[发明专利]一种基于环形球阵列传感器扭矩无线测量系统

说明书

技术领域

本发明属于机械主轴传动系统领域，具体地涉及一种基于环形球阵列传感器扭矩无线测量系统。

背景技术

在各类极端环境下的机械主轴传动系统中，扭矩是最能反映其动态性能的典型机械量之一，扭矩测量是各种机械产品的开发、研究、测试等工作中所必不可少的内容。通过对机械转轴扭矩的分析，可以获得整个机械传动系统的性能参数，为设备的可靠运行和安全操作提供技术保障。因此，新型的扭矩传感器及其测量系统的开发，一直是国内外众多专家学者研究的重点。

近年来,非接触式旋转轴扭矩传感器的开发成为扭矩测量的一个重要研究方向，如清华大学研制的无线无源声表面波(SAW)扭矩传感器，重庆大学设计的一种光栅非接触式扭矩传感器。但这些扭矩传感器对强冲击、高温、腐蚀、振动大等极端环境下机械转轴扭矩的测量仍无有效检测方法。针对这种现状，设计一种通用性强、能在极端恶劣环境下稳定工作且方便测量的非接触式动态扭矩传感器及其测量系统，是十分必要的。

发明内容

本发明针对极端恶劣环境中机械轴扭矩难以测量的问题，提供一种基于环形球阵列传感器扭矩无线测量系统；本发明该系统具有较好的干扰信号处理能力，测量精度高，且易于实现，可满足极端环境下扭矩的动态测量。

为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明一种基于环形球阵列传感器扭矩无线测量系统，包括电机、传动箱、负载、计算机、天线；其结构要点是：所述电机与传动箱相连接，所述传动箱与第一法兰连接，第一法兰和第二法兰相连接；所述第一法兰和第二法兰相连接之间，在靠近第一法兰一侧设置安装第一环形球阵列传感器，在靠近第二法兰一侧设置安装第二环形球阵列传感器；所述第一环形球阵列传感器和第二环形球阵列传感器之间设置锁相放大器，所述第一环形球阵列传感器和第二环形球阵列传感器的输出都与锁相放大器相连接；所述锁相放大器的输出端与无线发射模块相连接，所述无线发射模块的输出再连接天线；信号经过天线传输给无线接收模块，所述无线接收模块的输出连接接口模块，所述接口模块再连接计算机，所述计算机带有虚拟仪器LabVIEW测量平台。

作为本发明的一种优选方案，所述环形球阵列传感器采用环形球阵列和磁电式U形检测器组成的一种新型的非接触式扭矩传感器。

作为本发明的另一种优选方案，所述锁相放大器采用SR830，所述锁相放大器SR830由输入信号通道、参考信号通道、相敏检波器组成。

作为本发明的另一种优选方案，所述无线接收模块和无线发射模块均采用高精度单片机ADuC845与低功耗单片无线射频收发器芯片nRF24L01。

本发明的有益效果是。

1、本发明扭矩无线测量系统基于一种新型的非接触式扭矩传感器即环形球阵列传感器，采用无线传技术，在LabVIEW测量平台下进行机械转轴扭矩测量信号的采集与处理。本发明所述环形球阵列传感器能够抑制干扰信号，提高测量精度，且能适应于其他传感器所不能适应的极端恶劣环境下的扭矩测量。整个测量系统利用单片机、无线射频收发器芯片与锁相放大器等少量外围电路来实现，结构简单，方便测量且具有较好的信号采集处理能力，通过实验结果与分析可知，采集到的扭矩信号能得到较好的测量与处理，环形球阵列传感器与标准传感器的一致性较好，精度较高，易于实现。因此，环形球阵列传感器无线测量系统能实现极端环境下机械传动轴扭矩的动态测量。

附图说明

图1是本发明一种基于环形球阵列传感器扭矩无线测量系统的总体框架图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明一种基于环形球阵列传感器扭矩无线测量系统的总体框架图。图中，包括电机2、传动箱1、负载13、计算机3、天线11；其结构要点是：所述电机2与传动箱1相连接，所述传动箱1与第一法兰4连接，第一法兰4和第二法兰12相连接；所述第一法兰4和第二法兰12相连接之间，在靠近第一法兰4一侧设置安装第一环形球阵列传感器5，在靠近第二法兰12一侧设置安装第二环形球阵列传感器10；所述第一环形球阵列传感器5和第二环形球阵列传感器10之间设置锁相放大器7，所述第一环形球阵列传感器5和第二环形球阵列传感器10的输出都与锁相放大器7相连接；所述锁相放大器7的输出端与无线发射模块8相连接，所述无线发射模块8的输出再连接天线11；信号经过天线11传输给无线接收模块9，所述无线接收模块9的输出连接接口模块6，所述接口模块6再连接计算机3，所述计算机3带有虚拟仪器LabVIEW测量平台。