一种用于舰船轴系及艉部振动的实时监测系统和方法与流程

本发明属于船舶振动测量与监测技术领域，具体涉及一种用于舰船轴系及艉部振动的实时监测系统和方法。

背景技术：

舰船在航行时，如果激振力异常会导致轴系及艉部结构剧烈振动，严重的会导致推进轴系损伤、减速齿轮装置故障、中间轴承磨损等故障，影响船舶正常运行。这些故障信息一般都带有具有明显的振动特征，可以通过监测振动进行有效的辨识。据统计，仅在2016年一年之间，就发生了多起由于轴系螺旋桨缠绕、海生物滋生以及异物附着造成舰船轴系振动异常导致的事故，实船测试、维修测试、进坞测试等故障排查方法不仅效率低，还浪费了大量的资源。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种用于舰船轴系及艉部振动的实时监测系统和方法，对舰船的轴系及艉部振动状态进行实时监测采集分析，减少资源消耗，缩短分析周期。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种用于舰船轴系及艉部振动的实时监测系统，包括箱体、显示屏、控制模块、存储模块和传感器；箱体内部固定有控制模块和存储模块，箱体表面固定有显示屏；控制模块的信号输入端与传感器的信号输出端连接，控制模块的信号输出端与显示屏的信号输入端连接，控制模块的信号收发端分别与存储模块的信号收发端和上位机的信号收发端连接；控制模块用于接收和分析传感器发送的数据、管理存储模块的数据、与上位机进行数据交换以及向显示屏发送显示数据；存储模块用于存储控制模块发送的数据，显示屏用于显示控制模块发送的显示数据，传感器用于敏感舰船轴系及艉部的物理信号并转换成电信号发送给控制模块。

按上述方案，控制模块包括控制器和运算器，控制器的信号收发端与运算器的信号收发端连接；存储模块采用多个存储器进行冗余备份设置。

按上述方案，传感器包括加速度传感器和电涡流传感器；加速度传感器用于测量被测物体的振动加速度并将采集到的信号发送给控制模块，电涡流传感器用于测量被测物体的振动状态并将采集到的信号发送给控制模块。

按上述方案，还包括风扇，固定在箱体内部，用于强制排风散热；箱体设有hdmi接口、uart-485接口、uart-232接口、usb接口、网口、电源接口、电源开关和风扇通风口。

进一步的，显示屏、控制模块和存储模块的电源输入端与电源接口、电源开关和电源的输出端依次串联；显示屏外部固定有透明的保护罩。

按上述方案，还包括信号采集箱和信号接线盒；控制模块的信号输入端与信号采集箱的信号输出端连接，信号采集箱的信号输入端与信号接线盒的信号输出端连接，信号接线盒的信号输入端与传感器的信号输出端连接；信号采集箱用于接收传感器的信号并发送给控制模块，信号接线盒用于集中、整理传感器的信号线。

一种用于舰船轴系及艉部振动的实时监测方法，包含以下步骤：

步骤s1：将传感器固定在舰船的轴系及艉部的测点部位，将实时监测系统固定在舰船舱室的侧壁上；将传感器的信号线与实时监测系统连接，实时监测系统通过数据线与上位机连接，通过电源线与电源连接；打开电源并给实时监测系统上电；

步骤s2：传感器将信号发送到实时监测系统，实时监测系统收到信号后存储数据；

步骤s3：实时监测系统对收到的数据进行实时分析并显示结果，对异常进行预报警及故障诊断；

步骤s4：实时监测系统判断是否收到上位机命令，若收到则向上位机发送指定数据并从步骤s2循环；若未收到则直接从步骤s2循环。

进一步的，在所述步骤s2中，具体步骤为：

步骤s21：传感器监测舰船的轴系和艉部的加速度和振动状态，并将信号数据发送到实时监测系统的控制模块；

步骤s22：控制模块收到数据后比较数据量与存储模块的剩余空间的大小，若数据量大于剩余空间，则按存储模块中数据的存储日期的时间顺序轮询覆盖旧有数据；若数据量小于等于剩余空间，则将数据存入存储模块。

进一步的，在所述步骤s3中，具体步骤为：

步骤s31：控制模块对步骤s2中收到的数据进行实时分析；

步骤s32：控制模块判断步骤s32中得到的分析结果是否异常，若异常则比对舰船的健康状态数据并判断异常原因，控制模块向显示屏发送报警信息；若正常则控制模块向显示屏发送显示数据。

本发明的有益效果为：

1.本发明的一种用于舰船轴系及艉部振动的实时监测系统和方法通过实时监测采集分析舰船轴系及艉部的振动信号，有效掌握舰船正常运行状态特征，便于快速定位故障原因，为舰船健康安全运行提供保障，为舰船的使用、维护、修理和保障提供支撑。

2.本发明实现了对舰船振动状态的实时监测与诊断分析，减少了消耗的人力物力，缩短了分析周期。

3.本发明实现了舰船轴系及艉部结构振动监测、轴系回旋振动监测、轴系扭转振动监测和轴系纵向振动监测等多个功能，通过多种方式对舰船轴系的运行状态进行实时监控，扩大了数据信息量，健全了分析功能。

附图说明

图1是本发明实施例的系统连接图。

图2是本发明实施例的俯视图。

图3是本发明实施例的主视图。

图4是本发明实施例的后视图。

图5是本发明实施例的左视图。

图6是本发明实施例的流程图。

图中：1.箱体；2.多点触控显示屏；3.显示屏玻璃保护罩；4.数据线缆接口；5.hdmi接口；6.uart-485接口；7.uart-232接口；8.usb主接口；9.usb从接口；10.网口；11.电源接口；12.电源开关；13.风扇通风口；101.信号采集箱；201.实时监测系统；301.振动监测辅助装置；401.信号接线盒；501.加速度传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1，本发明的实施例包括实时监测系统201、信号采集箱101、信号接线盒401、加速度传感器501和装有电涡流传感器的振动监测辅助装置301。

参见图2至图5，实时监测系统201包括箱体1，以及固定在箱体1内部的控制模块和存储模块，箱体1的表面固定有多点触控显示屏2，多点触控显示屏2的外部固定有透明的显示屏玻璃保护罩3；箱体1的侧面设有数据线缆接口4、hdmi接口5、uart-485接口6、uart-232接口7、usb主接口8、usb从接口9、网口10、电源接口11、电源开关12和风扇通风口13。

控制模块的信号输入端与信号采集箱101的信号输出端连接，信号采集箱101的信号输入端与信号接线盒401的信号输出端、振动监测辅助装置301的信号输出端连接，信号接线盒401的信号输入端与加速度传感器501的信号输出端连接。信号接线盒401用于集中、整理加速度传感器501的信号线；信号采集箱101用于对收到的传感器信号进行实时采集，并将采集到的信号发送给控制模块；加速度传感器501用于测量振动加速度，电涡流传感器用于测量振动状态。

控制模块的信号输出端与多点触控显示屏2的信号输入端连接，控制模块的信号收发端分别与存储模块的信号收发端和上位机的信号收发端连接，用于接收和分析加速度传感器501和电涡流传感器发送的数据、管理存储模块的数据、与上位机进行数据交换以及向多点触控显示屏2发送显示数据；控制模块采用dsp+arm系统架构，通过芯片的处理能力突破了实时频谱分析和振动测试数据可视化分析技术，实现了对舰船艉部测点的频域1/3oct和线谱实时分析显示功能，使其对轴系实时监测数据的分析功能更加丰富，综合分析结果更加有效。

存储模块采用双磁盘备份阵列存储，用于以数据库的形式存储收到的数据，在上位机有分析需求时将数据库导出并通过上位机软件读取分析，满足数据的加密和安全性要求。由于舰船的轴系振动数据存储量大且需要长时间保存，存储模块将采集数据存储在不同的数据库，当硬盘存储容量不足时轮询旧数据覆盖新数据，延长了数据的保存时间，避免了存储空间不足时需要频繁导出数据的问题。存储模块中设有异常数据库，通过分析舰船运行的长期数据提取噪声异常特征，当舰船振动噪声出现异常时，实时监测系统迅速捕捉状态异常信息，定位状态异常的位置并进行细化采集，为噪声问题的细化分析提供依据。

多点触控显示屏2用于显示控制模块发送的显示数据；风扇用于强制排风散热。多点触控显示屏2、控制模块和存储模块的电源输入端与电源接口11、电源开关12、电源的输出端串联。

参见图6，一种用于舰船轴系及艉部振动的实时监测方法，包含以下步骤：

步骤s1：将若干加速度传感器501固定在舰船的轴系及艉部的测点部位，将两台装有电涡流传感器的振动监测辅助装置301对称固定在舰船的后辅机舱待测轴段，将实时监测系统201和信号采集箱101固定在舰船舱室的侧壁上；将各加速度传感器501和振动监测辅助装置301中的电涡流传感器的信号输出端经由信号接线盒401穿舱集线与信号采集箱101的信号输入端连接，信号采集箱101的信号输出端经由实时监测系统201的箱体1的数据线缆接口4与控制模块连接，实时监测系统201通过数据线与上位机连接，通过电源线与电源连接；打开电源开关12并给实时监测系统201上电；

步骤s2：各加速度传感器501和振动监测辅助装置301中的电涡流传感器将信号发送到实时监测系统201，实时监测系统201收到信号后存储数据：

步骤s21：各加速度传感器501和振动监测辅助装置301中的电涡流传感器监测舰船的轴系和艉部的加速度和振动状态，并将信号数据发送到实时监测系统201的控制模块；

步骤s22：控制模块收到数据后比较数据量与存储模块的剩余空间的大小，若数据量大于剩余空间，则按存储模块中数据的存储日期的时间顺序轮询覆盖旧有数据；若数据量小于等于剩余空间，则将数据存入存储模块。

步骤s3：实时监测系统对201收到的数据进行实时分析并显示结果，对异常进行预报警及故障诊断：

步骤s31：控制模块对步骤s2中收到的数据进行实时分析；

步骤s32：控制模块通过存储模块的异常数据库的异常数据标准判断步骤s32中得到的分析结果是否异常，若异常则比对舰船的健康状态数据并判断异常原因，控制模块向多点触控显示屏2发送报警信息，提醒维护人员排查振动异常部位的故障，便于维护人员尽快查找故障原因；若正常则控制模块向多点触控显示屏2发送显示数据。

步骤s4：实时监测系统201判断是否收到上位机命令，若收到则向上位机发送指定数据并从步骤s2循环；若未收到则直接从步骤s2循环。

综上所述，本发明的一种用于舰船轴系及艉部振动的实时监测系统和方法应用在有轴系及艉部振动监测需求的待监测舰船上，通过准确掌握和评估舰船服役期间轴系及艉部结构振动状态，实时监测及显示不同结构部位和设备的振动状态，实现了舰船轴系及艉部结构振动监测、轴系回旋振动监测、轴系扭转振动监测和轴系纵向振动监测等多种监测功能，及时发现故障或异常，避免了出现故障或异常后临时开展测试分析带来信息不全、状态不及时等问题。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。