[發明專利]基于環型空間陣列的扭矩測量方法

無效

• 申請號: 201010192211.1
• 申請日: 2010-06-04
• 公開（公告）號: CN101858805A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: 何安國;喻洪麟;吳永烽;康治平
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01L3/00
• 分類號: G01L3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于環型空間陣列的扭矩測量方法，其特征在于具體步驟如下：

(1)安裝傳感器

將兩個完全相同的環型空間陣列扭矩傳感器固定在機械轉軸上，兩個環型空間陣列扭矩傳感器的間距為L，各自相應讀數頭在環型空間陣列上的起始位置都相同；

(2)為傳感器加載激勵電流

通過采集卡的模擬輸出功能輸出一定頻率的正弦電壓U?sin(wt)，然后利用電流放大電路，將所述完全一致的正弦電壓轉換為同頻率的正弦電流作為兩個傳感器的激勵電流，當機械轉軸上的兩個環型空間陣列所對應的截面有相對轉動時，兩環型空間陣列傳感器的感應電壓分別為：

u22=kU[cos(2πDRw0t)+A]sin(wt+θ)---(11)]]>

其中：k為比例系數，A為互感系數產生的直流分量，D為環型空間陣列內磁性鋼球的直徑，φ為扭轉角，w₀為機械轉軸轉動的角速度，R為環型空間陣列外邊緣到機械轉軸軸線的垂直距離；

(3)對傳感器的輸出信號進行預處理

利用放大電路和濾波電路對傳感器的輸出信號進行預處理；

(4)利用采集卡采集電壓信號

利用數據采集卡，采集預處理后兩個傳感器的輸出電壓；

(5)對采集后的信號進行濾波整形

對所述采集的信后進行濾波處理，濾波后只留下諧波成分中幅值較大的成分；

(6)對濾波整形后的信號進行解調

利用軟件鎖相環、90°相移器和低通濾波器實現調幅信號的同步解調；首先將調幅波加在鎖相環的輸入端，當鎖相環工作在鎖定狀態時，鎖相環將輸出與輸入信號中的載波分量頻率相同，相位相差90°的電壓信號，然后將此信號相移90°后就得到同步檢波的參考信號，最后利用此參考信號和輸入的調幅信號相乘，再經過低通濾波器濾波后就還原得到調制信號；

(7)計算兩信號的相位差

將兩個調制信號分別送到相同配置的LabVIEW中的FFT?Spectrum函數中，得到它們的幅頻和相頻特性，然后分別將四個輸出送到到LabVIEW中的Unbundle族函數，從族中提取出數組：

隨后，從波形的幅值數組中搜索具有最大幅值元素的索引號，找到相位數組中對應的相位，并求出與360相除后的余數，對兩個波形都進行這樣的處理，相減就得到相位差；

(8)根據相位差計算扭矩

根據材料力學原理：

其中，M為作用在直徑為d、長度為L的彈性軸上時產生的扭矩值，為彈性軸將在材料的彈性極限內產生與扭矩成線性關系的扭轉角；

式(10)和式(11)經過步驟(3)-(7)處理后，獲得兩調制信號之間的相位差φ為：

則扭轉角為：

則由式(14)和式(16)可得扭矩為：

M＝Gd⁴Dφ/(64RL)????????????????(17)

其中，G為切變模量，d為機械轉軸的直徑，L為兩傳感器之間的距離；

(9)對結果的校正并顯示最后結果

利用標準的扭矩傳感器來進行定標，先在負載不變的情況下利用所述環型空間陣列傳感器和標準扭矩傳感器的多次測量值進行比較，然后變換負載，再進行重復測量比較，求得測量的系統誤差：利用此系統誤差對步驟(8)中的扭矩進行校正；

(10)斷開傳感器的激勵電流

測量完成，斷開傳感器的激勵電流來結束扭矩的測量。