船舶柴油机曲轴臂距差电子测量仪的研制

量 的场 合被广 泛应用 ．
［ 收稿 日期 ］２０ ０ ９一ｌ 一 ９ ｌ ０ ［ 回 日期 ］２ １ ０ ｏ 修 ０ ０－ ３一 ９ ［ 基金项 目］厦门市科技计划项 目 （５ ２ ２ ０ ３２ ） ３ ０ Ｚ ０７ ０ １
［ 作者简介 ］郑 和东 （９５ ） １８一 ，男 ，硕士生 ， 从事现代轮机管理方 向的研究 ．
片 ，理论上 的精度设 计要求 是 １ ｍ．
２ 臂距 差 数 字显 示 测量 仪 的 软件 设 计
系统的软件 流程 图如 图 ２所 示． 曲轴臂距 差 电子 测量仪采 用 ５ １系列 的一 款单片机 作为控 制核 心． 由于具 有 ４组 ＩＯ口 ，要控制 １８４液 晶 、Ｄ １Ｃ ８ ／ ， ２６ Ｓ２ ８７实时 时钟 芯 片 、键 盘 、Ａ Ｄ转换 芯 片等 多个模 ／ 块 ，因此 采用 总线 操作方 式控制 ．最终 完成数 据采集 、模数转换 、存 储 、键 盘 、打 印及数字 显示等功 能模块 的协调和 控制．
工 具基本 上是传 统 的机 械式拐档 表 ．测量臂 距差必 须在 船舶进 港装 卸货或抛 锚时进 行 ，轮 机员要钻 到
曲轴箱内安装拐档表 ，盘车至不同的角度进行人工读数 ，工作效率低且存在一定危险．海军工程大学 刘伯 运等利用 线 阵 Ｃ Ｄ来 测量 曲轴臂距 差 … ，采 用激光 和线 阵 Ｃ Ｄ构成测 量系 统 ，该方 法虽然 提 高 Ｃ Ｃ
［ 文章编号］１０ ７ ０ （０ ０ ０ ０ ６ ０ ０ ７— ４ ５ ２ １ ）５－ ３ ９－ ３
船舶 柴 油机 曲轴臂 距 差 电子测 量 仪 的研 制
郑和 东，林金表 ，蔡振雄 ，腾 宪斌 ，李寒林
（ 集美大学轮机７ 程学院，福建 厦ｆ ３ １２ ） － － － ６０ １ １
［ 摘要］为 了解决用传统的拐档表测量臂距 差费时 、操 作不方便 而且测量数据不 精确 的问题 ，提出一 种以单片机为处理芯片的数 字显示测量仪方案．选定差 动变压器为 传感部分 ，同时设 计 了仪器 的硬件与 软 件 ．经 曲轴臂距差测量实验得知 ，本仪器较传 统测量方法速度更快 ，准确度更高 ，并且实现了数据 的存储 、
过，而在此频率范围外的信号衰减很大 ，从而提高系统信噪比 （ 信号与噪声的比值） ．
１４ 信号 的 Ａ Ｄ转换 ． ／
传感器采集到的模拟信号经上述几个过程处理后就可以送入 Ｋ Ｄ芯 片进行模数转换了，因为单 ／
片机 无法直 接处理模 拟量 的信号而 只能 处理 二进 制 的数 字信 号 ，因此 必须 对 信号 进行 Ａ Ｄ转换 ．综 ／ 合考 虑传感 器 的测量 范 围、测 量仪 的精 度设 计 要求 以及数 据 转换 的速 度 ，选定 ｌ ２位 的 Ａ Ｄ转 换 芯 ／
显示 、打印 、通讯等 功能．
［ 关键词 ］船舶柴 油机 ；曲轴臂距差 ；检测 仪
【 中图分类号 】Ｕ ６ ４２ ６ ． １ ［ 文献标志码］Ａ
Ｏ 引言
曲轴是船舶柴油机的重要部件 ，形状复杂 ，加工制造技术要求高．曲轴臂距差 ，也称作拐档差 ， 是两曲柄臂之间在曲柄销位于上、下止点或左、右位置时两曲臂间的距离之差 ，曲轴臂距差的变化能 够表明曲轴轴线 的变化趋势．曲轴工作状态的好坏直接影响柴油机运转的可靠性和使用寿命．因此定 期准确 测量 曲轴 臂距差 是非 常有必要 的． 目前 ，在 曲轴 的安 装 、修理 以及 对营运 船舶 柴油机 曲轴 及轴 系的检查过 程 中 ，测量 曲轴臂距差 的
证运 放性能 的对称 ，其 内部 电阻满 足对 称条 件 ，即：
Ｒ ＝ ，Ｒ ＝Ｒ ，Ｒ ＝ 可变 电阻 Ｇ用来调 节差 。 ５ ６ ， Ｒ．
图 １ 信 号放 大 电路
Ｆｇ． Ｓｉｎ ｌ ｍｐｉ ｉｇｃｒｕｔ ｉ１ ｇ ａ ａ ｌｙｎ ｉ ｉ ｆ ｃ
模电压 的增益大小 ຫໍສະໝຸດ ．其增益为： 第ｌ ５卷 第 ５期
２１ ０ ０年 ９月
集美大学学报 （ 自然科 学版 ）
Ｊｕｎｌ ｆ ｉ ｅ Ｕ ｉ ｒｉ （ ａ ｒｌ ｃ ｎｅ ｏｒａ ｏ ｍ ｉ ｎｖ ｓｙ Ｎ ｔ ａ Ｓｉ ｃ ） Ｊ ｅ ｔ ｕ ｅ
Ｖ０． ５ Ｎ ． １ １ ｏ ５ Ｓｐ ００ ｅ ．２ １
统的控制中心 ，通过对系统软件的设计使它能完成对测量信号的处理、存储 、显示、数据通信、打印 等功能 ，系统选 用单 片机作 为控制核 心 ，主要 由位移 传 感 器 、相敏 检 波 电路 、放大 电路 、滤 波 电路 、 Ａ Ｄ转换 电路等 几个部 分组成 ． ／
１ １ 移传 感器 ．
・
３ ０・ ７
集美大学学报 （ 自然科学版）
第１ ５卷
１２ 信 号的放 大电路 ．
该测量仪采用图 １ 所示 的电路对信号进行放大
处理 ，该电路对 微 小 的差 模 电压 非 常 敏 感 ，具 有很
强的共模信号抑制能力 ，放大 电路 由 ３个运算放大
器组成 ．
为 了获得 足 够大 的共模 抑 制 比 ，电路 中需 要 保
该检测仪采用差动变压器式位移传感器 Ｌ Ｄ （ ｉ ａ Ｖ ｒ ｂ ｉ ｒ ｔｌ ｒ ｓ ｒ ｅ）作为测量 Ｖ Ｔ Ｌ ｅｒ ａａｌ Ｄｆ ｅ ｉ ａ ｆｍ ｒ ｎ ｉ ｅ ｅ ｎａＴ ｎｏ
位移 的传感器 ，Ｌ Ｄ Ｖ Ｔ是一种线 圈 互感 随衔 铁位移 变化 的变磁 阻式传 感 器 ，可将 被测 位移 量转换 为传 感线 圈的互感 系数变 化量 ．差 动变压 器 具 有结 构 简 单 、灵 敏 度 高和测 量 范 围广 等 优 点 ，在 位 移测
了测 量 的精确 度 ，但 实船使 用还 有待进 一步 的研究 ． 因此 有必 要设计一 款高精 度 、测量便 捷的数字显
示测 量工具 ．
１ 臂 距 差 电子测 量 仪硬 件设 计
曲轴臂距 差检测 仪 的核 心部件 是微控 制器 ，采用 一款 当前应 用 比较 广泛 的 ５ １系 列单 片机 作 为系
＝
Ｖ／ 一 ）＝Ｒ （ ｏ（ ５ １＋（ ＋Ｒ ）Ｒ ）Ｒ ． Ｒ ２／ ｃ／ ，
１３ 滤 波电路 的设计 ．
传感 器的工作 环境 往往是 比较复 杂和恶 劣 的 ，在 进行信号 的模拟 量转换 为数字量 之前 ，必 须采取 滤波措施 ，将杂散 的干扰信 号抑制 掉 ，选 出有 用频率 的信号 ，使 一定 频率范 围 内的大 部分信号 都能通