[發明專利]基于轉軸相位差的扭矩檢測裝置、方法以及系統

有效

• 申請號: 201711378334.2
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN108254109B
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發明（設計）人: 吉小軍;劉翔;黃文平;雷華明
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01L3/10
• 分類號: G01L3/10;G01L3/12;G01L3/08
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

1.一種基于轉軸相位差的扭矩檢測裝置，其特征在于，包含被測軸、激光測頭以及色標帶；多個色標帶包含第一色標帶與第二色標帶，第一色標帶與第二色標帶沿被測軸軸向方向相對布置；

多個激光測頭包含第一激光測頭與第二激光測頭；所述激光測頭與色標帶一一對應，激光測頭發射的光斑到達對應的色標帶上；

色標帶上設置有條紋，多個條紋包含第一條紋與第二條紋，第一條紋與第二條紋在反射率上存在不同；第一條紋與第二條紋沿被測軸周向方向輪流布置；

基于轉軸相位差的扭矩檢測裝置還包含扭矩檢測系統，扭矩檢測系統包含以下模塊：

信號輸出模塊：多個激光測頭根據被測軸的運動狀態分別生成對應的模擬電壓輸出信號；

調理采集模塊：獲取模擬電壓輸出信號，對多個模擬電壓輸出信號分別進行調理與采集，獲得對應的運算電壓信號；

相位差計算模塊：將多個運算電壓信號中同一任一時刻的電壓值分別比上運算電壓信號幅值，分別取反正弦計算得到瞬時相位，對多個瞬時相位進行差分獲得相位差；

信號輸出模塊中：當被測軸轉動時，所述模擬電壓輸出信號為正弦信號；當被測軸靜止時，所述模擬電壓輸出信號為穩定電壓值；

調理采集模塊中，采用多級濾波放大電路實現模擬電壓輸出信號低通濾波及放大，采用ARM芯片控制AD芯片對模擬電壓輸出信號進行同步采集和正弦化擬合處理；

第一激光測頭、第二激光測頭對應的運算電壓信號分別形成第一路信號、第二路信號；

相位差計算模塊中，所述相位差包含工作位相位差與零位相位差

當被測軸轉動時，獲得工作位相位差

當被測軸靜止時，獲得零位相位差所述零位相位差通過以下公式計算獲得：

式中：為零位相位差；第一路信號初始相位；為第二路信號初始相位；U_a為被測軸靜止時第一路信號初始電壓值；A為被測軸轉動時第一路信號與第二路信號的電壓值幅值；U_b為被測軸靜止時第二路信號初始電壓值；

扭矩檢測系統還包含扭矩計算模塊：根據公式計算獲得有效相位差根據有效相位差計算被測軸上的扭矩。

2.根據權利要求1所述的基于轉軸相位差的扭矩檢測裝置，其特征在于，所述第一條紋為黑色條紋，第二條紋為白色條紋；

沿被測軸周向方向，黑色條紋與白色條紋的寬度相等，激光測頭發射的光斑的直徑大于條紋的寬度；

激光測頭發射的光斑的直徑小于色標帶寬度。

3.一種基于權利要求1或2所述的基于轉軸相位差的扭矩檢測裝置的扭矩檢測方法，其特征在于，包含以下步驟：

信號輸出步驟：多個激光測頭根據被測軸的運動狀態分別生成對應的模擬電壓輸出信號；

調理采集步驟：獲取模擬電壓輸出信號，對多個模擬電壓輸出信號分別進行調理與采集，獲得對應的運算電壓信號；

相位差計算步驟：將多個運算電壓信號中同一任一時刻的電壓值分別比上運算電壓信號幅值，分別取反正弦計算得到瞬時相位，對多個瞬時相位進行差分獲得相位差；

信號輸出步驟中：當被測軸轉動時，所述模擬電壓輸出信號為正弦信號；當被測軸靜止時，所述模擬電壓輸出信號為穩定電壓值；

調理采集步驟中，采用多級濾波放大電路實現模擬電壓輸出信號低通濾波及放大，采用ARM芯片控制AD芯片對模擬電壓輸出信號進行同步采集和正弦化擬合處理；

第一激光測頭、第二激光測頭對應的運算電壓信號分別形成第一路信號、第二路信號；

相位差計算步驟中，所述相位差包含工作位相位差與零位相位差

當被測軸轉動時，獲得工作位相位差

當被測軸靜止時，獲得零位相位差所述零位相位差通過以下公式計算獲得：

式中：為零位相位差；第一路信號初始相位；為第二路信號初始相位；U_a為被測軸靜止時第一路信號初始電壓值；A為被測軸轉動時第一路信號與第二路信號的電壓值幅值；U_b為被測軸靜止時第二路信號初始電壓值；

扭矩檢測方法還包含扭矩計算步驟：根據公式計算獲得有效相位差根據有效相位差計算被測軸上的扭矩。