[发明专利]基于无线技术的旋转轴扭矩测量方法与系统

权利要求书

1.一种基于无线技术的旋转轴扭矩测量方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

1)通过安装于旋转轴(1)上的应变片式转矩传感器(2)采集电压模拟信号；

2)通过安装于旋转轴(1)上的集成电路板(3)搭载的应变信号处理模块(3.1)对电压模拟信号进行放大、滤波和模数转换，得到电压数字信号；

3)通过安装于旋转轴(1)上的集成电路板(3)搭载的蓝牙数据发射模块(3.3)将电压数字信号传输到搭载有蓝牙数据接收模块(4.1)的上位机(4)上，经上位机(4)处理后得到旋转轴(1)的扭矩值；

4)上述步骤1)～3)中，应变片式转矩传感器(2)和集成电路板(3)所需电能由无线供电装置(5)通过无线供电方式提供。

2.根据权利要求1所述的基于无线技术的旋转轴扭矩测量方法，其特征在于：所述应变片式转矩传感器(2)包括沿旋转轴(1)的轴向±45°方向设置的四个应变片(2.1)，四个所述应变片(2.1)组成全桥电路(2.2)，可输出与转矩M成正比的电压模拟信号。

3.根据权利要求2所述的基于无线技术的旋转轴扭矩测量方法，其特征在于：步骤3)中，扭矩值T通过以下表达式进行计算：

式中：π为圆周率；E为旋转轴的弹性模量，单位N/mm²；D_o为轴外径，D_i为轴内径，单位mm；V_o为蓝牙数据接收模块调理后的输出电压，单位V；ν为旋转轴材料的泊松比；B为应变片桥臂数，取值为4；G_pga为应变信号处理模块对电压模拟信号进行放大的设定增益倍数；V_exc为全桥电路的励磁电压，单位V；SGF为应变因子；计算所得扭矩值T的单位为N·m。

4.一种基于无线技术的旋转轴扭矩测量系统，其特征在于：该系统包括应变片式转矩传感器(2)、集成电路板(3)、上位机(4)和无线供电装置(5)，所述应变片式转矩传感器(2)、集成电路板(3)固定安装在旋转轴(1)上；

所述无线供电装置(5)包括电能接收部件(5.1)和电能发射部件(5.2)，所述电能接收部件(5.1)固定安装在旋转轴(1)上；所述电能发射部件(5.2)设置在旋转轴(1)外、电能接收部件(5.1)附近，能够将电能以无线方式输送给电能接收部件(5.1)；

所述上位机(4)设置有可与蓝牙数据发射模块(3.3)配对连接的蓝牙数据接收模块(4.1)；

所述集成电路板(3)上集成设置有电源模块(3.4)、应变信号处理模块(3.1)、数据处理模块(3.2)、蓝牙数据发射模块(3.3)；

所述电源模块(3.4)为应变信号处理模块(3.1)、数据处理模块(3.2)、蓝牙数据发射模块(3.3)和应变片式转矩传感器(2)供电；

所述应变信号处理模块(3.1)的电压模拟信号输入端与应变片式转矩传感器(2)的电压模拟信号输出端相连；

所述数据处理模块(3.2)包括单片机及其最小系统，所述数据处理模块(3.2)同时与应变信号处理模块(3.1)和蓝牙数据发射模块(3.3)相连，将应变信号处理模块(3.1)输出的电压数字信号经蓝牙数据发射模块(3.3)发送给蓝牙数据接收模块(4.1)，再由上位机(4)进行处理。

5.根据权利要求4所述的基于无线技术的旋转轴扭矩测量系统，其特征在于：所述应变片式转矩传感器(2)包括沿旋转轴(1)的轴向±45°方向设置的四个应变片(2.1)，四个所述应变片(2.1)组成全桥电路(2.2)，可输出与转矩M成正比的电压模拟信号。

6.根据权利要求4所述的基于无线技术的旋转轴扭矩测量系统，其特征在于：所述应变信号处理模块(3.1)包括沿信号传递方向依次相连的精密放大电路(3.11)、滤波器(3.12)和高精度模数转换器(3.13)。