本发明专利技术公开一种转轴瞬时转矩检测装置及方法,由交流激励及信号调理电路产生应力传感器A和应力传感器B的激励信号,通过信号调理后,用无线调频发射模块进行模拟调制发送,通过固定部分的无线接收解调模块接收并解调,再通过信号还原电路还原转矩信号,最后输出实时转矩的电压信号;当转轴没有转矩传动时,信号还原电路输出供电电压的一中间值;当转轴正向转矩传动时,信号还原电路输出的电压值高于所述中间值,高出中间值的电压差值即对应于转轴传动产生的正转矩的大小;当转轴反向转矩传动时,信号还原电路输出的电压值低于中间值,低出中间值的电压差值即对应于转轴传动产生的负转矩的大小;本发明专利技术测量频带宽,实时性好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电气传动技术、电子技术以及无线电通信技术,具体是对传动系统中的转轴所输出的转矩进行检测的方法,用于实验室环境下对传动系统的转轴转矩进行在线实时检测。
技术介绍
在电机、内燃机等系统测试中,系统的转轴输出转矩反应了各种动力系统的基本特性,是一个必不可少的测量项目。这个测量项目一般采用带有转矩传感器的转矩测量仪进行测量,但转矩测量仪存在很多缺点:一是转矩传感器信号滞后,检测频率低,不能测量瞬时转矩脉动,二是设备体积大,信号输出和供电电源都是有线连接,限制了其应用环境。例如,动态转矩测量仪输出为频率信号,在零点时输出信号频率为10kHz,正向旋转满量程时为15kHz,反向旋转满量程时为5KHz。目前,转轴转矩也有采用无线转矩检测方法进行测量的,无线传输方法可分为两种:一是将模数信号转换后用数字信号串行传输,二是将压频信号转换后利用红外光传输或用电磁感应传输。前者的模数信号转换过程和数字信号串行传输环节的带宽限制了转矩检测的采样率,因此无法测量转矩脉动的高频分量;后者的压频信号转换最大带宽是100kHz,同样不能达到测量转矩脉动的频率要求,既使采用较高频率的转换,模数信号转换后数据量大;另外,红外转输方向性太强,不能在任意转动位置向固定装置发送数据,电磁感应传送易受电机强磁干扰,传送速率低。
技术实现思路
针对以上问题,本专利技术的目的是提出一种新的转轴瞬时无线转矩检测装置及该无线转矩检测装置的检测方法,用模拟调理电路直接调频传输,利用应力传感器实现在实验环境下对传动系统的转轴瞬时转矩进行在线、实时、高带宽检测。本专利技术一种转轴瞬时转矩检测装置采用的技术方案是:该转矩检测装置由随动部分和固定部分组成,随动部分包括应力传感器和随动电路板,随动电路板固定在转轴的表面上,固定部分与转轴不接触;组成转轴的主动轴和从动轴的两个传动接触面之间各嵌入一个所述应力传感器,转轴正向传动时,应力传感器B受挤压同时应力传感器A不受力,转轴反向传动时,应力传感器A受挤压同时应力传感器B不受力;所述随动电路板由交流激励及信号调理电路、无线发射模块和第一电源组成,交流激励及信号调理电路输出端连接无线发射模块输入端,无线发射模块含有发射天线;所述交流激励及信号调理电路由交流激励信号源、缓冲电路、反比例放大电路、减法电路、反相比例加法器和带通滤波器构成;交流激励信号源经缓冲电路后分别连接应力传感器A —端和应力传感器B —端,应力传感器A另一端和应力传感器B另一端各连接一个反比例放大电路,两个所述反比例放大电路均连接减法电路,减法电路输出端连接反相比例加法器输入端,反相比例加法器输出端连接带通滤波器,带通滤波器输出端连接所述无线调频发射模块输入端;所述固定部分由无线接收解调模块、信号还原电路和第二电源组成,无线接收解调模块输出端连接信号还原电路输入端,无线接收解调模块含有接收天线;所述接收天线接收所述发射天线传送的无线信号。所述转轴瞬时转矩检测装置的检测方法采用的技术方案是:先由所述交流激励及信号调理电路产生应力传感器A和应力传感器B的激励信号,激励信号幅值随转矩线性变化,再将该信号通过信号调理后,用所述无线调频发射模块进行模拟调制发送,通过所述固定部分的无线接收解调模块接收并解调,再通过所述信号还原电路还原转矩信号,最后输出实时转矩的电压信号。进一步地,当转轴没有转矩传动时,连接应力传感器A的反比例放大电路和连接应力传感器B的反比例放大电路的输出端电压相同,减法电路的输出端电压为0,反相比例加法器将减法电路的输出端电压与缓冲电路的输出端电压相加后输入带通滤波器,经固定部分的信号还原电路13后输出供电电压的一中间值;当转轴正向转矩传动时,应力传感器B受到的压力大于应力传感器A,信号还原电路输出的电压值高于没有转矩传送时的所述中间值,高出所述中间值的电压差值即对应于转轴传动产生的正转矩的大小;当转轴反向转矩传动时,信号还原电路输出的电压值低于所述中间值,低出所述中间值的电压差值即对应于转轴传动产生的负转矩的大小。本专利技术采用上述技术方案后具有的优点是: 1、本专利技术中测转矩用的两个应力传感器的安装角度与转轴切向垂直,直接测量转轴扭力,与贴片式应变电桥相比有传力明确、计算简单、测量精确等优点,本专利技术克服了传统转矩测量仪测量灵敏度低、实时性差的缺点,测量频带宽,平稳性、实时性好。2、在电机控制测试领域,转矩是电机最主要的性能之一,也是电机控制的具体体现,平均转矩反应电机的驱动能力,电能的利用情况等特性;而转矩脉动则是部分应用场合很敏感的不利因素,也是控制算法及机械构件性能优劣的评价标准,所以同时获得平均转矩和转矩脉动的高低频特征显得特别重要;为了同时测量转矩的高低频特征,就需要有更宽带的测转传感器,所以本专利技术采用全模拟通道对转矩进行测量和传输,随动部分用于实时检测转轴的转矩,并通过无线通信方式输出,固定部分用于接收随动部分输出的无线信号,并将其转换为适当的电信号,能真正做到实时、高带宽测量。3、本专利技术采用二次调制转矩信号,第一次利用交流信号激励对应力传感器测得信号进行AM调制,第二次为无线发射电路的FM调制,能有效的避免电机、发动机等产生的低频干扰信号,提高了测量仪抗干扰能力,同时符合无线调频发射模块的信道通频带。4、本专利技术在转轴上的装置体积小、重量轻,测量转矩频带宽,实时性好,固定部分的输出为模拟电信号。5、本专利技术在转轴上加了与随动部分电路板质量相同、位置对称的配重块,可保证不影响转轴的重心位置,使转轴不引起偏心振动。【附图说明】下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术作进一步详细描述: 图1是本专利技术一种转轴瞬时转矩检测装置的结构及安装示意图; 图2是图1中转轴横截面结构以及应力传感器的布置结构放大示意图; 图3是图1中的随动部分和固定部分的电气连接结构示意图; 图4和图5在Μ和N点处相连接组成了图3中的交流激励及信号调理电路图; 图6是图3中信号还原电路的连接图。附图中各部件的序号和名称:1.主动轴;2.从动轴;3.随动电路板;4.应力传感器;5.固定部分;6.发射天线;7.接收天线;8.交流激励及信号调理电路;9.电源;10.无线调频发射模块;11.无线接收解调模块;12.电源;13.信号还原电路;14.配重块。【具体实施方式】如图1所示,传动系统中的转轴的机械连接选用现有弹性梅花连轴器结构,弹性梅花连轴器结构由主动轴1和从动轴2组成,主动轴1和从动轴2在轴向上相互嵌套,由主动轴1带动从动轴2旋转。本专利技术所述一种转轴瞬时转矩检测装置由随动部分和固定部分5组成,随动部分由应力传感器4、随动电路板3和配重块14组成,随动部分安装在转轴上,随着转轴转动而转动,固定部分与转轴不接触,固定部分5与随动部分之间通过无线传输信号。当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种转轴瞬时转矩检测装置,其特征是:该转矩检测装置由随动部分和固定部分组成,随动部分包括应力传感器和随动电路板,随动电路板固定在转轴的表面上,固定部分与转轴不接触;组成转轴的主动轴和从动轴的两个传动接触面之间各嵌入一个所述应力传感器,转轴正向传动时,应力传感器B受挤压同时应力传感器A不受力,转轴反向传动时,应力传感器A受挤压同时应力传感器B不受力;所述随动电路板由交流激励及信号调理电路、无线发射模块和第一电源组成,交流激励及信号调理电路输出端连接无线发射模块输入端,无线发射模块含有发射天线;所述交流激励及信号调理电路由交流激励信号源、缓冲电路、反比例放大电路、减法电路、反相比例加法器和带通滤波器构成;交流激励信号源经缓冲电路后分别连接应力传感器A一端和应力传感器B一端,应力传感器A另一端和应力传感器B另一端各连接一个反比例放大电路,两个所述反比例放大电路均连接减法电路,减法电路输出端连接反相比例加法器输入端,反相比例加法器输出端连接带通滤波器,带通滤波器输出端连接所述无线调频发射模块输入端;所述固定部分由无线接收解调模块、信号还原电路和第二电源组成,无线接收解调模块输出端连接信号还原电路输入端,无线接收解调模块含有接收天线;所述接收天线接收所述发射天线传送的无线信号。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员:秦云,窦龙华,
申请(专利权)人:江苏大学,
类型:发明
国别省市:江苏;32
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