[發明專利]一種非接觸式扭矩和功率測量裝置及方法

無效

• 申請號: 201310345353.0
• 申請日: 2013-08-08
• 公開（公告）號: CN103398810A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 李義新
• 申請（專利權）人: 上海電機學院
• 主分類號: G01L3/00
• 分類號: G01L3/00;G01L3/24
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術領域

本發明關于一種扭矩和功率測量裝置及方法，特別是涉及一種非接觸式扭矩和功率測量裝置及方法。

背景技術

目前測轉動軸的功率的方法中，最常見的是依賴于在轉動軸上貼附應變片的方法，應變片信號的傳遞方式主要有滑環和遙測的方法兩種，其中，滑環的方法是導電滑環保證在軸轉動時，應變片信號不間斷的傳遞到采集電路中。然而其存在如下缺點：1、由于導電滑環屬于磨擦接觸，因此不可避免地存在著磨損并發熱，因而限制了旋轉軸的轉速及導電滑環的使用壽命。2、由于接觸不可靠引起信號波動，因而造成測量誤差大甚至測量不成功。遙測的方法是要在轉軸上安裝一種通過滑動電池提供電力的發射器，發射器將應變片的電流變化通過無線信號傳遞到采集電子電路中，然而，遙測的方法也存在如下缺點：

一、易受使用現場電磁波的干擾；

二、由于是電池供電，所以只能短期使用。

三、由于在旋轉軸上附加了結構，易引起高轉速時的動平衡問題。在小量程及小直徑軸時更突出。

除了上述方法，目前一些較新的系統有的也采用了霍爾傳感器。這一方案一般是在轉動軸上相距一定距離處安裝兩個大齒輪來拾取信號。在兩個大齒輪上的測量敏感處分別設置了兩個霍爾效應傳感器，在軸轉動過程中兩個霍爾器件能輸出相同寬度的脈沖。當軸被施加負載后，兩個脈沖之間的相位差會發生變化。可以通過檢測兩路脈沖之間的相位差來計算受載軸的扭轉角。該方法的優點是實現了轉矩信號的非接觸傳遞，檢測信號為數字信號，缺點為體積較大，不易安裝，低轉速時由于脈沖波的前后沿較緩不易比較，因此低速性能不理想。

發明內容

為克服上述現有技術存在的不足，本發明之目的在于提供一種非接觸式扭矩和功率測量裝置及方法，其克服了現有技術中接觸式與非接觸扭矩和功率測量裝置的缺陷，不僅可以在測量扭矩的同時測量軸功率，且具有較高精度。

為達上述及其它目的，本發明提出一種非接觸式扭矩和功率測量裝置，至少包括：

多對永磁體，其每個永磁體具有相同規格安裝于旋轉軸上，以于旋轉軸旋轉時磁極相應轉動；

電磁感應回路，以于多對永磁體的磁極相應轉動時，空氣中磁場發生周期性變化，磁極對切割電磁感應回路，產生周期性的感應電壓，感應出相應的電壓信號；

AD轉換模塊，將模擬的感應電壓信號進行模數轉換，轉換為數字的感應電壓信號；以及

數據處理模塊，對獲得的數字的感應電壓信號進行處理計算，得出扭矩和軸旋轉周期，進而得出軸功率。

進一步地，該測量裝置還包括濾波模塊，該濾波模塊與該電磁感應回路相接，對該電磁感應回路感應出的電壓信號進行濾波，以濾除雜波后再送入該AD轉換模塊進行模數轉換。

進一步地，該多對永磁體的多個永磁體安裝在旋轉軸上，成多對排列，該些永磁體排列整齊，平行排列，所形成的磁極對方向平行，且方向相同。

進一步地，該濾波模塊根據頻率對該電磁感應回路感應出的電壓信號進行濾波。

進一步地，該數據處理模塊根據電壓的周期得出該旋轉軸的轉速，根據相位的不同得出軸形變的大小，根據軸的材料力學性質得出扭矩的大小，根據扭矩和轉速得出軸功率的大小。

進一步地，該數據處理模塊對感應的合成電壓數字信號進行分解，得出各對永磁體在電磁感應線圈里產生的感應電壓，根據n對永磁體間的相位差得出(n-1)個軸的形變，得出平均形變，根據軸的形變和軸的材料性質，得出軸的扭矩，根據電壓周期得出軸的轉速，根據軸的扭矩和軸的轉速，得出軸功率。

為達到上述及其他目的，本發明還提供一種非接觸式扭矩和功率的測量方法，包括如下步驟：

步驟一，多對安裝在旋轉軸上具有相同規格的永磁體隨著旋轉軸同步轉動，其磁極對也同步轉動；

步驟二，磁極對切割電磁感應回路，電磁感應回路中產生周期性的感應電壓，感應出相應的電壓信號；

步驟三，對模擬的感應電壓信號進行模數轉換獲得數字量的感應電壓信號；

步驟四，數據處理模塊對數字量的感應電壓信號進行處理計算，得出扭矩和軸旋轉周期，進而得出軸功率。

進一步地，于步驟三之前，還包括對模擬的感應電壓進行濾波以濾除雜波的步驟。

進一步地，于步驟一中，該多對永磁體的多個永磁體安裝在軸上，成多對排列，該些永磁體排列整齊，平行排列，所形成的磁極對方向平行，且方向相同。