)算處理采集到的數(shù)據(jù)信號(hào)，儲(chǔ)存并顯示數(shù)據(jù)信息； S6:完成實(shí)驗(yàn)，設(shè)備待機(jī)。
【文檔編號(hào)】G01L3/08GK105928648SQ201610165917
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年7月6日
【發(fā)明人】胡佳成, 陳愛軍, 劉續(xù), 張昌軍, 李東升
【申請(qǐng)人】中國(guó)計(jì)量學(xué)院