[发明专利]一种实现高速旋转轴系扭矩原位测量的无线力矩传感器

说明书

本发明公开了一种实现高速旋转轴系扭矩原位测量的无线力矩传感器，由上半夹和下半夹对合构成具有圆筒形内腔的装夹体对被测轴进行合抱，利用装夹体的圆筒形内腔的内侧壁与被测轴之间的摩擦力使装夹体固定安装在被测轴上，随被测轴转动，并在接触处与轴有相同形变转角，实现轴扭矩静态和动态的实时测量；装夹体的圆筒形内腔为变径腔，包括分处在装夹体两端的两段夹持腔和在两段夹持腔之间形成薄壁段应力集中区的大径腔，在大径腔的内侧壁上设置应变片，实现高速旋转轴系扭矩原位测量。

技术领域

本发明涉及传感器和测量领域，更具体地是涉及一种用于实现高速旋转轴系扭矩原位测量的无线力矩传感器。

背景技术

机械动力设备的扭矩变化是其运行状况的重要信息，扭矩是反映轴系传动装置输出功率和评价其工作特性的主要技术指标，对高速旋转轴系的安全性至关重要。扭矩测试是各种机械产品开发、质量检验、优化控制、工况监测和故障诊断等必不可少的内容。按扭矩信号的产生方式有：光电式、磁电式、电容式、电阻应变式、振弦式、压磁式等各种传感器。关于设备应力尤其是扭矩传感器已广泛应用于各种机械设备的动力驱动系统优化设计和智能控制上，在汽车上也应用有扭矩传感器来测定动力输出状态等。

传统扭矩传感器存在有破坏轴系动力学布局的问题，测量过程中需要增加安装过渡法兰，在负载作用下，法兰与传感器之间的连接螺钉会产生应变，因此传感器的迟滞误差较大，没有考虑振动产生的测量误差，无法实现获得输出轴原位测量数据。

扭矩传感器有接触式和非接触式两种形式，在机械系统中，针对运动部件的测量往往用非接触；这是因为，接触式测量不仅造成对被测系统的影响，也存在许多实际困难；非接触式扭矩传感器避免了因接触而引起的摩擦，减少对原转轴结构和力学性能的影响。

目前针对非接触式扭矩传感器的研究，主要是从检测轴因扭矩引起的应变入手，通过不同形式的非接触式传感器采集应变数据，再通过材料力学和电路分析，得出应变和电压变换的关系，进而得到扭矩和电压的关系，电压的变化转换成频率的变化，使数据采集器得出对应扭矩变化。现有技术中，采用非接触式测量方式的扭矩传感器大多为一个独立体，该独立体需要通过联轴器与待测轴进行连接，实现对轴的扭矩测量，这种测量方式所获得的实测数据与轴的真实扭矩之间存在有测量误差。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种实现高速旋转轴系扭矩原位测量的无线力矩传感器，通过原位测量以消除实测数据与轴的真实扭矩之间的测量误差。

本发明为实现发明目的采用如下技术方案：

本发明实现高速旋转轴系扭矩原位测量的无线力矩传感器的特点是：

设置由上半夹和下半夹对合构成的具有圆筒形内腔的装夹体，所述装夹体将所述上半夹和下半夹对被测轴进行合抱，利用所述装夹体的圆筒形内腔的内侧壁与被测轴之间的摩擦力使所述装夹体固定安装在被测轴上，随被测轴转动，并在接触处与轴有相同形变转角，以此实现轴扭矩静态和动态的实时测量；

所述装夹体的圆筒形内腔为变径腔，所述变径腔包括分处在装夹体两端、分别用于合抱被测轴的两段夹持腔，在所述两段夹持腔之间是形成薄壁段应力集中区的大径腔，在所述大径腔的内侧壁上设置应变片，以实现高速旋转轴系扭矩原位测量，针对所述应变片的检测信号设置ADC模块、单片机模块和无线信号发射模块，以实现应变片的检测信号的无线信号传送。

本发明实现高速旋转轴系扭矩原位测量的无线力矩传感器的特点也在于：

所述应变片包括：

设置在所述上半夹上薄壁段应力集中区的两片上区应变片，所述两片上区应变片关于直线A对称，且与直线A成45°，所述直线A与被测轴轴线平行；

设置在所述下半夹上薄壁段应力集中区的两片下区应变片，所述两片下区应变片关于直线B对称，且与直线B成45°，所述直线B与被测轴轴线平行，且直线B与直线A关于被测轴轴线对称；