CN109738100A - 基于超磁致伸缩材料压磁效应的扭矩测量仪及其测量方法 - Google Patents

基于超磁致伸缩材料压磁效应的扭矩测量仪及其测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109738100A
CN109738100A CN201910241794.3A CN201910241794A CN109738100A CN 109738100 A CN109738100 A CN 109738100A CN 201910241794 A CN201910241794 A CN 201910241794A CN 109738100 A CN109738100 A CN 109738100A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hall element
giant magnetostrictive
torque
magnetostrictive material
piezomagnetism
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910241794.3A
Other languages
English (en)
Inventor
宋娜
曾吾
尹肖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Changcheng Institute of Metrology and Measurement AVIC
Original Assignee
Beijing Changcheng Institute of Metrology and Measurement AVIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Changcheng Institute of Metrology and Measurement AVIC filed Critical Beijing Changcheng Institute of Metrology and Measurement AVIC
Publication of CN109738100A publication Critical patent/CN109738100A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/102—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving magnetostrictive means
    • G01L3/103—Details about the magnetic material used
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0061—Force sensors associated with industrial machines or actuators

Abstract

本发明公开的基于超磁致伸缩材料压磁效应的扭矩测量仪及其测量方法，属于扭矩测量领域。本发明包括超磁致伸缩材料薄带、偏置磁铁、L型导磁材料、线性型霍尔元件、高度调节装置以及安装台。本发明的扭矩测量方法为将超磁致伸缩材料薄带贴附于被测表面，使用标准电源为霍尔元件供电，使用数字万用表等测量设备测量加载扭矩时霍尔元件的微弱电压输出，基于超磁致伸缩材料的压磁效应，通过测量感应磁场引起的霍尔元件输出电压大小得到被测扭矩大小。本发明具有以下优点：体积小、结构简单；非接触测量，不改变被测物体自身结构；易于检测；响应快、灵敏度高，可靠性强。本发明能够广泛用于狭窄空间、复杂工况的扭矩测量、监测和故障诊断方面。

Description

基于超磁致伸缩材料压磁效应的扭矩测量仪及其测量方法
技术领域
本发明涉及一种扭矩测量装置，特别是一种基于超磁致伸缩材料的压磁效应的非接触式扭矩测量仪及其扭矩测量方法，属于扭矩测量领域。
背景技术
扭矩测试是各种机械产品的开发研究、质量检验、安全和优化控制等工作中必不可少的内容，也是检验飞机、坦克、装甲、车辆等轴类零件设计是否满足设计要求、了解和掌握动力传动设备的运行工况、分析和改进现服役装备、提高可靠性以及装备的定型设计的重要内容。
目前，扭矩传感器分为磁弹性式、振弦式、光电式、磁电式、电容式、光纤式、无线无源声表面波式、磁敏式、激光多普勒式、软测量式、激光衍射式等多种扭矩测量方法。传统接触式测量方法存在需要改变轴系本身结构、体积庞大、磁弹性式对轴材料有要求、信号微弱、不易安装等问题。北科大提出了一种基于磁致伸缩效应的扭矩传感器及扭矩测量方法，但信号发生处理部分复杂，不易实现。
发明内容
针对上述扭矩传感器存在的问题，本发明公开的基于超磁致伸缩材料压磁效应的扭矩测量仪及其测量方法要解决的技术问题是：提供一种结构简单、易于实现的、可应用于狭窄空间、复杂工况的，基于超磁致伸缩材料压磁效应的非接触式扭矩测量仪及其扭矩测量方法，能有效的解决各种机械产品，尤其是空间狭小、工况复杂的特种装备的扭矩测量的问题。
本发明目的是通过下述技术方案实现的。
本发明公开的基于超磁致伸缩材料压磁效应的扭矩测量仪，包括超磁致伸缩材料薄带、偏置磁铁、L型导磁材料、线性型霍尔元件、高度调节装置以及安装台。所述超磁致伸缩材料薄带贴附于被测表面；所述霍尔元件固定在所述L型导磁材料的突出端，所述偏置磁铁固定在所述L型导磁材料的另一端；所述L型导磁材料固定在所述高度调节装置上；所述高度调节装置固定在所述安装台上。
进一步，所述偏置磁铁、L型导磁材料、霍尔元件置于所述超磁致伸缩材料薄带的上方；所述偏置磁铁和霍尔元件与所述超磁致伸缩材料薄带之间有0.4～0.6mm微小间隙。
进一步，所述偏置磁铁、L型导磁材料、超磁致伸缩材料薄带之间形成闭合磁回路，所述霍尔元件置于该闭合回路中。
本发明公开的基于超磁致伸缩材料压磁效应的扭矩测量仪实现的扭矩测量方法，包括如下步骤：
将所述超磁致伸缩材料薄带贴附于被测表面，使用标准电源为所述霍尔元件供电，使用数字万用表等测量设备测量加载扭矩时所述霍尔元件的微弱电压输出。当加载扭矩时，由于超磁致伸缩材料的压磁效应，感应磁场发生变化引起所述霍尔元件输出电压发生变化，通过测量所述霍尔元件输出电压的大小得到加载扭矩的大小。
使用前需要对所述霍尔元件输出电压和对应加载扭矩之间的关系进行标定，当未加载扭矩时，所述霍尔元件的初始电压输出对应的扭矩为0，根据对所述霍尔元件输出电压与对应加载扭矩之间关系的标定结果得到所述霍尔元件输出电压对应的扭矩大小。
有益效果：
本发明公开的基于超磁致伸缩材料压磁效应的扭矩测量仪及其测量方法，提供一种结构简单、体积小、成本低、响应快、可靠性强、灵敏度高的非接触式扭矩测量仪及其扭矩测量方法，可广泛用于扭矩的测试、监测和故障诊断方面，特别是在检验空间狭窄、工况复杂的特种装备传动轴是否满足设计要求、掌握传动轴的工况、分析改进现服役装备、提高可靠性及装备的定型设计等方面，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明中扭矩测量仪的组成部分及连接方式示意图；
图2是本发明中扭矩测量仪的原理示意图；
图3是本发明中L型导磁材料、高度调节装置、安装台的连接示意图；
图4是本发明中测量方法的原理示意图；
图5是使用本发明测量扭矩的实例图。
其中：1—超磁致伸缩材料薄带、2—偏置磁铁、3—L型导磁材料、4—霍尔元件、5—高度调节装置、6—安装台、7—被测物体、8—扭矩测量仪、9—标准电源、10—数字万用表。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
实施例1：
如图1所示，本实施例公开的基于超磁致伸缩材料压磁效应的扭矩测量仪，包括超磁致伸缩材料薄带1、偏置磁铁2、L型导磁材料3、线性型霍尔元件4、高度调节装置5以及安装台6。其中所述超磁致伸缩材料薄带1使用胶水或胶带贴附于被测物体7表面，本具体实施案例中被测物体7为扭矩测量最常见的被测对象——圆轴，所述超磁致伸缩材料薄带1沿被测表面圆周方向贴附一周，但本发明的扭矩测量仪不限制被测对象的具体形式，被测物体7也可为方轴或其他受扭物体，所述超磁致伸缩材料薄带1沿被测物体7表面粘贴；所述霍尔元件4用胶水或胶带固定在所述L型导磁材料3的突出端，管脚朝向外侧，以便于接线；所述偏置磁铁2吸附于所述L型导磁材料3的另一端，可用胶水或胶带加固，磁场大小的选择需要满足所述霍尔元件4的工作范围，同时最好位于所述超磁致伸缩材料1B-H特征曲线的线性工作段；所述L型导磁材料3固定在所述高度调节装置5上；所述高度调节装置5固定在所述安装台6上。
如图2所示，所述偏置磁铁2、L型导磁材料3、霍尔元件4置于所述超磁致伸缩材料薄带1的上方；所述偏置磁铁2和霍尔元件4与所述超磁致伸缩材料薄带1之间有0.4～0.6mm微小间隙。
所述偏置磁铁2、L型导磁材料3、超磁致伸缩材料薄带1之间形成闭合磁回路，所述霍尔元件4置于该闭合回路中。
如图3所示，所述高度调节装置5伸出臂与所述L型导磁材料3连接处开槽，所述L型导磁材料3嵌于槽内并使用螺钉顶紧，可使用胶水或胶带加固；所述高度调节装置5与所述安装台6之间采用螺纹连接。
本实施例公开的基于超磁致伸缩材料压磁效应的扭矩测量仪实现的扭矩测量方法，包括以下步骤：如图4所示，使用标准电源9为所述扭矩测量仪8中的霍尔元件4供电，使用数字万用表10测量加载扭矩时所述扭矩测量仪8中的霍尔元件4的微弱电压输出。当加载扭矩时，由于超磁致伸缩材料1的压磁效应，感应磁场发生变化引起所述霍尔元件4的输出电压发生变化，通过测量所述霍尔元件4输出电压的大小得到加载扭矩的大小。
图5是在圆轴一端通过加载质量块加载扭矩，加载力臂L＝0.5m时，使用本发明的扭矩测量仪进行测量的实例图，其中横坐标为加载质量m，单位kg，纵坐标为霍尔元件4的输出电压U，单位为V，取重力加速度g＝9.80665m/s2，根据扭矩计算公式M＝mg·L，可得到加载扭矩的大小。
如图5所示，使用前需要对所述扭矩测量仪8中霍尔元件4的输出电压和对应加载扭矩之间的关系进行标定，当未加载扭矩时，所述霍尔元件4的初始电压输出对应的扭矩为0，根据对所述霍尔元件4输出电压与对应加载扭矩之间关系的标定结果的拟合曲线方程得出所述霍尔元件4输出电压对应的扭矩大小。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于超磁致伸缩材料压磁效应的扭矩测量仪，其特征在于：包括超磁致伸缩材料薄带(1)、偏置磁铁(2)、L型导磁材料(3)、线性型霍尔元件(4)、高度调节装置(5)以及安装台(6)；所述超磁致伸缩材料薄带(1)贴附于被测表面；所述霍尔元件(4)固定在所述L型导磁材料(3)的突出端，所述偏置磁铁(2)固定在所述L型导磁材料(3)的另一端；所述L型导磁材料(3)固定在所述高度调节装置(5)上；所述高度调节装置(5)固定在所述安装台(6)上。
2.如权利要求1所述的基于超磁致伸缩材料压磁效应的扭矩测量仪，其特征在于：所述偏置磁铁(2)、L型导磁材料(3)、霍尔元件(4)置于所述超磁致伸缩材料薄带(1)的上方；所述偏置磁铁(2)和霍尔元件(4)与所述超磁致伸缩材料薄带(1)之间有0.4～0.6mm微小间隙。
3.如权利要求1所述的基于超磁致伸缩材料压磁效应的扭矩测量仪，其特征在于：所述偏置磁铁(2)、L型导磁材料(3)、超磁致伸缩材料薄带(1)之间形成闭合磁回路，所述霍尔元件(4)置于该闭合回路中。
4.根据权利要求1-3所述的基于超磁致伸缩材料压磁效应的扭矩测量仪实现的扭矩测量方法，其特征在于：将所述超磁致伸缩材料薄带(1)贴附于被测表面，使用标准电源(9)为所述霍尔元件(4)供电，使用数字万用表(10)等测量设备测量加载扭矩时所述霍尔元件(4)的微弱电压输出；当加载扭矩时，由于超磁致伸缩材料的压磁效应，感应磁场发生变化引起所述霍尔元件(4)输出电压发生变化，通过测量所述霍尔元件(4)输出电压的大小得到加载扭矩的大小。
5.根据权利要求1-3所述的基于超磁致伸缩材料压磁效应的扭矩测量仪实现的扭矩测量方法，其特征在于：使用前需要对所述霍尔元件(4)输出电压和对应加载扭矩之间的关系进行标定，当未加载扭矩时，所述霍尔元件(4)的初始电压输出对应的扭矩为0，根据对所述霍尔元件(4)输出电压与对应加载扭矩之间关系的标定结果得到所述霍尔元件(4)输出电压对应的扭矩大小。
CN201910241794.3A 2018-12-11 2019-03-28 基于超磁致伸缩材料压磁效应的扭矩测量仪及其测量方法 Pending CN109738100A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2018115091891 2018-12-11
CN201811509189.1A CN109632164A (zh) 2018-12-11 2018-12-11 一种基于超磁致伸缩材料压磁效应的扭矩测量仪及其扭矩测量方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109738100A true CN109738100A (zh) 2019-05-10

Family

ID=66072668

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811509189.1A Pending CN109632164A (zh) 2018-12-11 2018-12-11 一种基于超磁致伸缩材料压磁效应的扭矩测量仪及其扭矩测量方法
CN201910241794.3A Pending CN109738100A (zh) 2018-12-11 2019-03-28 基于超磁致伸缩材料压磁效应的扭矩测量仪及其测量方法

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811509189.1A Pending CN109632164A (zh) 2018-12-11 2018-12-11 一种基于超磁致伸缩材料压磁效应的扭矩测量仪及其扭矩测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (2) CN109632164A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111157156A (zh) * 2020-01-15 2020-05-15 中北大学 一种超磁致伸缩和隧道磁阻复合的旋转件扭矩测试方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110319966B (zh) * 2019-07-09 2020-10-27 东北电力大学 万向节式维间解耦二维无线无源传感器
CN111198056B (zh) * 2020-01-15 2021-05-18 太原理工大学 Gmm和tmr复合全封闭非接触式旋转件扭矩测试装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1673700A (zh) * 2004-03-22 2005-09-28 Tdk股份有限公司 扭矩传感器
CN101005717A (zh) * 2006-12-19 2007-07-25 刘铮 环型中心聚焦高功率超声换能器
CN102239397A (zh) * 2008-12-03 2011-11-09 罗斯蒙德公司 用于使用磁性的压力测量的方法和装置
CN103765237A (zh) * 2011-08-31 2014-04-30 西门子公司 用于磁致弹性的传感器的测量头
JP2016095209A (ja) * 2014-11-13 2016-05-26 日本精工株式会社 回転装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1673700A (zh) * 2004-03-22 2005-09-28 Tdk股份有限公司 扭矩传感器
CN101005717A (zh) * 2006-12-19 2007-07-25 刘铮 环型中心聚焦高功率超声换能器
CN102239397A (zh) * 2008-12-03 2011-11-09 罗斯蒙德公司 用于使用磁性的压力测量的方法和装置
CN103765237A (zh) * 2011-08-31 2014-04-30 西门子公司 用于磁致弹性的传感器的测量头
JP2016095209A (ja) * 2014-11-13 2016-05-26 日本精工株式会社 回転装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111157156A (zh) * 2020-01-15 2020-05-15 中北大学 一种超磁致伸缩和隧道磁阻复合的旋转件扭矩测试方法
CN111157156B (zh) * 2020-01-15 2021-05-28 中北大学 一种超磁致伸缩和隧道磁阻复合的旋转件扭矩测试方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109632164A (zh) 2019-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109738100A (zh) 基于超磁致伸缩材料压磁效应的扭矩测量仪及其测量方法
Koene et al. IoT connected device for vibration analysis and measurement
CN103411715B (zh) 一种力矩电机阻力矩测试系统
Duan et al. Steel stress monitoring sensor based on elasto-magnetic effect and using magneto-electric laminated composite
CN206531600U (zh) 一种动态扭矩测量装置
CN201837364U (zh) 一种拉压应变式传感器
CN202393487U (zh) 一种可用于多种检测面的泛用型磁性座
CN102680323B (zh) 一种测试磁敏弹性体磁致力学性能的通用试验装置
CN105676151B (zh) 一种负反馈式磁场传感器
CN108375437A (zh) 基于逆磁致伸缩效应的船舶轴功率测量方法
Hung et al. A magnetic-piezoelectric smart material-structure sensing three axis DC and AC magnetic-fields
CN201984115U (zh) 一种比例电磁铁测试系统
TWI553301B (zh) Micro force sensing device
CN111044196A (zh) 一种直线电机推力测量装置及测量方法
CN203100972U (zh) 一种预埋式螺栓轴力传感器标定系统
CN206556586U (zh) 一种无测力位移传感器拉紧装置
CN204556804U (zh) 一种磁性元件的磁场测量装置
CN104198282A (zh) 力磁电多场耦合测量系统
CN208140249U (zh) 可现场校准的振动传感器
CN108918142A (zh) 一种机器人rv减速机全自动测试仪
CN203249954U (zh) 具有检测交变和恒定磁场功能的电能表
CN201464631U (zh) 一种多轴磁场加载装置
CN106596144B (zh) 约束组件及具有其减振器标定装置
CN108151944B (zh) 柔性大变形恒定力传递三维力感知机构
CN201837449U (zh) 一种新型曲轴扭转减振器扭振试验装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190510

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication