[發(fā)明專利]組合光電式力矩測量裝置及測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310237648.6
• 申請日: 2013-06-14
• 公開（公告）號(hào): CN103308227A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高曉丁;沈瑜
• 申請（專利權(quán)）人: 西安工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L3/00
• 分類號(hào): G01L3/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 羅笛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于力矩傳感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光電式力矩測量裝置，具體涉及一種可測量不同大小量程范圍的力矩的組合光電式力矩測量裝置。本發(fā)明還涉及利用該組合光電式力矩測量裝置進(jìn)行力矩測量的方法。

背景技術(shù)

力矩傳感器是機(jī)器設(shè)備檢測、控制技術(shù)中的一個(gè)非常重要的器件，在各類機(jī)器中得以廣泛應(yīng)用。機(jī)器設(shè)備的檢測和控制技術(shù)對力矩傳感器性能要求是，測量精度高、動(dòng)態(tài)特性好、檢測結(jié)果穩(wěn)定、可靠、使用壽命長。

目前，力矩傳感器無論是采用應(yīng)變片檢測的方式，還是采用光電檢測的方式及其他測試方式，每一套力矩傳感器都只設(shè)置有一個(gè)彈性扭轉(zhuǎn)圓軸。這樣構(gòu)成的力矩傳感器系統(tǒng)的測試量程范圍就要根據(jù)所配置的彈性扭轉(zhuǎn)圓軸的直徑?jīng)Q定。彈性扭轉(zhuǎn)圓軸的直徑大，力矩傳感器的量程就大，彈性扭轉(zhuǎn)圓軸的直徑小，力矩傳感器的量程就小，用大量程的力矩傳感器測試小力矩會(huì)產(chǎn)生較大誤差，反之亦然。所以，當(dāng)被測試力矩值量程范圍比較大的時(shí)候就必須配備多個(gè)不同量程的力矩傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種組合光電式力矩測量裝置，解決了現(xiàn)有力矩傳感器量程范圍小，測試精度不高的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，組合光電式力矩測量裝置，包括剖分式傳感器殼體，以及設(shè)置在剖分式傳感器殼體內(nèi)部的彈性扭轉(zhuǎn)圓軸，圓光柵盤A，圓光柵盤B，光電器件A，微處理系統(tǒng)，光電器件B；

在剖分式傳感器殼體相對的兩個(gè)側(cè)面安裝有軸承A和軸承B，彈性扭轉(zhuǎn)圓軸安裝在軸承A和軸承B上，且彈性扭轉(zhuǎn)圓軸位于剖分式傳感器殼體的外側(cè)的兩端均設(shè)置有聯(lián)接鍵；

圓光柵盤A和圓光柵盤B對稱安裝在彈性扭轉(zhuǎn)圓軸上；

在圓光柵盤A和圓光柵盤B的上分別設(shè)置有光電器件A和光電器件B，光電器件A和光電器件B與微處理系統(tǒng)連接。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

彈性扭轉(zhuǎn)圓軸采用若干直徑為d_i，i=1,2,3...的圓軸。

彈性扭轉(zhuǎn)圓軸上對稱設(shè)置有兩個(gè)定位軸環(huán)，每個(gè)定位軸環(huán)上都設(shè)置有安裝定位孔；

圓光柵盤A和圓光柵盤B的中間設(shè)置有圓光柵盤安裝孔，安裝孔的內(nèi)徑和彈性扭轉(zhuǎn)圓軸的直徑配合，圓光柵盤A和圓光柵盤B上均設(shè)置有圓光柵盤安裝定位孔，圓光柵盤安裝定位孔與所述的安裝定位孔的直徑相配合，且通過定位銷固定連接。

圓光柵盤A和圓光柵盤B上設(shè)置有圓光柵盤工作區(qū)，圓光柵盤工作區(qū)光刻有若干條柵槽，在工作區(qū)正中位置光刻有一條定位標(biāo)記柵槽，且定位標(biāo)記柵槽的長度大于其余若干條柵槽。

光電器件A和光電器件B分別位于圓光柵盤A和圓光柵盤B的直徑方向，且固定在剖分式傳感器殼體上；

光電器件A和光電器件B上均開有凹槽，圓光柵盤A和圓光柵盤B的邊緣位于凹槽中；

凹槽的一側(cè)設(shè)置有a相發(fā)光管和b相發(fā)光管，另一側(cè)設(shè)置有a相光敏管和b相光敏管。

本發(fā)明的另一目的是提供一種利用本發(fā)明的組合光電式力矩測量裝置進(jìn)行力矩測量的方法。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案是，利用組合光電式力矩測量裝置進(jìn)行力矩測量的方法，利用本發(fā)明的組合光電式力矩測量裝置，按照以下步驟實(shí)施：

步驟1，預(yù)估被測力矩，初步選擇直徑為d_i的彈性扭轉(zhuǎn)圓軸：

1.1）根據(jù)被測對象的技術(shù)指標(biāo)預(yù)估待測力矩的值T₀，由材料力學(xué)計(jì)算扭轉(zhuǎn)力矩的公式：

T₀=（G×I_p）×（〔Ф〕÷L）???（1）

公式（1）中T₀是被測力矩預(yù)估值，G是彈性扭轉(zhuǎn)圓軸材料的剪切彈性模量，L是彈性扭轉(zhuǎn)圓軸上兩個(gè)圓光柵盤之間軸段長度，〔Ф〕彈性扭轉(zhuǎn)圓軸1材料的許用扭轉(zhuǎn)角，G、L、〔Ф〕都是常量，I_p是彈性扭轉(zhuǎn)圓軸1安裝兩個(gè)圓光柵盤軸段的極慣性矩，

且，I_p=π×d₀⁴÷32???（2）；

其中d為彈性扭轉(zhuǎn)圓軸的直徑，將公式（2）代入公式（1）中，計(jì)算得到得出d₀，

根據(jù)計(jì)算出的d₀，初步選擇直徑與之最接近的彈性扭轉(zhuǎn)圓軸，初步選定的彈性扭轉(zhuǎn)圓軸直徑為d_i。

步驟2，進(jìn)行力矩測試，