專利名稱：環(huán)型空間陣列非接觸式扭矩傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于環(huán)形空間陣列的扭矩傳感器的組成結(jié)構(gòu)和測(cè)量原理。具體涉及 環(huán)型空間陣列中磁性鋼球的尺寸和排列方式以及扭矩信號(hào)的耦合方法及信號(hào)處理方式。
背景技術(shù)：
在各類機(jī)械主軸傳動(dòng)系統(tǒng)中，扭矩是最能反映系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的典型機(jī)械量之一。通 過(guò)扭矩分析，可以獲得整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的性能參數(shù)。為此，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者都致力于扭矩 測(cè)量技術(shù)的研究。從物理學(xué)和材料力學(xué)出發(fā)，扭矩測(cè)量方法可以分為傳遞法、平衡力法 和能量轉(zhuǎn)換法三大類。在這三種扭矩測(cè)量方法中，傳遞法測(cè)量原理簡(jiǎn)單，儀器輕便，不 必對(duì)被測(cè)機(jī)器做大的改動(dòng)，因此目前較多地被采用，即根據(jù)彈性元件在傳遞扭矩時(shí)所產(chǎn) 生的物理參數(shù)的變化(變形、應(yīng)力或應(yīng)變)來(lái)測(cè)量其扭矩。
國(guó)外具有代表性的扭矩測(cè)量方法主要有如下幾種如70年代末日本提出一種基于 柵降遙測(cè)技術(shù)的扭矩測(cè)量原理。將扭矩變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙莸淖兓?，以電信?hào)形式輸出。這 種電容式傳感器受漏磁通的影響，靈敏度差且性能和精度受扭矩傳動(dòng)軸的制約，未能推 廣。80年代末西德提出一種扭矩測(cè)量方法，在被測(cè)軸上安裝兩個(gè)120齒的齒輪，傳感器 采用差動(dòng)板式霍耳試探電極，在齒頂觸發(fā)。通過(guò)測(cè)量軸的扭轉(zhuǎn)角，從而測(cè)出附加在一個(gè) 現(xiàn)成傳動(dòng)線路的扭矩。測(cè)量的最小扭轉(zhuǎn)角為±0.4° ，這種方法存在的問(wèn)題是檢測(cè)兩個(gè) 齒輪位相差的方法和精度較困難，不能滿足高靈敏度的扭矩測(cè)量的要求。90年代末日本 又提出了一種動(dòng)力傳遞軸的實(shí)時(shí)扭轉(zhuǎn)光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其原理是在被測(cè)軸上安裝兩個(gè)與軸 有相同曲率的曲面鏡，采用一對(duì)激光器，當(dāng)激光打在隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的鏡面上時(shí)，接收器 會(huì)同時(shí)接收到兩個(gè)脈沖信號(hào)。當(dāng)兩鏡面位于軸上同一軸線上時(shí)，兩個(gè)脈沖信號(hào)不存在時(shí) 間差，但如果有扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生，則會(huì)產(chǎn)生時(shí)間差，從而測(cè)量出扭轉(zhuǎn)角。該測(cè)量方法建立在激 光反射的基礎(chǔ)之上，最大的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量裝置簡(jiǎn)單，測(cè)量系統(tǒng)分辨率高，扭轉(zhuǎn)角分辨率高。 但因測(cè)量時(shí)受到被測(cè)軸上下抖動(dòng)、前后抖動(dòng)、鏡面反射角變化及軸向抖動(dòng)等因素的嚴(yán)重 影響，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。近幾年，有學(xué)者依據(jù)載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受電磁力作用的原 理，研制了一種磁致伸縮位移動(dòng)態(tài)扭矩傳感器，如TDK股份有限公司在2005年申請(qǐng)的中國(guó)專利(CN1673700)、日立電線株式會(huì)社在2006年申請(qǐng)的中國(guó)專利(CN1813177)等。 也有學(xué)者采用多普勒光學(xué)外差測(cè)量法，由高相干激光器發(fā)出激光投射到轉(zhuǎn)軸2個(gè)平行截 面4個(gè)點(diǎn)上，根據(jù)多普勒效應(yīng)測(cè)量?jī)蓚€(gè)截面的相對(duì)速度，經(jīng)過(guò)積分得到兩截面相對(duì)轉(zhuǎn)角， 最終實(shí)現(xiàn)扭矩的測(cè)量。但實(shí)現(xiàn)時(shí)要用兩套或多套解調(diào)電路，導(dǎo)致延遲時(shí)間不同而帶來(lái)誤 差，影響了扭矩測(cè)量精度。
國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)扭矩的測(cè)量也做了大量的研究。如清華大學(xué)研制的無(wú)線無(wú)源聲表面波
(SAW)扭矩傳感器；同濟(jì)大學(xué)設(shè)計(jì)的針對(duì)航天微型扭桿的應(yīng)變式扭矩測(cè)量傳感器；燕山
大學(xué)提出了非接觸多通道光電脈沖輸出式扭矩傳感器(CN1793807);重慶大學(xué)提出的一 種光柵式非接觸扭矩測(cè)量傳感器，核心部件采用玻璃計(jì)量圓光柵，具有精度高，分辨率 高、全光性、抗輻射能力強(qiáng)、抗電磁干擾等特點(diǎn)，可用于高精度機(jī)械傳動(dòng)主軸的扭矩， 但面對(duì)強(qiáng)沖擊、高溫、腐蝕、振動(dòng)大等惡劣條件下主軸傳動(dòng)系統(tǒng)扭矩測(cè)量顯得無(wú)能為力。
國(guó)內(nèi)外相關(guān)專利如下
CN1673700， 2005年,TDK股份有限公司;
CN1813177， 2006年，日立電線株式會(huì)社；
CN1793807， 2006年，燕山大學(xué)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外對(duì)強(qiáng)沖擊、高溫、腐蝕、振動(dòng)大等極端環(huán)境下機(jī)械轉(zhuǎn)軸扭矩 的測(cè)量仍無(wú)有效檢測(cè)方法的現(xiàn)狀，提出了一種基于球?qū)ΨQ特性和交流電磁感應(yīng)原理，采 用環(huán)型空間陣列和磁電式檢測(cè)器組成新型的非接觸式扭矩傳感器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械轉(zhuǎn)軸 扭矩的在線動(dòng)態(tài)測(cè)量。由于傳感器所有器件及電路元件均密封于機(jī)殼內(nèi)，因此它具有抗 電磁干擾、抗沖擊、耐振動(dòng)、防油、防塵等特點(diǎn)，可滿足極端環(huán)境下機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng) 態(tài)特性測(cè)量。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種非接觸式扭矩傳感器，該傳感器由環(huán)型空間陣列和磁電式檢測(cè)器組成，基于球 對(duì)稱特性和交流電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械轉(zhuǎn)軸扭矩的在線動(dòng)態(tài)測(cè)量；所述環(huán)型空間陣列 由一根環(huán)型的非磁性不銹鋼管和一定數(shù)目的磁性鋼球組成；所述磁性鋼球的尺寸及磁特
性相同，所述磁性鋼球單排緊密排列在所述非磁性不銹鋼管內(nèi)，從而形成一個(gè)環(huán)型空間 陣列；所述磁電式檢測(cè)器由鋁制外殼封裝而成，其內(nèi)部有線圈組、塑料骨架和信號(hào)處 理電路；所述塑料骨架安裝在鋁制外殼的內(nèi)壁上，所述線圈組由一個(gè)主線圈和四個(gè)次級(jí)線圈組成，主線圈和四個(gè)次級(jí)線圈按照設(shè)定間隔依次纏繞在所述塑料骨架上并環(huán)繞所述 空間陣列；所述信號(hào)處理電路的輸入分別與所述四個(gè)次級(jí)線圈的輸出相連；根據(jù)交流電 磁感應(yīng)原理，在主線圈上加上設(shè)定頻率和振幅的正弦信號(hào)，當(dāng)受測(cè)機(jī)械轉(zhuǎn)軸在扭矩的作 用下產(chǎn)生動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)角時(shí)，所述磁電式檢測(cè)器相對(duì)于環(huán)型空間陣列產(chǎn)生相應(yīng)的環(huán)型位移； 根據(jù)環(huán)型空間陣列內(nèi)部磁性鋼球的排列方式，所述主線圈與各次級(jí)線圈之間的互感系數(shù) 產(chǎn)生相應(yīng)的變化，所述信號(hào)處理電路采集所述四個(gè)次級(jí)線圈上產(chǎn)生相對(duì)于激勵(lì)信號(hào)的感 應(yīng)電壓信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理電路對(duì)所采集的感應(yīng)電壓信號(hào)的處理和計(jì)算，得到受測(cè)機(jī)械 轉(zhuǎn)軸的扭矩值，從而實(shí)現(xiàn)受測(cè)機(jī)械轉(zhuǎn)軸扭矩的測(cè)量。
本發(fā)明提出的環(huán)形空間陣列扭矩傳感器具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)
可利用本發(fā)明進(jìn)行動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)量，即可進(jìn)行隨時(shí)間而變化的扭矩量的實(shí)時(shí)測(cè)量；其 最突出的優(yōu)點(diǎn)是不再和光柵一樣使用玻璃材料而容易損壞和劃傷，它采用非接觸式測(cè) 量，將所有的電路元件密封于內(nèi)部，因此可以使得測(cè)量不受外部環(huán)境的制約；高達(dá)IP67 的使用環(huán)境防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)；不需要空氣凈化器；防塵、防水、防油；抗振動(dòng)和沖擊能力強(qiáng)； 抗電磁干擾能力強(qiáng)；長(zhǎng)時(shí)間工作的穩(wěn)定性和可靠性好從而降低日常維護(hù)費(fèi)用；安裝操作 方便；因?yàn)閭鞲衅鞑牧虾蜋C(jī)械轉(zhuǎn)軸的熱膨脹系數(shù)差幾乎為零，所以可以避免高溫環(huán)境引 起的熱膨脹誤差，提高測(cè)量精度；另外，由于本發(fā)明可以動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測(cè)量環(huán)型位移，若配 以適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)軟硬件，便可以測(cè)量機(jī)械轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速和角加速度；


圖l:本發(fā)明中傳感器的結(jié)構(gòu)平面圖； 圖2:本發(fā)明中傳感器的俯視圖3:本發(fā)明中線圈組和磁性鋼球相對(duì)位置關(guān)系示意圖； 圖4:本發(fā)明中的信號(hào)處理框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是一種基于環(huán)型空間陣列的非接觸式扭矩測(cè)量方法以及傳感器的組成結(jié)構(gòu)， 下面結(jié)合

該方法和結(jié)構(gòu)的具體實(shí)施方式
。
傳感器主要由環(huán)型空間陣列和磁電式檢測(cè)器組成。圖1給出了其結(jié)構(gòu)平面示意圖， 其中環(huán)型空間陣列1由一個(gè)環(huán)型非磁性不銹鋼管構(gòu)成，管內(nèi)塞滿尺寸和磁特性完全相同 的磁性鋼球2，這些鋼球在鋼管內(nèi)緊密排列，形成一個(gè)環(huán)型空間陣列。磁性鋼球的具體數(shù)量和尺寸根據(jù)具體要求和不同測(cè)量對(duì)象而定。在環(huán)型空間陣列的兩端有兩個(gè)通孔3， 用于通過(guò)螺釘?shù)裙潭ōh(huán)型空間陣列。磁電式檢測(cè)器4由鋁制外殼封裝而成，嵌套在環(huán)形 空間陣列外部，用于屏蔽外部環(huán)境的電磁干擾，內(nèi)部有一個(gè)纏繞著特定線圈組的塑料骨 架和相應(yīng)的信號(hào)處理電路。其中線圈組由一個(gè)主線圈和四個(gè)次級(jí)線圈組成，均采用絕緣 劑貼以銅箔，然后利用照相腐蝕的辦法做成印刷繞組。圖3給出了線圈組和磁性鋼球相 對(duì)位置關(guān)系示意圖，主線圈7和次級(jí)線圈8、 9、 10、 11的寬度以及相互之間的間隔均 為磁性鋼球直徑的1/4。主線圈用于加載激勵(lì)信號(hào)，次線圈用于產(chǎn)生含有扭矩信息的感 應(yīng)信號(hào)。圖2為傳感器的俯視圖，通孔5用于通過(guò)螺釘?shù)裙潭ù烹娛綑z測(cè)器，通孔6用 于傳感器信號(hào)的輸出。主次線圈之間的互感原理為
假設(shè)在磁芯上繞有兩個(gè)線圈iV，和iV2 ，當(dāng)匝數(shù)為iV,的初級(jí)線圈通入激勵(lì)電流時(shí)，
初級(jí)線圈中產(chǎn)生自感應(yīng)磁通^，其中將有一部分磁通-21穿過(guò)匝數(shù)為^2的次級(jí)線圈，從
而在次級(jí)線圈中產(chǎn)生互感電動(dòng)勢(shì)"2,，其表達(dá)式為
式中，^21為穿過(guò)^2的磁鏈，W2l=iV)21; M。為兩線圈的互感系數(shù)。
當(dāng)激勵(lì)電流為正弦穩(wěn)態(tài)形式且其角頻率為w時(shí)，可用相量表示其伏安關(guān)系
因?yàn)槿?"+ jVyA)，其中《為激勵(lì)電壓對(duì)應(yīng)的相量，^為初級(jí)線圈的有效電阻， A為初級(jí)線圈電感，則次級(jí)線圈開路輸出電壓f4為
[>21 = _/ M0《/(^ +加丄,)
有效值即相量的模為"21 二"m。fW+^z〖)"2 =^am。 (&為常數(shù))。由此可知，輸
出電壓信號(hào)的幅值正比于主次線圈的互感系數(shù)。
由于輸出電壓信號(hào)的幅值正比于主次線圈的互感系數(shù)，即[/2100^。，而互感系數(shù)與
磁介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，在該扭矩傳感器的設(shè)計(jì)中則與線圈套住的磁性鋼球的有效體積有
關(guān)。為了利用鑒相的方式測(cè)量線圈的環(huán)型位移，設(shè)計(jì)了四組次級(jí)線圈(AV iV22， iV23， W24)，每組寬度為D/4 (D為磁性鋼球的直徑)，間隔也為Z)/4。這樣當(dāng)磁電式檢測(cè)器相對(duì)于環(huán)型空間陣列運(yùn)動(dòng)時(shí)，每組線圈套住的磁性鋼球的有效體積近似呈正弦變化，從 而導(dǎo)致主線圈與每組次級(jí)線圈的互感系數(shù)M。也呈正弦變化，且相位差9(T。
如果被測(cè)機(jī)械轉(zhuǎn)軸在受到扭矩的作用時(shí)磁電式檢測(cè)器相對(duì)于環(huán)型空間陣列產(chǎn)生了x 的環(huán)型位移，那么互感系數(shù)M。可表達(dá)為
A/q = A2 (sin(2瓜/ D) +
當(dāng)A =^ ^11^時(shí)，四組次級(jí)線圈感應(yīng)電壓的有效值分別為
f/211 = ^f/^2 (sin(2瓜/") +爿)=AC/, (sin(2;a/￡>) + J)
〃221 = ^"i 、 (sin(2;cc / Z) + ;z7 2) += (sin(2;a / D + r / 2) + X)
=AL^2(sm(2;zx:/￡) + ;r) + j)=叫(sin(2;cc/D + ;r) + J)
f/241 = ^t/, Ar2 (sin(2瓜/ D + 3丌/ 2) += A:", (sin(2;w / D + 3;r / 2) +
其中，A為比例系數(shù)，^為互感系數(shù)產(chǎn)生的直流分量。由此說(shuō)明，四組次級(jí)線圈感應(yīng)信
號(hào)的幅值均受環(huán)型位移x的調(diào)制，且各有卯。的相位差。圖4給出了四組次級(jí)線圈感應(yīng)
信號(hào)的處理框圖，其中方框12實(shí)現(xiàn)第一、三組次級(jí)線圈感應(yīng)信號(hào)的相減再移相，從而 得到
方框13實(shí)現(xiàn)第二、四組次級(jí)線圈感應(yīng)信號(hào)的相減再移相，從而得到
C/S2 =斷2cos-^"Sin(紐-45°)
方框14功能主要是對(duì)以上兩路輸出信號(hào)相加后輸出，便可得到相對(duì)于激勵(lì)信號(hào)正比 于環(huán)型位移量x的調(diào)相信號(hào)
w。w =尺sin(2瓜/ ￡> + wf — 45°)
根據(jù)材料力學(xué)，當(dāng)扭矩M作用在直徑為^、長(zhǎng)度為/的彈性軸上時(shí)，轉(zhuǎn)軸將在材料 的彈性極限內(nèi)產(chǎn)生與扭矩成線性關(guān)系的扭轉(zhuǎn)角p，有
式中，G為切變模量；/p為極慣性矩，對(duì)直徑為d的圓軸，/p=;k/4/32。按轉(zhuǎn)軸變形 測(cè)量時(shí)，有M = Gm/>/(32/) 因此，可根據(jù)扭矩和轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)角的關(guān)系得到傳感器的數(shù)學(xué)模型
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中r為磁電式檢測(cè)器的固定點(diǎn)到環(huán)型空間陣列軸線的垂直距離。由上式可以看出， 扭矩傳感器輸出的電壓信號(hào)和激勵(lì)信號(hào)同頻率但相位不同，其差值正是被測(cè)扭矩的表達(dá) 式。故通過(guò)比較輸出信號(hào)和激勵(lì)信號(hào)的相位，便可求出被測(cè)扭矩的量值。
以上給出的實(shí)施例用以說(shuō)明本發(fā)明和它的實(shí)際應(yīng)用，并且因此使得本領(lǐng)域的技術(shù)人 員能夠做出和使用本發(fā)明。但這僅僅是一個(gè)較佳的實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上 的限制，任何一個(gè)本專業(yè)的技術(shù)人員在不偏離本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)，依據(jù)以上技術(shù) 和方法作一定的修飾和變更當(dāng)視為等同變化的等效實(shí)施例。
權(quán)利要求
1、一種環(huán)形空間陣列非接觸式扭矩傳感器，該傳感器由環(huán)型空間陣列和磁電式檢測(cè)器組成，基于球?qū)ΨQ特性和交流電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械轉(zhuǎn)軸扭矩的在線動(dòng)態(tài)測(cè)量；其特征在于所述環(huán)型空間陣列由一根環(huán)型的非磁性不銹鋼管和一定數(shù)目的磁性鋼球組成；所述磁性鋼球的尺寸及磁特性相同，并單排緊密排列在所述非磁性不銹鋼管內(nèi)，從而形成一個(gè)環(huán)型空間陣列；所述磁電式檢測(cè)器由鋁制外殼封裝而成，其內(nèi)部有線圈組、塑料骨架和信號(hào)處理電路；所述塑料骨架安裝在鋁制外殼的內(nèi)壁上，所述線圈組由一個(gè)主線圈和四個(gè)次級(jí)線圈組成，主線圈和四個(gè)次級(jí)線圈按照設(shè)定間隔依次纏繞在所述塑料骨架上并環(huán)繞所述環(huán)型空間陣列；所述信號(hào)處理電路的輸入分別與所述四個(gè)次級(jí)線圈的輸出相連；根據(jù)交流電磁感應(yīng)原理，在主線圈上加上設(shè)定頻率和振幅的正弦信號(hào)，當(dāng)受測(cè)機(jī)械轉(zhuǎn)軸在扭矩的作用下產(chǎn)生動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)角時(shí)，所述磁電式檢測(cè)器相對(duì)于環(huán)型空間陣列產(chǎn)生相應(yīng)的環(huán)型位移；根據(jù)環(huán)型空間陣列內(nèi)部磁性鋼球的排列方式，所述主線圈與各次級(jí)線圈之間的互感系數(shù)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，所述信號(hào)處理電路采集所述四個(gè)次級(jí)線圈上產(chǎn)生的相對(duì)于激勵(lì)信號(hào)的感應(yīng)電壓信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理電路對(duì)所采集的感應(yīng)電壓信號(hào)的處理和計(jì)算，得到受測(cè)機(jī)械轉(zhuǎn)軸的扭矩值，從而實(shí)現(xiàn)受測(cè)機(jī)械轉(zhuǎn)軸扭矩的測(cè)量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形空間陣列非接觸式扭矩傳感器，其特征在于所述環(huán) 型空間陣列的非磁性不銹鋼管采用冷拔或冷軋無(wú)縫鋼管生產(chǎn)工藝技術(shù)；所述磁性鋼球采 用標(biāo)準(zhǔn)鋼球生產(chǎn)工藝及縱向低電壓交流磁化工藝。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的環(huán)形空間陣列非接觸式扭矩傳感器，其特征在于所述磁 電式檢測(cè)器中的線圈組均采用絕緣劑貼以銅箔，然后利用照相腐蝕的辦法做成印刷繞 組；所述信號(hào)處理電路采用硅平面工藝為基礎(chǔ)的單片集成電路。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的環(huán)形空間陣列非接觸式扭矩傳感器，其特征在于所 述環(huán)型空間陣列的磁性鋼球的尺寸和磁特性相同，具體尺寸磁化率根據(jù)測(cè)量對(duì)象的大小 而定。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的環(huán)形空間陣列非接觸式扭矩傳感器，其特征在于所 述線圈的寬度均為磁性鋼球直徑的1/4，每個(gè)線圈之間的間隔距離為磁性鋼球直徑的1/4。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的環(huán)形空間陣列非接觸式扭矩傳感器，其特征在于:所述的環(huán)型空間陣列和磁電式檢測(cè)器通過(guò)緊密加工工藝實(shí)現(xiàn)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的環(huán)形空間陣列非接觸式扭矩傳感器，其特征在于:所述的信號(hào)處理電路將所述次級(jí)線圈中的第一和第三次級(jí)線圈感應(yīng)電壓信號(hào)相減再移相，從而得到第一路電壓信號(hào)<formula>formula see original document page 3</formula> (1) 其中，￡/51為輸出電壓信號(hào)；A:為待定常數(shù)；^為主線圈的激勵(lì)電壓；X為磁電式檢測(cè)器相對(duì)于環(huán)形空間陣列產(chǎn)生的環(huán)形位移；"為磁性鋼球的直徑；w為主線圈激勵(lì)電壓的頻率；所述的信號(hào)處理電路將所述次級(jí)線圈中的第二和第四次級(jí)線圈感應(yīng)電壓信號(hào)相減并 移相，得到第二路電壓信號(hào)<formula>formula see original document page 3</formula>) ( 2 )其中，^/52為輸出電壓信號(hào)；A:為待定常數(shù)；CA為主線圈的激勵(lì)電壓；X為磁電式檢測(cè)器相對(duì)于環(huán)形空間陣列產(chǎn)生的環(huán)形位移；D為磁性鋼球的直徑；w為主線圈激勵(lì)電 壓的頻率；所述信號(hào)處理電路將以上兩路輸出信號(hào)相加，得到相對(duì)于激勵(lì)信號(hào)正比于環(huán)型位移 量X的調(diào)相信號(hào)<formula>formula see original document page 3</formula>) (3)根據(jù)材料力學(xué)原理<formula>formula see original document page 3</formula>) (4)其中，M作用在直徑為d、長(zhǎng)度為/的彈性軸上時(shí)產(chǎn)生的扭矩值，p為彈性軸將在材料的彈性極限內(nèi)產(chǎn)生與扭矩成線性關(guān)系的扭轉(zhuǎn)角；由(3)式和(4)式可得受測(cè)扭矩M和所述調(diào)相信號(hào)之間的函數(shù)關(guān)系<formula>formula see original document page 3</formula>) ( 5 )根據(jù)(5)所示的受測(cè)扭矩M和所述調(diào)相信號(hào)之間的函數(shù)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)受測(cè)機(jī)械轉(zhuǎn)軸扭矩的測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外對(duì)強(qiáng)沖擊、高溫、腐蝕、振動(dòng)大等極端環(huán)境下機(jī)械轉(zhuǎn)軸扭矩的測(cè)量仍無(wú)有效檢測(cè)方法的現(xiàn)狀，提出了一種基于球?qū)ΨQ特性和交流電磁感應(yīng)原理，采用環(huán)型空間陣列和磁電式檢測(cè)器組成新型的非接觸式扭矩傳感器。其中環(huán)型空間陣列由一個(gè)環(huán)型非磁性不銹鋼管構(gòu)成，管內(nèi)塞滿尺寸和磁特性完全相同的磁性鋼球，這些鋼球在鋼管內(nèi)緊密排列，形成一個(gè)環(huán)型陣列。磁電式檢測(cè)器由鋁制外殼封裝而成，內(nèi)部有一個(gè)纏繞著特定線圈組的塑料骨架及相應(yīng)的信號(hào)處理電路。本發(fā)明根據(jù)交流電磁感應(yīng)原理，從而實(shí)現(xiàn)扭矩信息到電信號(hào)的轉(zhuǎn)化。本發(fā)明的扭矩傳感器具有抗電磁干擾、抗沖擊、耐振動(dòng)、防油、防塵等特點(diǎn)，可滿足極端環(huán)境下機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性測(cè)量。
文檔編號(hào)G01L3/10GK101303260SQ20081006991
公開日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2008年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者何安國(guó), 喻洪麟, 軍 巴, 康治平 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)