[發明專利]基于FPGA的感應移相式扭矩測量系統

在審

• 申請號: 201410397376.0
• 申請日: 2014-08-06
• 公開（公告）號: CN104122020A
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發明（設計）人: 趙浩;馮浩;吳曉陽
• 申請（專利權）人: 嘉興學院
• 主分類號: G01L3/10
• 分類號: G01L3/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于FPGA的感應移相式扭矩測量系統，包括感應移相式扭矩傳感器和基于FPGA的中央數字處理器，其中感應移相式扭矩傳感器的主要特征在于，包括：傳感器軸，分為左、中、右三段，中間段的直徑小于左端部分的直徑和右端部分的直徑，傳感器軸左端部分的直徑小于右端部分的直徑；支架一，與傳感器軸的左端為一體式設計，支架一的圓形殼體與傳感器軸同軸心；支架二，與傳感器軸的右端固定，與傳感器軸的左端通過軸承隔離，支架二可以相對于傳感器軸的左端轉動，支架二的圓形殼體與傳感器軸同軸心；勵磁鐵心，同軸心的固定在支架一圓形殼體的內側，勵磁鐵心設有繞組槽，勵磁繞組和補償繞組嵌放在勵磁鐵心的繞組槽中，勵磁繞組和補償繞組同為單相繞組，且勵磁繞組的軸線和補償繞組的軸線在空間上相互垂直；輸出鐵心，同軸心的固定在支架二圓形殼體的外側，輸出鐵心設有繞組槽，輸出繞組嵌放在輸出鐵心的繞組槽中，輸出繞組為兩組，同為單相繞組，且兩組輸出繞組的軸線在空間上相互垂直；防塵蓋，與支架一圓形殼體的右端固定，中間設有圓孔，傳感器軸的右端從防塵蓋中間的圓孔中穿出。

2.根據權利要求1所述的基于FPGA的感應移相式扭矩測量系統，其特征在于：扭矩傳感器的勵磁鐵心和輸出鐵心之間存在很小的空氣隙。

3.根據權利要求1所述的基于FPGA的感應移相式扭矩測量系統，其特征在于：扭矩傳感器的勵磁繞組內為交流電，形成的磁場為脈振磁場，補償繞組為直接短路的方式連接。

4.根據權利要求1所述的基于FPGA的感應移相式扭矩測量系統，其特征在于：扭矩傳感器的兩組輸出繞組中的一組單相繞組與可調電容器串接，另一組單相繞組與可調電阻器串接，之后兩組單相繞組再并聯后引出。

5.根據權利要求1所述的基于FPGA的感應移相式扭矩測量系統，其特征在于：分別與扭矩傳感器的兩相輸出繞組串接的電容值C和電阻值R需滿足約束條件ωRC＝1，其中ω為勵磁交流電的角頻率。

6.根據權利要求1所述的基于FPGA的感應移相式扭矩測量系統，其特征在于：扭矩傳感器的勵磁繞組的軸線與兩組輸出繞組的軸線，兩者初始位置在空間上錯開45度角。

7.根據權利要求1所述的基于FPGA的感應移相式扭矩測量系統，其特征在于：扭矩傳感器的支架一和支架二由硬質鋁合金制成，勵磁鐵心和輸出鐵心采用高磁導率的鐵鎳軟磁合金片或高導磁性硅鋼片沖剪疊壓構成，勵磁繞組、補償繞組和輸出繞組均采用直焊性聚氨酯漆包圓銅線。

8.根據權利要求1所述的基于FPGA的感應移相式扭矩測量系統，其特征在于：中央數字處理器包括整形模塊和數字處理模塊，整形模塊對傳感器輸出繞組的電壓信號和勵磁繞組的電壓信號進行處理，轉換成兩路對應的方波電信號，兩路方波電信號存在一定的相位差，且該相位差與傳感器軸所加載的扭矩存在對應關系，經過數字處理模塊處理后，可以獲得精確的相位差值。

9.根據權利要求1所述的基于FPGA的感應移相式扭矩測量系統，其特征在于：中央數字處理器的數字處理模塊，分為外部晶振、倍頻電路、基本邏輯門、門控電路、計數電路、鎖存器和數據處理單元：

外部晶振通過倍頻電路后產生高頻脈沖信號；

基本邏輯門用于獲取兩路方波信號的相位差信號，并將高頻脈沖信號和相位差信號進行與邏輯運算；

門控電路用于控制計數電路工作的啟停，計數電路分別對相位差內高頻脈沖數和一個信號周期內的高頻脈沖數進行計數，將計數結果鎖存后再傳送至數據處理單元；

數據處理單元將計數結果轉化為對應的相位差值，相位差值與負載扭矩值存在一一對應關系，標定后即可實現扭矩的精確測量。