基于无线充电的船舶轴功率测量装置

技术领域

本发明属于轴功率测量技术领域，具体涉及一种基于无线充电的船舶轴功率测量装置。

背景技术

船舶主机作为船舶动力的核心，其平稳可靠性是船舶安全航行的基本要求。通过转速、扭矩和轴功率等参数的观测，可以得知船舶主机的运行情况，并可以得知船舶的整体性能。根据反馈结果对主机做出相应调整，可以改善经济性能，保证平稳航行。因此，对轴功率等参数的监控具有重要的意义。

船舶轴功率测量技术成熟，但现有测量装置一般采用锂电池进行供电，锂电池续航能力有限，更换电池会影响轴的持续运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种基于无线充电的船舶轴功率测量装置，既满足轴功率的测量，也保证了测量的可持续性。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种基于无线充电的船舶轴功率测量装置，包括无线充电模块、扭矩测量模块、数据发射模块、数据接收处理模块和磁钢片；

所述无线充电模块包括安装于船舶轴外部的送电装置和安装于船舶轴上的充电装置；所述送电装置包括安装于船舶轴两侧的可伸缩支撑架、安装于两根可伸缩支撑架顶部的圆弧安装架、沿所述圆弧安装架内侧间隔安装的若干电力输出线圈，每一电力输出线圈连接外部电源从而产生变换的磁场；所述充电装置包括安装于船舶轴上的电力接收线圈以及与其相连的充电电池，所述电力接收线圈感应变换的磁场产生电流给所述充电电池充电；

所述扭矩测量模块和数据发射模块均安装于船舶轴上，均通过所述充电电池供电；数据发射模块包括信号预处理模块和ANT数据发射模块，扭矩测量模块测量的扭矩信号传送至所述信号预处理模块进行预处理后，通过所述ANT数据发射模块发射信号；

所述数据接收处理模块包括霍尔传感器、ANT数据接收模块和数据处理模块；船舶轴上与所述霍尔传感器对应的位置还安装有磁钢片，霍尔传感器测量的转速信号传送至所述数据处理模块；所述ANT数据接收模块接收所述ANT数据发射模块发射的扭矩信号，并将扭矩信号传送至所述数据处理模块；所述数据处理模块对接收到的转速和扭矩信号进行处理，得到船舶轴功率。

上述方案中，每一电力输出线圈依次连接变频器、AD/DC转换器和外部电源。

上述方案中，所述圆弧安装架为开口向下的半圆形，其圆心与船舶轴的圆心重合，直径大于船舶轴直径；所述电力输出线圈与电力接收线圈的轴线位于同一横截面内，且正对时的距离不超过10cm。

上述方案中，所述电力输出线圈沿所述圆弧安装架的内侧均匀设置三个，相邻两个电力输出线圈间隔90°弧度。

上述方案中，所述可伸缩支撑架为液压伸缩杆。

上述方案中，所述充电装置还包括整流电路，所述整流电路的输入端连接所述电力接收线圈、输出端连接所述充电电池，电力接收线圈产生的电流经过整流电路整流后给充电电池充电。

上述方案中，所述扭矩测量模块采用全桥式电路。

上述方案中，所述全桥式电路由四片与轴线呈45°角的应变片连接而成。

上述方案中，所述霍尔传感器与磁钢片正对设置。

上述方案中，所述ANT数据发射模块与ANT数据接收模块正对设置。

本发明的有益效果在于：

1、本发明通过无线充电模块为船舶轴上的扭矩测量模块和数据发射模块供电，保证了轴功率测量的可持续性，可以不间断的检测轴功率。无线充电模块中采用充电电池，保证了充电过程的稳定性。

2、数据发射模块与数据接收模块之间的无线传输采用无线ANT协议，ANT无线网络下的平均功耗10UA左右，休眠时的功耗约为0.5UA，可以说功耗极低。其次，ANT无线网络已经将相关的无线网络协议、抗干扰协议，超低功耗电源管理等等完全封装在芯片内部，开发者无需关注其无线协议的细节及过程，无需关注如何实现低功耗及唤醒如何实现，只需要根据应用需要对各节点进行网络配置即可完成网络的构建及应用。因此，操作难度大大减少。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明基于无线充电的船舶轴功率测量装置的结构示意图；

图2是本发明送电装置的安装示意图；

图3是本发明无线充电模块的结构示意图。

图中：10、送电装置；11、电力输出线圈；12、可伸缩支撑架；13、圆弧安装架；20、充电装置；21、电力接收线圈；22、充电电池；30、扭矩测量模块；40、数据发射模块；41、ANT数据发射模块；42、信号预处理模块；50、数据接收处理模块；51、霍尔传感器；52、ANT数据接收模块；53、数据处理模块；60、磁钢片。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种基于无线充电的船舶轴功率测量装置，包括无线充电模块、扭矩测量模块30、数据发射模块40、数据接收处理模块50和磁钢片60。

无线充电模块包括安装于船舶轴外部的送电装置10和安装于船舶轴上的充电装置20。如图2-3所示，送电装置10包括安装于船舶轴两侧的可伸缩支撑架12、安装于两根可伸缩支撑架12顶部的圆弧安装架13、沿圆弧安装架13内侧间隔安装的若干电力输出线圈11，每一电力输出线圈11依次连接变频器、AD/DC转换器和外部电源，接通外部电源后电力输出线圈11会产生变换的磁场。充电装置20包括安装于船舶轴上的电力接收线圈21和与其相连的整流电路，以及与整流电路相连的充电电池22，电力接收线圈21感应变换的磁场产生电流，经过整流后，给充电电池22充电。

扭矩测量模块30和数据发射模块40均安装于船舶轴上，均通过充电电池22供电。数据发射模块40包括信号预处理模块42和ANT数据发射模块41，扭矩测量模块30测量的扭矩信号传送至信号预处理模块42进行预处理后，通过ANT数据发射模块41发射信号。数据接收处理模块50包括霍尔传感器51、ANT数据接收模块52和数据处理模块53；船舶轴上与霍尔传感器51对应的位置还安装有磁钢片60，在轴转动时，磁钢片60与霍尔传感器51存在正对时刻，霍尔传感器51测量的转速信号传送至数据处理模块53。ANT数据接收模块52接收ANT数据发射模块41发射的扭矩信号，并将扭矩信号传送至数据处理模块53；数据处理模块53对接收到的转速和扭矩信号进行处理，并由下式得到船舶轴功率：

式中，P为船舶轴功率，T为扭矩，n为转速。

进一步优化，圆弧安装架13为开口向下的半圆形，其圆心与船舶轴的圆心重合，直径大于船舶轴直径，不与船舶轴接触。电力输出线圈11与电力接收线圈21的轴线位于同一横截面内，且正对时的距离不超过10cm。本实施例中，电力输出线圈11沿圆弧安装架13的内侧均匀设置三个，相邻两个电力输出线圈11间隔90°弧度，可减少磁场间的相互干扰。

进一步优化，可伸缩支撑架12为液压伸缩杆，可调节电力输出线圈11的安装安装，满足不同条件的试验要求。

进一步优化，扭矩测量模块30采用全桥式电路，全桥式电路由四片与轴线呈45°角的应变片连接而成。全桥式电路通过粘接的方式安装在轴上。

进一步优化，霍尔传感器51与磁钢片60正对设置。

进一步优化，ANT数据发射模块41与ANT数据接收模块52正对设置。

按照上述方案安装好各模块，将送电装置10接通外部电源后，就可以保证长时间的对船舶轴的轴功率进行连续性测量。并且，本发明装置简单易行，拆装方便。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。