CN102261975A

CN102261975A - 传动装置旋转轴能量和信号同步无线传输的扭矩测试装置

Info

Publication number: CN102261975A
Application number: CN2011101044446A
Authority: CN
Inventors: 刘云鹏; 党玲; 卜树峰; 徐宜; 吴才成; 张洪彦; 李振平; 葛东良
Original assignee: China North Vehicle Research Institute
Current assignee: China North Vehicle Research Institute
Priority date: 2011-04-26
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2011-11-30

Abstract

本发明涉及传动装置旋转轴能量和信号同步无线传输的扭矩测试装置，其特征在于，包括：与电阻应变计桥路相连的轴装模块；与轴装模块相连的转子线圈；与定子线圈相连的调理模块解决车辆传动装置旋转轴系扭矩测试能量和数据传输问题，提供一种适用于传动装置狭小空间、高温、高振动冲击环境的扭矩测试装置，能够长时间工作且能对扭矩状态进行实时监控和诊断。

Description

传动装置旋转轴能量和信号同步无线传输的扭矩测试装置

技术领域

本发明涉及扭矩测试装置，具体地讲，涉及一种车辆传动装置旋转轴的无线扭矩测试装置。

背景技术

车辆传动装置旋转轴系扭矩测试装置要安装在高速旋转的轴系，且传动装置安装空间狭小、油污、较大的离心力等因素，使信号传输和能量传输成为旋转轴系扭矩测试需要解决的两个关键技术，旋转轴系扭矩测试信号传输可分为接触式、非接触式两种。

接触式以传统集流器来实现，有水银式、电刷式、滑环式等，集流器通过联轴器与旋转轴相连，将电源激励传输到旋转轴上粘贴的电阻应变计，将电阻应变计的变化量传输到外部数据调理采集系统。接触式集流器由于接触面表面氧化、磨损、高速旋转轴系振动等均可使接触电阻发生变化，降低系统可靠性，带来较大测试误差，且接触式集流器体积大不便于安装，这些限制了接触式集流器在传送装置扭矩测试的应用。

非接触式有红外线传输、数字无线传输、储存测试等多种方式，虽能解决接触式集流器的接触面磨损问题，但也有诸多不足之处，如红外方式数据传输体积较大不适用于车辆狭小空间的要求，数字式无线传输方式随着电子技术的发展，无线数传芯片具有低功耗、高速率、低误码率、微小体积等特点，但不适用于车辆高温(125℃)的工作环境。存储测试是近年发展起来较先进的测试方法，但这种方法不能实时地反映被测信号，且测试装置的放入与取出给工作带来诸多的不便。

扭矩测试的能量传输一般采用电磁感应或电池方式，也有采用天线发送接收的原理，将电波的交流电通过整流滤波后应用，但其传输功率较低，只有几毫瓦到上百毫瓦，实际应用较少。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种车辆传动装置旋转轴的无线扭矩测试装置，该装置适用于传动装置狭小空间、高温、高振动冲击环境的扭矩测试装置，能够长时间工作且能对扭矩状态进行实时监控和诊断，解决了车辆传动装置旋转轴系扭矩测试能量和数据传输问题。

本发明提供的一种传动装置旋转轴能量和信号同步无线传输的扭矩测试装置，其改进之处在于包括：通过四芯电缆线与电阻应变计桥路相连的轴装模块、通过双角线与轴装模块相连的转子线圈和通过双角线与定子线圈相连的调理模块，通过轴装模块、调理模块、定子线圈、转子线圈得到与扭矩成线性关系的频率信号，经采集后存储。

本发明提供的第一优选的传动装置旋转轴能量和信号同步无线传输的扭矩测试装置，所述轴装模块包括放大器、压频转换器、调制器和整流稳压器，所述放大器、压频转换器和调制器通过电缆串联后与整流稳压器并联，所述整流稳压器及调制器通过电缆还与转子线圈连接。

本发明提供的第二优选的传动装置旋转轴能量和信号同步无线传输的扭矩测试装置，所述轴装模块采用胶粘的形式固定在传动装置旋转轴表面或轴盲孔内；所述调理模块固定在传动装置外壳体。

本发明提供的第三优选的传动装置旋转轴能量和信号同步无线传输的扭矩测试装置，所述调理模块包括功率放大器、载波信号发生器、检波电路、低通滤波电路、信号放大器和方波信号发生器；所述功率放大器通过电缆与定子线圈和载波信号发生器连接，所述定子线圈位于功率放大器和检波电路之间；所述检波电路依次与低通滤波电路、信号放大器和方波信号发生器串联。

本发明提供的第四优选的传动装置旋转轴能量和信号同步无线传输的扭矩测试装置，所述定子线圈通过螺栓孔固定在传动箱箱体连接件上，所述转子线圈通过螺栓孔固定在轴连接件上，随旋转轴系运动；所述定子线圈和转子线圈安装在一个水平面且间距小于1mm。

本发明提供的第五优选的传动装置旋转轴能量和信号同步无线传输的扭矩测试装置，所述传动箱箱体连接件和轴连接件采用绝缘材料或金属，所述绝缘材料采用电木、聚乙烯。

本发明提供的第六优选的传动装置旋转轴能量和信号同步无线传输的扭矩测试装置，所述定子线圈和转子线圈由PCB板敷铜制成，即采用普通印刷电路板制成。

本发明提供的第七优选的传动装置旋转轴能量和信号同步无线传输的扭矩测试装置，定子线圈和转子线圈的形状均为圆形。

本发明提供的第八优选的传动装置旋转轴能量和信号同步无线传输的扭矩测试装置，定子线圈缠绕在一个U型铁心上，设计为U型线圈。

本发明提供的第九优选的传动装置旋转轴能量和信号同步无线传输的扭矩测试装置，所述电阻应变计桥路为惠斯通应变桥。

通过轴装模块、调理模块、定子线圈、转子线圈四个部分得到与扭矩成线性关系的频率信号，经采集系统采集、笔记本电脑存储为数据文件。

定子线圈、转子线圈结构设计安装须保证在一个水平面且间距小于1mm；若连接件为金属，则必须与连接件保持一定距离。

轴装模块用耐高温密封胶粘固定在传动装置旋转轴表面或轴盲孔内，由放大器、压频转换器、调制器、整流稳压器组成，结构尺寸根据约束空间设计。

调理模块固定在传动装置外壳体，由载波信号发生器、功率放大器、检波电路、低通滤波电路、信号放大电路、方波发生器组成。

定子线圈和转子线圈由PCB板敷铜制成，一般均设计为圆形，也可将定子线圈缠绕在一个U型铁心上设计为U型线圈，节省空间。转子线圈一般均固定在旋转轴上，定子线圈可根据空间要求固定在旋转轴或传动装置箱体上。

与现有技术相比，本发明提供的一种车辆传动装置旋转轴的无线扭矩测试装置具有以下优点：

1、本发明采用了电磁感应方式来实现电信号在转子线圈和定子线圈之间的无接触传输，解决履带车辆动态扭矩测量中存在的能量传输问题；

2、数据传输采用幅值调制方式，实现数据的非接触传输；

3、本发明感应供电和无线数据传输创新共用一组线圈，其机械尺寸根据传动系统轴系实际尺寸空间需求定制，可以满足不同传动系测试要求；

4、连接件选用电木、聚乙烯等绝缘材料，保证传输效率及减少涡流干扰；

5、该装置适用于传动装置狭小空间、高温、高振动冲击环境的扭矩测试装置，能够长时间工作且能对扭矩状态进行实时监控和诊断；

6、解决了车辆传动装置旋转轴系扭矩测试能量和数据传输问题。

附图说明

图1是：本发明提供的一种车辆传动装置旋转轴的无线扭矩测试装置扭矩测试装置的原理框图；

图2是：本发明提供的一种车辆传动装置旋转轴的无线扭矩测试装置扭矩测试装置的线圈结构设计示意图。

图中：1、惠斯通应变桥；2、放大器；3、压频转换器；4、调制器；5、转子线圈；6、定子线圈；7、功率放大器；8、载波信号发生器；9、整流稳压器；10、检波电路；11、低通滤波；12、信号放大器；13、方波信号发生器。

具体实施方式

以下通过附图及实施例对本发明提供的一种车辆传动装置旋转轴的无线扭矩测试装置扭矩测试装置的工作原理作进一步说明。

实施例1

如图1所示，本发明采用金属的电阻应变效应进行扭矩测试，在测试点沿轴±45°方向粘贴两组350Ω的应变片组成惠斯通应变桥1。能量传输链路为载波信号发生器8产生2MHz标准方波，经功率放大器7将功率放大，使定子线圈6获得较大的发射功率，在周围一定距离的空间范围内产生磁场强度很小但高频变化的电磁场，转子线圈5位于这个电磁场中，定子线圈6磁通量的高频变化在转子线圈5中产生一定幅值的高频感应电动势。此电动势经整流稳压器9调整为直流电5V为轴装模块及惠斯通应变桥1提供电源和桥压。数据传输链路为惠斯通应变桥1输出电压经放大器2放大，放大倍数根据测试量程通过放大器外置电阻改变，放大倍数为1-1000倍可选。放大器2输出信号偏置设计为放大器电源电压的1/2，这样没有信号输入时的放大器2的输出为放大器电源电压的1/2。压频转换器3将电压信号转换为频率信号，其输出频率可由外置电阻、电容设置，在输入信号为0时压频转换器频率输出为17.5KHz。此调制信号通过调制器4将信号调置到2MHz的载波上，由转子线圈5发射。

定子线圈6接收到幅值调制的信号通过检波电路10得到较弱的信号，低通滤波11滤除2MHz载波，经三级信号放大电路12将信号的幅值放大，方波信号发生器13将信号整形，复现调制波形，此波形进入采集系统采集其频率信号，在笔记本电脑存储数据。

如图2所示为扭矩测试装置的线圈结构设计，其中转子线圈通过Φ2.4的螺栓孔固定在轴连接件(如改造的轴承挡圈)上，随旋转轴系运动。定子线圈通过Φ2.4的螺栓孔固定在箱体连接件。由于采用电磁感应的传输方式，定子线圈与转子线圈安装须保证在一个水平面且间距小于1mm。为保证传输效率及减少涡流干扰，连接件应尽量选用电木、聚乙烯等绝缘材料，若连接件为金属，则必须与连接件保持一定距离，如图中尺寸1、尺寸2、尺寸3、尺寸4所示，才能使信号可靠传输。尺寸1表示定子线圈与转子线圈的螺栓孔距离最小为22mm，尺寸2表示定子线圈内径与箱体连接件的距离最小为8mm，尺寸3表示转子线圈外径与轴连接件的距离最小为8mm，尺寸4表示连体连接件与轴连接件的距离最小为8mm。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管本领域的技术人员阅读本申请后，参照上述实施例对本发明进行种种修改或变更，但这些修改或变更，均在申请待批本发明的权利申请要求保护范围之内。

Claims

1.一种传动装置旋转轴能量和信号同步无线传输的扭矩测试装置，其特征在于包括：通过四芯电缆线与电阻应变计桥路相连的轴装模块、通过双角线与轴装模块相连的转子线圈(5)和通过双角线与定子线圈(6)相连的调理模块，通过轴装模块、调理模块、定子线圈(6)、转子线圈(5)得到与扭矩成线性关系的频率信号，经采集后存储。

2.根据权利要求1所述的传动装置旋转轴能量和信号同步无线传输的扭矩测试装置，其特征在于所述轴装模块包括放大器(2)、压频转换器(3)、调制器(4)和整流稳压器(9)，所述放大器(2)、压频转换器(3)和调制器(4)通过电缆串联后与整流稳压器(9)并联，所述整流稳压器(9)及调制器(4)通过电缆还与转子线圈(5)连接。

3.根据权利要求1所述的传动装置旋转轴能量和信号同步无线传输的扭矩测试装置，其特征在于所述轴装模块采用胶粘的形式固定在传动装置旋转轴表面或轴盲孔内；所述调理模块固定在传动装置外壳体。

4.根据权利要求1或3所述的传动装置旋转轴能量和信号同步无线传输的扭矩测试装置，其特征在于所述调理模块包括功率放大器(7)、载波信号发生器(8)、检波电路(10)、低通滤波电路(11)、信号放大器(12)和方波信号发生器(12)；所述功率放大器(7)通过电缆与定子线圈(6)和载波信号发生器(8)连接，所述定子线圈(6)位于功率放大器(7)和检波电路(10)之间；所述检波电路(10)依次与低通滤波电路(11)、信号放大器(12)和方波信号发生器(12)串联。

5.根据权利要求4所述的传动装置旋转轴能量和信号同步无线传输的扭矩测试装置，其特征在于所述定子线圈(6)通过螺栓孔固定在传动箱箱体连接件上，所述转子线圈通过螺栓孔固定在轴连接件上，随旋转轴系运动；所述定子线圈(6)和转子线圈(5)安装在一个水平面且间距小于1mm。

6.根据权利要求4所述的传动装置旋转轴能量和信号同步无线传输的扭矩测试装置，其特征在于所述传动箱箱体连接件和轴连接件采用绝缘材料或金属，所述绝缘材料采用电木、聚乙烯。

7.根据权利要求1或5所述的传动装置旋转轴能量和信号同步无线传输的扭矩测试装置，其特征在于所述定子线圈(6)和转子线圈(5)由PCB板敷铜制成，即采用普通印刷电路板制成。

8.根据权利要求7所述的传动装置旋转轴能量和信号同步无线传输的扭矩测试装置，其特征在于定子线圈(6)和转子线圈(5)的形状均为圆形。

9.根据权利要求7所述的传动装置旋转轴能量和信号同步无线传输的扭矩测试装置，其特征在于定子线圈(6)缠绕在一个U型铁心上，设计为U型线圈。

10.根据权利要求1所述的传动装置旋转轴能量和信号同步无线传输的扭矩测试装置，其特征在于所述电阻应变计桥路为惠斯通应变桥(1)。