环型空间阵列扭矩传感测量系统研究.pdf

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1、2010年第29卷第9期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)33环型空间阵列扭矩传感测量系统研究王远干，喻洪麟，巴军(1．重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆400044；2．钦州学院。广西钦州535000)摘要：针对恶劣环境下机械转轴扭矩动态测量的难题，利用交流电磁感应原理，采用环型空间阵列和专用的磁电式检测器，构建一种新型的非接触式扭矩传感器。分析了传感器的测量原理，建立了动态扭矩测量的数学模型，设计相应的测量系统。利用ANSYS有限元分析软件对传

2、感器进行了建模和磁力分析，并进行了初步的扭矩测量实验，结果表明：系统的可测量最小扭转角≤±0．01。，可满足极端环境下机械转轴扭矩的动态测量，并具有较高的精度。关键词：扭矩；环型空间阵列；电磁感应；有限元分析中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000-9787(2010)09-0033-03Research0ntorquesensormeasurementsysteml●木usedring。spacearrayWANGYuan．ganI'．YUHong．1in．BAJun(1．KeyLaborator

3、yofOptoelectronicTechnologyandSystemsofEducationMinistryofChina，ChongqingUniversity，Chongqing400044，China；2．Qiazhouuniversity，Qinzbou535000，China)Abstract：Aimedatproblemsofdynamicmeasurementofmechanicalspindletorqueinextremeenvironments，theprincipleofelectrom

4、agneticinductionisused．Aspecialring-spacearrayandamagnetic-electricdetectorisusedtocomposeanewtypeofnon—contacttorquesensor．Byanalyzingthemeasurementprincipleofthetorquesensor，amathematicalmodelofdynamictorquemeasurementisestablishedandacorrespondingmeasureme

5、ntsystemisdesigned．ThemodelingissetupandelectromagneticanalysisofthesensoriscarriedoutwithANSYS．Theinitialtorqueexperimentshowedthattheminimummeasurabletorsionangleofthesystemislessthan±0．01。．Itcanmeetdynamicmeasurementofmechanicalspindletorqueinextremeenviro

6、nments，andhashighprecision．Keywords：torque；ring—spacearray；electromagneticinduction；finiteelementanalysis0引言械传动系统扭矩的在线动态测量。扭矩是最能反映机械传动系统动态性能的典型机械量1系统设计之一。通过对扭矩的分析，可提取有效反映机械传动系统基于环型空间阵列扭矩传感器的测量系统是根据传递动态特性的转角、振角、角加速度等主要特征参量J。因测量方法，通过测量机械转轴两端环型空间阵列扭矩传感此，扭矩测量对传动轴

7、载荷的确定和控制，对传动系统各工器输出信号的相位差来获得转轴在扭矩作用下J，由于扭作部件的强度设计和原动机容量的选择都有着重要的指导转变形而产生的扭转角，从而实现扭矩的非接触式动态测意义，是目前国内外学者关注的研究热点之一J。量，系统设计框图如图1所示。华jn主轴几法善针对目前国内外对强冲击、高温、腐蚀、强振动等极端传辅曰．I负载恶劣环境下机械传动系统的扭矩测量仍无有效检测方法的现状，提出一种基于球对称特性和交流电磁感应原理的扭凿!秦阵列霉i塞矩测量方法，采用环型空间阵列和磁电式检测器组成新型的非接触式扭矩传感器

8、，并利用虚拟仪器软件LabVIEW图1系统设计框图建立同频正弦信号相位差测量系统，以实现极端环境下机Fig1Overalldesignofthesystem收稿日期：2009—12-09{基金项目：重庆市自然科学基金资助项目(CSTC，2007BB3201)；广西教育厅科研计划资助项目(200808MS079)传感器与微系统第29卷在扭矩测量系统中，环型空间阵列扭矩传感器