本實用新型涉及一種旋轉(zhuǎn)軸扭矩與轉(zhuǎn)速在線監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

針對輸出大扭矩的動力軸，其結(jié)構(gòu)強度和剛度在很大程度上決定了整車的動力性能，一旦發(fā)生故障，會引起較大的經(jīng)濟損失，并且對其進行檢修往往要花費大量的時間和費用，所以對于這種旋轉(zhuǎn)軸狀態(tài)的實時監(jiān)測是十分必要的。因此，對此類動力輸出軸的在線監(jiān)測傳輸系統(tǒng)的開發(fā)不但有較好的理論意義，也有重大的現(xiàn)實意義。在實際測試動力軸的結(jié)構(gòu)剛度時，由于在設(shè)計、測試空間等方面的限制因素，不可能將軸改裝或者拆卸以安裝測試系統(tǒng)，一方面不能真實反映軸的運行情況，另一方面由于軸在高速旋轉(zhuǎn)，無法使用傳統(tǒng)的扭矩傳感器進行在線監(jiān)測。因此，需要從測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理上進行調(diào)整，以適應(yīng)旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速和扭矩在線監(jiān)測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實用新型的目的是提供一種旋轉(zhuǎn)軸扭矩與轉(zhuǎn)速在線監(jiān)測系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有軸監(jiān)測技術(shù)中，測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，需要改動轉(zhuǎn)軸，監(jiān)測不方便，影響監(jiān)測效果的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案為：一種旋轉(zhuǎn)軸扭矩與轉(zhuǎn)速在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括24V直流電源、初級電路板、次級電路板、轉(zhuǎn)軸、工裝，所述的轉(zhuǎn)軸安裝于工裝上并與驅(qū)動裝置連接，所述的轉(zhuǎn)軸上開槽，且槽上開孔與中心孔連通；所述的初級電路板固定于工裝上并套在轉(zhuǎn)軸外，且初級電路板上設(shè)計有非接觸供電平臺的發(fā)送模塊；所述的次級電路板通過卡箍固定在轉(zhuǎn)軸上，且次級電路板上設(shè)計有非接觸供電平臺的接收模塊、惠斯通橋電路、信號調(diào)整電路、基于AD7799芯片的應(yīng)變采集電路、主控制器；所述的惠斯通橋電路經(jīng)信號調(diào)整電路接AD7799芯片的采集端口，AD7799芯片接主控制器的SPI通信接口；所述的初級電路板邊緣固定有永磁鐵，次級電路板上安裝有霍爾傳感器，霍爾傳感器與永磁鐵對應(yīng)，所述的霍爾傳感器接主控制器的輸入捕捉端口；所述的主控制器通過HC-06藍牙模塊連接PC。

作為優(yōu)選，所述的發(fā)送模塊包括制作于初級電路板的初級線圈，用于把PWM脈沖方波轉(zhuǎn)化成正弦波交流電流的DC-AC逆變電路，用于產(chǎn)生PWM脈沖方波的高頻發(fā)生器，所述的24V直流電源通過DC-DC降壓模塊連接高頻發(fā)生器與DC-AC逆變電路，逆變電路接初級線圈的兩端，所述的初級線圈并聯(lián)兩個相互并聯(lián)473μF的補償電容。

作為優(yōu)選，所述的接收模塊包括制作于次級電路板的次級線圈與用于為模塊供電的基于T3168芯片的整流濾波電路，所述的次級線圈并聯(lián)一個273μF的補償電容構(gòu)成并聯(lián)諧振補償電路，所述的并聯(lián)諧振補償電路一端接一個2A/60V的肖特基二極管后，再并聯(lián)一個10μF/25V的電容，再并聯(lián)兩個分壓電阻，兩個分壓電阻的公共端接于T3168芯片的輸入端，T3168芯片的輸出端并聯(lián)有一個10μF/25V的電容。

作為優(yōu)選，所述的惠斯通橋電路的兩個半橋應(yīng)變片分別粘貼在傳動軸開槽處的上下兩側(cè)，每個半橋應(yīng)變片由兩個成90°的電阻應(yīng)變片組成，每個電阻應(yīng)變片沿傳動軸方向成45°，所述的惠斯通橋電路通過轉(zhuǎn)軸的槽孔布線連接非接觸供電平臺的接收模塊與信號調(diào)整電路。

作為優(yōu)選，所述的主控制器采用STM32F103。

作為優(yōu)選，所述的信號調(diào)整電路包括基于LM358的雙運算放大器與低通濾波器。

本實用新型的有益效果：電磁諧振原理設(shè)計了無線供電系統(tǒng)，避免對軸進行改裝，且影響軸的監(jiān)測效果，輸出不同的電壓為各個模塊提供穩(wěn)定的電源輸入，并可為橋路兩端提供精準的參考電壓，在轉(zhuǎn)軸上開槽與孔，在不影響轉(zhuǎn)軸狀態(tài)的情況下，防止應(yīng)變片收到干擾；同時，主控制器完成了數(shù)據(jù)的讀取后，將轉(zhuǎn)速信號和應(yīng)變信號同時發(fā)送至上位機顯示和保存，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸狀態(tài)的實時在線監(jiān)測。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型的無線供電平臺的電路原理圖。

圖3為本實用新型的系統(tǒng)原理圖。

圖4為本實用新型的無線供電平臺的發(fā)送模塊的電路圖。

圖5為本實用新型的無線供電平臺的接收模塊的電路圖。

圖6為本實用新型的應(yīng)變片分布原理圖。

圖7為本實用新型的應(yīng)變采集電路的電路圖。

具體實施方式

如圖1、2、3、4、5、6、7所示，一種旋轉(zhuǎn)軸扭矩與轉(zhuǎn)速在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括24V直流電源、初級電路板1、次級電路板2、轉(zhuǎn)軸3、工裝4，所述的轉(zhuǎn)軸安裝于工裝上并與驅(qū)動裝置連接，所述的轉(zhuǎn)軸上開槽5，且槽上開孔6與中心孔連通；所述的初級電路板1固定于工裝4上并套在轉(zhuǎn)軸3外，且初級電路板1上設(shè)計有非接觸供電平臺的發(fā)送模塊；所述的次級電路板2通過卡箍固定在轉(zhuǎn)軸上3，且次級電路板2上設(shè)計有非接觸供電平臺的接收模塊、惠斯通橋電路、信號調(diào)整電路、基于AD7799芯片的應(yīng)變采集電路、主控制器；所述的惠斯通橋電路經(jīng)信號調(diào)整電路接AD7799芯片的采集端口，AD7799芯片接主控制器的SPI通信接口；所述的初級電路板1邊緣固定有永磁鐵，次級電路板上安裝有霍爾傳感器，霍爾傳感器與永磁鐵對應(yīng)，所述的霍爾傳感器接主控制器的輸入捕捉端口；所述的主控制器通過HC-06藍牙模塊連接PC。所述的發(fā)送模塊包括制作于初級電路板1的初級線圈，用于把PWM脈沖方波轉(zhuǎn)化成正弦波交流電流的DC-AC逆變電路，用于產(chǎn)生PWM脈沖方波的高頻發(fā)生器，所述的24V直流電源通過DC-DC降壓模塊連接高頻發(fā)生器與DC-AC逆變電路，逆變電路接初級線圈的兩端，所述的初級線圈并聯(lián)兩個相互并聯(lián)473μF的補償電容。所述的接收模塊包括制作于次級電路板2的次級線圈與用于為模塊供電的基于T3168芯片的整流濾波電路，所述的次級線圈并聯(lián)一個273μF的補償電容構(gòu)成并聯(lián)諧振補償電路，所述的并聯(lián)諧振補償電路一端接一個2A/60V的肖特基二極管后，再并聯(lián)一個10μF/25V的電容，再并聯(lián)兩個分壓電阻，兩個分壓電阻的公共端接于T3168芯片的輸入端，T3168芯片的輸出端并聯(lián)有一個10μF/25V的電容。所述的惠斯通橋電路的兩個半橋應(yīng)變片分別粘貼在轉(zhuǎn)軸3開槽處的上下兩側(cè)，每個半橋應(yīng)變片由兩個成90°的電阻應(yīng)變片組成，每個電阻應(yīng)變片沿傳動軸方向成45°，所述的惠斯通橋電路通過轉(zhuǎn)軸的槽孔6布線連接非接觸供電平臺的接收模塊與信號調(diào)整電路。所述的主控制器采用STM32F103。所述的信號調(diào)整電路包括基于LM358的雙運算放大器與低通濾波器。

本實用新型依據(jù)電磁諧振原理設(shè)計了非接觸供電平臺，并分設(shè)在可剖切的電路板板上，其中初級線圈隨初級電路板1固定在車體座上，并套在轉(zhuǎn)軸3外，轉(zhuǎn)軸3可在其中轉(zhuǎn)動，次級線圈隨次級電路板2固定在軸上，隨軸轉(zhuǎn)3動，輸出不同的電壓為各個模塊提供穩(wěn)定的電源輸入，并可為惠斯通橋電路兩端提供精準的參考電壓；其中，發(fā)射模塊和接收模塊均采用了并聯(lián)諧振補償?shù)姆绞?，分別在初級線圈和次級線圈之間并聯(lián)了補償電容。發(fā)射模塊采用了兩個相互并聯(lián)的473μF的補償電容與初級線圈共同構(gòu)成并聯(lián)諧振補償電路，對初級線圈的電壓、電流進行補償，而接收模塊則采用了一個273μF的電容與次級線圈共同構(gòu)成并聯(lián)諧振補償電路，對次級線圈的電壓、電流進行補償。次級線圈經(jīng)過補償?shù)碾娏魇紫冉?jīng)過一個2A/60V的肖特基二極管進行初步整流，然后再通過一個10μF/25V的電容進行初步濾波，然后經(jīng)過兩分壓電阻分壓之后再進入T3168芯片進行深層次的整流、濾波、穩(wěn)壓，最后，在輸出端又并聯(lián)了一個10μF/16V的電解電容進行更進一步的濾波，以便于輸出波形質(zhì)量較好的直流電壓和直流電流。

轉(zhuǎn)軸上開有槽與孔6，用于安裝半橋應(yīng)變片并布線，可防止外界干擾，并防止影響轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。

應(yīng)變信號經(jīng)基于LM358的雙運算放大器與低通濾波器調(diào)整后輸入AD7799芯片的采集端口，并由主控制器的SPI通信接口直接通信AD7799芯片，實現(xiàn)數(shù)據(jù)提取，且主控制器通過對霍爾傳感器的脈沖信號的計數(shù)與保存實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的測量。主控制器通過HC-06藍牙模塊連接PC實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，并可在上位機接收端，將HC-06模塊與PL2303芯片相連實現(xiàn)串口信號到USB信號的轉(zhuǎn)換，并完成了USB插槽的設(shè)計，以實現(xiàn)在線監(jiān)控。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換或改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。