CN101598573B - 旋转机械的直接轴功率测量 - Google Patents

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Abstract

本发明旋转机械的直接轴功率测量。旋转机械的直接轴功率测量包括轴的磁编码系统，该磁编码系统具有至少一个导电构件(215、217、294、295、720、725)，所述导电构件具有第一端和第二端，它布置在轴邻近处，构件与轴之间有间隙。在所述导电构件的每一端邻近处有一对电极(242、247、725、745)，其中这些电极电耦合到轴。这些电极的其中之一电耦合到导电构件的第二端。编码源(250)电耦合到导电构件的第一端，并且电耦合到另一个电极，其中将来自所述编码源的单极电流脉冲(245)施加到电极和导电构件，从而在轴中产生部分编码极化磁区域(330、332、334、336、510、520、530、540、614、616、624、626、634、636、642、646)。

Description

旋转机械的直接轴功率测量
技术领域
本发明涉及旋转机械的直接轴功率测量。
背景技术
有许多应用和行业是基于转轴来实现某种形式的工作或能量转换。转轴功能的早期示例包括数千年前用于研磨谷物的水车和风车。在今天的风车和水电厂上仍在使用转轴，但是它们与高级技术和处理结合。在小转轴用于例如计算机磁盘驱动器、媒体记录器/播放器和家用电器等电子设备中时，这些轴一般长度和宽度较小，使得扭矩相对较小。较大的转轴经历较大扭矩，并在包括火车头、飞机、轮船和能量转换等等的应用中部署。采用较大转轴的设备的现代使用结合了传感和处理能力以实现安全和有效率操作。
解决使用转轴的设备的设计和操作的途经之一是通过测量轴表面处的应力或应变，可以利用轴表面的应力或应变来测量因外部施加的力所致的扭矩、弯曲和扭转。常规技术采用多种不同的传感或测量扭矩的系统，例如应变仪系统、编码器/齿系统、声波系统、弹性系统、磁致伸缩系统和磁致弹性系统。这些系统中的每一个具有某些特征和应用。
应变仪提供对轴的局部应变测量，并且通常需要至转轴的某种形式的耦合，该耦合可以通过物理连接(例如滑动环)或遥测。该仪器一般受到低稳定性的影响，具有带宽上的限制，并往往有校准和环境校正要求。应变仪的有限工作温度范围限制了它们在苛刻环境中的应用。
编码器/齿轮拾取类型的扭矩传感常常具有与转轴的至少某个部分联接，例如通过磁性齿轮。齿轮设计对于许多实施而言往往是成本昂贵且不现实。此类设计对于较高速度的应用是不现实的，并且虽然稳定，但是缺乏高分辨率，且可能在苛刻环境中导致可靠性问题。
声波系统利用例如表面声波(SAW)和体声波(BAW)装置等传感器，它们使用声波以通过连接到轴的换能器的遥测来检测对轴的应变引起的改变。将声波技术应用于扭矩传感是相对新的，且当前的系统是正用于具有高制造容差的更小轴。
弹性扭矩系统通过使用在轴的长度上的标记并测量角位移来测量轴的扭转。当应用于大直径的轴时，此系统有精确度问题，并且存在现实的实施问题。
在磁致弹性系统中，应力通过它在材料中产生的应变感生磁化的“易磁化轴”。此效应通常用在将轴区域周向磁化，并使用磁场传感器来拾取所得到的磁场。如果没有扭转应力，则在传感区域内包含所有磁通量，并且没有外部场被检测到。如果有扭转应力，则磁畴被重新排列，并且外部场被改变，其极性和强度对应于轴上的扭矩的方向和量值。
磁致伸缩测量方法利用材料在被磁化时改变尺寸的现象。磁致伸缩传感器与铁磁轴(例如工业钢)以及施加于轴的铁磁材料部分一起使用。在此类材料的情况中，磁致伸缩效应非常小。典型磁致伸缩系数Δl/l处于1至25×10-6的量级。直接将磁致伸缩效应应用于测量铁磁材料中的扭矩需要复杂的传感器排列(arrangement)，困难的校准程序并且通常导致精确度有限。
一种常规磁致伸缩扭矩传感器设计采用在测量头的中心处的主线圈和沿着特定朝向布置在外围周围的测量线圈。传感器通过主线圈生成恒定的高频磁场，其中通过测量磁通量的测量线圈来测量所得到的磁场。当来自所有测量线圈的所得到的磁场等于零时，轴上没有扭矩，并且同样地，非零的任何所得到的磁场指示存在某个扭矩。
此方法无需对轴进行任何编码或其他修改，并且确实具有长期的稳定性。但是，精确度是有限的，安装过程繁琐，且校准往往困难。而且，一般存在对轴与传感器之间保持小的间隙有很严的容差要求，这难以在温度变化的环境中实现。这些测量的精确度在某些要求中是可接受的，例如监视动态扭矩分量和扭转振动，但是需要后续信号处理以将轴跳动(run-out)的问题减到最小。
可以将磁致伸缩效应与轴的磁编码或应用于轴的编码部分进行结合来实现改进磁致伸缩测量系统的精确度。在此类传感器设计中，铁磁材料中磁畴的调整给予(impart)材料尺寸沿着磁轴的某种改变。反效应是由于机械应力导致铁磁材料的磁化的改变。磁编码实质上将轴变成传感系统的组成部分。当将机械扭矩施加于轴时，可靠近轴的编码区域测量扭矩相关的磁场。
一种典型的磁致伸缩扭矩传感器设计采用完全轴编码，并且通过沿着轴的轴向方向流过的电流发生磁化。出于说明的目的，这在常规方式中使用电流脉冲来产生绕着轴的“磁化环”。编码沿着圆周是均匀的，因为磁编码需要整个横截面被磁化，并因此对于较大直径的轴变得困难且成本昂贵的。此外，由于轴的电和磁特性的不均一性，对于此方法存在电流变化方面的限制。当施加扭矩时，可以在外部(例如通过磁通门传感器)测量扭矩相关的磁场。
有一些可在例如自动化工业中使用的磁致伸缩编码的公知实现。轴通常沿着轴的轴向部分进行轴向编码，以产生(establish)磁编码的区域。磁场传感器在磁编码的区域外部署，并然后处理对扭矩测得的响应。虽然有许多种的其他实施例，但是本文的描述说明基本操作。
参考图1a，轴5由铁磁材料构成。为了对轴5编码，沿着轴的周边布置电极10、15，以便形成编码的区域20。在本示例中，电极由一对外环10、15组成，并间隔分开以在根据例如轴直径等多种因素的编码期间提供满意的均匀磁通量密度。
编码过程通常包括向第一环15发送电流脉冲25，由此产生沿着轴5的纵向轴的电流30，该电流30在对应的第二环10处以输出返回电流信号35来放电。在编码的区域20中流过轴5的电流30感生磁流。各种实施例实现了此基本概念，包括使用多个电极和利用各种编码技术。
在操作中，使用传感器来测量反映施加于轴的扭矩的输出磁场信号。在没有施加应力的情况中，没有检测到相关的磁场，但是当对轴施加扭矩时，传感器测量到从编码区域中出现的磁场的变化。传感器通常耦合到一些处理电子装置。
参考图1a-b，在编码区域20中流过轴5的电流30产生磁流40，磁流40是位于轴5的中心处的磁场。
为了说明的目的，一个实施例使用单电流脉冲以在轴内产生“磁化环”，由此就有了反映特定时间瞬间轴的特征的关联的放电曲线。备选，可以利用具有不同极性和不同时间常量的连续脉冲，从而可以编码两个磁化环。除了编码脉冲外，还可以有多个编码电极。
这种常规系统采用轴表面的均匀编码并且通过沿着轴的轴向流过的电流发生磁化。该磁编码在周向上是均匀的并且需要将轴的整个横截面磁化。此类编码使得沿着圆周方向实现均匀的电流分布困难，尤其是在大直径的轴的情况中。
在没有施加应力的情况中，基本没有检测到磁场，但是当对轴施加扭矩时，编码区域发出的磁场被传感器45测量到。在操作中，当施加扭矩时，在外部(例如通过传感器线圈45)测量该磁场。传感器45通常耦合到一些处理电子装置(未示出)，并且通常用于测量反映施加于轴5的扭矩的输出磁场信号。用于扭矩传感的传感器45的一个示例是靠近轴表面安装的磁通门传感器。
本文描述的常规磁轴编码一般适用于小直径的轴，其编码基于沿着圆周方向上的均匀(恒定)的通量密度。这对于较大的轴是不现实的，因为编码电流随着轴直径增加，并且将需要大的电流强度，以便在大直径轴中获得足够的通量密度。
为了尝试缓解这些大直径轴的问题，一种常规方法使用图1c所示的多通道电连接。在此示例中，将一对环50、55布置在轴5的邻近处，而多个电连接60电耦合到轴5，使得输入电流信号65沿着轴5的磁编码部分长度80传播，具有返回输出信号70，从而编码定义了轴中的磁化区域75。
这种复杂的编码安排需要相对于轴直径，各个沿着周向布置的电流进入点之间的间距小。否则，无法实现沿着圆周方向的足够均匀的磁化。较大的间距要求该部分长度80更大，这导致许多应用中的实施问题。此外，必须将施加于电连接的各个电流控制为全部具有相同的振幅，这样对于较大直径的轴来说成本昂贵。
参考图1d和图1e，图示了对扭矩90的常规磁致弹性传感，其中有极化环92、93，极化环92、93绕着轴94耦合以使环92、93磁化地划分相反极化区域。在此示例中，畴壁98分开极化环92、93。磁场传感器95位于环92、93的邻近处，并传感磁通量密度96。处理来自传感器95的结果，以使环92、93中的应力对应于传送到轴94上的扭矩。通常，将这些结果传送到例如用于后期处理的计算机等计算装置99。同样地，应用这种类型的传感通常对于大直径的轴是无效率的。
例如图1a-e所示的常规传感系统一般基于称为逆焦耳效应、Matteucci效应、Wertheim效应、Villari效应和逆Wiedemann效应(例如在“对圆形剩磁的逆Wiedemann效应的研究”(″A Study of the InverseWiedemann Effect on Circular Remanence″by I.J.Garshelis and J.Ivan，IEEE Transactions on Magnetics，Vol.10，No.2，June 1974)中有详细描述)的原理来操作。这些效应与磁致伸缩相关，这解释当施加扭矩时磁化材料的体积中的改变，因此解释力学与磁学之间的联系。
已经使用各种过程和系统来提供用于转轴的精确且可靠测量能力，但是尤其针对较大直径轴以及工作效率的增强而言仍需要继续改进。
发明内容
本文描述的系统和方法一般涉及编码和测量方法和系统，并且更具体来说涉及具有磁化轴部分的铁磁轴中的扭矩、功率和挠矩的测量。
一个实施例是，轴的磁编码系统，包括具有第一端和第二端的至少一个导电构件，至少一个导电构件布置在轴邻近处，在构件与轴之间有间隙。在导电构件的每一端邻近处有一对电极，该对电极电耦合到轴，其中电极的其中之一电耦合到导电构件的第二端。编码源电耦合到导电构件的第一端，并且电耦合到另一个电极。编码源使用施加到电极和导电构件的单极电流脉冲，从而在轴中产生部分编码区域。
一个示例中的系统包括布置在轴的至少一部分的周围的不导电编码部件，其中导电构件布置在编码部件内。一个方面中的导电构件包括使导电构件沿着轴的至少一部分轴向、对角向或圆周向设置朝向。
还有一个特征包括在编码期间使电极临时耦合到轴以及在旋转操作期间移除电极。
根据一个实施例，将至少两个导电构件围绕轴设成彼此相邻，而轴具有相反极性的部分编码区域。一个附加的特征包括畴边界在相邻部分编码区域之间形成。在一个示例中，将相邻的导电构件设成彼此紧密地靠近。根据一个特征，有多个导电构件围绕轴的至少一部分设置朝向。
一个方面中的轴由铁磁材料制成，并且在一个示例中，铁磁材料是钢。根据另一个实施例，轴具有围绕轴表面施加的铁磁材料层。
根据一个方面的导电构件基本是直线或圆形的，并且沿着轴的一部分纵向或周向延伸。
一个实施例是用于测量转轴的特性的系统，它具有围绕轴布置的多个先前编码的磁部分，其中相邻磁部分具有相反的极性以及相邻磁部分之间的畴边界。有至少一个传感器布置在编码的磁部分邻近处，它们之间有间隙。处理部分耦合到传感器以便处理轴旋转期间展开的AC场分量，从而基于磁致伸缩效应测量转轴的特性。
一个方面中的传感器是空芯电感线圈或磁场传感器(MFS)的至少其中之一。磁场传感器可以包括霍尔效应传感器、巨磁阻(GMR)传感器、磁通门传感器或磁阻抗传感器的至少其中之一。
这些特性的一个方面包括基于传感轴中的磁场分量对轴功率、扭矩、速度或挠矩的至少其中之一进行的非接触测量。
一个实施例是，一种用于对轴编码的方法，包括在围绕轴的部分紧邻处布置至少一个导电构件，且导电构件具有第一端和第二端。这包括在第一端和第二端邻近处将电极布置到轴，其中第二端电极耦合到导电构件的第二端，将第一端电极电耦合到电流源并将电流源耦合到导电构件的第一端，并对导电构件施加单极电流脉冲，从而产生部分编码区域。
根据一个方面，将至少两个导电构件彼此相邻地设置朝向，其中编码是具有相反极性的，以使所得到的极化磁通道具有畴边界。
本发明系统和方法的一个技术效果是，磁编码实质上将轴变成传感系统的组成部分，从而当将机械扭矩施加到轴时，扭矩相关磁通量分量出现在轴的编码区域的直接环境中。
本文描述的特征和优点并非涵盖一切的，并且具体来说，本领域技术人员根据附图、说明书及权利要求将显见到许多附加的特征和优点。而且，应该注意，选择本说明书中使用的语言主要是出于可读性和说明的目的，而非要限制本发明主题的范围。
附图说明
图1a-c是用于轴扭矩传感的磁编码安排的现有技术说明。
图1d-e是磁致弹性编码的轴的现有技术表述。
图2a是根据一个实施例配置的编码系统的基本说明。
图2b是根据另一个实施例配置的编码系统的基本说明。
图3是与一个实施例关联的轴中磁通量密度的横截面图示。
图4是根据一个实施例配置的磁部分的编码的流程图。
图5示出根据一个实施例配置的传感系统。
图6图示根据一个实施例对轴编码以生成沿着轴的部分以及磁场传感器的朝向的磁极化区域。
图7示出根据另一个实施例沿着圆周对轴编码。
图8示出根据一个实施例的一个测量系统。
图9是根据一个实施例的部分编码的轴的整体传感系统。
图10a-f是根据一个实施例的部分编码的轴的另一个整体传感系统。
具体实施方式
根据一个实施例，用于轴及其测量特性的增强编码系统通过部分编码来实现，其中沿着轴的轴向或周向生成编码区或磁通道。对于大直径轴，采用这种磁编码是有益的，其中可以利用较低的编码电流来实现相关的通量密度。
参考图2，描述了根据一个编码实施例对磁极化区域或通道进行的编码。如前文提到的，轴205可以是铁磁材料或其上已布置附着于轴的铁磁材料的至少一部分。可以采用多种方式实现编码，并且一种操作方式布置导电构件215、217，例如围绕轴205设置的电缆或金属条。如所述的，导电构件215、217沿着轴205纵向延伸，但是它们也可以沿着周向或对角向延伸。
在本实施例的更具体细节中，围绕轴205的至少一部分布置编码结构210。本示例中的编码结构210是在编码期间耦合在轴邻近处以使导电构件215、217沿着轴205的至少一部分延伸的单元。此实施例中的导电构件215、217布置成有正编码导电构件215和负编码导电构件217。编码结构210的框212通常是不导电材料，由此将导电构件215、217绝缘。
编码可以在制造轴期间或在后期安装期间实现，并且当施加到适合类型的材料且利用高电流密度来产生时，该编码是永久性的。本示例中的编码结构描述为环绕轴205，并且可以包括附加的框部件(未示出)以便保持其围绕轴的朝向和位置。这可以包括框支架(未示出)以确保导电构件215、217恰当地设置且足够用于编码操作。
虽然图示的单元210围绕轴205，但是并没有要求该单元以导电构件环绕轴。在另一个实施例中，编码结构210位于轴205的一部分邻近处，并可以有多个编码结构围绕轴而设置，以使每个编码结构生成磁极化区域。
导电构件215、217布置在轴205邻近处，在构件215、217与轴205的外表面之间有间隙。根据一个示例，导电构件215、217是加固的绝缘铜条，但是其他适合的导体也在该系统的范围内。导电构件215、217可以是具有例如可以是圆形、椭圆形、正方形或矩形形状的条。长度可以根据设计标准有所不同。较长的导电构件215、217可以提供用于传感的更大表面积。导电构件215、217的直径应该具有足够硬度，并提供所需的电流脉冲。在一个示例中，该条可以是小于1英寸或几英寸长并且具有范围从1/16英寸到1/2英寸的直径。
导电构件215、217具有第一端和第二端，并且出于说明的目的，第一端将耦合到编码源250而第二端将耦合到轴205。为了将导电构件215、217电耦合到编码源250，在导电构件215、217的第一端处提供电连接240、260、280、290。有用于建立从轴205到编码源250的电连接的第一端电极247。有用于建立从导电构件的第二端到轴205的电连接的第二端电极242。第一和第二端电极247、242是指至轴205的电耦合，并在一个实施例中，第一端电极247是围绕接触轴205的不导电框212来耦合的导电元件。一个实施例中的第二端电极242是指从导电构件215、217的第二端延伸到轴205的导电元件。这些电极还可以是与连接到轴205的跳线或电线的接触点。
对于正导电构件215，编码源250正极端沿着正电连接器240耦合到正导电构件215的第一端。编码源250负极端通过电连接器260耦合到电极247和轴。
对于负导电构件217，编码源250负极端沿着电连接290耦合到负导电构件217的第一端。编码源250正极端通过电连接器280连接到电极247和轴。
在一个实施例中，电信号245传播通过轴205，从而在轴205上生成磁化区域。此编码系统的特征之一是能够对轴中的通道或磁极化区域进行磁编码。具体来说，钢轴具有高的相对导磁性并且传播通过钢轴的电流产生不同的编码通道。
部分磁编码的一个示例使用间隔大约90度均匀地分布的四个导电构件。正极性电流脉冲240耦合到导电构件215，并且该电流脉冲沿着导电构件传播到电极242，电极242围绕第二端接触轴205。电极242释放的电流沿着轴205传播回到第一端电极247并经电连接器260传播回编码源的负极连接。沿着轴205流过的电流245在轴上产生极化磁通道。结构210中的每个相邻导电构件将具有交替的极性，并且脉冲编码可以同时一次全部、分组或单个地对导电构件编码。例如，可以同时对第一组正导电构件215编码，然后对负导电构件组217编码。
编码源通常可以生成从几百A到几kA的单极电流脉冲，脉冲长度通常为1-100毫秒。编码源的一个示例基于生成期望的单极电流波形的电容器组或功率电子装置。编码源的另一个示例是脉冲发生器。在一个实施例中，电流脉冲是短的，并且可以通过高频内容来表征。
一个示例中的导电构件包括定义沿着轴按纵向、周向或对角向的电流的相对直的路径的刚性或半刚性条。根据一个实施例，利用框架部件来以紧固的方式围绕轴定位导电构件以用于编码过程。在一个实施例中，具有导电构件的框架附于(affix)轴周围，以使轴和框架处于彼此固定的关系，直到编码完成为止。
在一个实施例中，通过电流脉冲的时长来控制电流穿透，即在轴中电流密度的深度。在本示例中，电流脉冲是单极的，并且是正电流脉冲而无负半波，或如果施加负电流脉冲，则无正半波。在一个实施例中，通过对电容器组放电来生成电流脉冲，其中放电电阻器的大小确定放电时间常数，并因此确定电流穿透的深度。通过说明方式，一个示例中的部分编码方法使用脉冲长度各约为5毫秒的5个连续的500A电流脉冲，以生成约5高斯的永久磁通量密度，用于对具有60mm直径的工业钢轴编码。
根据一个简单的编码方法，一次一个电路地对磁化部分编码。例如，可以施加正极性电流脉冲以对第一编码部分编码，接着是通过施加具有负极性的第二电路而磁化的另一部分。使用交替的极性电流脉冲对后续部分编码。
利用交替极性电流脉冲的这种连续编码过程产生多个几乎相同的编码部分。如果仅将一个电流脉冲施加到要磁化的每个部分，则这些部分一般不相同，因为磁化第二个部分也会影响第一个磁化部分。这种非期望的相互作用在编码工具的中部比其开始处和结束处更高，其中电极接触轴。在执行连续电流脉冲、磁化的同时使这些部分交替，并通过执行靠近电极接触轴处区域的磁场测量时可以实现几乎相同的编码部分。在轴中连续产生磁化区的另一个示例测量在每个分段或区中产生的场强，并调整电流脉冲的振幅以便用于后续编码步骤。
为了避免一个部分的连续磁化受到下一个磁化的影响，另一个编码实施例是对所有导电构件施加相同的电流振幅并立即对所有部分编码。在一个实施例中，导电构件将使用单独或分开的编码源来适应多个导电构件。在一个实施例中，对每个导电构件将使用单独的电容器组。
例如，如果有四个分段，则可以使用一个编码源以交替极性对四个电流编码源中的每一个施加相同的电流脉冲。在另一个示例中，有四个单独的编码源，从而避免编码过程期间不同编码电流之间的短路。在另一个示例中，可以采用开关方案来施加具有交替极性的电流脉冲信号。
虽然常规技术依赖于轴整个周缘磁化，本文中的一个系统实施例使用返回电流对轴中的磁通道编码。部分磁编码利用非对称表面效应(asymmetrical skin effect)以及电流总是取道最小阻抗的路径的事实。如果电流的频率足够高，则阻抗主要取决于电感。在短电流脉冲的情况中，轴中流动的返回电流将比较长脉冲的情况中更为局部化，从而能够实现极化且良好定义的/窄的磁性图。这种效应用于以更局部化的通道磁化轴部分，这促成传感期间磁场中更快速的改变。因此，编码期间的脉冲长度影响传感应用期间观察到的信号频率。
参考图2b，图示另一个编码配置，其中在轴205邻近处有成对的导电构件294、295。在此实施例中，成对的导电构件294、295围绕不导电框292耦合，其中可以围绕框292放置多个成对的导电构件。导电构件294、295位于彼此附近、近似平行并被间隙296分开。
与图2a的描述相似，将导电构件耦合到编码源，以使这些构件以相反极性耦合。存在连接，将导电构件的一端电耦合到编码源，同时将另一端电耦合到轴205。编码在功能上与对图2a详细描述的类似，但是所得到的部分磁编码部分是成对的，并产生彼此相对的隔离的畴边界，正如本文例如在图6中对此进一步详细描述。
参考图3，示出编码轴的一个示例的横截面图。根据一个实施例，编码包括在轴邻近处的导电构件，该导电构件施加编码脉冲，并且编码使用流经轴的返回电流来对轴编码。
在本示例中，有四个导电构件310、312、314、316，它们围绕轴350间隔约90度。导电构件310、312、314、316与轴350之间的间隙375通常小，因为导电构件越靠近轴表面，生成的磁场越强或所需的能量越少。在一个实施例中，间隙375小于1mm，并且可以在导电构件与轴表面之间包括绝缘片(未示出)。容差一般不是问题，因为仅在编码过程期间使用，而在轴操作期间不使用。
导电构件310、312、314、316图示在通过编码源(未示出)进行编码过程期间使用的交替相反极性，从而有了正极性构件312、316和负极性构件310、314。编码生成部分极化磁区域330、332、334、336。为了更好地说明，图3所示的磁场线属于利用DC电流的磁化。当利用DC电流脉冲执行磁编码时，表面效应阻止磁场线穿过整个轴横截面。相反，它们聚集在轴表面附近。DC电流脉冲长度越短，轴表面附近的电流和磁通量密度越高。这对于基于磁场测量来测量扭矩是有利的，因为靠近轴表面产生最高的磁通量密度，距离磁场传感器仅几个毫米的径向距离。此编码的独特属性之一是产生具有畴边界380的磁极化区域330、332、334、336。当对轴施加扭矩时，在畴边界380处出现磁通量密度上的最大改变。
因此，磁极化区域330、332、334、336显示当以短电流脉冲编码时，这些磁场是良好定义的分别极化磁区域通道，并且定义彼此相对的磁畴边界380。当轴承受扭转力矩时，边界380往往是呈示靠近轴表面可测量的最高磁通量密度的区域。这些畴边界380因此表示传感的最佳位置。
参考图4，详细描述用于处理编码部分的一个实施例，此编码部分具有含畴边界的磁极化区域。可以在制造过程期间、制造后或安装后对轴进行编码，随需求而定。如前文提到的，轴应该是铁磁材料的或具有附着轴的铁磁材料以用于编码。
将某种形式的编码部件围绕轴部分安装或定位410，其中该部件帮助将导电构件维持在彼此间适合的关系并且也维持对轴的适合的关系。导电构件通常彼此按空间关系设置，并且部件帮助维持该关系。安装的部件可以具有例如本领域中公知的多种类型，包括蚌壳设计和两片部件。定位的部件可以是围绕轴的一部分定位的更具整体性的壳体。
在一个实施例中，该部件相对于导电构件具有两个或两个以上自由度，并且使导电构件能够建立彼此的空间关系，例如基于轴直径的相位间距。
在编码过程期间可以有多个部件耦合到轴，或者可以有单个部件在沿着轴的不同部分位置处多次使用。
导电构件电耦合到编码源，并且还电耦合到轴415。在一个实施例中，电极将导电构件和编码源与轴耦合，并且也可以使用电引线或跳线来耦合以提供电耦合。可以将电极大约垂直地放置在导电构件的端部使电极大致刚好对齐于导电构件的端部下方。
可以根据设计标准以多种方式来实现电连接。例如，可以通过足够厚度以适应编码信号的电跳线或导线将导电构件的一端上的电极连接到编码源。在一个示例中，将导电构件耦合到编码源，以便以交替的极性耦合交替的导电构件。
编码源将电流脉冲引入到导电构件420。通常，对每个导电构件施加多于一个电流脉冲，并且通常施加多个电流脉冲。在一个实施例中，顺序地将这些电流脉冲施加到每个导电构件。这可以通过首先对每一个正极性导电构件施加电流脉冲(具有耦合到负极性的对应电极)或通过对每个导电构件顺序地施加电流脉冲并按需要交替极性来实现。并联连接导电构件的一个缺点是每个导体中电流振幅降低，并且实现并联导体上相等的电流分布困难。
举例说明顺序编码，对第一导电构件施加第一电流脉冲，并施加具有相同极性的多个电流脉冲。因为框架通常围绕固定轴部署，所以编码分段的位置是已知的。这使通过将轴旋转固定的量或将容纳导电构件的部件旋转固定的量来对附加的分段施加编码脉冲变得容易。
在一个实施例中，通过对电容器组放电来生成电流脉冲，其中可以由放电电阻器来修改电流脉冲的脉冲长度。在一个示例中，下落时间约为10毫秒。备选，电流脉冲的时长可以由开关装置来调整，可以将开关装置从不导电状态切换到导电状态，并且在某个时间之后返回到不导电状态。
通常使用短电流脉冲，因为较高频率降低轴穿透深度。本示例中的电流脉冲是单极脉冲，并且足够短以致于仅穿透表面区域并生成靠近轴表面的相同的部分磁极化区域330、332、334、336(如图3所示)以实现DC电流编码。
电流密度的深度由表面深度δ表征，表面深度δ可根据如下关系计算：
δ = 1 π × f × μ 0 × μ r × σ
其中
σ-轴的导电率
f-频率
μ0-真空的磁导率
μr-轴材料的相对磁导率
假定电容器放电生成的电流脉冲，其中电流的上升时间远小于电流衰变时间(下落时间)，则上面关系中的频率与编码期间施加的电流脉冲的下落时间相关。一般来说，上面关系中的频率与施加的电流脉冲的基频(第一谐频)相关。因为对高相对磁导率的铁磁材料进行编码，所以表面深度甚至在中频处仍变得相对较小。
无论如何施加电流脉冲，电流脉冲均在轴430中感生生成磁极化区域的磁场。应该理解，电流脉冲的施加可以对所有导电构件同时进行、对每个构件顺序进行或对某个分组的构件进行。
根据一个实施例的磁轴编码引入沿周向方向的规则磁化图，可以按足够的周向间距设置这些规则磁化图。在本示例中，通过旋转磁化轴获得的磁场是AC场，并且AC场的频率耦合到轴的旋转频率。中频使得能够使用标准磁场传感器(例如霍尔效应或磁通门传感器)来测量由旋转轴引起的所产生的磁场。在另一个实施例中，使用耐高温空芯电感线圈来执行场检测。可以在轴中实现足够多数量的编码部分，以使得甚至在高旋转速度下，可检测到足够高频率的信号。
根据一个实施例，一种简单的编码排列使用附接于轴表面邻近处的至少一个孤立导体，其具有第一端和第二端。在轴上可以有接近导电构件的输入侧和输入端的电极，以便建立电流和返回路径。
另一个实施例使用围绕轴的至少一部分布置的四个或四个以上导电构件，它们具有交替极性使得导电构件的交替极性为负极、正极、负极和正极并依此类推。在另一个实施例中，导电构件是成对的且以交替极性彼此靠近，并且可以有围绕轴的多对导电构件。
在一个方面中，在导电构件上传送信号，以使第一组编码灌注在轴的部分上。一个附加的方面是，同时将第一组编码进行编码，以使所有通道同时被编码。可以从不同源对导电构件供给，以避免轴中流过的返回电流之间的短路。在又一个方面中，一次在一个导电构件中执行编码。
可以将一组附加的编码布置在位于围绕轴的部分的一组局部通量密度最小值邻近处。局部最小值布置在与第一组编码偏移的位置处，并且居中于具有不同极性的导电构件之间，如图3所示。
作为说明，编码系统可以通过包围轴的部分的壳体结构来实现。壳体通常包含位于轴邻近处但不与轴直接接触的多个导电构件。这些导电构件可以是围绕轴朝向的孤立导体，仅有所需数量的构件，例如用于第一编码的四个或八个构件以及用于第二编码的四个或八个构件。备选，可以有附加的构件，从而仅一些构件被利用，随应用而定。这种实现提供冗余性，并允许更大量的导体用于其他应用。
在某些情况中，轴直径是确定顺序编码是否可接受的因素，因为在编码构件之间应该有足够的分隔，以使个体编码不会干扰其他编码。
在一个方面中，系统产生在轴附近周向改变的磁场，并且随着轴旋转，这将产生AC场分量。所得到的AC场分量可由搜索线圈来测量。这种系统对于DC场干扰不敏感，并对于例如磁通门传感器等其他传感器而言，可应用于较高温度范围。在另一方面，包括以低速或中等速度旋转的大直径轴，可以通过磁场传感器(MFS)来执行磁场传感。磁场传感器一般用于测量磁通量和/或磁场的强度和方向，并且可以基于多种类型的传感器，包括磁致伸缩装置、磁通门或线圈传感器、霍尔效应传感器、磁阻抗传感器。选择特定磁场传感器取决于设计标准，并且包括例如通量密度、分辨率、精确度和轴的数量等某些方面。就轴而言，可以将传感器布置为将测量的响应最大化，由此可以将传感器设置朝向为例如0度、45度和/或90度。可以利用不同类型的传感器来从轴获取各种数据。
部分编码可以采用多种方式来执行，包括沿着周向仅对一个或多个轴部分编码并沿着周向多次编码以便生成周期性交替的通量分量，从而可以使用电感传感器来传感磁通量密度。根据预计的应用需求，多个编码能够在轴的旋转期间提取更多的数据，这可以提供更精确且及时的处理。举例来说，具有400匝、1000Ω电阻和0.9mm2面积的线圈对于正弦AC磁场具有范围为的噪声电平。在1000rpm的转轴且测量带宽为50Hz的情况中，这导致0.8μT的噪声电平。因此，可以由小空芯线圈精确测量范围在几十或几百微特斯拉的磁场。
参考图5，示出另一个编码实施例。在本示例中，在围绕轴的一个或多个部分处形成磁极化部分。这种实现对于大直径轴的部分磁编码特别有用，其中对整个周缘编码是极其昂贵且耗时的。
图5中示出编码过程之后所产生的磁场线。在本示例中，有四个编码部分510、520、530、540，它们各具有位于轴表面邻近处的相应磁场515、525、535、545，其磁通量密度具有基于编码的特性。磁场线的穿透深度取决于例如编码过程中所使用的电流脉冲的长度等因素。在一个实施例中，通过对不同极性和长度的脉冲进行编码产生编码部分之间的良好定义的畴边界580，这些脉冲被施加于每个磁极化部分处。因此，可以靠近轴表面产生具有不同极性的磁极化部分之间的畴边界580。
磁畴边界580的朝向帮助确定磁场传感器560用于测量扭矩相关的场改变的最佳朝向。不导电传感器560设成检测转轴的磁场，可以处理该磁场以提供围绕轴的某些特性。
传感框部件550可以是轴的周缘的一部分或围绕整个周缘布置。在某些实施例中，将传感器560集成到现有的轴壳体中，从而无需单独的传感器部件，并且集成的结构执行传感器部件的功能。壳体可以提供多个传感器插槽570，从而可以部署任何数量的传感器560。金属壳体的一个优点在于，它提供对外部AC磁场分量的屏蔽。
高功率应用需要可靠的扭矩监视。根据一个实施例，系统部署更多的传感线圈，并因此获得更大的读数频率和更大的可靠性。传感线圈相对便宜，且可以容易地在传感器容器中部署多个线圈。在一个示例中，有多个传感器560布置在传感器部件内。根据一个实施例，使用多个传感器560以通过允许更频繁的测量而提供更大的可靠性。多个传感器560还可以用于提供冗余性，以便甚至在一些传感器故障的情况下传感功能仍可工作。在另一个示例中，部署不同类型的传感器，以便可以测量不同类型的数据。多个传感器类型可以利用特定传感器的传感特性或在其他方面能够获得强化的传感功能。在又一个实施例中，部分编码过程包括具有不同编码特性的不同编码部分，从而传感器可以获得多种形式的数据。
通过举例，如图3所示四个编码部分的使用可用于例如60mm的轴。对于更大直径轴或对于更精确的测量，可以采用附加的编码以添加另外的磁极化区域和对应的边界。为了将扭矩无需高采样率的应用中对大轴进行磁编码的时间工作量和成本减到最小，可以仅沿着周向部分地磁化轴，例如图6所示。
生成磁编码极化区域及其之间的中性区使得能够在转轴周围生成扭矩相关的AC场分量，从而可以通过测量放置在轴附近的线圈中的感生电压来直接测量轴功率。
使用搜索线圈中的感生电压直接测量轴功率(或速度和扭矩)可在高于500℃的温度下适用，并且仅受线圈材料特性所限。当仅测量AC场分量时，该系统还对始发于周围的恒定磁场不敏感。
参考图6，示出用于部分磁编码的一个实施例。在本示例中，导电构件对610、612；620、622；630、632；以及640、642位于轴605周围。使用每对来产生磁极化区域，这些磁极化区域具有成对导电构件的对应磁场614、616；624、626；634、636；以及644、646的畴边界。可以将导电构件610、612；620、622；630、632；640、642中的每一对耦合到编码源(未示出)，编码源对每对中的构件提供不同的极性以便生成交替极化的磁场。
例如，导电构件612采用正极性编码，而成对的导电构件610使用负极性编码。从编码得到的极化磁区域616、614具有畴边界区域650，该边界区域650表示来自轴605的扭转力矩的最佳响应的位置。不同于图3的畴边界，成对极化磁区域相距远，并且每个相应区域之间有空隙间隔660。
在图6图示的示例中，在轴605上有由四对导电构件610、612；620、622；630、632；640、642生成的八个编码区域614、616；624、626；634、636；以及644、646。因此，可以无需磁化整个轴而实现具有四个磁畴边界650、652、654、656的良好定义的磁极化区域。可以将本示例中使用的磁场传感器沿着周向设置朝向以便测量与轴表面相切且垂直于磁畴边界的磁场分量。在理想状况下，这对于磁场传感器来说是最佳朝向。如果场传感器安装在编码工具电接触轴表面所在的位置附近，则磁场传感器的其他朝向可能会是有利的。
参考图7，示出编码的另一个实施例，用于沿着轴705的径向周缘进行磁编码并在轴上产生磁畴边界。在此示例中，有围绕轴705的分段定位的弧段720、740。将一个导电弧段720耦合到正极端710上的正极性编码源(未示出)，以使编码电流沿着从正极端并且沿着弧720流过。在本示例中，通过与轴705接触的电极725将导电弧段720的另一端耦合到轴705。因此，编码电流脉冲沿着导电构件720流过，返回电流沿着轴705流到返回端715处的返回电极，该返回端715电耦合到编码源(未示出)。
将其他导电弧段740在返回端730上耦合到编码源(未示出)。编码信号经由与轴705接触的电极沿着轴表面并通过电极745从编码源(未示出)传播到正极端735。编码电流沿着弧段740流过并经由返回端730返回到编码源(未示出)。同样地，此编码生成围绕轴705的周缘的部分磁区域。产生极化磁区域的导电弧段对720、740的组合还产生位于其之间的畴边界750，这是最佳传感区域。
在本示例中，有两个极化区域沿着轴的轴向设置朝向。磁场测量比其他实施例更简单，因为轴快速旋转，而在周向上有更长长度的传感区域。
应该显见到，虽然示为大约半圆的弧段，但是这些弧段可以是轴的小部分或圆形周缘的较大部分。而且，虽然示出为周向的，但是编码通道可以沿着轴的任何方向，例如沿着磁极化通道的对角线。
参考图8，示出简化的测量系统的一个实施例。在本示例中，磁编码的轴805包括由在这些部分中的每一个具有交替极性的编码脉冲导致的多个极化磁区域810，其之间具有磁畴边界。磁编码极化区域的数量取决于编码和设计标准，例如轴的直径。应该认识到，为了方便，极化磁通道的形状示出为直线。在本示例中，使用传感器820、825、830、835来测量操作期间的转轴的多个方面。
再次参考图8，当轴805没有承受扭矩或弯曲时，磁通量路径主要靠近在轴材料内。当对轴805施加一些扭矩或挠矩时，在磁畴边界处的通量分量的不连续在空间中(在轴材料外)产生一个或多个传感器820、825、830、835可测量到的附加的磁场。
在本示例中，传感器单元820、825、830、835处在距离轴805某个小距离处，并使其朝向可检测磁场。传感器820、825、830、835可以是相同或相似类型的传感器，并将朝向设置为相对于轴在相同或相似平面中。在另一个实施例中，以不同方式将这些传感器的朝向设置为，例如使之能够检测到不同测量的不同角度。而在又一个实施例中，传感器820、825、830、835属于配置成检测不同特性的不同类型。测量的数据通常经过后续处理以基于测量的磁场来确定与轴关联的特征。
常规磁致伸缩传感器系统的高温工作受限于需要能够传感DC磁场的传感器。例如在磁通门传感器中，高温工作受限于磁通门传感器中使用的芯材料的居里温度。部分磁编码提供测量因轴的旋转部分引起的AC磁场所导致的感生电流的能力。在一个示例中，传感器是具有空芯的传感器线圈。但是，其他传感器是可能的，包括磁通门、霍尔效应、各向异性磁致伸缩和巨磁阻抗(GMR)。
在一个实施例中，期望传感器成对(820、825和830、835)地工作并以不同的操作模式工作，因为这使其针对常见干扰模式类型(例如环境温度或外部磁场)更鲁棒，并提供对相反方向的扭矩的对称响应。在一个示例中，第一传感器对820、825相对于轴按不同于第二传感器对830、835的角度设置朝向。
该系统的一个实施例提供用于磁致伸缩测量的磁编码系统和方法。与常规方案相比，轴具有编码成生成交替磁通量分量的磁极化区域，从而可以使用电感传感器来传感直接与施加的扭矩成比例的磁通量密度。
在某些应用中，当施加部分磁编码时，难以精确地在所有轴部分中实现相同的通量分布和/或磁化。部分之间缺乏一致性有多种原因，例如磁编码工具相继地施加于不同的部分，材料不均一性和施加于轴部分的磁化电流密度不同。在磁化工具无法同时并以串联方式与该部分连接时，这尤其相关。由于编码通道之间的磁特性上的差异，所以在不同的磁编码轴部分上以相同的传感器传感相同的扭矩或功率可能导致不精确的结果。
因此，一个实施例中的磁场传感是基于一种方法和系统，其中测量值是基于积分方法。该积分通常包括用于积分处理的多个因素。该积分通常包括轴的至少一个完整旋转。
在图9中，出于说明目的提供一个测量系统示例以解释操作，其中编码的轴905具有轴上的多个极化磁区域907。标记A和A’的第一对传感器910布置在轴905邻近处，其之间有小间隙。传感器910基于对磁场907测量的改变来测量轴的特性。作为说明处理的一个示例，将传感器A和A’的朝向设置为测量与轴的轴向垂直的切线磁场分量。为了更好理解，假定在轴旋转时，传感器测量理想的正弦波信号。传感器A’接收正弦信号920，在减法器925中将其与来自传感器A的信号930组合以产生结果信号935。此信号935被积分器940积分，产生第一积分信号945。
标记B和B’的第二对传感器915也布置在轴905邻近处，其之间有小间隙。传感器915也基于对磁场907测量的改变来测量轴的特性。传感器B接收正弦信号950，在减法器960中将其与来自传感器B’的信号955组合以产生结果信号965。此信号965被积分器970积分，产生第二积分信号975。在加法器985处，将第一积分信号945与第二积分信号975组合成组合信号980，以产生组合的输出信号990。
在一个实施例中，有八个编码部分和八个电感线圈，其中在一个旋转期间实现八个测量值。例如，对以3000rpm旋转的轴，每2.5毫秒取一个新样本，这通常对于例如大轴等大多数高功率应用是足够的。如果此采样率不够，则可以增加编码部分的数量或传感线圈的数量。
如果需要测量扭矩的更高采样率，则可以利用更高级的信号处理算法以便能够实时输出测量信号而不积分。
参考图10a-10f，详细描述用于部分编码的轴1005的高级信号处理的传感实施例，并包括两个测量情况，即斜坡扭矩改变(图10c-d)和阶梯函数扭矩改变(图10e-f)。此实施例可以用于使用正弦函数的测量的扭矩的更高采样率，其中通常对编码和解码采用正弦函数。更高的采样率能够实时输出测量信号，因为无需积分。
参考图10a和10b，有四个编码部分1015，其分别具有相应的畴边界和六个传感器单元1010。在接收线圈处以串联方式耦合相距180°的两个传感器1010的相应输出。然后将三个结果输出组合以形成三相信号1020，并且在一个示例中相位一1022由来自传感器1和4的输出组成；相位二1024包括来自传感器3和6的输出；以及最后一个相位1026包括传感器输出5和2。在某个时间，轴承受到某个扭矩，然后处理测量。
图10c和图10d以图表形式图示经过dq变换的扭矩改变的斜坡函数的处理。斜坡函数1030包括相位′a′1032、相位′b′1034和相位′c′1036，并示出输出斜坡如何以线性方式随着时间向下斜。dq变换输出1040示出d输出1042和q输出1044。
图10e和图10f以图表形式图示经过dq变换的扭矩改变的阶梯函数的处理。阶梯函数图1050示出相位′a′1052、相位′b′1054和相位′c′1056，并包括由于一些轴改变所致的输出之间的差1058。
以图表形式示出变换的输出1060，示出d输出1062和q输出1064，其中扭矩表示为电平的改变1066。
在一个实施例中，有如下的传感的信号的dq0变换：
V d = 2 3 ( V a sin ( ωt ) + V b sin ( ωt - 2 π / 3 ) + V c sin ( ωt + 2 π / 3 ) )
V q = 2 3 ( V a cos ( ωt ) + V b cos ( ωt - 2 π / 3 ) + V c cos ( ωt + 2 π / 3 ) )
V 0 = 1 3 ( V a + V b + V c )
根据一个实施例的编码方法和系统能够高度精确地测量旋转机械的直接功率、扭矩和/或挠矩。根据传感线圈的数量和传感线圈处理，电信号直接与轴功率、扭矩或挠矩成正比。传感器积分容易是使用小线圈实现的该系统的又一个特征。将传感器电子元件放置在距离传感器某个距离以及远离传感器安装多达数米以便能够在苛刻环境中测量也是可能的。
本文详细描述的系统的特征之一是，基于相对于轴传感AC场分量的轴功率、扭矩、速度的非接触测量。可以简单地在高速旋转的轴(例如高速电机械或喷气发动机)中实现高采样率。轴功率、扭矩和速度的测量可以基于较小、成本低且允许在包括温度范围高于220摄氏度的环境中操作的空芯电感线圈。
此系统还提供不接触测量系统，因为在操作期间没有任何东西附接到转轴。这种不接触系统能够直接监视轴功率，这对于例如大涡轮火车的轴系统的不同部分中检测效率下降是极适合的。
可以从本文详细描述的测量系统中获益的一个应用示例涉及风力涡轮的传动系统。具有磁化构件的框可以在制造过程期间快速安装，从而满足主轴的磁编码需求。风力涡轮主轴中的高度关注点是监视挠矩，以及基于挠矩测量，在应用非对称负载控制(ALC)时此类力矩的减少。能够进行挠矩测量的磁编码的一个示例设计是用于风力涡轮的大直径轴。如果对此轴施加扭矩，则所有传感器测量到相同的磁场改变。在垂直或水平方向上有挠矩的情况下，两个相反场传感器测量不同的场改变。在一个示例中，传感器对应用于四个传感器位置处，以便能够进行差分测量。可以在周向上添加更多的传感器对来增加传感系统的精确度和可靠性。
因为风力涡轮主轴旋转缓慢，并且通常具有能够容易地从转轴提取信号的滑动环，所以能够将磁场传感器直接安装在轴表面上，在磁畴边界附近，以便传感器系统随着主轴一起旋转，从而能够实现非常精确的扭矩和挠矩输出信号，因为传感器在所有转子位置处产生相同的磁场输出。因此，可以将此类辅助传感器永久性地安装在主传动轴中，磁场或挠矩信号经由现有的滑动环或无线通信来传送。
具有高分辨率和重复性的轴功率测量还能够在早期阶段检测转子轴系统中的振动或技术问题，以用于高级维护计划或用于疲劳诊断。在所有工作条件下以及轴系统的使用寿命期内对轴功率进行高精确度地监视能够实现更高的涡轮或喷气发动机效率。
精确地测量蒸汽和燃气涡轮或压缩机的各个阶段中间的轴扭矩的能力对于测量和优化性能是一个重要的工具。在常规涡轮和压缩机应用中，在系统试运转之后，各个阶段之间没有直接轴扭矩或功率测量可用。
基于永久磁编码的钢部分的扭矩传感系统能够长期高稳定性地测量不同轴部分处的轴功率输出和弯曲。这是非常适合于风力涡轮机的，而且也非常适合于蒸汽涡轮机、燃气涡轮机或大压缩机，其中可以容易地检测各个涡轮阶段之间的微小功率输出下降，从而能够执行预防性维护并在涡轮机或压缩机的使用寿命期的所有时间保持高的能量效率。
另一方面涉及包括多个传感线圈来实现冗余性。传感元件的低成本允许实践中使用多个传感线圈，从而即使在一个或多个个别传感器元件失效时，测量系统仍在工作。
出于说明和描述的目的，给出了本发明的实施例的前文描述。这无意视为穷举性的或将本发明限于所公开的具体形式。根据本公开，许多修改和变化是可能的。本发明的范围不应受此详细描述限制，而是由在此附上的权利要求限制。

Claims (21)

1.一种轴的磁编码系统，包括：
至少一个导电构件，具有第一端和第二端，所述至少一个导电构件布置在所述轴的邻近处，所述构件与所述轴之间有间隙；
一对电极，在所述导电构件的每一端邻近处并电耦合到所述轴，其中所述电极中的一个电耦合到所述导电构件的所述第二端；以及
编码源，电耦合到所述导电构件的所述第一端，并电耦合到所述电极中的另一个；
其中将来自所述编码源的单极电流脉冲施加到所述电极和所述导电构件，从而在所述轴中产生部分编码区域。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括围绕所述轴的至少一部分布置的不导电编码部件，其中所述导电构件布置在所述编码部件内。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述导电构件沿着所述轴的一部分轴向设置朝向。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述导电构件沿着所述轴的一部分周向设置朝向。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述导电构件沿着所述轴的一部分对角向设置朝向。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述电极临时耦合到所述轴。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述导电构件的数量为至少两个，将所述导电构件中的至少两个围绕所述轴设成彼此相邻，以用于产生相反极性的部分编码区域。
8.根据权利要求7所述的系统，还包括在所述部分编码区域之间形成的磁畴边界，所述部分编码区域具有相反极性并且彼此相邻。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述相邻导电构件被定位成彼此紧密地靠近。
10.根据权利要求1所述的系统，所述至少一个导电构件包括围绕所述轴的至少一部分设置朝向的多个导电构件。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述轴由铁磁材料制成。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述铁磁材料是钢。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述轴具有围绕所述轴的表面施加的铁磁材料层。
14.根据权利要求1所述的系统，其中所述导电构件基本是直线或圆形的，并且沿着所述轴的一部分纵向或周向延伸。
15.一种用于测量转轴的特性的系统，包括：
多个先前编码的极化磁区域，所述多个先前编码的极化磁区域在所述轴中周向布置，其中相邻磁区域具有相反极性并且其中在所述相邻磁区域之间有畴边界；
至少一个传感器，所述至少一个传感器布置在所述编码的极化磁区域邻近处，其之间有间隙；以及
处理部分，所述处理部分耦合到所述传感器以用于处理场分量，从而基于磁致伸缩效应来测量所述转轴的特性。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述先前编码的极化磁区域在所述轴旋转时为交变磁场的生成作准备，其中所述交变场测量轴功率、扭矩、速度和挠矩中的至少一个。
17.根据权利要求15所述的系统，其中所述传感器是空芯电感线圈或磁场传感器(MFS)中的至少一个。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述磁场传感器是霍尔效应传感器、巨磁阻(GMR)传感器、磁通门传感器或磁阻抗传感器中的至少一种。
19.根据权利要求15所述的系统，其中所述特性包括基于传感轴中的磁场分量对轴功率、扭矩、速度或挠矩中的至少一个的非接触测量。
20.一种对轴编码的方法，包括：
在围绕所述轴的部分紧邻处布置至少一个导电构件，所述导电构件具有第一端和第二端；
将第一端电极和第二端电极分别布置在所述轴上邻近所述第一端和所述第二端，其中所述第二端电极耦合到所述导电构件的所述第二端；
将所述第一端电极电耦合到电流源，并将所述电流源耦合到所述导电构件的所述第一端；以及
对所述导电构件施加单极电流脉冲，从而感生部分编码区域。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述导电构件的数量为至少两个，将所述导电构件中的至少两个彼此相邻地设置朝向，其中所述编码是具有相反极性的，使所得到的极化磁通道具有畴边界。
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