[實用新型]基于瑞利波模式的聲表面波雙諧振器一體化扭矩傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201621157727.1
• 申請日: 2016-10-25
• 公開（公告）號: CN206223334U
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發(fā)明（設計）人: 齊紅麗;吉小軍;陳奕;王躍武;吳承勇;倪晉權
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七0四研究所
• 主分類號: G01L3/02
• 分類號: G01L3/02
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本實用新型涉及一種軸系扭矩測試技術，特別涉及一種基于瑞利波模式的聲表面波雙諧振器一體化扭矩傳感器。

背景技術

軸系扭矩測試是各種機械產品開發(fā)、質量檢驗、優(yōu)化控制、工況監(jiān)測和故障診斷等必不可少的內容。實現(xiàn)扭矩測量需要解決傳感器、能量供給和信號傳輸三方面的問題。基于聲表面波(SAW)技術的無線無源傳感技術，用于轉軸扭矩測量恰好避免了一般有源傳感器面臨的能量和信號傳輸難題，從而大大提高測試的簡便性和可靠性。

經對現(xiàn)有技術文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，文獻“無線無源聲表面波扭矩傳感器的研究”(程衛(wèi)東,董永貴-《壓電與聲光》–2004)報道了基于延遲線原理的無線無源聲表面波扭矩傳感器，但基本屬于原理性介紹，且采用延遲線結構與本實用新型的諧振器結構完全不同。

經對現(xiàn)有技術文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，“聲表面波扭矩傳感器結構設計及信號提取方法研究”、“應用于船舶傳動軸扭矩檢測的聲表面波傳感器設計”、“一種聲表面波轉矩傳感器快速解調方法設計”等學術論文，都是側重傳感系統(tǒng)總體方案及其回波信號提取分析，并無公開具體敏感單元的結構和具體技術參數(shù)。

發(fā)明內容

本實用新型是針對聲表面波扭矩傳感器設計運用的問題，提出了一種基于瑞利波模式的聲表面波雙諧振器一體化扭矩傳感器，在選擇聲表面波瑞利波模式的基礎上，利用壓電晶體各向異性特點，通過理論建模和數(shù)值計算，提供了可以用于扭矩敏感諧振器制作的基片切型范圍，同時提出了易于實現(xiàn)差分測量的一體化雙諧振器結構，從而提高扭矩的測量便利性和精度，為扭矩傳感器設計和轉軸扭矩測量提供新的技術手段。

本實用新型的技術方案為：一種基于瑞利波模式的聲表面波雙諧振器一體化扭矩傳感器，包括轉軸彈性體和閱讀器，轉軸彈性體表面上固定有長方形石英基片，石英基片上通過IC工藝一次制作有兩個正交放置的聲表面波諧振器，聲表面波諧振器諧振的方向分別與石英晶軸X對稱成±45°，兩個聲表面波諧振器的IDT的兩個上下電極分別通過匯流金屬排連接，構成并聯(lián)差分結構，轉軸彈性體粘貼測量時通過工藝保障石英基片長邊與轉軸軸線平行，兩個聲表面波諧振器通過天線接收激勵信號和發(fā)射諧振器的響應信號，被測轉軸附近的閱讀器發(fā)射激勵信號和接收諧振器的回波信號，實現(xiàn)對扭矩的實時測量。

所述匯流金屬排通過硅鋁絲與天線相連以接收激勵信號和發(fā)射諧振器的響應信號。

所述聲表面波諧振器采用單端對的諧振器結構。

所述兩個聲表面波諧振器的中心頻率分別為433MHz和438MHz。

本實用新型的有益效果在于：本實用新型基于瑞利波模式的聲表面波雙諧振器一體化扭矩傳感器，對現(xiàn)有一般有源扭矩測量方法的改進，從而解決扭矩測量過程中的能量與信號傳輸問題，實現(xiàn)扭矩精確測量的效果。與現(xiàn)有裝置相比，在測量方法上采用聲表面波傳感器技術，具有無線無源的特點，同時在聲表面波諧振器的切型選擇上，根據(jù)數(shù)值分析結果和最優(yōu)原則，選出具有較大扭矩靈敏度系數(shù)、較小溫度系數(shù)和較大機電耦合系數(shù)的石英基片切型；最后利用石英晶體的對稱特性在同一塊基片上一次制作兩個性能更加接近的諧振器直接構成差動結構以提高扭矩敏感度并進一步減少溫度等共模干擾的影響。雙諧振器一體化模式既有助于實現(xiàn)兩個諧振器特性的高度一致，也避免了連線的復雜工藝及其帶來的穩(wěn)定性和可靠性問題。

附圖說明

圖1為本實用新型基于瑞利波模式的聲表面波雙諧振器一體化扭矩傳感器結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例的雙聲表面波諧振器結構圖；

圖3為本實用新型433MHz和438MHz的雙聲表面波諧振器的IDT輸入導納頻率圖；

圖4為本實用新型雙聲表面波扭矩傳感器的扭矩載荷與頻率偏移關系圖。

具體實施方式

本實用新型利用了聲表面波(SAW)中的瑞利波模式諧振器，通過優(yōu)化選擇基片切型和雙諧振器一體化結構，從而實現(xiàn)準確扭矩測量的器件。