Телеметрический комплекс технического диагностирования судового валопровода
TELEMETRY COMPLEX OF TECHNICAL DIAGNOSTICS OF THE SHIP'S SHAFT LINE

Изобретение относится к обеспечению испытаний, измерению колебаний, вибраций, деформаций и температур, возникающих на частях системы судового валопровода.
Известен беспроводной датчик крутильных колебаний, содержащий корпус с электронным блоком, радиопередатчик и тензомост, отличающийся тем, что он дополнительно содержит микроконтроллер с программным обеспечением и аналого-цифровым преобразователем, соединенным с тензомостом и оснащенным Bluetooth интерфейсом, сопряженным с компьютером, а также литиево-ионный аккумулятор, соединенный с микроконтроллером (патент RU №69992, 2008 г.). Недостатком беспроводного датчика является конструктивная невозможность измерения вибраций и деформаций изгиба, что влияет на точность получаемых результатов, а также малая автономность.
Наиболее близким по технической сути и совокупности признаков является цифровой бесконтактный многоканальный телеметрический комплекс состоящий из измерительного блока, статорного блока, блока приема и регистрации, питания и средств визуализации, при этом измерительный блок выполнен в виде компактных модулей на основе 8-слойных гибких плат, залитых высокопрочными компаундами, работающих в диапазоне температур от минус 50 до +125 градусов и выдерживающих центростремительное ускорение до 40000 g и вибрации до 150 g, причем каждый измерительный модуль имеет дублированные высокочастотные каналы передачи данных, а антенная система позволяет одновременное подключение 16 передающих устройств с суммарной пропускной способностью на комплекс не менее 200 МБит/сек, с динамическим диапазоном каналов тензометрирования до 60 кГц и с неравномерностью амплитудно-частотной характеристики не более 0,5 дБ, дополнительно снабжен встроенной системой самодиагностики состояния датчиков и кабельных линий, а также возможностью переключения на резервные группы датчиков, при этом измерительный и статорный блоки оборудованы специальными экранированными антенными системами для использования маломощных высокочастотных передатчиков и систем индукционного питания при обеспечении электромагнитной совместимости комплекса. (патент RU №2688629, 2019 г.).
Недостатками данного цифрового бесконтактного многоканального телеметрического комплекса является невозможность резервного копирования данных при выходе из строя антенной системы, отсутствие системы резервного электропитания измерительного блока и измерительных модулей невращающихся частей для подключения датчиков.
Техническая задача – создание телеметрического комплекса, позволяющего регистрировать параметры работы судового валопровода для технического диагностирования.
Технический результат – повышение эффективности работы устройства при его использовании.
Он достигается тем, что в известном устройстве, состоящем из измерительного блока, статорного блока, блока приема и регистрации, питания и средств визуализации, измерительный блок выполнен в виде компактных модулей на основе 8-слойных гибких плат, залитых высокопрочными компаундами, измерительный и статорный блоки оборудованы экранированными антенными системами для использования маломощных высокочастотных передатчиков и систем индукционного питания при обеспечении электромагнитной совместимости комплекса, при этом измерительный блок дополнительно оснащен  регистратором сигналов с твердотельным накопителем для записи данных измерительных модулей, вход которого соединен с выходом измерительных модулей и стабилизаторов, модулем связи Wi-Fi для передачи результатов измерений с измерительного блока на блок приема и регистрации, питания и средств визуализации, вход которого соединен с выходом регистратора сигналов, аккумуляторной батареей емкостью 65 000 мАч, электрически соединенной с регистратором сигналов, модулем связи Wi-Fi и измерительными модулями и стабилизаторами, а блок приема и регистрации, питания и средств визуализации оснащен измерительными модулями для подключения датчиков измерения параметров работы невращающихся частей объекта измерений и модулем усиления, согласования, управления и демодуляции сигналов, в котором реализована система самодиагностики и диагностики состояния датчиков и кабельных линий.
Установка регистратора сигналов в измерительном блоке устройства позволяет осуществлять запись сигналов на твердотельный накопитель, поступающих с измерительных модулей. Данное техническое решение позволяет осуществлять резервное копирование данных, проводить измерения в автономном режиме и осуществлять запись сигналов при обрыве или отсутствии связи антенной системы по радиоканалу.
Оснащение измерительного блока телеметрического комплекса модулем связи Wi-Fi с поддержкой технологии беспроводной сети позволяет передавать данные измерительных модулей с регистратора сигналов на блок приема и регистрации, питания и средств визуализации.
Аккумуляторная батарея, входящая в состав измерительного блока, позволит обеспечить подачу электроэнергии в измерительные модули, стабилизаторы, регистратор сигналов и модуль связи Wi-Fi. В случае проведения кратковременных испытаний аккумуляторная батарея может являться резервным источником питания и основным. Это позволит упростить технологию монтажа и повысить эффективность устройства.
Оснащение блока приема и регистрации, питания и средств визуализации измерительными модулями для подключения датчиков измерения параметров работы невращающихся частей объекта измерений позволит применить устройство в практике исследований работоспособности систем судового валопровода. Одновременное подключение тензорезисторов и акселерометров к измерительным модулям измерительного блока на вращающихся частях объекта измерений и стационарных датчиков, таких как виброметры и инфракрасные датчики температуры на невращающихся частях, позволит расширить область применения телеметрического комплекса в части технического диагностирования валопроводов.
Телеметрический комплекс технического диагностирования судового валопровода изображен схематично на чертеже (фиг.1). Устройство имеет: измерительный блок 1, содержащий ротор антенной системы (на чертеже не показан), в котором конструктивно закреплены высокочастотные антенны передачи данных и приемные антенны индукционного питания. В измерительном блоке 1 размещены контактные колодки антенн (на чертеже не показаны), измерительные модули и стабилизаторы питания 2, регистратор сигналов 3, модуль связи Wi-Fi 4 и аккумуляторная батарея 5. Соединение всех компонентов измерительного блока 1 выполняется одной объединительной платой, жестко закрепленной на испытываемом вале; статорный блок 6, содержащий держатель антенн 7, закрепленный на неподвижной части валопровода (на корпусе промежуточного подшипника, на чертеже не показан), в котором конструктивно закреплены принимающая высокочастотная антенна и передающая антенна для индукционной накачки питания (на чертеже не показаны); блок приема и регистрации, питания и средств визуализации 8, который имеет модуль усиления, согласования, управления и демодуляции сигналов 9, электрически соединенный с измерительными модулями невращающихся частей 10 и ЭВМ 11 (персональным компьютером оператора).
Телеметрический комплекс работает следующим образом. Измерительный блок 1 неподвижно закреплен на вращающейся части объекта измерений (вале). Измерительные модули и стабилизаторы 2 получают данные с датчиков и измерительных преобразователей (тензорезисторов, акселерометров, виброметров), закрепленных на вале, обрабатывают и фильтруют их.
Для хранения и резервного копирования данных измерений в измерительном блоке 1 дополнительно установлен регистратор сигналов 3, позволяющий записывать данные на твердотельный накопитель. Регистратор сигналов 3 может использоваться как замена высокочастотной антенной системы в случае необходимости проведения измерений в автономном режиме или при отсутствии связи по радиоканалу. В таком случае сигналы от измерительных модулей и стабилизаторов 2 будут передаваться по модулю связи Wi-Fi 4.
Электропитание измерительного блока 1 осуществляется антенной индукционного питания при обеспечении электромагнитной совместимости комплекса. В случае электромагнитной несовместимости комплекса, питание осуществляется от аккумуляторной батареи 5. Батарея может являться единственным источником питания, в случае проведения кратковременных испытаний или необходимости упрощения монтажа телеметрического комплекса в труднодоступных местах.
Компактность и прочность измерительного блока 1 обеспечена использованием специальной технологии монтажа на 8-ми слойных гибких платах и заливкой высокопрочными компаундами для достижения степени защиты оболочки IP67.
Данные измерений с измерительного блока 1 могут передаваться в цифровом виде по каналу высокочастотных антенн на статорный блок 6 с антенной системой, содержащей держатель антенн 7, в котором конструктивно закреплены принимающая высокочастотная антенна и передающая антенна для индукционной накачки питания (на чертеже не показаны). Статорный блок 6 электрически соединен с блоком приема и регистрации, питания и средств визуализации 8.
Блок приема и регистрации, питания и средств визуализации 8 оснащен модулем усиления, согласования, управления и демодуляции сигналов 9, в котором реализована система самодиагностики и диагностики состояния датчиков и кабельных линий и возможностью переключения на резервные группы датчиков при обнаружении повреждений.
Измерительные модули для невращающихся частей 10 электрически связаны с модулем усиления, согласования, управления и демодуляции сигналов 9 и позволяют подключать к комплексу проводные датчики высокой чувствительности, которые измеряют параметры невращающихся частей, например виброметры, инфракрасные датчики температуры, датчики частоты вращения вала.
Программное обеспечение на ЭВМ 11 (персональном компьютере оператора) управляет работой измерительных модулей и стабилизаторов 2, регистратора сигналов 3, модуля связи Wi-Fi 4 и обеспечивает непрерывную запись и передачу данных между блоками 1, 6 и 8, а также позволяет организовать сбор и обработку данных тензометрирования.
Перед началом измерений оператор неподвижно закрепляет все компоненты измерительного блока 1 на вале при помощи системы хомутов или клея, затем в непосредственной близости размещает на неподвижной части статорный блок 6 и взаимно ориентирует антенны передачи данных и антенны индукционного питания при помощи держателя антенн 7. Оператор подключает статорный блок 6 к блоку приема и регистрации, питания и средств визуализации 8, подключает питание,  осуществляет калибровку датчиков и проверку работоспособности телеметрического комплекса, после чего комплекс готов к эксплуатации. Оператор осуществляет инициализацию оборудования, запуск и окончание передачи данных, обработку результатов, визуализацию данных и экспорт.
Предлагаемая конструкция телеметрического комплекса позволяет подключать и снимать показания с датчиков и измерительных преобразователей (тензорезисторов, виброметров, инфракрасных датчиков температуры, датчиков частоты вращения и других) как на вращающихся частях объекта измерений, так и на стационарных, неподвижных. Применение антенной системы для передачи данных измерений и питания позволяет зарегистрировать динамические процессы во всем необходимом диапазоне частот. Резервирование данных на твердотельном накопителе и передача по радиоканалу Wi-Fi позволяет применить телеметрический комплекс для проведения ресурсных испытаний, исследований работоспособности систем судового валопровода и проведения торсиографирования. Конструкция телеметрического комплекса позволяет расширить диапазон его использования в части регистрации параметров работы вращающихся валов и неподвижных частей судового валопровода в разных условиях эксплуатации, а также технического диагностирования элементов судовых энергетических установок. Усовершенствованная конструкция комплекса позволяет обеспечить испытания и дополнительно осуществлять регистрацию сигналов при потере антенной связи и электропитания.
Положительный эффект предлагаемого устройства – предлагаемое устройство позволяет расширить диапазон использования телеметрического комплекса: регистрировать параметры работы подвижных и неподвижных частей системы судового валопровода для технического диагностирования.