摘 要

在对动力机械传动系统进行评价时，轴功率是一个必测项目。出于对船舶运输经济性的考虑，必须保证船、机、桨的最佳匹配，所以必须对船舶轴系的轴功率进行实时的监测。本文基于虚拟仪器的轴功率测试仪能够利用尽可能低要求的通用设备，快速便捷的完成测试任务，且计算精度高，是一种便捷且性能优越的轴功率测试分析方法。本文中虚拟测试仪选用基于扭矩的应变测法和转速的光电测频法作为轴功率的测试方法。

本文在转速传感器和扭矩仪以及数据采集卡进行了合理适合的选型，在此基础上利用LabVIEW软件开发出一套能够实时测量轴转速、轴扭矩并计算轴功率的虚拟仪器软件，同时实现了实时记录所测信号曲线；实现存储信号的回放及分析等。本设计人机界面友好，软件使用简单可靠，测量及分析结果正确。

关键词：轴功率；数据采集；LabVIEW

Abstract

In the evaluation of the dynamic mechanical drive system, the shaft power is a necessary test item. For the consideration of ship transportation economy, it is necessary to ensure the best matching of ship, engine and propeller, so it is necessary to monitor the shaft power of the ship shafting in real time. Based on virtual instrument shaft power test instrument to use as much as possible low requirements of general equipment, fast and convenient completed test tasks and high calculation precision, is a kind of convenient and superior performance of the shaft power testing analysis methods. Virtual instrument in this paper adopts photoelectric torque measurement strain and speed frequency measurement method as test method based on shaft power.

The speed sensor and torque meter and data acquisition card to carry on the reasonable suitable selection, based on the LabVIEW software to develop a can real-time measurement of shaft speed and shaft torque and calculate shaft power of the virtual instrument software, and realize the real-time record the measured signal curve; signal storage playback and analysis. The man-machine interface is friendly, the software is simple and reliable, and the results of measurement and analysis are correct.

Key Words：shaft power; data acquisition; Lab VIEW

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1选题背景及意义 1

1.2 轴功率测量国内外研究现状分析 1

1.3本设计主要研究内容 3

第2章 轴功率的测量原理与方式比较 4

2.1．转速的测量原理及方式 4

2.1.1.磁电脉冲式 4

2.1.2霍尔效应式 5

2.1.3光电式 5

2.2.扭矩的测量原理及方式 6

2.2.1应变片法 6

2.2.3相位差法 8

2.3小结 9

第3章 传感器及数据采集卡的选型 10

3.1转速测量传感器选型 10

3.1.1工作原理 10

3.1.2 光电传感器测转速的优点 10

3.2扭矩测量遥测系统的选定 10

3.2.1扭矩遥测系统比较及选择 10

3.2.2 Torque Trak 10K扭矩遥测系统的构成与测量原理 12

3.3数据采集卡的选型 14

3.4小结 17

第4章 软件的开发与设计 18

4.1虚拟仪器测量技术现状简介 18

4.2轴功率的测量计算 19

4.3数据的实时采集与存储 23

4.4虚拟仪器轴功率的测试 23

4.5虚拟仪器的操作流程及界面设置与美化 29

第5章 结论与展望 30

参考文献 31

致 谢 33

第1章 绪论

1.1选题背景及意义

轴功率作为一个动力机械传动系统的评价测量项目，是必不可少且极其重要的。测量轴功率，一般情况下，可以通过扭矩测试仪和转速计分别测量出内燃机的扭矩和转速参数，得到扭矩转速的测量值后，再通过公式间接计算得出[1]。在内燃机，尤其是船舶主机领域，轴功率的测试，对于船体—主机—推进器之间的工作状态，三者之间的匹配状况，以及对其故障做出相应的诊断，都具有极其重要的意义[4]，当内燃机与螺旋桨不匹配的时候，不仅会违背设计初衷，不能够用满足设计之初对他功率的要求，而且，由于机浆不匹配，必然会浪费机械效率在上面，功率的浪费变相增加了船的负荷，经济性大大下降，也使得柴油机的服役时间大大缩短[4]。所以轴功率是检测性能之中不能或缺的一环。轴功率测试为检验动力传输性能与设计期望之间的差距提供重要依据，它对设备能否安全、可靠的工作有着非常重要的意义。

现有的仪器种类很多，在测量轴功率上，能够实现实时测量的却凤毛鳞次。尤其是在船舶内燃机中，高温、风、浪甚至于其他系统、机构、部件的工况对环境的反馈都会影响到轴功率的测量，船舶内燃机对于轴功率的检验，较之其他有着更高的期望。实现轴功率实时测量的难度相对更大，需求度也更高。但是测试技术随着不断进步的科学技术也在不断发展，现如今，轴功率测量技术不断进步改革，随之相应的学科交叉，测量新方式也不断涌现，利用虚拟仪器研发技术进行轴功率的实时测量，便是轴功率测量技术中的一个典型代表。

1.2 轴功率测量国内外研究现状分析

在内燃机轴功率测量领域，接触式是测量技术中的一个很大的局限性，尤其是之前的回转机械功率测量，在机械回转部分需要附加很多传感装置^[6]，例如滑环，信号发射模块，应变片等。这种测量方式，一方面使得前期准备繁琐复杂，工作量极大；另一方面，这些复杂烦乱的系统，直接导致测量的精度下降，测量费用增高，其准确性和经济性以及可靠性都大打折扣。一种新型测量方式亟待而出。

目前，国内外常见的船舶轴功率测量仪器如表1.1。