CN115014604A - 一种柔性扭矩测量联轴装置、监测系统装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种柔性扭矩测量联轴装置、监测系统装置及测量方法，所述柔性扭矩测量联轴装置包括同轴设置的联轴主体、动力连接轴和被动连接轴，所述动力连接轴和被动连接轴分别设置于所述联轴主体的两个端面上，所述联轴主体呈密闭中空结构，所述动力连接轴和被动连接轴呈实体结构；所述联轴主体的端面还设置有天线和声表面波谐振组件，所述天线和声表面波谐振组件电性连接，所述声表面波谐振组件用于检测所述联轴主体的扭矩参数，并由天线发射传出。本发明联轴装置中，两端轴为实心，中部为空心，使联轴主体具有柔性，在保证联轴装置刚性要求下，使得联轴装置与传统受力相同的条件下，产生更大的形变量，便于声表面波谐振组件进行检测。
Description
技术领域
本发明属于扭矩检测技术领域，涉及一种柔性扭矩测量联轴装置、监测系统装置及测量方法。
背景技术
扭矩监测主要是通过在旋转部件上加装传感器，实现将转轴或联轴器的应变变化为声表面波芯片的频率变化；该变换通过连接在芯片上的天线传输出去，首先由读取器通过固定在外壳上的读取器天线发射射频无线电波给传感器天线，传感器天线将该电磁波供给芯片工作，当读取器结束发射信号时，传感器将接受到的能量转换为带有应变与温度信息的电磁波通过传感器天线再返回给读取器天线，由读取器解调，从而实现转轴应变的无线无源传感。
CN110017927A公开了一种测量汽车转向扭矩的声表面波传感器，由弹性轴、第一声表面波谐振器、第二声表面波谐振器、第三声表面波谐振器、传感器PCB板以及天线组成。该发明利用第二声表面波谐振器及第三声表面波谐振器消除温度对扭矩测量的影响，利用第一声表面波谐振器精确测量汽车转向扭矩。该发明利用声表面波技术具有无线无源传输信号的特点并且结合创新性结构，以达到消除环境温度变化对扭矩信号测量的干扰的目的，保证转向扭矩测量的精确性。
CN109405887A公开了一种测量扭矩与温度的声表面波传感器及检测方法，包括传感器基底的左侧上表面设置有氧化锌薄膜层，氧化锌薄膜层上表面设置有左侧叉指换能器、第一反射栅、第二反射栅和第一吸声条，第一反射栅和第二反射栅分别设置在左侧叉指换能器的两侧，第一吸声条设置在第一反射栅或第二反射栅的外侧，传感器基底的右侧上表面设置有右侧叉指换能器、第三反射栅、第四反射栅和第二吸声条，第三反射栅和第四反射栅分别设置在右侧叉指换能器的两侧，第二吸声条设置在第三反射栅或第四反射栅的外侧；该方案实现了一种既能够检测温度又能够检测扭矩的传感器，节约了安装的时间和人力。
现有技术主要针对于去除温度带来的变化影响，以保证扭矩测量的准确，但上述传感器没有考虑在实际安装过程中，需要将监测轴加入到动力侧与被动侧之间，由于装配误差，在连接过程中通常会发生不同轴的问题。在众多既有系统中，动力侧、联轴器、被动侧均已固定，不允许修改，不能满足在此基础上产生的扭矩监测需求。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种柔性扭矩测量联轴装置、监测系统装置及测量方法，通过将联轴主体设计成具有密闭中空结构，即联轴装置的两端轴为实心，中部为空心，在保证联轴装置刚性要求下，使得联轴装置与传统受力相同的条件下，产生更大的形变量，便于声表面波谐振组件进行检测。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种柔性扭矩测量联轴装置，所述柔性扭矩测量联轴装置包括同轴设置的联轴主体、动力连接轴和被动连接轴，所述动力连接轴和被动连接轴分别设置于所述联轴主体的两个端面上，所述联轴主体呈密闭中空结构，所述动力连接轴和被动连接轴呈实体结构。
所述联轴主体的端面还设置有天线和声表面波谐振组件，所述天线和声表面波谐振组件电性连接，所述声表面波谐振组件用于检测所述联轴主体的扭矩参数，并由天线发射传出。
本发明通过设计两端动力连接轴和被动连接轴实心、中间联轴主体空心，既保证了联轴装置的刚性要求，又使得联轴装置在与传统在受力相同的条件下，产生更大的形变量，同时排除动力连接轴和被动连接轴两侧不同轴导致的应力对扭矩应力的干扰以及温度变化对联轴装置的干扰，进一步地便于声表面波谐振组件进行检测，具有结构简单、测量准确和便于实施等特点。
需要说明的是，本发明对联轴装置的材质不做具体要求和特殊限定，本领域技术人员可根据实际应用场景合理设置，例如，可以是与待测旋转件的转轴材质相同。
需要说明的是，本发明对联轴装置的成型方式不做具体要求和特殊限定，本领域技术人员可根据结构合理选择，例如可以是一体铸造成型。
作为本发明的一个优选技术方案，所述联轴主体呈圆柱状结构，所述联轴主体的端面分别为圆柱的顶面和底面，所述密闭中空结构为设置于所述联轴主体内的圆柱状空腔。
作为本发明的一个优选技术方案，所述声表面波谐振组件包括至少两个声表面波谐振器，所述声表面波谐振器沿所述联轴主体的周向均匀排布。
优选地，所述声表面波谐振器以所述联轴主体的中心对称排布。
本发明通过将声表面波谐振器设置沿联轴主体的周向均匀排布，并且以联轴主体的中心对称排布，与传统的单点布置相比，采用对称性布置，可实现同时检测由于不同轴引发的应力变化与实际动力传输时带来的扭矩变化，使测试结果更加准确。
作为本发明的一个优选技术方案，所述声表面波谐振器包括芯片主体，所述芯片主体上设置有温度敏感谐振器、主应变谐振器和正交应变谐振器，所述主应变谐振器的放置方向与所述正交应变谐振器的放置方向相互垂直。
本发明通过设置温度敏感谐振器、主应变谐振器和正交应变谐振器，主应力谐振器和正交应变谐振器分别测量对应方向的应变，其中，主应变谐振器用于测量由于不同轴带来的应力变化，正交应变谐振器用于测量动力输出是带来的扭矩变化，从而能够准确计算得到扭矩参数。
作为本发明的一个优选技术方案，所述天线沿所述联轴主体的周向边缘设置，所述天线包括环形天线基板，所述环形天线基板与所述联轴主体的贴合侧设置有天线图形，所述环形天线基板与所述声表面波谐振组件电性连接，所述天线还包括设置于所述环形天线基板上的射频同轴电缆。
作为本发明的一个优选技术方案，所述天线和所述声表面波谐振组件固定设置于所述联轴主体上。
优选地，所述固定的方式包括胶粘或焊接。
优选地，所述声表面波谐振组件与所述联轴主体通过环氧树脂胶粘固定。
作为本发明的一个优选技术方案，所述联轴主体、动力连接轴和被动连接轴呈一体式结构。
作为本发明的一个优选技术方案，所述密闭中空结构居中设置于所述联轴主体内。
第二方面，本发明提供了一种扭矩监测系统装置，所述扭矩监测系统装置包括读取器以及如第一方面所述的柔性扭矩测量联轴装置，所述读取器用于接收所述柔性扭矩测量联轴装置发出的检测信号。
第三方面，本发明提供了一种扭矩测量方法，所述扭矩测量方法采用如第二方面所述扭矩监测系统装置，所述扭矩测量方法包括：
将动力连接轴和被动连接轴分别与待测旋转件的动力侧以及被动侧，启动待测旋转件，带动联轴主体转动，声表面波谐振组件采集待测旋转件的扭矩参数，并由天线发射至读取器，读取器分析后得到扭矩测量结果。
所述系统是指设备系统、装置系统或生产装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过设计两端动力连接轴和被动连接轴实心、中间联轴主体空心，既保证了联轴装置的刚性要求，又使得联轴装置在与传统在受力相同的条件下，产生更大的形变量，同时排除不同轴导致的应力对扭矩应力的干扰以及温度变化对联轴装置的干扰，进一步地便于声表面波谐振组件进行检测，具有结构简单、测量准确和便于实施等特点。
附图说明
图1为本发明一个具体实施方式中提供的柔性扭矩测量联轴装置的外观示意图；
图2为本发明一个具体实施方式中提供的柔性扭矩测量联轴装置的截面示意图；
图3为本发明一个具体实施方式中提供的天线与声表面波谐振组件的连接结构示意图；
图4为本发明一个具体实施方式中提供的声表面波谐振器的结构示意图，ST代表的是温度敏感切向，SX代表的是主应变测量切向，SY代表的是正交应变测量切向；
图5为本发明一个具体实施方式中提供的声表面波谐振器的放置示意图。
其中，1-联轴主体；2-动力连接轴；3-被动连接轴；4-天线；5-声表面波谐振组件；6-天线图形；7-射频同轴电缆；8-芯片；9-主应变谐振器；10-正交应变谐振器；11-温度敏感谐振器。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种柔性扭矩测量联轴装置，如图1和图2所示，所述柔性扭矩测量联轴装置包括同轴设置的联轴主体1、动力连接轴2和被动连接轴3，所述动力连接轴2和被动连接轴3分别设置于所述联轴主体1的两个端面上，所述联轴主体1呈密闭中空结构，所述动力连接轴2和被动连接轴3呈实体结构。
所述联轴主体1的端面还设置有天线4和声表面波谐振组件5，所述天线4和声表面波谐振组件5电性连接，所述声表面波谐振组件5用于检测所述联轴主体1的扭矩参数，并由天线4发射传出。
本发明通过设计两端动力连接轴2和被动连接轴3实心、中间联轴主体1空心，既保证了联轴装置的刚性要求，又使得联轴装置在与传统在受力相同的条件下，产生更大的形变量，同时排除不同轴导致的应力对扭矩应力的干扰以及温度变化对联轴装置的干扰，进一步地便于声表面波谐振组件5进行检测，具有结构简单、测量准确和便于实施等特点。
可选地，待测旋转件的转轴材质相同，联轴主体1、动力连接轴2和被动连接轴3一体铸造成型。
具体地，作为本发明的一个优选技术方案，所述联轴主体1呈圆柱状结构，所述联轴主体1的端面分别为圆柱的顶面和底面，所述密闭中空结构为设置于所述联轴主体1内的圆柱状空腔。
具体地，再如图2所示，所述声表面波谐振组件5包括至少两个声表面波谐振器，所述声表面波谐振器沿所述联轴主体1的周向均匀排布。进一步地，所述声表面波谐振器以所述联轴主体1的中心对称排布。本发明通过将声表面波谐振器设置沿联轴主体1的周向均匀排布，并且以联轴主体1的中心对称排布，与传统的单点布置相比，采用对称性布置，可实现同时检测由于不同轴引发的应力变化与实际动力传输时带来的扭矩变化，使测试结果更加准确。
具体地，如图4所示，所述声表面波谐振器包括芯片8主体，所述芯片8主体上设置有温度敏感谐振器11、主应变谐振器9和正交应变谐振器10，所述主应变谐振器9的放置方向与所述正交应变谐振器10的放置方向相互垂直。进一步地，如图5所示，在X轴上布置两只芯片8，每个芯片8均有温度敏感谐振器11、主应变谐振器9和正交应变谐振器10，其中，X方向与两只芯片8的SY方向重合，用于测量由于不同轴带来的应力变化；Y方向与两只芯片8的SX方向重合，用于测量动力传输时带来的扭矩变化。本发明通过设置温度敏感谐振器11、主应变谐振器9和正交应变谐振器10，主应力谐振器和正交应变谐振器10分别测量对应方向的应变，其中，主应变谐振器9用于测量由于不同轴带来的应力变化，正交应变谐振器10用于测量动力输出是带来的扭矩变化，从而能够准确计算得到扭矩参数。
具体地，如图3所示，所述天线4沿所述联轴主体1的周向边缘设置，所述天线4包括天线4基板，所述天线4基板与所述联轴主体1的贴合侧设置有天线4图形，所述天线4基板与所述声表面波谐振组件5电性连接，所述天线4还包括设置于所述天线4基板上的射频同轴电缆7(即发射器，作为发射器将信号传输至外部并连通，具本领域技术人员可根据实际需要合理进行替换)。进一步地，所述天线4和所述声表面波谐振组件固定设置于所述联轴主体1上，优选地，所述固定的方式包括胶粘或焊接，所述声表面波谐振组件与所述联轴主体1通过环氧树脂胶粘固定。
具体地，所述联轴主体1、动力连接轴2和被动连接轴3呈一体式结构。
具体地，所述密闭中空结构居中设置于所述联轴主体1内。
本发明提供了一种扭矩监测系统装置，所述扭矩监测系统装置包括读取器以及上述的柔性扭矩测量联轴装置，所述读取器用于接收所述柔性扭矩测量联轴装置发出的检测信号。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种扭矩测量方法，所述扭矩测量方法采用如第二方面所述扭矩监测系统装置，所述扭矩测量方法包括：
将动力连接轴2和被动连接轴3分别与待测旋转件的动力侧以及被动侧，启动待测旋转件，带动联轴主体1转动，声表面波谐振组件5采集待测旋转件的扭矩参数，并由天线4发射至读取器，读取器分析后得到扭矩测量结果。
通过一个具体实施方式，本发明通过设计两端动力连接轴2和被动连接轴3实心、中间联轴主体1空心，既保证了联轴装置的刚性要求，又使得联轴装置在与传统在受力相同的条件下，产生更大的形变量，同时排除不同轴导致的应力对扭矩应力的干扰以及温度变化对联轴装置的干扰，进一步地便于声表面波谐振组件5进行检测，具有结构简单、测量准确和便于实施等特点。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种柔性扭矩测量联轴装置，其特征在于，所述柔性扭矩测量联轴装置包括同轴设置的联轴主体、动力连接轴和被动连接轴，所述动力连接轴和被动连接轴分别设置于所述联轴主体的两个端面上，所述联轴主体呈密闭中空结构，所述动力连接轴和被动连接轴呈实体结构；
所述联轴主体的端面还设置有天线和声表面波谐振组件，所述天线和声表面波谐振组件电性连接，所述声表面波谐振组件用于检测所述联轴主体的扭矩参数，并由天线发射传出。
2.根据权利要求1所述的柔性扭矩测量联轴装置，其特征在于，所述联轴主体呈圆柱状结构，所述联轴主体的端面分别为圆柱的顶面和底面，所述密闭中空结构为设置于所述联轴主体内的圆柱状空腔。
3.根据权利要求1或2所述的柔性扭矩测量联轴装置，其特征在于，所述声表面波谐振组件包括至少两个声表面波谐振器，所述声表面波谐振器沿所述联轴主体的周向均匀排布；
优选地，所述声表面波谐振器以所述联轴主体的中心对称排布。
4.根据权利要求3所述的柔性扭矩测量联轴装置，其特征在于，所述声表面波谐振器包括芯片主体，所述芯片主体上设置有温度敏感谐振器、主应变谐振器和正交应变谐振器，所述主应变谐振器的放置方向与所述正交应变谐振器的放置方向相互垂直。
5.根据权利要求1-4任一项所述的柔性扭矩测量联轴装置，其特征在于，所述天线沿所述联轴主体的周向边缘设置，所述天线包括环形天线基板，所述环形天线基板与所述联轴主体的贴合侧设置有天线图形6，所述环形天线基板与所述声表面波谐振组件电性连接，所述天线还包括设置于所述环形天线基板上的射频同轴电缆。
6.根据权利要求1-5任一项所述的柔性扭矩测量联轴装置，其特征在于，所述天线和所述声表面波谐振组件固定设置于所述联轴主体上；
优选地，所述固定的方式包括胶粘或焊接；
优选地，所述声表面波谐振组件与所述联轴主体通过环氧树脂胶粘固定。
7.根据权利要求1-6任一项所述的柔性扭矩测量联轴装置，其特征在于，所述联轴主体、动力连接轴和被动连接轴呈一体式结构。
8.根据权利要求1-7任一项所述的柔性扭矩测量联轴装置，其特征在于，所述密闭中空结构居中设置于所述联轴主体内。
9.一种扭矩监测系统装置，其特征在于，所述扭矩监测系统装置包括读取器以及权利要求1-8任一项所述的柔性扭矩测量联轴装置，所述读取器用于接收所述柔性扭矩测量联轴装置发出的检测信号。
10.一种扭矩测量方法，其特征在于，所述扭矩测量方法采用权利要求9所述扭矩监测系统装置，所述扭矩测量方法包括：
将动力连接轴和被动连接轴分别与待测旋转件的动力侧以及被动侧，启动待测旋转件，带动联轴主体转动，声表面波谐振组件采集待测旋转件的扭矩参数，并由天线发射至读取器，读取器分析后得到扭矩测量结果。
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