[发明专利]基于光电码盘信号相位差的转矩测量传感器及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于传感器技术领域，本发明涉及一种基于光电码盘信号相位差的转矩测量传感器，本发明还涉及该转矩测量传感器的测量方法。

背景技术

扭矩是机械传动系统与设备运行过程中的一个重要机械量，目前，在机械传动系统扭矩测量传感器技术领域，实现扭矩测量的方法大致可分为以下几种。

(1)磁弹性扭矩传感器：这种传感器是利用铁磁材料的压磁效应制作而成，其原理是在旋转轴表面喷覆一层磁弹性材料，当旋转轴受到扭矩作用时，表层的磁弹性材料由于压磁效应而诱发表面磁场发生相应的变化，测量线圈中产生与扭矩成比例的感应电势，从而实现传动轴扭矩的测量。磁弹性扭矩传感器属于非接触式传感器，结构简单，安装方便，但对材料性能以及环境屏蔽要求较高。磁弹性扭矩传感器国内外均有大量研究报道。

(2)转角型扭矩传感器：转角型扭矩传感器是利用转角和扭矩关系的一种传感器，日本学者利用激光反射光学原理研制了一种转角型扭矩传感器，其原理是通过在旋转轴的输入、输出端各设置一个反射镜，当激光射入两个反射镜时，利用光学传感器接收这两路脉冲信号。当旋转轴没有扭转变形时，两路反射的信号没有时间差，但是当旋转轴发生扭转变形时，两路反射信号就会产生一个与扭转角成比例关系的时间差，因此根据两路反射信号的时间差即可获得旋转轴扭矩。这种扭矩传感器测试原理简单，系统分辨率高，可以实现微小扭转变形的测量，但测量装置易受旋转轴振动、镜面反射角变化等因素的影响，使测试结果存在误差，实用性较差。

(3)磁电感应式扭矩传感器：磁电感应式扭矩传感器是国内广泛使用的扭矩测量传感器，这种测量方法是在弹性轴的两端安装两个信号齿轮，齿轮的上方各安装一组由磁钢线圈组成的磁电信号发生器。当信号齿轮随弹性轴转动时，信号齿轮的齿顶、齿谷交替周期性的转过磁钢的底部，线圈内部的磁通量产生周期性的变化，使线圈中感生出近似正弦波的交流电信号，这两组交流电信号的相位与安装的相对位置及弹性轴所承受的扭矩大小和方向有关。当弹性轴没有扭转变形时，两组交流电信号的相位差只与信号线圈及齿轮的初始安装相位有关，当弹性轴发生扭转变形时，两组交流电信号之间的相位差发生变化，在弹性变形范围内，相位差变化绝对值与扭矩大小成正比，从而通过检测两路信号相位差实现扭矩测量。齿轮磁电感应式扭矩传感器结构复杂，制造难度大，造价高，同时电磁干扰影响较大，从而影响其测试的精度。

(4)应变式扭矩传感器：电阻应变式扭矩测量是一种普遍采用的扭矩检测方法，其原理是基于传递扭矩的弹性元件在发生扭转变形时，其表面会产生与扭矩值对应的弹性应变，因此在传动轴表面贴上应变片，当传动轴发生扭转变形时，应变片电阻值会产生相应变化，根据应变片电阻值的变化即可实现应变以及扭矩的测量。应变式扭矩测量的关键是应变电桥电源的输入以及扭矩信号的输出，信号传输可采用电感集流环、电容及电感集流环、无线电传送等方式。应变式扭矩传感器原理简单，结果可靠，但信号的传输相对比较复杂，使其实际应用受到限制。

尽管扭矩传感技术已经获得了快速的发展与应用，但其中大部分测量原理都较为复杂，易受磁场、电场干扰，精度不高，从而使其在生产中难以得到有效的推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光电码盘信号相位差的转矩测量传感器，解决了现有扭矩传感器易受磁场、电场干扰影响测量精度的问题。

本发明的另一个目的是提供该转矩测量传感器的测量方法。

本发明所采用的技术方案是：基于光电码盘信号相位差的转矩测量传感器，包括壳体，壳体内通过球轴承安装有弹性传动套，弹性传动套中间为弹性环节，弹性环节的两端各套设一个光电码盘，2个光电码盘的圆心角相等，壳体顶部固定有安装座，安装座中固定有光电传感器A和光电传感器B，光电传感器A和光电传感器B与2个光电码盘相对设置。

本发明的特点还在于，

球轴承通过两端的轴承端盖固定在壳体上。

弹性传动套的两端设置有连接孔和键槽，连接孔和键槽分别与传动系统输入输出轴相连。

光电码盘的齿和齿槽各占整个周期的一半。

光电传感器A与光电传感器B的周向相错半个齿槽。