一种非接触式扭矩传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种非接触式扭矩传感器，以挠性枢轴作为扭转弹性元件，待测试样通过夹头夹持在与挠性枢轴连接的下支座上，当试样发生偏转时，施加在试样的扭矩依次通过夹头和下支座传递至挠性枢轴，使挠性枢轴发生偏转，即施加至试样的扭矩与挠性枢轴的扭矩相同，将测量单元测量出的挠性枢轴的偏转角与其刚度系数相乘，即可得到待测试样的扭矩。与现有的扭矩传感器相比，结构简单、降低了制作工艺难度。采用激光位移传感器与光靶、激光器与位置敏感探测器、光电自准直仪或线性可变差动变压器等非接触式测量仪器测量挠性枢轴的偏转角，自动化程度高，稳定性好，测量精度高，当测量单元包括光电自准直仪时，扭矩的分辨率可高达10

【技术实现步骤摘要】
一种非接触式扭矩传感器
本专利技术属于扭矩精密测量领域，更具体地，涉及一种非接触式扭矩传感器。
技术介绍
随着微机电系统和人工肌肉等新兴学科领域的发展，扭矩传感器广泛应用于材料扭转力学性能、微马达的扭矩等测量中。然而，现有的扭矩传感器存在结构复杂、稳定性差、扭矩分辨率低、制作成本高等问题，其使用范围受到很大限制。例如，中国专利CN201110049785.8公开了一种低维材料微扭转力学性能测试装置，采用扭丝作为扭转弹性元件，作用在试样上的扭矩通过上夹头和矩形框直接传递给扭丝，从而实现对试样扭矩的测量。然而，采用扭丝作为扭转弹性元件，存在装配难度大、对中度差等缺点，且扭丝在测量过程中容易受到损伤，且扭丝易受到温湿度等环境的影响，对测量精度造成影响，并且上述测试装置结构复杂、稳定性差。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种非接触式扭矩传感器，由此解决现有的扭矩传感器测量精度不高、制作工艺难度高的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种非接触式扭矩传感器，包括：挠性枢轴、上支座、下支座、夹头、测量单元；所述上支座和下支座分别固定套设于挠性枢轴的上端和下端；所述夹头与下支座固定连接，用于夹持试样；所述测量单元用于在试样发生扭转时测量下支座的偏转角，以得到试样的扭矩。优选地，所述测量单元包括第一激光位移传感器和第一光靶；第一光靶置于所述下支座外侧，第一激光位移传感器用于测量第一光靶的位移，以得到下支座的偏转角。优选地，所述测量单元还包括第二激光位移传感器和第二光靶；所述第一光靶和第二光靶对称设置于所述下支座外侧，第一激光位移传感器和第二激光位移传感器分别用于测量第一光靶和第二光靶的位移，以得到下支座的偏转角。优选地，所述测量单元包括激光器、反射镜和位置敏感探测器；反射镜置于所述下支座外侧，位置敏感探测器接收由激光器射出的激光束经反射镜反射后的反射光束，以测量反射镜的偏转角，进而得到下支座的偏转角。优选地，所述测量单元包括光电自准直仪和反射镜；反射镜置于所述下支座外侧，光电自准直仪测量反射镜的偏转角，以得到下支座的偏转角。优选地，所述测量单元包括第一线性可变差动变压器和第一标靶；第一标靶置于所述下支座外侧，第一线性可变差动变压器用于测量标靶的位移，以得到下支座的偏转角。优选地，所述测量单元还包括第二线性可变差动变压器和第二标靶；所述第一标靶和第二标靶对称设置于所述下支座外侧，第一线性可变差动变压器和第二线性可变差动变压器分别用于测量第一标靶和第二标靶的位移，以得到下支座的偏转角。优选地，所述下支座的偏转角与试样的扭矩满足以下关系式：Q＝kθ；其中，Q为挠性枢轴的扭矩，θ为挠性枢轴的旋转角度，k为挠性枢轴的扭转刚度系数优选地，所述非接触式扭矩传感器还包括处理单元，用于根据下支座的偏转角得到试样的扭矩。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本专利技术提供的非接触式扭矩传感器，以挠性枢轴作为扭转弹性元件，待测试样通过夹头夹持在与挠性枢轴连接的下支座上，当试样发生偏转时，施加在试样的扭矩依次通过夹头和下支座传递至挠性枢轴，使挠性枢轴发生偏转，即施加至试样的扭矩与挠性枢轴的扭矩相同，将测量单元测量出的挠性枢轴的偏转角与其刚度系数相乘，即可得到待测试样的扭矩。与现有的扭矩传感器相比，结构简单、降低了制作工艺难度。2、本专利技术提供的非接触式扭矩传感器，采用激光位移传感器与光靶、激光器与位置敏感探测器、光电自准直仪或线性可变差动变压器等非接触式测量仪器测量挠性枢轴的偏转角，自动化程度高，稳定性好、测量精度高；例如当采用光电自准直仪时进行测量时，扭矩的分辨率可高达10-10Nm。3、本专利技术提供的非接触式扭矩传感器，通过更换不同规格的挠性枢轴，可以制作出不同量程的扭矩传感器，从而实现对试样扭矩的宽量程测量。4、本专利技术提供的非接触式扭矩传感器，与现有的扭矩传感器相比，装配简单，且挠性枢轴的扭转性能受温湿度等环境影响较小，能够在多种环境和场合下使用，因此本专利技术提供的非接触式扭矩传感器的通用性较好。5、本专利技术提供的非接触式扭矩传感器，测量单元包括第一激光位移传感器、第一光靶、第二激光位移传感器和第二光靶时，仅需获取第一光靶上的目标点与第二光靶上的目标点之间的距离，即可结合第一光靶和第二光靶的位移计算出挠性枢轴的偏转角，与测量单元仅包括第一激光位移传感器和第一光靶的技术方案相比，由于不需要对第一光靶的目标点与下支座轴心之间的距离进行测量，避免引入上述测量引起的测量误差，进一步提高了试样扭矩的测试精度。附图说明图1是本专利技术提供的非接触式扭矩传感器结构示意图；图2是本专利技术提供的非接触式扭矩传感器中挠性枢轴的结构示意图；图3是本专利技术提供的非接触式扭矩传感器测量原理示意图之一；图4是本专利技术提供的非接触式扭矩传感器测量原理示意图之二；图5是本专利技术提供的非接触式扭矩传感器测量原理示意图之三；图6是本专利技术提供的非接触式扭矩传感器测量原理示意图之四；图7是本专利技术提供的非接触式扭矩传感器测量原理示意图之五；图8是本专利技术提供的非接触式扭矩传感器测量原理示意图之六；图9是本专利技术提供的非接触式扭矩传感器测量原理示意图之七；图10是本专利技术提供的非接触式扭矩传感器测量原理示意图之八。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-上支座；2-挠性枢轴；3-下支座；4-夹头；5-第一光靶；6-第一激光位移传感器；7-第一平移台；8-第二激光位移传感器；9-第二光靶；10-第一平移台；11-激光器；12-位置敏感探测器；13-反射镜；14-光源；15-狭缝；16-分光镜；17-准直透镜；18-电荷耦合器件；19-第一线性可变差动变压器；20-第一标靶；21-第二线性可变差动变压器；22-第二标靶。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术实施例提供一种非接触式扭矩传感器，如图1所示，包括：上支座1、挠性枢轴2、下支座3、夹头4和测量单元；所述上支座和下支座分别固定套设在挠性枢轴的上端和下端；所述夹头与下支座固定连接，用于夹持试样；所述测量单元用于在试样发生偏转时测量下支座的偏转角，以得到试样的扭矩具体地，如图2所示，挠性枢轴的两端均可在被施加扭矩时进行相对转动；其中一端可向左转动，另一端可向右转动；也可以一端不动，另一端发生转动。夹头4夹持试样，对试样施加扭矩时试样发生一定偏转后夹头会本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非接触式扭矩传感器，其特征在于，包括：挠性枢轴、上支座、下支座、夹头、测量单元；/n所述上支座和下支座分别固定套设于挠性枢轴的上端和下端；/n所述夹头与下支座固定连接，用于夹持试样；/n所述测量单元用于在试样发生扭转时测量下支座的偏转角，以得到试样的扭矩。/n

【技术特征摘要】
1.一种非接触式扭矩传感器，其特征在于，包括：挠性枢轴、上支座、下支座、夹头、测量单元；
所述上支座和下支座分别固定套设于挠性枢轴的上端和下端；
所述夹头与下支座固定连接，用于夹持试样；
所述测量单元用于在试样发生扭转时测量下支座的偏转角，以得到试样的扭矩。


2.如权利要求1所述的非接触式扭矩传感器，其特征在于，所述测量单元包括第一激光位移传感器和第一光靶；
第一光靶置于所述下支座外侧，第一激光位移传感器用于测量第一光靶的位移，以得到下支座的偏转角。


3.如权利要求2所述的非接触式扭矩传感器，其特征在于，所述测量单元还包括第二激光位移传感器和第二光靶；
所述第一光靶和第二光靶对称设置于所述下支座外侧，第一激光位移传感器和第二激光位移传感器分别用于测量第一光靶和第二光靶的位移，以得到下支座的偏转角。


4.如权利要求1所述的非接触式扭矩传感器，其特征在于，所述测量单元包括激光器、反射镜和位置敏感探测器；
反射镜置于所述下支座外侧，位置敏感探测器接收由激光器射出的激光束经反射镜反射后的反射光束，以测量反射镜的偏转角，进而得到下支座的偏转角。


5.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘大彪，胡建辉，何玉明，胡鹏，雷剑，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42