[實(shí)用新型]基于FPGA的感應(yīng)移相式扭矩測(cè)量系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420454585.X
• 申請(qǐng)日: 2014-08-06
• 公開（公告）號(hào): CN204043830U
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙浩;吳曉陽;朱寧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 嘉興學(xué)院
• 主分類號(hào): G01L3/10
• 分類號(hào): G01L3/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種扭矩測(cè)量裝置，更具體的是涉及一種基于FPGA的感應(yīng)移相式扭矩測(cè)量系統(tǒng)。?

背景技術(shù)

扭矩測(cè)量技術(shù)得到了人們的高度重視而成為測(cè)試領(lǐng)域發(fā)展較快的學(xué)科，在工業(yè)、航天、軍事等多個(gè)領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。例如在鉆井過程中使用扭矩傳感器，通過對(duì)扭矩參數(shù)的測(cè)量能正確指導(dǎo)工程施工，有利于快速發(fā)現(xiàn)油氣顯示和提高鉆井效率；EPS系統(tǒng)中的電子控制單元通過接收到的轉(zhuǎn)向盤扭矩信號(hào)，控制電機(jī)電流產(chǎn)生合適的助力；直接測(cè)量隔離開關(guān)主閘刀的合閘力矩值，以指導(dǎo)和控制隔離開關(guān)的機(jī)械性能調(diào)試。?

目前在扭矩測(cè)量中，市場(chǎng)上較成熟的扭矩傳感器主要是應(yīng)變式和磁電式。應(yīng)變式扭矩傳感器以電阻應(yīng)變片為敏感元件，通過在轉(zhuǎn)軸或與轉(zhuǎn)軸串接的彈性軸上安裝四片精密電阻應(yīng)變片，并連接成惠思頓電橋，扭矩使軸的微小變形引起應(yīng)變阻值發(fā)生變化，電橋輸出的信號(hào)與扭矩成比例。傳感器具有體積小重量輕等優(yōu)點(diǎn)，不足之處是信號(hào)的傳輸易受干擾且損耗較大，導(dǎo)致測(cè)量精度不是很高；磁電式扭矩傳感器通過磁電感應(yīng)獲取扭矩信號(hào)，傳感器輸出信號(hào)的本質(zhì)是兩路具有相位差的角位移信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行組合處理后得到轉(zhuǎn)矩信息，它是非接觸式傳感器，無磨損、無摩擦，可用于長(zhǎng)期測(cè)量，不足之處是體積大，不易安裝。?

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型提供了一種基于FPGA的感應(yīng)移相式扭矩測(cè)量系統(tǒng)，由新型感應(yīng)移相式扭矩傳感器和基于FPGA的中央數(shù)字處理器組成。感應(yīng)移相式扭矩傳感器主要包括傳感器軸、支架一、支架二、勵(lì)磁鐵心及繞組、輸出鐵心及繞組、輸出繞組外接電容及電阻、補(bǔ)償繞組和防塵蓋，其中支架一與傳感器軸的左端?為一體化設(shè)計(jì)。通過合理匹配輸出繞組外接電容和電阻的值，傳感器能夠?qū)⒇?fù)載扭矩轉(zhuǎn)換成兩路電信號(hào)輸出，且兩路電信號(hào)的相位差和與負(fù)載扭矩相對(duì)應(yīng)。基于FPGA的中央數(shù)組處理器對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行處理，通過高頻脈沖插值和計(jì)數(shù)的方式，實(shí)現(xiàn)輸入兩路信號(hào)相位差的獲取，經(jīng)過標(biāo)定后，最終將兩路信號(hào)的相位差轉(zhuǎn)化為負(fù)載扭矩值。?

本實(shí)用新型的目的采取下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：?

一種基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)的感應(yīng)移相式扭矩測(cè)量系統(tǒng)，由感應(yīng)移相式扭矩傳感器和基于FPGA的中央數(shù)字處理器組成，其中感應(yīng)移相式扭矩傳感器包括：?

傳感器軸，分為左、中、右三段，中間段的直徑小于傳感器軸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(shè)計(jì)，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(duì)于傳感器軸的左端轉(zhuǎn)動(dòng)，支架二的圓形殼體與傳感器軸同軸心；?

勵(lì)磁鐵心，同軸心的固定在支架一圓形殼體的內(nèi)側(cè)，勵(lì)磁鐵心設(shè)有繞組槽，勵(lì)磁繞組和補(bǔ)償繞組嵌放在勵(lì)磁鐵心的繞組槽中，勵(lì)磁繞組和補(bǔ)償繞組同為單相繞組，且勵(lì)磁繞組的軸線和補(bǔ)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圓形殼體二的外側(cè)，輸出鐵心設(shè)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(shè)有圓孔，傳感器軸的右端從防塵蓋中間的圓孔中穿出；?

勵(lì)磁鐵心和輸出鐵心之間存在很小的空氣隙；?

勵(lì)磁繞組內(nèi)為交流電，形成的磁場(chǎng)為脈振磁場(chǎng)，補(bǔ)償繞組為直接短路的方式連接；?

兩組輸出繞組中的一組單相繞組與可調(diào)電容器串接，另一組單相繞組與可調(diào)電阻器串接，之后兩組單相繞組再并聯(lián)后引出；?

勵(lì)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(cuò)開45度?角；?

分別與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(lì)磁交流電的角頻率；?

支架一和支架二由硬質(zhì)鋁合金制成，勵(lì)磁鐵心和輸出鐵心采用高磁導(dǎo)率的鐵鎳軟磁合金片或高導(dǎo)磁性硅鋼片沖剪疊壓構(gòu)成，勵(lì)磁繞組、補(bǔ)償繞組和輸出繞組均采用直焊性聚氨酯漆包圓銅線；?

與扭矩傳感器相配套的基于FPGA的中央數(shù)字處理器，包括整形模塊和數(shù)字處理模塊，整形模塊對(duì)傳感器輸出繞組的電壓信號(hào)和勵(lì)磁繞組的電壓信號(hào)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成兩路對(duì)應(yīng)的方波電信號(hào)，兩路方波電信號(hào)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(duì)應(yīng)關(guān)系，經(jīng)過數(shù)字處理模塊處理后，可以獲得精確的相位差值；?