CN109406822B - 一种用于船舶对水测速的杆式平面集成传感器 - Google Patents

Abstract

一种用于船舶对水测速的杆式平面集成传感器，包括敏感头、杆体、联接件、衬套、把手和电连接器，所述敏感头包括敏感头壳体、杆式电极板、杆式电极、杆式励磁线圈组件、平面励磁线圈组件、平面电极板、平面电极，所述两个杆式电极板上各装有一个杆式电极，两电极分别位于杆式励磁线圈组件上下两侧；所述杆式励磁线圈组件包括上骨架、铁芯线圈、中骨架；所述平面电极板上装有两对平面电极，两对平面电极相对艏艉线方向呈X布局；所述平面励磁线圈组件包括内线圈、铁芯、外线圈；所述敏感头与把手之间设有杆体。励磁电流使得传感器两个励磁线圈组件产生交变磁场，来自敏感头两侧的杆式电极感应纵向航速，来自敏感头下端的两对平面电极感应两个方向的航速以供解算出纵向、横向两维航速。满足精确测速、安全测速及两维测速的要求。

Description

一种用于船舶对水测速的杆式平面集成传感器

技术领域

本发明涉及一种用于船舶对水测速的杆式平面集成传感器。

背景技术

传统的电磁计程仪传感器均为单杆式传感器或单平面传感器。单杆式传感器在舰船通过渔网区、码头等浅海区时，存在钩挂渔网、触碰异物的可能，会导致传感器损坏，故舰船在通过浅海区时一般会将杆式传感器收回，此时电磁计程仪无法提供正常的航速信息；平面传感器测速精度较杆式传感器稍差。如果将杆式传感器和平面传感器集成一体，当舰船在深海区航行时将传感器完全伸出，利用杆式电极能为舰船提供高精度的航速信息，当舰船在通过浅海区时将传感器收回至下端面与船底基本平齐或略有突出，利用平面电极为舰船提供稳定的航速信息。

传统的电磁计程仪测量纵向对水速度，舰艇机动旋回时航速方向与本舰纵向不一致，其测量的是实际航速的纵向分量，机动旋回的曲率半径不一致，航速纵向分量就不一样，导致计程仪误差特性不一样。如果将舰船航速分解为沿舰艇纵向和横向的两个分量，那么布置一对连线垂直于艏艉线的电极，就能感应纵向速度分量，这就是常用的一维测速用电磁传感器的情况。现有用于舰船对水测速的电磁传感器均采用单线圈双电极方式，不能满足舰船对横向速度测量的需求。显然，若增加一对电极，两对电极相对艏艉线方向呈X布局，就能感应横向速度分量。

发明内容

本发明其目的就在于提供一种用于船舶对水测速的杆式平面集成传感器，具有精确测速与安全测速两种不同的测速模式。舰船在深海区航行时传感器伸出到最大位置，由敏感头两侧的杆式电极测量高精度纵向速度，敏感头下端的平面电极测量横向速度，此时为精确测速模式；舰船在通过浅海区时传感器收回至下端面与船底基本平齐或略有突出，利用敏感头下端的平面电极实现纵横向测速，此时为安全测速模式。敏感头下端面的两组平面电极用于同时测取两个方向的相对海水的速度，提高传感器现场抗工频干扰能力和测速稳定性。设计中采用双线圈结构，并对磁场分布进行解读，确定双线圈组合方式和传感器磁场形成原理及分布特征，使磁场分布具有各向同性、同一励磁，满足两维测速的要求。

为实现上述目的而采取的技术方案是，一种用于船舶对水测速的杆式平面集成传感器，包括敏感头、杆体、联接件、衬套、把手和电连接器，所述敏感头包括敏感头壳体，敏感头壳体两侧设有杆式电极板、杆式电极，敏感头壳体内设有杆式励磁线圈组件，敏感头壳体一端设有平面励磁线圈组件、平面电极板和平面电极，所述两个杆式电极板上各装有一个杆式电极，两电极分别位于杆式励磁线圈组件上下两侧，所述平面电极板上装有两对平面电极， 两对平面电极相对艏艉线方向呈X布局；所述杆式励磁线圈组件包括上骨架、铁芯线圈、中骨架；所述平面励磁线圈组件包括内线圈、铁芯、和线圈；所述敏感头与把手之间设有杆体。

有益效果

与现有技术相比本发明具有以下优点。

本装置具有精确测速与安全测速两种不同的测速模式，舰船在深海区航行时传感器伸出到最大位置，采用精确测速模式以保证舰船测速的高精度；舰船在通过浅海区时传感器收回至下端面与船底基本平齐或略有突出，采用安全测速模式以保证舰船测速时传感器的安全性。

本装置用于同时测取两个方向的相对海水的速度，提高电磁传感器现场抗工频干扰能力和测速稳定性。设计中采用双线圈结构，并对磁场分布进行解读，确定双线圈组合方式和传感器磁场形成原理及分布特征，使磁场分布具有各向同性、同一励磁，满足两维测速的要求。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步详述。

图1为本装置结构示意剖视图；

图2为本装置结构示意主视图；

图3为本装置中敏感头结构示意剖视图；

图4为本装置中敏感头结构示意主视图；

图5为本装置中敏感头结构示意侧视图；

图6为本装置中杆式励磁线圈组件结构示意剖视图；

图7为本装置中平面励磁线圈组件结构示意剖视图。

具体实施方式

一种用于船舶对水测速的杆式平面集成传感器，包括敏感头1、杆体2、联接件3、衬套4、把手5和电连接器6，如图1～7所示，所述敏感头1包括敏感头壳体1-1，敏感头壳体1-1两侧设有杆式电极板1-2、杆式电极1-3，敏感头壳体1-1内设有杆式励磁线圈组件1-4，敏感头壳体1-1一端设有平面励磁线圈组件1-5、平面电极板1-6和平面电极1-7，所述两个杆式电极板1-2上各装有一个杆式电极1-3，两电极1-3分别位于杆式励磁线圈组件1-4上下两侧，所述平面电极板1-6上装有两对平面电极1-7，两对平面电极1-7相对艏艉线方向呈X布局；所述杆式励磁线圈组件1-4包括上骨架2-1、铁芯线圈2-2、中骨架2-3；所述平面励磁线圈组件1-5包括内线圈3-1、铁芯3-2、外线圈3-3；所述敏感头1与把手5之间设有杆体2。

所述杆式励磁线圈组件1-4采用上下双线圈设计，所述平面励磁线圈组件1-5采用内外双线圈设计，当杆式励磁线圈组件1-4与平面励磁线圈组件1-5串联工作时，磁场分布具有较宽的辐射范围，在相同磁场工作区域内取得更大的信号感应能力。

所述电连接器6采用水密电连接器。

实施例

杆式平面集成传感器具有两种测速模式。传感器伸出到最大位置时，由敏感头两侧的杆式电极1-2测量高精度纵向速度，敏感头下端的平面电极1-7测量横向速度，此时为精确测速模式；传感器收回至下端面与船底基本平齐或略有突出，利用敏感头下端的平面电极1-7实现纵横向测速，此时为安全测速模式。

本装置包括敏感头1、杆体2、联接件3、衬套4、把手5和电连接器6，如图1、图2所示；所述敏感头1包括敏感头壳体1-1、杆式电极板1-2、杆式电极1-3、杆式励磁线圈组件1-4、平面励磁线圈组件1-5、平面电极板1-6、平面电极1-7，如图3、图4、图5所示；所述两个杆式电极板1-2上各装有一个杆式电极1-3，两电极1-3分别位于杆式励磁线圈组件1-4两侧，所述平面电极板1-6上装有两对平面电极1-7， 两对平面电极1-7相对艏艉线方向呈X布局；所述杆式励磁线圈组件1-4包括上骨架2-1、铁芯线圈2-2、中骨架2-3，如图6所示；所述平面励磁线圈组件1-5包括内线圈3-1、铁芯3-2、外线圈3-3，如图7所示；所述敏感头1与把手5之间设有杆体2。

所述杆式励磁线圈组件1-4采用上下双铁芯线圈设计，所述平面励磁线圈组件1-5采用内外双线圈设计，当杆式励磁线圈组件中上下双铁芯线圈2-2串联工作、平面励磁线圈组件中内线圈3-1与外线圈3-3串联工作时，磁场分布具有较宽的辐射范围，在相同磁场工作区域内取得更大的信号感应能力。

本装置用于感测船舶相对于海水的纵向和横向速度信号，杆式平面集成传感器是基于法拉第电磁感应定律，当舰船运动时，海水切割磁力线，产生相对水流速度成比例的信号，杆式励磁线圈组件所产生的信号由两个杆式电极拾取，平面励磁线圈组件所产生的信号由四个平面电极拾取；杆式电极所拾取的速度信号为纵向速度信号，经过放大、解算处理后即可得到舰船相对海水的纵向航速；平面电极相对艏艉线方向呈X布局，两组电极均拾取纵向、横向速度分量，通过对该两组信号分别进行放大、解算处理后即可得到舰船相对海水的纵向、横向两维航速。

本装置由敏感头1、杆体2、联接件3、衬套4、把手5和电连接器6构成，如图1、图2所示：

所述敏感头1与杆体2之间采用O形密封圈及双头螺柱进行密封和固定，缺口处利用环氧树脂进行填充；联接件3和把手5、电连接器6均通过螺钉固定在杆体2上；衬套4通过螺钉固定在把手5上；电连接器6采用水密电连接器；

所述敏感头1主要由敏感头壳体1-1、杆式电极板1-2、杆式电极1-3、杆式励磁线圈组件1-4、平面励磁线圈组件1-5、平面电极板1-6、平面电极1-7等组成。利用敏感头壳体1-1上的孔及台阶对杆式励磁线圈组件1-4、平面励磁线圈组件1-5进行定位，并通过环氧树脂进行粘结和固化；敏感头壳体1-1和杆式电极板1-2密封面上采用“楔形”结构，对杆式电极板1-2进行定位及增加粘接面积，保证粘接质量；

所述两个杆式电极板1-2上分别装有一个杆式电极1-3，杆式电极1-3与杆式电极板1-2之间采用螺纹连接并通过环氧树脂进行粘接固化；

所述平面电极板1-6上装有两对平面电极1-7，两对平面电极相对艏艉线方向呈X布局，平面电极1-7与平面电极板1-6之间采用螺纹连接并通过环氧树脂进行粘接固化；

所述杆式励磁线圈组件1-4由上骨架2-1、铁芯线圈2-2（两个）、中骨架2-3组成，所述平面励磁线圈组件1-5由内线圈3-1、铁芯3-2、外线圈3-3组成。通过调整两杆式铁芯线圈或两平面铁芯线圈间的位置关系可以对线圈参数进行微调和控制，消除线圈绕制过程中的离散型，提高产品静态参数的一致性。

本发明的工作过程：

杆式平面集成传感器是基于法拉第电磁感应定律，励磁电流使得电磁传感器内置线圈组件产生交变磁场，当舰船运动时，海水切割磁力线，产生相对水流速度成比例的信号，杆式励磁线圈组件所产生的信号由两个杆式电极拾取，平面励磁线圈组件所产生的信号由四个平面电极拾取；杆式电极所拾取的速度信号为纵向速度信号，经过放大、解算处理后即可得到舰船相对海水的纵向航速；平面电极相对艏艉线方向呈X布局，两组电极均拾取纵向、横向速度分量，通过对该两组信号分别进行放大、解算处理后即可得到舰船相对海水的纵向、横向两维航速。

舰船在深海区航行时传感器伸出到最大位置，由敏感头两侧的杆式电极测量高精度纵向速度，敏感头下端的平面电极测量横向速度，此时为精确测速模式；舰船在通过浅海区时传感器收回至下端面与船底基本平齐或略有突出，利用敏感头下端的平面电极实现纵横向测速，此时为安全测速模式。

杆式电极1-3与杆式电极板1-2之间采用螺纹密封方式，电极在涂覆环氧树脂后与电极板进行紧固，提高电极部位性能；

根据所采用铁芯材料类型，对铁芯线圈2-2铁芯、铁芯3-2在纯氢气保护下进行热处理工艺，可以消除机械加工在铁芯线圈2-2铁芯、铁芯3-2边缘所产生的应力、从而恢复其磁性能、改善其时效性，提高铁芯线圈2-2铁芯、铁芯3-2的综合性能。

Claims (1)

1.一种用于船舶对水测速的杆式平面集成传感器，包括敏感头（1）、杆体（2）、联接件（3）、衬套（4）、把手（5）和电连接器（6），其特征在于，所述敏感头(1)包括敏感头壳体（1-1），敏感头壳体（1-1）两侧设有杆式电极板（1-2）、杆式电极（1-3），敏感头壳体（1-1）内设有杆式励磁线圈组件（1-4），敏感头壳体（1-1）一端设有平面励磁线圈组件（1-5）、平面电极板（1-6）和平面电极（1-7），所述两个杆式电极板（1-2）上各装有一个杆式电极（1-3），两电极（1-3）分别位于杆式励磁线圈组件（1-4）上下两侧，所述平面电极板（1-6）上装有两对平面电极（1-7），两对平面电极（1-7）相对艏艉线方向呈X布局；所述杆式励磁线圈组件（1-4）包括上骨架（2-1）、铁芯线圈（2-2）、中骨架（2-3）；所述平面励磁线圈组件（1-5）包括内线圈（3-1）、铁芯（3-2）、和线圈（3-3）；所述敏感头（1）与把手（5）之间设有杆体（2）；所述平面励磁线圈组件（1-5）采用内外双线圈设计，杆式励磁线圈组件（1-4）与平面励磁线圈组件（1-5）串联工作；所述电连接器（6）采用水密电连接器。