一種基于光電編碼器和激光測距傳感器的船舶柴油機臂距值測量方法及裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術公開一種基于光電編碼器和激光測距傳感器的船舶柴油機臂距值測量方法及裝置。利用光電編碼器實時采集發(fā)動機的轉速同步信號和上止點信號并輸出給系統(tǒng)控制與數據采集處理單元；接收單元接收發(fā)射單元的參考信號及回波信號并轉化為電信號；經外圍數據電路處理后，由時刻鑒別與時間間隔測量單元計算出其時間間隔，由系統(tǒng)控制與數據采集處理單元依據算法完成時間間隔與臂距值的轉換，并實現臂距值與曲軸角度值的對應關系。本發(fā)明專利技術發(fā)射單元與接收單元同側布置，待測氣缸曲柄臂之間無硬件連接，不會出現機械式儀表測量時，在連桿安裝的情況下容易發(fā)生連桿撞表的情況，激光測量臂距值可靠性好，測量精度高，特別適于大缸徑船舶柴油機臂距值測量。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及內燃機測控技術及故障診斷與維修領域。
技術介紹
曲軸作為船舶柴油機最重要的部件，成本占整機的40％左右。曲軸結構復雜，應力集中嚴重，附加應力大。特別是在曲軸結構強度低及主軸承磨損不均時，會引起軸線彎曲，加速彎曲疲勞損壞，極端情況下出現斷軸事故。因此，對曲軸臂距值進行定期檢測，成為判斷曲軸軸線狀態(tài)的重要參數，同時也是預防曲軸發(fā)生彎曲疲勞破壞的重要手段。目前船舶柴油機曲軸臂距值的測量仍采用傳統(tǒng)的機械式拐檔表人工測量法。測量時需將拐檔表安裝在曲柄臂之間的固定位置上，并要求與曲柄銷頸平行。對于在運行中的柴油機，由于活塞連桿組已安裝在曲軸上，當要測量曲柄處于下死點位置的臂距值L下時，連桿正好處于兩側曲柄臂中間，拐檔表無法安裝，實際操作中，曲柄銷在下死點的臂距值L下將由曲柄銷位于下死點前15°和下死點后15°(度數沒嚴格規(guī)定，只要求對稱及不碰連桿為準)兩位置臂距值L前15°、L后15°的平均值來代替，即L下＝(L前15°+L后15°)/2。因此安裝連桿的情況下，要測0°、90°、165°、195°、270°的五個曲柄位置的臂距值，其中0°為上止點位置，通過按正車盤車，可一次裝表完成5個曲柄位置的臂距值測量。由于曲軸轉角的讀取及拐檔表數值的讀取均存在測量誤差，且在有連桿的情況下測量，容易出現連桿與拐檔表相撞，造成拐檔表脫落損壞的問題。為克服這一問題，海軍工程大學的劉伯運、朱寶成等人運用激光和線陣位移測量<br>系統(tǒng)嘗試柴油機的臂距差測量，方法新穎，但是由于曲軸軸線變形有兩種即拱腰變形和塌腰變形，上述測量方法只能適用一種變形情況，存在測量的局限性。集美大學的林金表、王勇設計了一種利用霍爾效應實現臂距差測量的傳感器，通過有限元分析方法計算了圓柱永磁體周圍磁場的空間分布，研究了兩永磁體同極對稱布置的位置和霍爾元件與永磁體的相對安裝位置對傳感器微位移測量精度的影響，但這種方法的測量范圍受限制，只有在0-2mm范圍內，測量系統(tǒng)的輸出與位移呈線性關系，超出此范圍則測量精度會出現較大偏差。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術的內容是提供一種基于曲軸位置傳感器和激光測距傳感器的船舶柴油機臂距值測量方法和裝置。其不但可以避免采用機械式儀表人工測量時容易出現的連桿撞表問題，可靠性提高；而且測量精度高，可以最大限度減小測量誤差。特別適于大缸徑船舶柴油機的臂距值測量，有較大的應用前景和市場空間。本專利技術提供的基于光電編碼器和激光測距傳感器的船舶柴油機臂距值測量方法，包括以下步驟：1)獲取發(fā)動機的轉速同步信號和上止點信號的步驟，將光電編碼器安裝在柴油機的曲軸自由端，實時采集發(fā)動機的轉速同步信號和上止點信號后輸出給系統(tǒng)控制和數據采集處理單元；2)獲取激光參考信號和回波信號的步驟，將激光測距傳感器的激光脈沖發(fā)射單元安裝在柴油機待測氣缸的曲柄臂上，與接收單元同側布置，用于實時發(fā)出激光脈沖信號及參考信號；接收單元用于接收激光參考信號和回波信號并轉換為電信號；3)計算激光參考信號和回波信號時間間隔的步驟，通過外圍數據電路對參考信號和回波信號電信號進行放大、濾波和整形，輸出到時刻鑒別與時間間隔測量單元，時刻鑒別與時間間隔測量單元以參考信號作為計時開始時刻，以激光回波信號作為計時結束時刻，并據此計算出兩信號的時間間隔；4)獲取臂距值的步驟，系統(tǒng)控制和數據采集處理單元內的計數器在采集到步驟1)中光電編碼器采集的上止點信號后，以該上止點信號作為系統(tǒng)控制和數據采集處理單元計數器的計數觸發(fā)信號，對轉速同步信號方波進行計數，每采集一個轉速同步信號方波，計數器即產生溢出中斷，開始執(zhí)行中斷任務，將步驟3)中所得時間間隔數值送入系統(tǒng)控制和數據采集處理單元，依據時間間隔與臂距值的關系公式，換算成臂距值。本專利技術所提供的基于光電編碼器和激光測距傳感器的船舶柴油機臂距值測量裝置包括：激光測距傳感器，包括激光脈沖發(fā)射單元和接收單元，激光脈沖信號發(fā)射單元，安裝在待測量曲柄的標準位置，其功能是發(fā)射特定波長的光信號，一部分透過分束片，作為參考脈沖信號經過PIN管轉換為電信號，送到外圍數據電路進行濾波、放大和整形后，作為計時起點，啟動時刻鑒別與時間間隔測量單元的計時器開始計時；另一部分由折射棱鏡反射，射向目標；接收單元安裝在曲柄上，且與發(fā)射單元同側，其功能是接收激光脈沖發(fā)出的回波信號并將接收的光信號轉化為轉換成一定電壓值的直流電信號，經過外圍數據電路調理后，作為時刻鑒別與時間間隔測量單元的計時器計時結束點；外圍數據電路，與回波信號和參考脈沖信號相連接，用于對輸入信號進行實時放大，濾波和整形，輸出給時刻鑒別與時間間隔測量單元，計算出參考脈沖與回波脈沖的時間間隔，送入系統(tǒng)控制與數據采集處理單元，將時間間隔換算為臂距值。光電編碼器安裝在發(fā)動機的曲軸自由端，用于實時采集發(fā)動機的轉速同步信號和上止點信號并輸出給系統(tǒng)控制與數據采集處理單元；其中，所述光電編碼器在轉動過程中同時對外輸出有A、B、C三個通道信號，所述C通道信號為上止點信號，安裝光電編碼器時，應使C通道信號與待測缸的曲軸上止點位置一致。所述A通道或B通道信號可作為柴油機的轉速同步信號。系統(tǒng)控制與數據采集處理單元以單片機為核心組成，與光電編碼器和時刻鑒別與時間間隔測量單元相連接，所述系統(tǒng)控制與數據采集處理單元內的計數器在采集到上止點信號后，以光電編碼器的上止點信號作為計數器的計數觸發(fā)信號，對轉速同步信號方波進行計數，通過對計數器的初值預設，可實現每采集一個轉速同步信號方波，計數器即產生一次溢出中斷，并執(zhí)行中斷任務：以參考脈沖作為時刻鑒別與時間間隔測量單元中計時器的計時開始觸發(fā)信號，以激光回波信號作為計時器計時結束信號，算出參考脈沖與回波脈沖的時間間隔，并將此數值送入系統(tǒng)控制與數據采集處理單元，依據公式算法，換算成臂距值。同時，根據光電編碼器輸出C信號后對每轉輸出的A或B信號的數目計數，換算出所測臂距值對應的曲軸轉角位置，并以二維數組形式對曲軸轉角和臂距值進行保存。由以上本專利技術提供的測量方案可見，與現有的測量方法相比較，本專利技術基于激光測距傳感器和光電編碼器的船舶柴油機臂距值測量方法，其不但可以避免人工測量時的安全隱患，避免在測量過程中出現連桿撞表現象；而且還可以提高測量精度，減小測量誤差。特別適于大缸徑船舶柴油機臂距值的測量，有較大的應用前景和市場空間。附圖說明圖1為基于光電編碼器和激光測距傳感器測量船舶柴油機本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于光電編碼器和激光測距傳感器的船舶柴油機臂距值測量方法，其特征在于，包括以下步驟：1)獲取發(fā)動機的轉速同步信號和上止點信號的步驟，將光電編碼器安裝在柴油機的曲軸自由端，實時采集發(fā)動機的轉速同步信號和上止點信號后輸出給系統(tǒng)控制和數據采集處理單元；2)獲取激光參考信號和回波信號的步驟，將激光測距傳感器的激光脈沖發(fā)射單元安裝在柴油機待測氣缸的曲柄臂上，與接收單元同側布置，用于實時發(fā)出激光脈沖信號及參考信號；接收單元用于接收激光參考信號和回波信號并轉換為電信號；3)計算激光參考信號和回波信號時間間隔的步驟，通過外圍數據電路對參考信號和回波信號電信號進行放大、濾波和整形，輸出到時刻鑒別與時間間隔測量單元，時刻鑒別與時間間隔測量單元以參考信號作為計時開始時刻，以激光回波信號作為計時結束時刻，并據此計算出兩信號的時間間隔；4)獲取臂距值的步驟，系統(tǒng)控制和數據采集處理單元內的計數器在采集到步驟1)中光電編碼器采集的上止點信號后，以該上止點信號作為系統(tǒng)控制和數據采集處理單元計數器的計數觸發(fā)信號，對轉速同步信號方波進行計數，每采集一個轉速同步信號方波，計數器即產生溢出中斷，開始執(zhí)行中斷任務，將步驟3)中所得時間間隔數值送入系統(tǒng)控制和數據采集處理單元，依據時間間隔與臂距值的關系公式，換算成臂距值。...

【技術特征摘要】
1.一種基于光電編碼器和激光測距傳感器的船舶柴油機臂距值測量方法，
其特征在于，包括以下步驟：
1)獲取發(fā)動機的轉速同步信號和上止點信號的步驟，將光電編碼器安裝在
柴油機的曲軸自由端，實時采集發(fā)動機的轉速同步信號和上止點信號后輸出給
系統(tǒng)控制和數據采集處理單元；
2)獲取激光參考信號和回波信號的步驟，將激光測距傳感器的激光脈沖發(fā)
射單元安裝在柴油機待測氣缸的曲柄臂上，與接收單元同側布置，用于實時發(fā)
出激光脈沖信號及參考信號；接收單元用于接收激光參考信號和回波信號并轉
換為電信號；
3)計算激光參考信號和回波信號時間間隔的步驟，通過外圍數據電路對參
考信號和回波信號電信號進行放大、濾波和整形，輸出到時刻鑒別與時間間隔
測量單元，時刻鑒別與時間間隔測量單元以參考信號作為計時開始時刻，以激
光回波信號作為計時結束時刻，并據此計算出兩信號的時間間隔；
4)獲取臂距值的步驟，系統(tǒng)控制和數據采集處理單元內的計數器在采集到
步驟1)中光電編碼器采集的上止點信號后，以該上止點信號作為系統(tǒng)控制和數
據采集處理單元計數器的計數觸發(fā)信號，對轉速同步信號方波進行計數，每采
集一個轉速同步信號方波，計數器即產生溢出中斷，開始執(zhí)行中斷任務，將步
驟3)中所得時間間隔數值送入系統(tǒng)控制和數據采集處理單元，依據時間間隔與
臂距值的關系公式，換算成臂距值。
2.如權利要求1所述的臂距值測量方法，其特征在于：步驟4)中根據安
裝到曲軸自由端的光電編碼器輸出的柴油機的上止點信號和轉速同步信號，采
用激光測距傳感器安裝到待測曲柄臂上，對應光電編碼器輸出的每一個轉速同
步信號上升沿，發(fā)射單元發(fā)出具有特定波長的激光信號，一部分作為參考信號
經PIN管轉換為電信號，送到外圍數據電路進行信號放大，濾波、整形，送入
時刻鑒別和時間間隔測量單元，作為其內部計時器開始計時的觸發(fā)信號，發(fā)射
單元的另一部分激光束經棱鏡射向對側曲柄臂并產生回波信號，接收單元接收
回波信號，經APD管轉換為電信號后，送入外圍數據電路處理，作為時刻鑒別

\t與時間間隔測量單元內部計時器的計時結束信號，計算出時間間隔，模數轉換
后送入系統(tǒng)控制和數據采集處理單元，依據時間間隔與臂距值的關系公式，換
算成臂距值。
3.如權利要求1或2所述的臂距值測量方法，其特征在于：時間間隔△t
...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張德福，黃春炎，周楠，高金龍，
申請(專利權)人：天津理工大學，
類型：發(fā)明
國別省市：天津;12