本發(fā)明屬于船舶軸承安裝測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種軸系頂升數(shù)據(jù)采集及處理裝置。

背景技術(shù)：

船舶軸系在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證有足夠的強(qiáng)度、剛度外，在進(jìn)行船舶軸系在安裝時(shí)應(yīng)該保證它具有合理的狀態(tài)，使得軸系各段內(nèi)的應(yīng)力及各軸承上的載荷均在合理的范圍之內(nèi)。雖然理論計(jì)算和建模仿真可以盡可能地去模擬和逼近實(shí)際船舶軸系的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況，其結(jié)果仍然會(huì)與實(shí)際情況有較大誤差。因此，對(duì)于軸系校中狀態(tài)的實(shí)際測(cè)量就顯得格外重要。因?yàn)橹挥袦y(cè)試到軸系的真實(shí)數(shù)據(jù)，才可以真實(shí)地反映出軸系校中時(shí)的各種實(shí)際情況，包括各個(gè)軸承的實(shí)際負(fù)荷、軸段內(nèi)的應(yīng)力、彎矩和各截面轉(zhuǎn)角等參數(shù)的實(shí)際數(shù)值，這對(duì)于評(píng)價(jià)船舶軸系校中的質(zhì)量具有重要的價(jià)值。在實(shí)際操作過(guò)程中采用理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量方法相結(jié)合來(lái)進(jìn)行軸系的合理校中。

關(guān)于軸承負(fù)荷的測(cè)試方法，目前常用的有四種——彈簧測(cè)力計(jì)法、電子測(cè)力計(jì)、液壓千斤項(xiàng)測(cè)量軸承負(fù)荷和電阻應(yīng)變片法。前兩種可以直接讀出負(fù)荷的值來(lái)，缺點(diǎn)是只能測(cè)量中間軸承的。千斤頂雖然不能直接讀出測(cè)量軸承的負(fù)荷值，但是通過(guò)描繪千斤頂頂舉曲線圖，從而可以算出軸承負(fù)荷。電阻應(yīng)變片法是通過(guò)測(cè)量軸系有關(guān)截面上的彎矩，然后按彎矩計(jì)算軸承負(fù)荷。在實(shí)際中只要通過(guò)應(yīng)變片得到對(duì)應(yīng)軸截面的彎矩值就可以相關(guān)公式計(jì)算出所有軸承的負(fù)荷值。在實(shí)際測(cè)量中，除了測(cè)量設(shè)備本身的誤差外，人為的誤差主要是，各測(cè)量點(diǎn)粘貼的應(yīng)變片沒(méi)有沿軸向在同一條直線上，或者應(yīng)變片粘貼的位置與理論計(jì)算截面彎矩影響系數(shù)的位置沒(méi)有完全重合，這是實(shí)測(cè)中引起測(cè)量誤差的兩個(gè)最主要的因素。這種方法可以得到軸系各軸承上的負(fù)荷(包括艉軸管后軸承負(fù)荷)，并可進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量。

現(xiàn)采用頂舉法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)來(lái)進(jìn)行軸系的合理校中。頂舉法測(cè)量軸承負(fù)荷設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，已在國(guó)內(nèi)外各修造船廠被廣泛應(yīng)用。采用千斤頂頂舉法測(cè)量軸承負(fù)荷，就是在 軸系的某一位置放置液壓千斤頂，將軸逐漸頂起，使被測(cè)軸承與軸頸完全脫開(kāi)。在頂起的過(guò)程中,用百分表記錄軸的升高量和液壓千斤頂?shù)捻斏蛪褐?，繪制頂舉曲線圖，求得千斤頂替代被測(cè)軸承時(shí)的頂升油壓值，換算為頂舉力后，乘以頂舉系數(shù)，即可得到被測(cè)軸承的實(shí)際負(fù)荷。目前軸系頂舉試驗(yàn)中，壓力及位移數(shù)據(jù)都采用人工記錄的方式，再由這些數(shù)據(jù)繪制出頂舉曲線。這種方式不僅速度慢，而且易出錯(cuò)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，提供一種軸系頂升數(shù)據(jù)采集及處理裝置，達(dá)到減小儀器及環(huán)境對(duì)軸承測(cè)量狀態(tài)的影響，方便快速地采集軸承當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：提供一種軸系頂升數(shù)據(jù)采集及處理裝置，包括光柵尺、壓力傳感器和信號(hào)采集系統(tǒng)，光柵尺由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭組成，標(biāo)尺光柵固定在軸承的上端面，千斤頂置于軸承的正下方，壓力傳感器固定在千斤頂?shù)捻敳?，壓力傳感器的位置處于?biāo)尺光柵的正下方，光柵尺的位移信號(hào)和壓力傳感器的壓力信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)線傳入信號(hào)采集系統(tǒng)進(jìn)行降噪處理及放大處理，再將處理后信號(hào)傳入外接計(jì)算機(jī)。配合相應(yīng)軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)繪圖處理，由計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)處理及記錄，分析出上升線、下降線和平均線，生成頂舉曲線，得出當(dāng)前軸承的位移量及負(fù)荷。

按上述技術(shù)方案，所述降噪處理具體為，信號(hào)采集系統(tǒng)將每次采樣得到的位移信號(hào)和壓力信號(hào)數(shù)據(jù)先進(jìn)行限幅處理,再送入隊(duì)列進(jìn)行遞推平均濾波處理。鑒于船廠工作條件差，對(duì)數(shù)據(jù)采集干擾大，本發(fā)明選用限幅平均濾波法達(dá)到降噪濾波的目的，每次采樣到的位移信號(hào)和壓力信號(hào)數(shù)據(jù)先進(jìn)行限幅處理,再送入隊(duì)列進(jìn)行遞推平均濾波處理。該方法融合了兩種濾波法的優(yōu)點(diǎn)，不僅能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾，并且對(duì)周期性干擾有良好的抑制作用,平滑度高，對(duì)于偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾,可消除由其所引起的采樣值偏差。在經(jīng)過(guò)濾波后，能量有所損失，故通過(guò)差分放大器將信號(hào)放大。通過(guò)usb接口將數(shù)據(jù)導(dǎo)入外接計(jì)算機(jī)。配合相應(yīng)軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)繪圖處理，得出當(dāng)前軸承的位移量及負(fù)荷。

按上述技術(shù)方案，信號(hào)采集系統(tǒng)包括電源控制主板、單片機(jī)、光柵尺輸入接口、壓力傳感器輸入接口、usb輸出接口、電源接口、電源開(kāi)關(guān)、機(jī)殼，電源控制主板、單片機(jī)固定于機(jī)殼內(nèi)部，電源接口與電源控制主板連接，電源控制主板為信號(hào)采集系統(tǒng)提供電力，機(jī)殼上設(shè)置光柵尺輸入接口和壓力傳感器輸入接口，光柵尺的輸出端與光柵尺輸入接口的 一端連接，壓力傳感器的輸出端與壓力傳感器輸入接口的一端連接，光柵尺輸入接口的另一端、壓力傳感器輸入接口的另一端分別與單片機(jī)的輸入端連接，單片機(jī)的輸出端通過(guò)usb輸出接口與外接計(jì)算機(jī)連接。

按上述技術(shù)方案，usb輸出接口、電源開(kāi)關(guān)和電源接口分別設(shè)置在機(jī)殼的兩側(cè)。

按上述技術(shù)方案，光柵尺的位移信號(hào)和壓力傳感器的壓力信號(hào)采用光電隔離輸入，通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)與模擬量同步輸出。單片機(jī)的通道間同步誤差小于2ns，總采樣頻率不低于100k。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：解決了船舶軸承安裝工藝中，儀器及環(huán)境對(duì)數(shù)據(jù)采集干擾大，數(shù)據(jù)采集耗時(shí)長(zhǎng)的缺點(diǎn)，本發(fā)明軸系頂升數(shù)據(jù)采集及處理裝置達(dá)到了減小儀器及環(huán)境對(duì)數(shù)據(jù)采集的影響，方便快速地采集數(shù)據(jù)的效果。

附圖說(shuō)明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例軸系頂升數(shù)據(jù)采集及處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為信號(hào)采集系統(tǒng)輸入接口示意圖；

圖3為光柵尺安裝示意圖；

圖4為壓力傳感器安裝示意圖；

附圖中的標(biāo)記為：1-信號(hào)采集系統(tǒng)，2-光柵尺，3-壓力傳感器，4-數(shù)據(jù)線，11-電源控制主板，12-集線器、13-單片機(jī)，14-光柵尺輸入接口，15-壓力傳感器輸入接口，16-usb輸出接口，17-電源接口，20-光柵尺數(shù)據(jù)線，21-壓力傳感器數(shù)據(jù)線。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實(shí)施例中，提供一種軸系頂升數(shù)據(jù)采集及處理裝置，包括光柵尺、壓力傳感器和信號(hào)采集系統(tǒng)，光柵尺由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭組成，標(biāo)尺光柵固定在軸承的上端面，千斤頂置于軸承的正下方，壓力傳感器固定在千斤頂?shù)捻敳?，壓力傳感器的位置處于?biāo)尺光柵的正下方，光柵尺的位移信號(hào)和壓力傳感器的壓力信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)線傳入信號(hào)采集系統(tǒng)進(jìn) 行降噪處理及放大處理，再將處理后信號(hào)傳入外接計(jì)算機(jī)。配合相應(yīng)軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)繪圖處理，由計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)處理及記錄，分析出上升線、下降線和平均線，生成頂舉曲線，得出當(dāng)前軸承的位移量及負(fù)荷。

進(jìn)一步地，所述降噪處理具體為，信號(hào)采集系統(tǒng)將每次采樣得到的位移信號(hào)和壓力信號(hào)數(shù)據(jù)先進(jìn)行限幅處理,再送入隊(duì)列進(jìn)行遞推平均濾波處理。鑒于船廠工作條件差，對(duì)數(shù)據(jù)采集干擾大，本發(fā)明選用限幅平均濾波法達(dá)到降噪濾波的目的，每次采樣到的位移信號(hào)和壓力信號(hào)數(shù)據(jù)先進(jìn)行限幅處理,再送入隊(duì)列進(jìn)行遞推平均濾波處理。該方法融合了兩種濾波法的優(yōu)點(diǎn)，不僅能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾，并且對(duì)周期性干擾有良好的抑制作用,平滑度高，對(duì)于偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾,可消除由其所引起的采樣值偏差。在經(jīng)過(guò)濾波后，能量有所損失，故通過(guò)差分放大器將信號(hào)放大。通過(guò)usb接口將數(shù)據(jù)導(dǎo)入外接計(jì)算機(jī)。配合相應(yīng)軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)繪圖處理，得出當(dāng)前軸承的位移量及負(fù)荷。

本發(fā)明實(shí)施例中，進(jìn)一步地，信號(hào)采集系統(tǒng)包括電源控制主板、單片機(jī)、光柵尺輸入接口、壓力傳感器輸入接口、usb輸出接口、電源接口、電源開(kāi)關(guān)、機(jī)殼，電源控制主板、單片機(jī)固定于機(jī)殼內(nèi)部，電源接口與電源控制主板連接，電源控制主板為信號(hào)采集系統(tǒng)提供電力，機(jī)殼上設(shè)置光柵尺輸入接口和壓力傳感器輸入接口，光柵尺的輸出端與光柵尺輸入接口的一端連接，壓力傳感器的輸出端與壓力傳感器輸入接口的一端連接，光柵尺輸入接口的另一端、壓力傳感器輸入接口的另一端分別與單片機(jī)的輸入端連接，單片機(jī)的輸出端通過(guò)usb輸出接口與外接計(jì)算機(jī)連接。

進(jìn)一步地，usb輸出接口、電源開(kāi)關(guān)和電源接口分別設(shè)置在機(jī)殼的兩側(cè)。

其中，光柵尺輸入接口、壓力傳感器輸入接口可以設(shè)置多組，方便信號(hào)采集系統(tǒng)同時(shí)采集多組位移信號(hào)和壓力信號(hào)數(shù)據(jù)。單片機(jī)實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的信號(hào)降噪調(diào)理以及將輸入信號(hào)放大等功能，最后實(shí)現(xiàn)模擬量同步輸出，通過(guò)usb輸出接口將數(shù)據(jù)輸出。信號(hào)采集系統(tǒng)中還包括集線器，集線器固定于機(jī)殼內(nèi)部。

本發(fā)明實(shí)施例中，進(jìn)一步地，光柵尺的位移信號(hào)和壓力傳感器的壓力信號(hào)采用光電隔離輸入，通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)與模擬量同步輸出。單片機(jī)的通道間同步誤差小于2ns，總采樣頻率不低于100k。

本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，提供一種軸系頂升數(shù)據(jù)采集及處理裝置，如圖1-圖4所示， 包括光柵尺、壓力傳感器和信號(hào)采集系統(tǒng)。信號(hào)采集系統(tǒng)包括電源控制主板11、單片機(jī)13、光柵尺輸入接口14、壓力傳感器輸入接口15、usb輸出接口16、電源接口17、電源開(kāi)關(guān)、機(jī)殼，電源控制主板、單片機(jī)固定于機(jī)殼內(nèi)部，電源接口與電源控制主板連接，電源控制主板為信號(hào)采集系統(tǒng)提供電力，機(jī)殼上設(shè)置光柵尺輸入接口和壓力傳感器輸入接口，光柵尺的輸出端與光柵尺輸入接口的一端連接，壓力傳感器的輸出端與壓力傳感器輸入接口的一端連接，光柵尺輸入接口的另一端、壓力傳感器輸入接口的另一端分別與單片機(jī)的輸入端連接，單片機(jī)的輸出端通過(guò)usb輸出接口與外接計(jì)算機(jī)連接。由光柵尺2和壓力傳感器3將位移信號(hào)和壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)線4，由光柵尺輸入接口14和壓力傳感器接口15輸入信號(hào)采集系統(tǒng)1，其中各輸入線路先經(jīng)過(guò)集線器12(集線器在此處起到固定線路的作用)，之后再通過(guò)信號(hào)采集系統(tǒng)的單片機(jī)13對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪濾波及放大處理，通過(guò)程序編寫(xiě)，利用c語(yǔ)言以及基于windowsxp及以上平臺(tái)，將單片機(jī)的處理系統(tǒng)分為多個(gè)模塊，分別執(zhí)行濾波處理、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和放大輸出等不同功能，本發(fā)明實(shí)施例中包括4路光柵尺輸入(ttl)，6路ad輸入且采樣精度不低于16位。通道間同步誤差小于2ns，總采樣頻率不低于100k。最終，將兩組或多組同時(shí)采集的位移信號(hào)和壓力信號(hào)數(shù)據(jù)以數(shù)字化信號(hào)的形式同步輸出，通過(guò)usb輸出接口將數(shù)據(jù)導(dǎo)入外接計(jì)算機(jī)對(duì)應(yīng)的軟件系統(tǒng)，從而達(dá)到了采集頂升試驗(yàn)所需參數(shù)并以數(shù)字化的形式顯示出測(cè)量值這一目的，減小儀器及環(huán)境對(duì)數(shù)據(jù)采集的影響，方便快速的采集數(shù)據(jù)的效果。光柵尺2通過(guò)光柵尺數(shù)據(jù)線20將信號(hào)輸出，經(jīng)光柵尺輸入接口14輸入信號(hào)采集系統(tǒng)1。壓力傳感器3能夠測(cè)得軸承的實(shí)際負(fù)荷，通過(guò)壓力傳感器數(shù)據(jù)線21將信號(hào)輸出，經(jīng)壓力傳感器輸入接口15輸入信號(hào)采集系統(tǒng)1。

其中，如圖1所示，光柵尺2固定在軸承上，使其與壓力傳感器3、千斤頂在同一垂線上。壓力傳感器3放置在千斤頂上，上表面與軸承接觸，壓力直接作用在膜片上使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使壓力傳感器的電阻發(fā)生變化，壓力傳感器通過(guò)壓力傳感器數(shù)據(jù)線21，將信號(hào)傳入信號(hào)采集系統(tǒng)，如圖4所示。在實(shí)際頂舉測(cè)試時(shí)，壓力傳感器和光柵尺的精度將直接影響繪圖和計(jì)算結(jié)果的精度，故采用靈敏度較高的光柵尺和壓力傳感器，以保證該系統(tǒng)的精度。并且該壓力傳感器和光柵尺體積小，能適用于船艙內(nèi)的測(cè)量，能適應(yīng)惡劣的環(huán)境，并同時(shí)有效地將信號(hào)輸入信號(hào)采集系統(tǒng)，是信號(hào)采集系統(tǒng)必不可少的配件。

將壓力和位移數(shù)據(jù)采集到外接計(jì)算機(jī)中，直接利用計(jì)算機(jī)來(lái)生成頂舉曲線，生成曲線速度快，精度高，能為船舶軸系合理安裝提供準(zhǔn)確依據(jù)。減小由儀器精度以及人工讀數(shù)所帶來(lái)的誤差對(duì)所得的實(shí)際負(fù)荷的影響，快速測(cè)量當(dāng)前軸承所處狀態(tài)。將被測(cè)參數(shù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成可直接觀測(cè)指示或者等效信息。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。