基于环形阵列扭矩传感器的高精度扭矩测量系统设计.pdf

2013年第32卷第7期
传感器与微系统( Transducer and Microsystem Technologies
基于环形阵列扭矩传感器的高精度扭矩测量系统设计
喻泆麟',陈薇',何安国
1.重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室,重庆40004;
2.重庆大学自动化学院,重庆40004
摘要:针对极端恶劣环境下机转轴扭矩动态测量所出现的精度不高的问题,结合环形空间阵列扭矩
传感器原理与输出信号的特点,提出并设计了一种新颖高精度的非接触式扭矩测量系统框架。传感器信
号在由SC2440AL微处理器与ADS1274AD转换器实现采集后,着重讨论利用多重相关法来抑制系统
噪声,并测量两路信号相位差,提高系统扭矩测量精度。实验结果证明:融入多重相关法的环形阵列扭矩
传感器测量系统精度明显提高,且结构简单,能够在恶劣环境下稳定工作。
关键词:扭矩;环形空间阵列;多重相关;相位差
中图分类号:TP212
文獻标识码:A
文章编号:1000-9787(2013)07-0097-04
Design of high-precision torque measurement system
based on ring array torque sensor
YU Hong-lin, CHEN We
HE An-gu
(1. Key Laboratory of Optoelectronic Technology and Systems, Ministry of Education, Chongqing
University, Chongging 400044, China
2. College of Automation, Chongging University, Chongqing 400044, China)
Abstract Aiming at problem of low precision of dynamic measurement of mechanical spindle torque in extremely
arsh environments, combined with the ring-space array torque sensor principle and characteristics of output
signal, a new framework of non-contact torque measuring system with high precision is proposed and designed
Signal of sensor is acquisited by microprocessor 3 2440AL and A/D converter ADS1274, and focuses on using
multiple cross-correlation method to suppress system noise, measure signal phase difference and improve the torque
measurement precision. The experimental results indicate that the measuring system of ring array torque sensor
using multiple correlation method has higher precision, simple structure and it can work stably in harsh
environments
Key words: torque; ring-space array; multiple correlation; phase difference
术的非接触式传感器,其器件和电路元件均密封于机壳
扭矩测量是研究大型机械传动系统在各种载荷和工作内,不受测量环境因素的影响,比较适于极端恶劣环境下扭
环境下动态特性的关键方法,受到越来越多专家与工程技矩动态测量,本文针对环形空间阵列传感测量系统测量精
术人员的高度重视。目前,国内外采用在旋转轴表面粘财度不高与噪声干扰的问题,结合环形空间阵列传感器的工
应变片、涂敷磁致伸缩材料、放置压电晶体和弦振等)方作原理与输出信号特点,设计了测量系统框架,并利用多重
式感受旋转轴的变形来测量扭矩,这些测量方法只是适用相关法来降低信号干扰和求解相位差,比较适用于环形空
于一般的工程环境,当所处的环境异常恶劣(高温、振动、间阵列空间传感器,满足极端环境下机械传动轴扭矩的动
电磁干扰等)时,这些常规的扭矩的测量方法很难获得准态测量。
确的数据。因此,国内外众多专家学者都致力于新型的
1环形阵列器工作原理
扭矩传感器及其测量系统的开发与研制。
传感器主要由环型空间阵列和磁电式检测器组成,如
环形空间阵列扭矩传感器是一种基于交流电磁感应技
图1所示
收稿日期:2013-01-1
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50975300);高等学校博士学科点专项科研基金(201001911008