CN114441077A - 一种应变式扭矩转速传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应变式扭矩转速传感器，包括扭矩转速测量系统（1），还包括扭矩采集单元和转速采集单元，所述扭矩转速测量系统（1）通过通讯单元分别与扭矩采集单元和转速采集单元相连接；通过扭矩采集单元对扭矩信号进行采集并上传至扭矩转速测量系统（1）；通过转速采集单元对转速信号进行采集并上传至扭矩转速测量系统（1）；还包括供电单元，所述供电单元分别与扭矩采集单元和转速采集单元相连接，供电单元还通过扭矩转速测量系统（1）与转子相连接。本发明信号输出采用耦合模式即非接触模式，解决了旋转轴输出等问题；抗干扰能力较强；扭矩测量精度较高；可上高速运转。

Description

一种应变式扭矩转速传感器

技术领域

本发明涉及电机测试技术领域，尤其涉及一种应变式扭矩转速传感器。

背景技术

转矩转速传感器（扭矩转速传感器）安装于功率传动轴之间，它和扭矩测量仪及各类负载设备配合使用，可以测量各种发动机、电机、风机、压缩机、液压泵、齿轮箱、航空发动机等动力机械及传动机械在0-20000转/分范围内的转矩转速功率。

而传统的转矩转速传感器一般采用集流模式将轴上的信号输出，而该模式存在较多问题，如抗干扰能力较弱、扭矩测量精度较低等。

如申请号为CN201520319505.4的专利申请提出了一种转矩转速传感器，该装置包括辅助电机、皮带、机座、套筒、内齿轮、磁钢、外齿轮、线圈、端盖、扭力轴和轴承，机座上端设有套筒，套筒的上端设有辅助电机，辅助电机上连接皮带，套筒内设有扭力轴、内齿轮、磁钢、外齿轮、轴承和线圈，内齿轮、磁钢固定在端盖上，外齿轮固定在扭力轴上。该传感器在实际应用当中，其扭矩测量精度较低，并不能满足测量需求。

还如申请号为CN200810116629.7的专利申请提出了一种转矩转速传感器，该装置包括：转矩传感器，用于测量转矩并输出与所述转矩成数学关系的转矩频率信号；转速传感器，用于测量转速并输出与所述转速成数学关系的转速频率信号；信号处理器，与所述转矩传感器和所述转速传感器连接，用于对所述转矩频率信号和所述转速频率信号进行信号处理，获取转矩参数和转速参数，输出与所述转矩参数对应的模拟转矩信号、与所述转速参数对应的模拟转速信号，将所述模拟转矩信号和所述模拟转速信号转换成数字转矩信号和数字转速信号并经由现场总线输出。该传感器在实际应用当中，其抗干扰能力较弱，同样不能满足测量需求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种应变式扭矩转速传感器，包括扭矩转速测量系统，还包括扭矩采集单元和转速采集单元，所述扭矩转速测量系统通过通讯单元分别与扭矩采集单元和转速采集单元相连接；通过扭矩采集单元对扭矩信号进行采集并上传至扭矩转速测量系统；通过转速采集单元对转速信号进行采集并上传至扭矩转速测量系统；还包括供电单元，所述供电单元分别与扭矩采集单元和转速采集单元相连接，供电单元还通过扭矩转速测量系统与转子相连接。

具体的，所述扭矩采集单元包括主轴和应变片，所述应变片设置于主轴上，所述主轴设置于基座上。

具体的，所述主轴采用弹性材料通过热处理制成，主轴形变量与扭矩成线性，通过应变片检测主轴的形变量，转换成电压信号，并上传至扭矩转速测量系统。

具体的，所述供电单元包括电压源、电源逆变装置和耦合器，所述电压源通过扭矩转速测量系统整形成频率信号，并通过耦合器进行能量传输，再根据电源逆变装置的需求为转子提供所需电能。

具体的，所述电源逆变装置设置于主轴上。

具体的，所述转子设置于主轴上。

具体的，所述耦合器包括第一耦合器和第二耦合器，所述第一耦合器和第二耦合器分别设置于主轴的两端。

具体的，所述转速采集单元包括转速传感器和信号齿轮，所述信号齿轮设置于主轴上，所述转速传感器设置于基座上，通过转速传感器采集信号齿轮的数据。

具体的，所述基座上还设置有前轴承和后轴承，通过前轴承和后轴承固定主轴。

具体的，所述通讯单元采用RS232或RS485或CAN进行通讯。

本发明的有益效果在于：信号输出采用耦合模式即非接触模式，解决了旋转轴输出等问题；抗干扰能力较强；扭矩测量精度较高；可上高速运转。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明结构示意图；

图中，1-扭矩转速测量系统，2-第一耦合器，3-电源逆变装置，4-后轴承，5-第二耦合器，6-转速传感器，7-应变片，8-主轴，9-前轴承，10-信号齿轮，11-基座。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

参阅图1，一种应变式扭矩转速传感器，包括扭矩转速测量系统1，还包括扭矩采集单元和转速采集单元，所述扭矩转速测量系统1通过通讯单元分别与扭矩采集单元和转速采集单元相连接；通过扭矩采集单元对扭矩信号进行采集并上传至扭矩转速测量系统1；通过转速采集单元对转速信号进行采集并上传至扭矩转速测量系统1；还包括供电单元，所述供电单元分别与扭矩采集单元和转速采集单元相连接，供电单元还通过扭矩转速测量系统1与转子相连接，所述转子设置于主轴8上。

进一步的，在本实施例当中，所述扭矩采集单元包括主轴8和应变片7，所述应变片7设置于主轴8上，所述主轴8设置于基座11上。

进一步的，本发明提出的应变式扭矩转速传感器用以传递轴系中的扭矩及动能。

进一步的，在本实施例当中，所述主轴8采用弹性材料通过热处理制成，使主轴8形变量与扭矩成线性，主轴8通过传递的扭矩使主轴8发生形变，通过主轴8中心粘贴的应变片7检测主轴8的形变量，通过电路转换使微弱的应变片7阻值变化放大整形至标准信号V/F转换至频率信号，再通过第一耦合器2和第二耦合器5之间进行数据传输，扭矩转速测量系统1接收到扭矩信号通过整形至标准信号输出。

进一步的，在本实施例当中，所述供电单元包括电压源、电源逆变装置3和耦合器，所述电压源通过扭矩转速测量系统1整形成频率信号（即V/F转换），通过耦合器（包括第一耦合器2和第二耦合器5）进行能量传输，并根据电源逆变装置3的需求，并通过整流装置转化成直流电源后，来提供转子部分所需要的电能。

进一步的，在本实施例当中，所述电压源还与扭矩采集单元和转速采集单元相连接，并为电机的扭矩及转速的采集及传输提供电能。

可以理解的，所述供电单元所提供的电能分别为电机转子部分和扭矩采集单元和转速采集单元提供电能。

进一步的，在本实施例当中，所述电源逆变装置3设置于主轴8上。

进一步的，在本实施例当中，所述耦合器包括第一耦合器2和第二耦合器5，所述第一耦合器2和第二耦合器5分别设置于主轴8的两端。

进一步的，所述扭矩转速测量系统1包括整流单元、信号接收单元和信号处理单元，所述整流单元用以将电压源转换成频率信号即V/F转换，并通过第一耦合器2和第二耦合器5进行能量传输，为转子部分提供电能；主轴8上的应变片7的测量数据通过信号发送装置发送至信号接收单元，所述信号接收单元放大整形解码至处理器，处理器根据信号处理单元转换成数字信号输出。

进一步的，在本实施例当中，所述转速采集单元包括转速传感器6和信号齿轮10，所述信号齿轮10设置于主轴8上，所述转速传感器6设置于基座11上，通过转速传感器6采集信号齿轮10的数据，根据采集的脉冲及信号齿轮10的个数进行计算出对应的转速（如一圈60个齿轮，转速传感器6测量一圈就有60个脉冲，根据脉冲的数量可以计算出转速）。

进一步的，在本实施例当中，所述基座11上还设置有前轴承9和后轴承4，通过前轴承9和后轴承4固定主轴8。

进一步的，在本实施例当中，所述通讯单元采用RS232或RS485或CAN进行通讯。

进一步的，在本实施例当中，本发明的扭矩测量量程为5~20000N.m，转速范围0～10000r/min，扭矩测量精度为±0.1%F.S，重复性≤0.2%F·S，滞后≤0.2%F·S，过载能力150%F·S，工作温度-20~60℃。

进一步的，本发明的工作原理：通过扭矩转速测量系统1的整流单元将电压源整形成频率信号（V/F转换），并通过第一耦合器2和第二耦合器5进行能量传输，再根据电源逆变装置3的需求，来提供电机转子部分所需的电能；通过主轴8中心粘贴的应变片7检测主轴8的形变量，通过电路转换使微弱的应变片7阻值变化放大整形至标准信号V/F转换至频率信号，再通过第一耦合器2和第二耦合器5之间进行数据传输，扭矩转速测量系统1接收到扭矩信号通过整形放大至标准信号输出；通过转速传感器6采集信号齿轮10的数据，根据采集的脉冲及信号齿轮10的个数进行计算出对应的转速，扭矩转速测量系统1接收到转速信号，并转换成数字信号输出。

需要说明的是，对于前述的实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本申请所必须的。

此外，术语“连接”、“设置”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“连接”、“设置”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“连接”、“设置”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

上述实施例中，描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种应变式扭矩转速传感器，包括扭矩转速测量系统（1），其特征在于，还包括扭矩采集单元和转速采集单元，所述扭矩转速测量系统（1）通过通讯单元分别与扭矩采集单元和转速采集单元相连接；通过扭矩采集单元对扭矩信号进行采集并上传至扭矩转速测量系统（1）；通过转速采集单元对转速信号进行采集并上传至扭矩转速测量系统（1）；还包括供电单元，所述供电单元分别与扭矩采集单元和转速采集单元相连接，供电单元还通过扭矩转速测量系统（1）与转子相连接；所述供电单元包括电压源、电源逆变装置（3）和耦合器，所述电压源通过扭矩转速测量系统（1）整形成频率信号，并通过耦合器进行能量传输，再根据电源逆变装置（3）的需求为转子提供所需电能。

2.如权利要求1所述的一种应变式扭矩转速传感器，其特征在于，所述扭矩采集单元包括主轴（8）和应变片（7），所述应变片（7）设置于主轴（8）上，所述主轴（8）设置于基座（11）上。

3.如权利要求2所述的一种应变式扭矩转速传感器，其特征在于，所述主轴（8）采用弹性材料通过热处理制成，主轴（8）形变量与扭矩成线性，通过应变片（7）检测主轴（8）的形变量，转换成电压信号，并上传至扭矩转速测量系统（1）。

4.如权利要求1所述的一种应变式扭矩转速传感器，其特征在于，所述电源逆变装置（3）设置于主轴（8）上。

5.如权利要求1所述的一种应变式扭矩转速传感器，其特征在于，所述耦合器包括第一耦合器（2）和第二耦合器（5），所述第一耦合器（2）和第二耦合器（5）分别设置于主轴（8）的两端。

6.如权利要求1所述的一种应变式扭矩转速传感器，其特征在于，所述转速采集单元包括转速传感器（6）和信号齿轮（10），所述信号齿轮（10）设置于主轴（8）上，所述转速传感器（6）设置于基座（11）上，通过转速传感器（6）采集信号齿轮（10）的数据。

7.如权利要求2或6所述的一种应变式扭矩转速传感器，其特征在于，所述基座（11）上还设置有前轴承（9）和后轴承（4），通过前轴承（9）和后轴承（4）固定主轴（8）。

8.如权利要求1所述的一种应变式扭矩转速传感器，其特征在于，所述通讯单元采用RS232或RS485或CAN进行通讯。

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