船舶軸系動(dòng)力作為船舶航行動(dòng)力的輸出源，其軸功率測量對掌握船舶運行狀態(tài)和性能具有重要的意義。目前船舶軸系軸功率測量是通過(guò)間接測量軸系的輸出扭矩和轉速得到，其中轉速測量技術(shù)已經(jīng)相當成熟，因而扭矩測量技術(shù)對軸功率測量精度有很大的影響。

一應變片式軸功率測量原理及方法

　　以電阻應變片為測量元件進(jìn)行船舶軸功率測量，是目前船舶行業(yè)應用非常廣泛的一種扭矩測量方法。該測量系統由扭矩遙測儀、光電式轉速傳感器、數據采集系統和便攜式計算機組成。利用金屬良好的延展性制成很薄和電阻為定值的金屬片即應變片，粘貼在被測軸系的光滑表面上，當應力作用于被測軸系上后，被測軸的表面就會(huì )在扭力作用下產(chǎn)生變形，應力傳遞到應變片，受拉壓力應力應變片的電阻發(fā)生與被測軸表面變形成正比的變化，因此被測軸的變形量就可以通過(guò)測量應變片電阻的變化量來(lái)實(shí)現，進(jìn)而軸系的扭矩值也就可以測量出來(lái)，應變片在安裝時(shí)，沿扭矩軸中心線(xiàn)45°f方便粘貼四個(gè)應變片，組成全橋式電路。

圖1 電阻應變片粘貼方式和電路示意圖

　　應變片式測量?jì)x的尺寸小、使用范圍廣、測量精度高，結構簡(jiǎn)單，不僅適合于靜態(tài)測量而且適合于短時(shí)動(dòng)態(tài)測量。但由于該傳感器信號發(fā)射器和供電電池必須與應變片一同安裝固定在轉軸上，所以就給安裝帶來(lái)了一定的難度，其測量時(shí)間受到蓄電池供電能力的影響，不適合長(cháng)時(shí)間監測，且其信號在傳輸時(shí)易受測試環(huán)境溫度、濕度、粘貼技術(shù)及粘貼劑的干擾，會(huì )對測量準確度造成影響。

二鋼弦式軸功率測量原理及方法

　　鋼弦式船舶軸功率測量方法是另外一種重要的測量方法，鋼弦通過(guò)卡環(huán)安裝在被測軸上，當應力作用于被測軸上時(shí)，軸表面產(chǎn)生變形，就會(huì )拉緊或放松鋼弦，從而鋼弦自身頻率發(fā)生變化，進(jìn)而可以間接測得軸系扭矩。一根長(cháng)為 的鋼弦，當前所受張力為T(mén)，則其固有頻率為：

　　式中表示單位長(cháng)度鋼弦的質(zhì)量。

　　鋼弦的張力在被測軸受到的扭矩作用下產(chǎn)生變化，進(jìn)而引起鋼弦振動(dòng)頻率的變化，頻率的變化量通過(guò)磁電式變換器轉換為電信號。鋼弦與永久磁鋼間的間隙在鋼弦發(fā)生振動(dòng)的情況下發(fā)生變化，從而磁路的磁阻發(fā)生了改變，進(jìn)而感應電動(dòng)勢在線(xiàn)圈中產(chǎn)生，其頻率即鋼弦振動(dòng)頻率，經(jīng)放大器放大后電壓信號被輸出測量。

　　鋼弦法工作穩定、性能可靠、測量精度高，對于船舶主機等可以快速地進(jìn)行高質(zhì)量的測試。但設備較為笨重，攜帶、安裝不方便、且測量易受到環(huán)境因素的影響。此外，鋼弦式測量?jì)x的調試時(shí)間較長(cháng)，準備工作需要花較長(cháng)時(shí)間，不適合做快速測量;另外鋼弦式測試儀重量、尺寸較大，安裝后易對構件的工作狀態(tài)和應力分布造成一定的影響，所以不適合測量較細的軸。

三光柵法軸功率測試方法

　　光柵式軸功率測試由兩個(gè)光電碼盤(pán)、兩個(gè)光電傳感器、控制器組成，光電碼盤(pán)由兩個(gè)半圓環(huán)拼接而成，電傳感器安裝在固定的支架上，保證兩個(gè)光電傳感器與被測軸的軸心線(xiàn)在同一個(gè)平面上。兩個(gè)光電碼盤(pán)安裝在軸的兩橫截面上，以檢測軸的扭轉角，它們隨軸一起轉動(dòng)，光電碼盤(pán)上的遮擋齒或者通光孔掃過(guò)光電傳感器會(huì )周期性的遮擋和打開(kāi)光電開(kāi)關(guān)上光電檢測器與發(fā)光二極管之間的光路，觸發(fā)光電傳感器產(chǎn)生連續的光脈沖輸出，對應的光電開(kāi)關(guān)的輸出是同周期的低電平和高電平的脈沖。

圖2 光柵正視圖與側視圖

　　光柵法能對扭矩、轉速、軸功率進(jìn)行瞬時(shí)和長(cháng)時(shí)間實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監測，及時(shí)反映軸系運行狀態(tài)，提前預測主機、軸系故障的發(fā)生，提高設備利用率，降低維修費用。并且性能可靠，響應速度快，抗干擾能力和環(huán)境的適應性強，既可以測量軸上單點(diǎn)的功率值，也可測量軸上多段的功率值。

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