船舶軸系動力作為船舶航行動力的輸出源，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間接測量軸系的輸出扭矩和轉速得到，其中轉速測量技術已經(jīng)相當成熟，因而扭矩測量技術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(tǒng)由扭矩遙測儀、光電式轉速傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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，被測軸的表面就會在扭力作用下產生變形，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測量應變片電阻的變化量來實現(xiàn)，進而軸系的扭矩值也就可以測量出來，應變片在安裝時，沿扭矩軸中心線45°f方便粘貼四個應變片，組成全橋式電路。

圖1 電阻應變片粘貼方式和電路示意圖

應變片式測量儀的尺寸小、使用范圍廣、測量精度高，結構簡單，不僅適合于靜態(tài)測量而且適合于短時動態(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，所以就給安裝帶來了一定的難度，其測量時間受到蓄電池供電能力的影響，不適合長時間監(jiān)測，且其信號在傳輸時易受測試環(huán)境溫度、濕度、粘貼技術及粘貼劑的干擾，會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，鋼弦通過卡環(huán)安裝在被測軸上，當應力作用于被測軸上時，軸表面產生變形，就會拉緊或放松鋼弦，從而鋼弦自身頻率發(fā)生變化，進而可以間接測得軸系扭矩。一根長為 的鋼弦，當前所受張力為T，則其固有頻率為：

式中d表示單位長度鋼弦的質量。

鋼弦的張力在被測軸受到的扭矩作用下產生變化，進而引起鋼弦振動頻率的變化，頻率的變化量通過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)生振動的情況下發(fā)生變化，從而磁路的磁阻發(fā)生了改變，進而感應電動勢在線圈中產生，其頻率即鋼弦振動頻率，經(jīng)放大器放大后電壓信號被輸出測量。

鋼弦法工作穩(wěn)定、性能可靠、測量精度高，對于船舶主機等可以快速地進行高質量的測試。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，鋼弦式測量儀的調試時間較長，準備工作需要花較長時間，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光電碼盤、兩個光電傳感器、控制器組成，光電碼盤由兩個半圓環(huán)拼接而成，電傳感器安裝在固定的支架上，保證兩個光電傳感器與被測軸的軸心線在同一個平面上。兩個光電碼盤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，光電碼盤上的遮擋齒或者通光孔掃過光電傳感器會周期性的遮擋和打開光電開關上光電檢測器與發(fā)光二極管之間的光路，觸發(fā)光電傳感器產生連續(xù)的光脈沖輸出，對應的光電開關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、軸功率進行瞬時和長時間實時動態(tài)監(jiān)測，及時反映軸系運行狀態(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的功率值，也可測量軸上多段的功率值。