[发明专利]光电非接触式转动轴扭矩和功率测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及测量装置，特别是涉及一种光电非接触式转动轴扭矩和功率测量装置。

背景技术

曾用于测量各种类型机械的转动轴的功率的方法中，一大部分是依赖于在转动轴上贴附应变片的方式。而应变片信号的传递方式主要有滑环和遥测的方法等。滑环可以保证在轴转动时，应变片信号不间断的传递到采集电路中。而遥测的方法需要在转轴上安装一种通过转动电池提供电力的发射器，发射器将应变片的电流变化通过无线信号传递到采集电子线路中。

目前一些较新的系统采用了霍尔传感器。这一方案一般是在转动轴上相距一定距离处安装两个大齿轮来拾取信号。在两个大齿轮上的测量敏感处分别设置了两个霍尔效应传感器，在轴转动过程中两个霍尔器件能输出相同宽度的脉冲。当轴被施加负载后，两个脉冲之间的相位差会发生变化。可以通过检测两路脉冲之间的相位差来计算受载轴的扭转角。

中华人民共和国专利局公布的CN1162990A号专利公开了一个利用激光光纤和激光检测器检测转轴扭矩的系统。它是在转动轴上相距适当距离处分别安装两个转动码盘。一束激光通过光纤照射到第一个码盘上，然后被与第一个码盘对应的光调制器接收并调制成激光脉冲，再通过光纤传输照射到第二个码盘上，经过第二个码盘后被第二个激光传感器接收转变成电脉冲信号，这时的电脉冲宽度代表了两个码盘之间的相位差。当转动轴被加上负载后，最终输出的电脉冲宽度会增加，通过这一相位差就可以计算出转轴扭转的角度，从而可以计算出转动轴在加上负载后的扭矩。

上述的第一个系统，为了获得有效精度，必须保证两个传感器的触发点不产生漂移，而随着使用时间和/或温度的变化，有可能使两个传感器的触发点彼此之间发生漂移，而且两者甚至可能是朝相反的方向。第二个系统虽说采用单检测器来测量单一光源发出的激光信号，某种程度上能减小两个检测器可能出现的触发点漂移，但是单检测器自身触发点随温度漂移的变化是无法进行补偿的，因而就无法完全消除这一系统误差。另外，第二个系统中采用了光调制结构，这种通过将光调制成脉冲信号再输出的方法，也会存在一定的延时，因为给系统引入一定大小的无法消除的系统误差。从这几点上来说，两种扭矩测量系统都无法克服检测器自身的特性变化而导致的触发点漂移。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服测量中两光电开关的触发点随时间和/或温度变化出现漂移的问题，提供一种光电非接触式转动轴扭矩和功率测量装置，该装置能够完全消除光电开关的触发点产生的漂移对检测结果的影响。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的光电非接触式转动轴扭矩和功率测量装置，主要由控制器、计算机、光电码盘和光电开关组成，其中：光电码盘至少有两个，它们装在被测转动轴上，每个光电码盘对应一个光电开关和设有多个均匀分布的通光孔及挡光板；计算机通过串行数据线与控制器的输出接口相连，控制器的测量信号输入端通过导线分别与各个光电开关相连；所有光电开关输出的信号在控制器中经过逻辑计算和处理后被传输到计算机。

每个光电码盘上的通光孔和挡光板，其对应的圆心角完全相同。

光电码盘上的通光孔为扇形孔。

本发明提供的上述光电非接触式转动轴扭矩和功率测量装置，其用途是：采用光电技术来测量被测转动轴的扭转角度，测量依据全部为逻辑量，具体是：在被测转动轴转动过程中，用至少两个光电开关检测同样数量的光电码盘扫过对应的光电开关时输出的方波信号，通过检测两路方波之间的相位差来测量被测转动轴发生扭转变形的角度信号，该角度信号在控制器中经过逻辑计算和处理后，由计算机计算被测转动轴的扭矩和功率。

该装置测量过程不与被测转动轴发生接触，不影响该轴的正常工作。

该装置能同时测量同一被测转动轴系上多段的扭矩变化情况。

该装置同时测量几个不同被测转动轴系上的扭矩和功率变化情况。

本发明可以采用以下方法进行逻辑计算：通过将光电码盘上对应的通光孔产生的方波脉冲信号在现场可编程门阵列（FPGA）器件中亦或运算后得到相位差脉冲信号，然后通过一定频率的计数器对相位差脉冲的宽度进行计数，将相位差转换为数字量存储。

本发明在被测量转动轴上安装两个光电码盘，在被测量转动轴转动过程中，用两个光电开关检测两个光电码盘扫过对应的光电开关时输出的方波信号，通过检测这两路方波之间的相位差来测量转动轴发生扭转变形的角度，从而计算被测量轴的扭矩和功率。

本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：