[发明专利]基于转轴相位差的扭矩检测装置、方法以及系统

权利要求书

1.一种基于转轴相位差的扭矩检测装置，其特征在于，包含被测轴、激光测头以及色标带；多个色标带包含第一色标带与第二色标带，第一色标带与第二色标带沿被测轴轴向方向相对布置；

多个激光测头包含第一激光测头与第二激光测头；所述激光测头与色标带一一对应，激光测头发射的光斑到达对应的色标带上；

色标带上设置有条纹，多个条纹包含第一条纹与第二条纹，第一条纹与第二条纹在反射率上存在不同；第一条纹与第二条纹沿被测轴周向方向轮流布置；

基于转轴相位差的扭矩检测装置还包含扭矩检测系统，扭矩检测系统包含以下模块：

信号输出模块：多个激光测头根据被测轴的运动状态分别生成对应的模拟电压输出信号；

调理采集模块：获取模拟电压输出信号，对多个模拟电压输出信号分别进行调理与采集，获得对应的运算电压信号；

相位差计算模块：将多个运算电压信号中同一任一时刻的电压值分别比上运算电压信号幅值，分别取反正弦计算得到瞬时相位，对多个瞬时相位进行差分获得相位差；

信号输出模块中：当被测轴转动时，所述模拟电压输出信号为正弦信号；当被测轴静止时，所述模拟电压输出信号为稳定电压值；

调理采集模块中，采用多级滤波放大电路实现模拟电压输出信号低通滤波及放大，采用ARM芯片控制AD芯片对模拟电压输出信号进行同步采集和正弦化拟合处理；

第一激光测头、第二激光测头对应的运算电压信号分别形成第一路信号、第二路信号；

相位差计算模块中，所述相位差包含工作位相位差与零位相位差

当被测轴转动时，获得工作位相位差

当被测轴静止时，获得零位相位差所述零位相位差通过以下公式计算获得：

式中：为零位相位差；第一路信号初始相位；为第二路信号初始相位；U_a为被测轴静止时第一路信号初始电压值；A为被测轴转动时第一路信号与第二路信号的电压值幅值；U_b为被测轴静止时第二路信号初始电压值；

扭矩检测系统还包含扭矩计算模块：根据公式计算获得有效相位差根据有效相位差计算被测轴上的扭矩。

2.根据权利要求1所述的基于转轴相位差的扭矩检测装置，其特征在于，所述第一条纹为黑色条纹，第二条纹为白色条纹；

沿被测轴周向方向，黑色条纹与白色条纹的宽度相等，激光测头发射的光斑的直径大于条纹的宽度；

激光测头发射的光斑的直径小于色标带宽度。

3.一种基于权利要求1或2所述的基于转轴相位差的扭矩检测装置的扭矩检测方法，其特征在于，包含以下步骤：

信号输出步骤：多个激光测头根据被测轴的运动状态分别生成对应的模拟电压输出信号；

调理采集步骤：获取模拟电压输出信号，对多个模拟电压输出信号分别进行调理与采集，获得对应的运算电压信号；

相位差计算步骤：将多个运算电压信号中同一任一时刻的电压值分别比上运算电压信号幅值，分别取反正弦计算得到瞬时相位，对多个瞬时相位进行差分获得相位差；

信号输出步骤中：当被测轴转动时，所述模拟电压输出信号为正弦信号；当被测轴静止时，所述模拟电压输出信号为稳定电压值；

调理采集步骤中，采用多级滤波放大电路实现模拟电压输出信号低通滤波及放大，采用ARM芯片控制AD芯片对模拟电压输出信号进行同步采集和正弦化拟合处理；

第一激光测头、第二激光测头对应的运算电压信号分别形成第一路信号、第二路信号；

相位差计算步骤中，所述相位差包含工作位相位差与零位相位差

当被测轴转动时，获得工作位相位差

当被测轴静止时，获得零位相位差所述零位相位差通过以下公式计算获得：

式中：为零位相位差；第一路信号初始相位；为第二路信号初始相位；U_a为被测轴静止时第一路信号初始电压值；A为被测轴转动时第一路信号与第二路信号的电压值幅值；U_b为被测轴静止时第二路信号初始电压值；

扭矩检测方法还包含扭矩计算步骤：根据公式计算获得有效相位差根据有效相位差计算被测轴上的扭矩。