[发明专利]基于转轴相位差的扭矩检测装置、方法以及系统

说明书

本发明提供了一种基于转轴相位差的扭矩检测装置，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；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。本发明还提供了一种采用上述基于转轴相位差的扭矩检测装置获得扭矩值的检测系统与方法。本发明采用基于相位差测量的转轴扭矩测量中的零位识别与处理方法，克服了以往基于脉冲信号测量中无法在静态条件下进行零位校正的困难。

技术领域

本发明涉及转轴扭矩测量技术领域，具体地，涉及一种基于转轴相位差的扭矩检测装置、方法以及系统。

背景技术

扭矩测量与控制在现代智能制造和动力设备中扮演越来越重要的角色。不断提高扭矩测量的便利性、实时性和准确性是扭矩测量和监测的不懈追求。目前应用较为成熟的转轴扭矩测量方法主要有应变型、磁弹性和转角型等。应变型扭矩传感器因为结构简单、成本低等优势在国内应用最多，但应用时需要解决好信号传输等问题。磁弹性传感器结构上相对复杂，而且为了获得一定精度对传感器相应材料及现场工况有比较严格的要求，因而现场应用较少。转角型测量方法因易于实现非接触测量，可以适应严苛的环境并实现长期可靠工作，因而在长轴系扭矩测量中具有突出优势。

基于相位差测量原理是转角型扭矩传感器实现扭矩测量的基本方法，即通过比较同一转轴上不同位置传感器所输出脉冲信号的相位差，结合转轴材料的扭转刚度系数来间接测量施加在转轴上的扭矩载荷。传统的这种测量方法必须在轴系旋转起来后才能进行扭矩测量，不能测试静态载荷。但在实际应用中一些特殊的场合，如舰船螺旋桨主轴、水下航行器等，转轴一旦转动即带上负载，不存在扭矩为零的初始状态，这就给扭矩测量系统的现场安装和调校带来很大不便，限制了这种测量方法的实际工程应用。

另外，由于实际情况中转轴扭矩变形引起的脉冲信号相位差极其微小，机械安装时的初始相位差往往远大于载荷引起的相位差变化，而且难以进行精确控制，这就给扭矩测量系统的现场安装和调校带来很大不便，限制了这种测量方法的实际工程应用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于转轴相位差的扭矩检测装置、方法以及系统。

根据本发明提供的基于转轴相位差的扭矩检测装置，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。

优选地，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。

本发明还提供了一种基于转轴相位差的扭矩检测方法，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。