CN1619270A - 扭矩测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种扭矩测量装置，用于实时测量微小扭矩，包括有：控制电路及与之连接的机械装置，其中：一电磁线圈及铁芯组成的控制电路，高频电流和直流电流分别经电容和电感形成复合电流通入电磁线圈，使铁芯产生高频和恒强直流的复合磁场；一芯轴上装有一个检测线圈，置于控制电路之中，当芯轴转动时检测线圈感应到的高频电压经高通滤波、乘法器及低通滤波处理，得到反应角度变化的电压信号；该检测线圈又作为反馈线圈，低频反馈电流经电感施加在该检测线圈上，与复合磁场中的恒强磁场分量作用，产生反馈力矩。本发明中采用复合磁场，因而仅需一个铁芯及线圈，转动惯量小，响应速度得以提高，结构简单、易于制造和装配，装置的尺寸也得以缩小。
Description
技术领域
本发明涉及一种实时测量微小扭矩的装置，特别是动态测量昆虫飞行扭矩的装置。
背景技术
在昆虫行为学研究中，需要实时测量昆虫(如果蝇)的飞行扭矩，比如用于组成果蝇飞行模拟器系统研究学习记忆，或用于研究昆虫飞行动力学。
昆虫飞行时所产生的扭矩为10-10牛.米数量级，且变化速度快，从静止到转向可以在10毫秒内完成，因而需要灵敏度很高、响应速度很快的扭矩测量装置进行测量。
1964年，德国科学家卡尔.盖茨发明了利用电磁感应直接测量家蝇飞行扭矩的装置，1984年德国工程师沃尔夫对其进行改进，用于果蝇飞行扭矩测量(参见图1)。该装置沿竖立方向安装了一个永磁体(1)、一个产生高频磁场的电磁线圈(2)，电磁线圈(2)缠绕在铁芯(3)上，永磁体(1)与电磁线圈(2)上下同轴排列，磁场中心有一个可自由转动的竖立芯轴(5)，芯轴(5)的两端用悬丝(11)、(12)拉紧固定，使芯轴(5)可以在扭矩作用下绕竖直轴线转动。芯轴(5)上安装了一个永磁场中的线圈(6)和一个置于置于高频磁场中的线圈(7)。将待测量的果蝇(10)粘在连接杆(8)，果蝇(10)的飞行扭矩将通过连接杆(8)传递至芯轴(5)，使两个线圈(6)、(7)偏转，由于电磁感应，线圈(7)感应的高频电压经高通滤波、乘法器及低通滤波处理，可以得到反应果蝇(10)角度变化的电压信号，此电压信号经反馈放大，并经电感(9)向线圈(6)通以与测量角度成比例的电流，产生一个反馈扭矩，此扭矩的方向与果蝇(10)的扭矩反向，这种反馈方式等效地增加了芯轴(5)的转动刚性，因而可以提高响应速度，以实时获得果蝇(10)的扭矩。该装置有两个磁场，两个线圈，结构复杂，要保证其同轴度，对制造、安装的精度要求很高。两个线圈均有一定惯性，使得轴的转动惯量较大，影响测量响应速度。
发明内容
本发明的目的是要提供一种结构简单，易于制造的扭矩测量装置，其内部仅有一个磁体和一个线圈。
本发明的目的是这样实现的：整体安装有一个电磁线圈及铁芯，高频电流和直流电流形成复合电流通入电磁线圈，使铁芯产生高频和恒强的复合磁场。芯轴上装有一个线圈作为检测线圈，其感应的高频电压经高通滤波、乘法器及低通滤波处理，可以得到反应扭矩角度变化的电压信号。一连接杆的一端连接至芯轴，产生的扭矩通过该连接杆传递至芯轴。该线圈又可作为反馈线圈，低频反馈电流经电感施加在线圈上，与复合磁场中的恒强磁场分量作用，产生反馈力矩。
附图说明
图1为背景技术结构示意图。
图2为本发明结构示意图。
具体实施方式
请参照图2，为本发明的扭矩测量装置结构示意图。本发明采用一个电磁线圈(2)及铁芯(3)，高频电流经电容(14)、直流电流经电感(13)后形成复合电流通入电磁线圈(2)，使铁芯(3)产生高频和恒强直流相互叠加的复合磁场。高频电流和直流电流分别由一高频信号发生器和一直流电源供给。
芯轴(5)上装有一个线圈(7)，芯轴(5)的一端与连接杆(8)相连接，昆虫(比如果蝇)(10)的飞行扭矩从连接杆的另一端通过连接杆(8)传递至芯轴(5)，线圈(7)作为检测线圈，当芯轴(5)转动时，线圈(7)感应到的高频电压经高通滤波、乘法器及低通滤波处理，可以得到反应角度变化的电压信号。
同时该线圈(7)又可作为反馈线圈，低频反馈电流经电感(9)施加在线圈(7)上，与复合磁场中的恒强磁场分量作用，产生反馈力矩。
需要说明的是，本发明采用的高通滤波器、乘法器、低通滤波器以及高频信号发生器等均为人们公知的设备，其使用和相互之间的连接方法也是公知技术，本发明在此不作详细描述。
由于在本发明中采用复合磁场，因而仅需一个铁芯(3)及线圈(2)，结构简单、易于制造和装配。由于芯轴(5)上仅有一个线圈(7)，转动惯量小，响应速度得以提高，装置的尺寸也得以缩小。
Claims (3)
1、一种扭矩测量装置，用于实时测量微小扭矩，包括有：控制电路及与之连接的机械装置，其中：
一电磁线圈及铁芯组成的控制电路，高频电流和直流电流形成复合电流通入电磁线圈，使铁芯产生高频和恒强直流的复合磁场；
一芯轴上装有一个检测线圈，置于控制电路之中，当芯轴转动时检测线圈感应到的高频电压经高通滤波、乘法器及低通滤波处理，得到反应角度变化的电压信号；
该检测线圈又作为反馈线圈，低频反馈电流经电感施加在该检测线圈上，与复合磁场中的恒强磁场分量作用，产生反馈力矩。
2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高频信号发生器与电磁线圈之间串接一电容。
3、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述直流电源与电磁线圈之间串接一电感。
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2003
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