[发明专利]非接触式磁敏扭矩检测单元

说明书

本发明涉及一种扭矩检测单元，确切地说，涉及一种使用机电一体化器件装备，对转轴毋须接触即可精确测定其扭矩参数的检测装置。

“扭矩”是表征机械设备运行状态的一项重要检测参数。对于某些机械装置，如切削机床的传动轴、石油钻机的钻头等，其主要受力形式就是扭转，由扭转产生的扭矩则是在设计传动轴、钻头时保证其强度和刚性所要考虑的最主要参数之一。目前传统的扭矩测定装置，结构都比较复杂，例如，在航空装备上都采用液压技术测定扭矩，由油泵、油管、阀缸组成的液压系统既庞杂又繁琐;在石油钻井机械上则采用机械式装置测定扭矩，同样存在结构复杂和需将敏感头直接加载于被检测转轴上影响测量精度等弊病。近年来出现一些采用应变片和应变谐振等方式测试扭矩的装置，但仍嫌繁杂，且成本昂贵，这些检测装置都不适合制成一种简单的传感器件，用于机电一体化的标准在线检测采集单元。

本发明的目的是提供一种结构简单、使用方便，可以进行非接触量测的磁敏扭矩检测单元。

本发明的结构如图1所示。它是由检出和读放两部分组成的，其中检出部分是由一个固定安装在被检测转轴1上的薄壁刚性套筒2、装于套筒2另一端的外磁环3及套装在被测转轴1上、并与外磁环3相对应的内磁环4所组成，读出部分则为在外磁环3的外侧邻近处固装有磁敏霍尔传感器5及其插装于标准接口介面6中的适配模块7。8是通过标准串行通信接口与标准接口介面6相连通的微型计算机。其中内磁环4与外磁环3同轴，并可以在被测转轴1上滑移和调整。调好位置后内磁环4应与被测转轴1的位置相对固定。

本发明的工作原理是利用被测定的传动轴受扭后产生弹性变形，使内外两磁环感测元件产生表面的磁通变化，再用磁敏感元件作为采集单元接收此磁通变化，并进行适当的数据处理来测定扭矩。当转轴1受扭转后会产生一定的弹性变形，此变形大小与转轴的金属材料强度、刚度和其结构形状、尺寸都有着密切关系，而转轴1所承受的扭矩将使固定在其上、并与外磁环3已调整好位置的内磁环4也随之产生错位。由于此两个磁环都是采用具有磁能积高、矫顽力强等特性的稀土永磁材料制造并在相对应的部位充磁的，两者未错位时，内外磁环处于良好的磁偶合状态，因此在外磁环的外侧漏磁极少，其表面的磁通量很小。而当转轴1受扭后，内外磁环随之错位，两者的磁偶合状态就发生变化，外磁环外侧的漏磁通将随着错移量的大小而与之成比例地增大。而在外磁环外侧固装有霍尔磁敏传感器5，因其安装位置非常贴近外磁环，外磁环的磁通变化自然会被传感器所检测到，传输器检出的信号又被接入插在标准接口介面6里的适配模块7，适配模块7可以把此微弱信号进行放大至标准的模拟信号（4～20毫安或0～5伏）后直接显示相应扭矩参数;适配模块7也可把此信号进行数字量化后，通过接口介面送入计算机8处理，由打印机或显示器表示出转轴扭矩参数。这种霍尔磁敏传感器5标准接口介面6和适配模块7都是已经比较成熟的机电一体化过程控制系统中的零部件，市场上可以选购到各种规格供不同的量程范围选用，本发明的主要贡献在于扭矩检出部分和把上述传感电子器件用于读放检出的微弱信号。

本发明的扭矩检出部件结构简单，工作时不与任何受力运动部件相接触或产生摩擦，对零件不会发生任何损伤;其本身也不受力，只是与被测转轴相对固定和随之旋转;而且检出部分没有任何电子元器件，毋须加电，既安全方便，又有适应性强，可以在许多工作环境恶劣的场合应用的特性，所以，本发明是一种比较理想的工业过程控制系统中在线检测采集单元。