基于自供电与无线数据传输的轴系监测系统设计

【摘要】：大型船舶作为我国海洋开发战略的重要一环,船舶的动力轴系安全运行是其安全保障的核心,这对于船舶轴系监测技术提出了越来越高的要求。目前轴系监测系统数据测量模块一直依赖外部电能的供应,当外部电能出现问题时无法对轴系工作状态进行有效监测,所以必须设计不依赖外部电能的轴系监测系统。本文为实现轴系监测系统不依赖外部供电,设计了基于自供电与无线数据传输的轴系监测系统,该系统包括电磁感应自供电系统,监测系统辅助电路,数据测量与无线数据传输系统。本文的主要工作内容如下:本文主要设计自供电轴系监测系统,针对当前扭矩测量、非接触电能供应和无线数据传输技术的方式、技术背景以及发展现状。为解决轴系监测系统测量数据依赖外部电能供应的问题,设计一款基于电磁感应自供电方式的轴系监测系统。基于电磁感应原理,设计了系统的自供电系统。通过研究永磁体的基本特性与绕组线圈的工作特性,对比不同材料相关参数,选择满足设计要求的永磁材料与线圈材质。对自供电系统建模,模拟船舶轴系工作状态,修改不同参数条件进行仿真,对比仿真结果,优化自供电模型,并对自供电系统的部分结构进行设计。为了利用自供电系统产生的感应电能,结合设计指标,设计整流稳压电路。对整流稳压电路进行仿真并进行实物测试,结果显示该电路可以将感应电能转化为工作电能。最后设计储能电路模块,通过实物测试,储能电路能够在工况下储存电能,在非工况下为工作电路供电。运用温度传感器、扭矩应变片、单片机等硬件设计了温度与扭矩监测模块,编写测量程序。连接模块进行测试,结果显示,该系统可以有效地测量温度、电压数据,并传输至上位机。最后测试实验台架验证系统效果。实验结果显示,轴系在工作转速下,自供电轴系监测系统能够实现自供电,满足设计要求;系统辅助电路能将感应电压稳定到工作电压,为工作电路提供电能;数据测量电路能准确测量轴系的温度与扭矩数据,自供电与无线数据传输轴系监测系统功能基本实现。