专利名称：霍尔磁电航速传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属电子——机械传感技术类。
远洋船舶因要随时确定船位，故要装设长期测量航速和航程的仪器，这些仪器采用各种传感器，有拖曳式、转轮式、水压式和电磁式等。随着电子技术的发展，电磁式传感器后来居上，且由模拟量型发展到数字脉冲量型，美国专利US－4644－788A所披露的是一种由霍尔效应装置组成的固体电磁传感器。桨轮由非晶体磁性材料构成，桨边被磁化以提供交替的南北极，桨轮可旋转地安装在船尾构架上，桨轮在水中转动，其转速与船舶的航行速度成正比；安装在靠近支撑部件的霍尔效应装置感应此正比于航速的交替变化的电磁场，随之产生一个交替变化的电信号，亦与航速成正比，此电信号经放大传给船上合适的仪表上显示。但由于其桨轮(信号源)安装于船尾，船尾部的流场、流线都较紊乱，加之桨轮为滑动摩擦支承，故桨轮转动的均匀稳定性较差，因而这种航速传感器的测航速精度受到影响。
内河及沿海中小型船舶营运航行时，不需要装设长期测量航速和航程的仪器，但在交船前的航行试验中必须进行航速测定。目前我国内河及沿海船舶在交船前的航行试验中，没有统一定型的仪器直接测量，而是采用电铃或电磁计数器、马表标杆等简单仪器，用“跑标”法间接测量，这种方法既费时、费功，且误差相当大。当然可以采用上述US－4644－788A所披露的传感器，但它必须在造船时安装，且结构复杂，作为交船前试航测速，这种传感器安装不便，且精度不够理想。
本发明的目的是为了使用一种仪器，能达到快速、简便、准确、直接、集中地完成中小型船舶航行试验中。关于主机、螺旋桨转速和船舶航速、回转半径与时间、惯性距离与时间等重要数据的测定，从而根本上改变现在内河及沿海中小型船舶航行试验中的落后状态，SHC－I数字航测仪满足了这一要求，而这一航测仪的最关键部件——航速传感器是本实用新型所述传感器，且克服了US－4644－788A所述传感器的弊端。本实用新型不必在造船时安装，它是通过测量杆可随时在现场装于任何一个被试船上。
本实用新型航速传感器，包括旋桨〔1〕、桨轴套〔2〕、固定轴〔27〕、磁钢〔25〕、隔磁片〔26〕、霍尔敏感元件〔24〕、导电杆〔9〕、绝缘环〔13、16〕、集电环〔14〕、引线柱〔15、18、20〕等；其特征在于霍尔敏感元件为中心内置式，即霍尔敏感元件〔24〕嵌装在
图1B－B截面处固定轴〔27〕的U型槽中，并被隔磁片三面包围着，仅敏感面呈径向地且向外对着桨轴套〔2〕中的旋转磁钢的磁极。磁钢〔25〕为多个均匀分布的径向磁钢。这种磁钢以4～12为好，由于径向均匀分布(中间由隔磁片隔开)，所以其旋转磁场为径向内射型旋转磁场，且为间隔均匀、同极性的，磁钢的安装方法如图1B－B所示，多个磁钢均匀分布地嵌在桨轴套〔2〕的槽中，其南北极的轴线通过固定轴〔27〕的中心，构成为对固定轴的中心呈向内的射线状态。桨轴套由精密球轴承〔5〕可转动地支承于固定轴上。固定轴中霍尔敏感元件静止不动，当磁钢随旋桨〔1〕和桨轴套〔2〕绕固定轴〔27〕旋转时，霍尔敏感元件被旋转的径向磁场切割，便产生与航速成正比的脉冲电信号。这种结构不仅使传感装置结构紧凑、尺寸小，而且经霍尔固体组件输出的信号为一系列矩形脉冲，其幅值大，故抗干扰能力强。隔磁片限制磁钢的有效作用区间，保证电磁变换信号与航速之间的正确可靠的比例关系。
本实用新型航速传感器的固定轴〔27〕的头部由双绝缘环〔13、16〕集电环〔14〕、导电杆〔9〕等构成，以带锥形状和弹性开口状为好。这样可保证固定轴在身架中及引线柱〔15、18〕处易拆装。在此装配处，增加一个密封圈，则可提高旋桨轴头部的密封和绝缘效果，又使旋桨与轴间摩擦系数不受外界影响，提高脉冲信号电平幅值。
本实用新型航速传感器的引线柱〔15〕对于集电环〔14〕最好为弹性压紧自动定位结构，且旋桨〔1〕、桨轴套〔2〕最好由精密滚动轴承支持在固定轴〔27〕上，这种结构可以减少摩擦，提高传感器的低速灵敏度和改善高速线性度。
本实用新型传感器由于其结构简单，安装使用方便，信号传递可靠，脉冲频率幅值大，抗干扰能力强，便于远距离传送和接收，输出信号为数字脉冲，便于数字化处理，可方便地与其它数字化仪表相接，频率与航速成正比，脉冲个数与航程成正比，因而不仅可测航速，还可作惯性试验、回转试验等多种用途。本实用新型由于不必在造船时安装，它可以选择流场、流线均较好的地方，使传感器所受兴波紊流和附壁效应的影响最小，从而提高传感器和整个测量仪的测量精度。
附图1为本实用新型所述传感器的结构图，图2为图1的A－A剖面视图，图3为图1的B－B剖面视图。图中代号如下1.旋桨2.桨轴套3.外衬套4.内衬套5.球轴承6.反牙螺套7.导电座8.绝缘座9.导电杆10.身架体11.绝缘管12.密封圈13.绝缘环14.集电环15.接线柱组件A16.锥度绝缘环17.导电杆插孔18.接线柱组件B19.绝缘隔套
20.接线柱C21.压紧螺母22.地螺丝23.印制板24.霍尔敏感元件25.径向磁钢26.隔磁片27.固定轴28.固轴螺丝附图4为本实用新型的实施例之一——SHC－I数字测航仪测试主电路框图。图中代号如下1..航速传感器2.脉冲滤波器3.整形触发器4.分频器5.窄脉冲输出器6.展宽滤波触发器7.微分器8.数字／模拟变换器9.放大跟随器10.标定器11.航速数显表12.时钟信号发生器13.分效器14.窄脉冲输出器15.计时、计程、计算控制16.单片微电脑17.计时、计程数显表采用本实用新型所述传感器，再配以各种集成电路、数字式接收表、转速传感器及脉冲盘等所组成的SHC－I数字测航仪，其技术性能如下1.航速测量传感器允许量程0～40km／h接收仪显示量程0～199.9km／h线性精度小于±0.3％(FRS)系统测量精度小于±1.0％(FRS)响应时间小于2S2.航程、惯性及回转半径测量航程、惯性及回转圈量程0～99999m航程、惯性及回转圈显示精度±1m
航程、惯性距离、回转半径测量精度小于±1.5％回转圈至回转半径计算自动回转半径显示精度至小数2位3.主机及螺旋桨轴转速测量显示量程0～1999r／min传感器量程不小于100KHz线性精度小于±0.3％(FRS)系统测量精度小于±0.5％(FRS)响应时间小于2S若将上述各组件再配以油耗传感器、滤器等可完成其它相应数据的快速测定，如主机燃油消耗测量显示量程一次连续0～99.999L或0～99.999kg传感器量程目前为2～40L／h油耗容积至重量计算自动测量精度±1.0～2.0％这些数据可对营运中的中小型船舶的节能控制和管理，提供依据。
本实用新型传感器和SHC－I数测仪已在武汉市船检所进行过实船试用，性能良好，达到设计要求。
本实用新型传感器亦可用于水文测量，如测定水流速度等。
权利要求1.航速传感器，包括旋桨[1]、桨轴套[2]、固定轴[27]、磁钢[25]、隔磁片[26]、霍尔敏感元件[24]、导电杆[9]、绝缘环[13、16]、集电环[14]、引线柱[15、18、20]，其特征在于霍尔敏感元件为中心内置式，霍尔敏感元件嵌装在固定轴[27]的U型槽中，被隔磁片三面包围着，仅敏感面呈径向对着磁钢的磁极，磁钢[25]为多个均匀分布的径向磁钢。
2.根据权利要求1所述的航速传感器，其特征在于绝缘环〔13、16〕集电环〔14〕、导电杆〔9〕置于固定轴〔27〕的头部，轴头为锥形且呈弹性开口状。
3.根据权利要求1或2所述的航速传感器，其特征在于固定轴〔27〕与身架〔10〕装配处设置密封圈〔12〕。
4.根据权利要求1所述的航速传感器，其特征在于引线柱〔15〕对于集电环〔14〕为弹性压紧自动定位结构。
5.根据权利要求1所述的航速传感器，其特征在于旋桨〔1〕、桨轴套〔2〕由精密滚动轴承支持于固定轴〔27〕上。
专利摘要本实用新型属电子—机械传感技术类。本实用新型所述传感器由旋桨、轴套、隔磁片、中心内置式霍尔敏感元件和多个均匀分布的径向磁钢等组成，其结构简单、安装方便。本实用新型与相应电路配合，较好地解决了自动测量螺旋桨转速、船舶航速、回转试验的回转半径和时间、惯性距离和时间等重要数据，开辟了航测的新途径。本实用新型还可作水文测量等用。
文档编号G01P3/42GK2062449SQ8921737
公开日1990年9月19日 申请日期1989年9月27日 优先权日1989年9月27日
发明者陈明昭 申请人:武汉水运工程学院