[發明專利]一種新型繞線結構的非接觸式扭矩測量系統及其測量方法

在審

• 申請號: 201911215903.0
• 申請日: 2019-12-02
• 公開（公告）號: CN111060240A
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 黃銀國;孫國銘;鄭葉龍;趙美蓉
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01L3/10
• 分類號: G01L3/10
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

一種新型繞線結構的非接觸式扭矩測量系統及其測量方法,包括有由鐵磁材料構成的彈性軸，所述彈性軸上按照設定的間距對稱的設置有第一組平面線圈和第二組平面線圈，所述第一組平面線圈和第二組平面線圈與所述彈性軸之間設置有一層絕緣膠帶，所述第一組平面線圈的兩個端頭連接第一電感檢測模塊，所述第二組平面線圈的兩個端頭連接第二電感檢測模塊，所述第一電感檢測模塊和第二電感檢測模塊的電感量輸出端分別連接上位機，上位機接收到第一電感檢測模塊和第二電感檢測模塊的電感量，并通過減法模塊對兩個電感量進行相減得到電感差值，通過電感差值獲取扭矩值。本發明基于磁彈效應和渦流效應，通過電感檢測模塊檢測線圈自感系數，進而得到彈性軸扭矩的變化。

技術領域

本發明涉及一種扭矩測量方法。特別是涉及一種新型繞線結構的非接觸式扭矩測量系統及其測量方法。

背景技術

隨著汽車工業、船舶重工、航空航天、冶金化工、機械制造等行業的飛速發展，扭矩的測量和分析是保證設備的安全運行、節省能耗、改善系統工作效率的重要手段，已成為各種機械產品的研究開發、質量檢驗、測試分析、安全或優化控制等工作中不可或缺的內容。

基于磁彈效應的測量方法以傳感器結構簡單、成本低廉、使用壽命長、安裝更換方便等優點已經成功應用于國內外大型建筑結構及各種民用基礎設施的應力監測。此前，所采用磁彈式測量扭矩的方法多是線圈檢測鐵磁材料磁導率的方法，具有以下缺點：1、套筒式線圈與彈性軸的間隙、位置及角度等誤差對實驗結果造成影響較大。2、現有平面線圈的檢測方法，其結構較復雜，其線圈短邊設計和線圈的互感現象，影響測量效果。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠實現惡劣環境及狹小空間內的扭矩測量的新型繞線結構的非接觸式扭矩測量系統及其測量方法。

本發明所采用的技術方案是：一種新型繞線結構的非接觸式扭矩測量系統，包括有由鐵磁材料構成的彈性軸，所述彈性軸上按照設定的間距對稱的設置有第一組平面線圈和第二組平面線圈，所述第一組平面線圈和第二組平面線圈與所述彈性軸之間設置有一層絕緣膠帶，所述第一組平面線圈的兩個端頭連接第一電感檢測模塊，所述第二組平面線圈的兩個端頭連接第二電感檢測模塊，所述第一電感檢測模塊和第二電感檢測模塊的電感量輸出端分別連接上位機，上位機接收到第一電感檢測模塊和第二電感檢測模塊的電感量，并通過減法模塊對兩個電感量進行相減得到電感差值，通過電感差值獲取扭矩值。

一種權利要求1所述的新型繞線結構的非接觸式扭矩測量系統的測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)通過扭矩加載裝置對彈性軸的兩端施加一設定的扭矩；

2)通過第一電感檢測模塊和第二電感檢測模塊分別采集所對應連接的第一組平面線圈和第二組平面線圈輸出的電信號；

3)第一電感檢測模塊和第二電感檢測模塊分別將接收的電信號轉換為電感量，并輸出給上位機；

4)上位機將接收到的兩個電感量相減得到電感量差值；

5)重復步驟1)至步驟4)，直到達到設定的次數，得到與多次所施加的扭矩相對應的電感量差值；

6)建立扭矩與對應電感量差值的關系，從而能夠根據所述的扭矩與對應電感量差值的關系，通過電感量差值得到相應的扭矩大小。

本發明的一種新型繞線結構的非接觸式扭矩測量系統及其測量方法，基于磁彈效應和渦流效應，通過電感檢測模塊檢測線圈自感系數，進而得到彈性軸扭矩的變化。本發明相對于利用雙線圈的互感效應測量扭矩信號而言，避免了兩線圈的間隙、位置及角度等對實驗結果造成的影響，解決現有平面柔性線圈短邊對檢測效果的阻礙作用，極大的簡化線圈結構，解決互感式線圈互感效應對實驗效果的影響的，使檢測效果更直觀。本發明傳感器結構簡單、成本低廉、安裝更換方便，可實現在惡劣環境下扭矩的在線監測，比如船舶、直升機、石油轉機等關鍵部位。

附圖說明