專利名稱：霍爾磁電航速傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬電子——機(jī)械傳感技術(shù)類。
遠(yuǎn)洋船舶因要隨時確定船位，故要裝設(shè)長期測量航速和航程的儀器，這些儀器采用各種傳感器，有拖曳式、轉(zhuǎn)輪式、水壓式和電磁式等。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電磁式傳感器后來居上，且由模擬量型發(fā)展到數(shù)字脈沖量型，美國專利US－4644－788A所披露的是一種由霍爾效應(yīng)裝置組成的固體電磁傳感器。槳輪由非晶體磁性材料構(gòu)成，槳邊被磁化以提供交替的南北極，槳輪可旋轉(zhuǎn)地安裝在船尾構(gòu)架上，槳輪在水中轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)速與船舶的航行速度成正比；安裝在靠近支撐部件的霍爾效應(yīng)裝置感應(yīng)此正比于航速的交替變化的電磁場，隨之產(chǎn)生一個交替變化的電信號，亦與航速成正比，此電信號經(jīng)放大傳給船上合適的儀表上顯示。但由于其槳輪(信號源)安裝于船尾，船尾部的流場、流線都較紊亂，加之槳輪為滑動摩擦支承，故槳輪轉(zhuǎn)動的均勻穩(wěn)定性較差，因而這種航速傳感器的測航速精度受到影響。
內(nèi)河及沿海中小型船舶營運(yùn)航行時，不需要裝設(shè)長期測量航速和航程的儀器，但在交船前的航行試驗(yàn)中必須進(jìn)行航速測定。目前我國內(nèi)河及沿海船舶在交船前的航行試驗(yàn)中，沒有統(tǒng)一定型的儀器直接測量，而是采用電鈴或電磁計(jì)數(shù)器、馬表標(biāo)桿等簡單儀器，用“跑標(biāo)”法間接測量，這種方法既費(fèi)時、費(fèi)功，且誤差相當(dāng)大。當(dāng)然可以采用上述US－4644－788A所披露的傳感器，但它必須在造船時安裝，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，作為交船前試航測速，這種傳感器安裝不便，且精度不夠理想。
本發(fā)明的目的是為了使用一種儀器，能達(dá)到快速、簡便、準(zhǔn)確、直接、集中地完成中小型船舶航行試驗(yàn)中。關(guān)于主機(jī)、螺旋槳轉(zhuǎn)速和船舶航速、回轉(zhuǎn)半徑與時間、慣性距離與時間等重要數(shù)據(jù)的測定，從而根本上改變現(xiàn)在內(nèi)河及沿海中小型船舶航行試驗(yàn)中的落后狀態(tài)，SHC－I數(shù)字航測儀滿足了這一要求，而這一航測儀的最關(guān)鍵部件——航速傳感器是本實(shí)用新型所述傳感器，且克服了US－4644－788A所述傳感器的弊端。本實(shí)用新型不必在造船時安裝，它是通過測量桿可隨時在現(xiàn)場裝于任何一個被試船上。
本實(shí)用新型航速傳感器，包括旋槳〔1〕、槳軸套〔2〕、固定軸〔27〕、磁鋼〔25〕、隔磁片〔26〕、霍爾敏感元件〔24〕、導(dǎo)電桿〔9〕、絕緣環(huán)〔13、16〕、集電環(huán)〔14〕、引線柱〔15、18、20〕等；其特征在于霍爾敏感元件為中心內(nèi)置式，即霍爾敏感元件〔24〕嵌裝在

圖1B－B截面處固定軸〔27〕的U型槽中，并被隔磁片三面包圍著，僅敏感面呈徑向地且向外對著槳軸套〔2〕中的旋轉(zhuǎn)磁鋼的磁極。磁鋼〔25〕為多個均勻分布的徑向磁鋼。這種磁鋼以4～12為好，由于徑向均勻分布(中間由隔磁片隔開)，所以其旋轉(zhuǎn)磁場為徑向內(nèi)射型旋轉(zhuǎn)磁場，且為間隔均勻、同極性的，磁鋼的安裝方法如圖1B－B所示，多個磁鋼均勻分布地嵌在槳軸套〔2〕的槽中，其南北極的軸線通過固定軸〔27〕的中心，構(gòu)成為對固定軸的中心呈向內(nèi)的射線狀態(tài)。槳軸套由精密球軸承〔5〕可轉(zhuǎn)動地支承于固定軸上。固定軸中霍爾敏感元件靜止不動，當(dāng)磁鋼隨旋槳〔1〕和槳軸套〔2〕繞固定軸〔27〕旋轉(zhuǎn)時，霍爾敏感元件被旋轉(zhuǎn)的徑向磁場切割，便產(chǎn)生與航速成正比的脈沖電信號。這種結(jié)構(gòu)不僅使傳感裝置結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小，而且經(jīng)霍爾固體組件輸出的信號為一系列矩形脈沖，其幅值大，故抗干擾能力強(qiáng)。隔磁片限制磁鋼的有效作用區(qū)間，保證電磁變換信號與航速之間的正確可靠的比例關(guān)系。
本實(shí)用新型航速傳感器的固定軸〔27〕的頭部由雙絕緣環(huán)〔13、16〕集電環(huán)〔14〕、導(dǎo)電桿〔9〕等構(gòu)成，以帶錐形狀和彈性開口狀為好。這樣可保證固定軸在身架中及引線柱〔15、18〕處易拆裝。在此裝配處，增加一個密封圈，則可提高旋槳軸頭部的密封和絕緣效果，又使旋槳與軸間摩擦系數(shù)不受外界影響，提高脈沖信號電平幅值。
本實(shí)用新型航速傳感器的引線柱〔15〕對于集電環(huán)〔14〕最好為彈性壓緊自動定位結(jié)構(gòu)，且旋槳〔1〕、槳軸套〔2〕最好由精密滾動軸承支持在固定軸〔27〕上，這種結(jié)構(gòu)可以減少摩擦，提高傳感器的低速靈敏度和改善高速線性度。
本實(shí)用新型傳感器由于其結(jié)構(gòu)簡單，安裝使用方便，信號傳遞可靠，脈沖頻率幅值大，抗干擾能力強(qiáng)，便于遠(yuǎn)距離傳送和接收，輸出信號為數(shù)字脈沖，便于數(shù)字化處理，可方便地與其它數(shù)字化儀表相接，頻率與航速成正比，脈沖個數(shù)與航程成正比，因而不僅可測航速，還可作慣性試驗(yàn)、回轉(zhuǎn)試驗(yàn)等多種用途。本實(shí)用新型由于不必在造船時安裝，它可以選擇流場、流線均較好的地方，使傳感器所受興波紊流和附壁效應(yīng)的影響最小，從而提高傳感器和整個測量儀的測量精度。
附圖1為本實(shí)用新型所述傳感器的結(jié)構(gòu)圖，圖2為圖1的A－A剖面視圖，圖3為圖1的B－B剖面視圖。圖中代號如下1.旋槳2.槳軸套3.外襯套4.內(nèi)襯套5.球軸承6.反牙螺套7.導(dǎo)電座8.絕緣座9.導(dǎo)電桿10.身架體11.絕緣管12.密封圈13.絕緣環(huán)14.集電環(huán)15.接線柱組件A16.錐度絕緣環(huán)17.導(dǎo)電桿插孔18.接線柱組件B19.絕緣隔套
20.接線柱C21.壓緊螺母22.地螺絲23.印制板24.霍爾敏感元件25.徑向磁鋼26.隔磁片27.固定軸28.固軸螺絲附圖4為本實(shí)用新型的實(shí)施例之一——SHC－I數(shù)字測航儀測試主電路框圖。圖中代號如下1..航速傳感器2.脈沖濾波器3.整形觸發(fā)器4.分頻器5.窄脈沖輸出器6.展寬濾波觸發(fā)器7.微分器8.數(shù)字／模擬變換器9.放大跟隨器10.標(biāo)定器11.航速數(shù)顯表12.時鐘信號發(fā)生器13.分效器14.窄脈沖輸出器15.計(jì)時、計(jì)程、計(jì)算控制16.單片微電腦17.計(jì)時、計(jì)程數(shù)顯表采用本實(shí)用新型所述傳感器，再配以各種集成電路、數(shù)字式接收表、轉(zhuǎn)速傳感器及脈沖盤等所組成的SHC－I數(shù)字測航儀，其技術(shù)性能如下1.航速測量傳感器允許量程0～40km／h接收儀顯示量程0～199.9km／h線性精度小于±0.3％(FRS)系統(tǒng)測量精度小于±1.0％(FRS)響應(yīng)時間小于2S2.航程、慣性及回轉(zhuǎn)半徑測量航程、慣性及回轉(zhuǎn)圈量程0～99999m航程、慣性及回轉(zhuǎn)圈顯示精度±1m
航程、慣性距離、回轉(zhuǎn)半徑測量精度小于±1.5％回轉(zhuǎn)圈至回轉(zhuǎn)半徑計(jì)算自動回轉(zhuǎn)半徑顯示精度至小數(shù)2位3.主機(jī)及螺旋槳軸轉(zhuǎn)速測量顯示量程0～1999r／min傳感器量程不小于100KHz線性精度小于±0.3％(FRS)系統(tǒng)測量精度小于±0.5％(FRS)響應(yīng)時間小于2S若將上述各組件再配以油耗傳感器、濾器等可完成其它相應(yīng)數(shù)據(jù)的快速測定，如主機(jī)燃油消耗測量顯示量程一次連續(xù)0～99.999L或0～99.999kg傳感器量程目前為2～40L／h油耗容積至重量計(jì)算自動測量精度±1.0～2.0％這些數(shù)據(jù)可對營運(yùn)中的中小型船舶的節(jié)能控制和管理，提供依據(jù)。
本實(shí)用新型傳感器和SHC－I數(shù)測儀已在武漢市船檢所進(jìn)行過實(shí)船試用，性能良好，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
本實(shí)用新型傳感器亦可用于水文測量，如測定水流速度等。
權(quán)利要求1.航速傳感器，包括旋槳[1]、槳軸套[2]、固定軸[27]、磁鋼[25]、隔磁片[26]、霍爾敏感元件[24]、導(dǎo)電桿[9]、絕緣環(huán)[13、16]、集電環(huán)[14]、引線柱[15、18、20]，其特征在于霍爾敏感元件為中心內(nèi)置式，霍爾敏感元件嵌裝在固定軸[27]的U型槽中，被隔磁片三面包圍著，僅敏感面呈徑向?qū)χ配摰拇艠O，磁鋼[25]為多個均勻分布的徑向磁鋼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航速傳感器，其特征在于絕緣環(huán)〔13、16〕集電環(huán)〔14〕、導(dǎo)電桿〔9〕置于固定軸〔27〕的頭部，軸頭為錐形且呈彈性開口狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的航速傳感器，其特征在于固定軸〔27〕與身架〔10〕裝配處設(shè)置密封圈〔12〕。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航速傳感器，其特征在于引線柱〔15〕對于集電環(huán)〔14〕為彈性壓緊自動定位結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航速傳感器，其特征在于旋槳〔1〕、槳軸套〔2〕由精密滾動軸承支持于固定軸〔27〕上。
專利摘要本實(shí)用新型屬電子—機(jī)械傳感技術(shù)類。本實(shí)用新型所述傳感器由旋槳、軸套、隔磁片、中心內(nèi)置式霍爾敏感元件和多個均勻分布的徑向磁鋼等組成，其結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便。本實(shí)用新型與相應(yīng)電路配合，較好地解決了自動測量螺旋槳轉(zhuǎn)速、船舶航速、回轉(zhuǎn)試驗(yàn)的回轉(zhuǎn)半徑和時間、慣性距離和時間等重要數(shù)據(jù)，開辟了航測的新途徑。本實(shí)用新型還可作水文測量等用。
文檔編號G01P3/42GK2062449SQ8921737
公開日1990年9月19日 申請日期1989年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1989年9月27日
發(fā)明者陳明昭 申請人:武漢水運(yùn)工程學(xué)院