CN212807410U - 一种高速转轴应变力测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高速转轴应变力测量装置，包括：转轴应变力发射组件，设置在转轴上，其包括恒压源激励单元、信号调理单元、数据采集单元、数据处理与射频发射单元和射频发射天线；转轴应变力采集组件，设置在舱体内，其包括射频接收天线、射频信号接收单元、射频信号解调单元、主控单元、时间码解调单元和数据输出单元；射频接收天线接收射频发射天线发送的信号。本实用新型解决了因电缆线容易产生绞绕而无法实时测量的问题，从而能够实时掌握转轴在运行过程中转轴扭矩的情况，便于实时数据的处理和分析，也便于事后处理和分析，有效满足了监测转动部件实时状态的要求。

Description

一种高速转轴应变力测量装置

技术领域

本实用新型涉及机载数据采集技术领域，具体涉及一种高速转轴应变力测量装置。

背景技术

当前，高速旋转的转轴的载荷测试逐渐成为了热点，受制于供电、无线数据传输、结构等特性，获取转轴在转动状态下产生的扭矩用来对转轴的工作状态进一步分析已经成为急需解决的问题。

在对转轴扭矩进行测试时，需要获取转轴在高速转动下的应变力参数数据。现有的测量方法是采用在转轴上贴装电阻应变片或者在在转轴部件上串联电阻应变式传感器，用电缆线引到应变测量仪器上进行数据处理，由于存在电缆线容易产生绞绕问题而无法实时测量的问题，同时也存在对转轴上的贴装传感器如何实时发送激励的问题，如果对电池的安全性要求较高的场所如何进行无电池供电的问题。

需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本公开的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种高速转轴应变力测量装置，以解决现有技术中对转轴扭矩进行测试时存在的电缆线容易产生绞绕而无法实时测量以及对转轴上的贴装传感器如何实时发送激励的问题。

本实用新型实施例提供一种高速转轴应变力测量装置，包括：

转轴应变力发射组件，设置在转轴上，其包括恒压源激励单元、信号调理单元、数据采集单元、数据处理与射频发射单元和射频发射天线；所述信号调理单元、所述数据采集单元、所述数据处理与射频发射单元和所述射频发射天线依次连接，所述恒压源激励单元和所述信号调理单元还分别与外部的应变传感器连接；

转轴应变力采集组件，设置在舱体内，其包括射频接收天线、射频信号接收单元、射频信号解调单元、主控单元、时间码解调单元和数据输出单元；所述射频接收天线、所述射频信号接收单元、所述射频信号解调单元和所述主控单元依次连接，所述主控单元分别与所述时间码解调单元和所述数据输出单元连接，所述主控单元还与外部的上位机连接，所述时码解调单元还与外部的授时系统连接，所述数据输出单元还与外部的监控管理系统连接；

所述射频接收天线接收所述射频发射天线发送的信号。

作为本实用新型的优选方式，所述转轴应变力采集组件还包括电源单元和感应供电发射单元；

所述电源单元分别为所述射频信号接收单元、所述射频信号解调单元、所述主控单元、所述时间码解调单元、所述数据输出单元和所述感应供电发射单元供电，所述电源单元还与外部的供电电源连接。

作为本实用新型的优选方式，所述感应供电发射单元包括PWM产生模块、PWM驱动模块、全桥逆变模块和发射线圈模块；

所述PWM产生模块、所述PWM驱动模块、所述全桥逆变模块和所述发射线圈模块依次连接，所述PWM产生模块、所述PWM驱动模块、所述全桥逆变模块和所述发射线圈模块还分别与所述电源单元连接。

作为本实用新型的优选方式，所述转轴应变力发射组件还包括感应供电接收单元，所述感应供电接收单元分别为所述恒压源激励单元、所述信号调理单元、所述数据采集单元和所述数据处理与所述射频发射单元供电；

所述感应供电接收单元包括接收线圈模块、AC/DC整流模块、保护滤波模块和DC/DC转换模块，所述接收线圈模块、所述AC/DC整流模块、所述保护滤波模块和所述DC/DC转换模块依次连接，所述接收线圈模块和所述发射线圈模块相对设置。

作为本实用新型的优选方式，所述发射线圈模块包括C型铁芯以及绕制在所述C型铁芯的中间段上的发射线圈，所述C型铁芯的开口朝向转轴，且与转轴存在间隙；

所述接收线圈模块包括包覆在转轴上的导磁材料和绕制于所述导磁材料上的接收线圈，所述接收线圈与所述发射线圈相对。

作为本实用新型的优选方式，所述AC/DC整流模块、所述保护滤波模块和所述DC/DC转换模块设置在柔性PCB电路板上，所述柔性PCB电路板包覆在转轴上。

作为本实用新型的优选方式，所述恒压源激励单元、所述信号调理单元、所述数据采集单元和所述数据处理与射频发射单元也设置在所述柔性PCB电路板上；

所述射频发射天线设置在环氧树脂板上，所述环氧树脂板包覆在转轴上。

作为本实用新型的优选方式，所述电源单元设置在第一嵌入式板卡上，所述感应供电发射单元设置在第二嵌入式板卡上，所述射频信号接收单元、所述射频信号解调单元、所述主控单元、所述时间码解调单元和所述数据输出单元设置在第三嵌入式板卡上；

所述第一嵌入式板卡、所述第二嵌入式板卡和所述第三嵌入式板卡组合后通过长螺杆安装形成插接结构，并通过各自底部设置的底板总线连接器实现信号传输。

作为本实用新型的优选方式，所述转轴应变力发射组件还包括调零单元，所述调零单元分别与所述信号调理单元和所述数据处理与射频发射单元连接。

本实用新型实施例提供的高速转轴应变力测量装置，通过在转轴上设置转轴应变力发射组件采集转轴在高速转动下的应变力数据并通过无线方式向外传输，而在相对于转轴静止的舱体内设置转轴应变力采集组件来通过无线方式接收该应变力数据，并在经过处理后再将这些数据传输至舱体内的其他系统中，解决了因电缆线容易产生绞绕而无法实时测量的问题，从而能够实时掌握转轴在运行过程中转轴扭矩的情况，便于实时数据的处理和分析，也便于事后处理和分析，有效满足了监测转动部件实时状态的要求。

此外，转轴应变力发射组件中还设置了恒压源激励单元，能够对转轴上的贴装传感器实时发送激励。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种高速转轴应变力测量装置的结构框图；

图2为图1所示的一种高速转轴应变力测量装置中恒压源激励单元的电路原理图；

图3为图1所示的一种高速转轴应变力测量装置中信号调理单元的电路原理图；

图4为图1所示的一种高速转轴应变力测量装置中数据采集单元的电路原理图；

图5为图1所示的一种高速转轴应变力测量装置中时间码解调单元的电路原理框图；

图6为图1所示的一种高速转轴应变力测量装置中感应供电发射单元的电路原理图；

图7为图1所示的一种高速转轴应变力测量装置中感应供电接收单元的电路原理图；

图8为图1所示的一种高速转轴应变力测量装置中感应供电发射单元与感应供电接收单元的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

参照图1所示，本实用新型实施例公开了一种高速转轴应变力测量装置，该装置主要包括：

转轴应变力发射组件，设置在转轴上，其包括恒压源激励单元、信号调理单元、数据采集单元、数据处理与射频发射单元和射频发射天线；信号调理单元、数据采集单元、数据处理与射频发射单元和射频发射天线依次连接，恒压源激励单元和信号调理单元还分别与外部的应变传感器连接；

转轴应变力采集组件，设置在舱体内，其包括射频接收天线、射频信号接收单元、射频信号解调单元、主控单元、时间码解调单元和数据输出单元；射频接收天线、射频信号接收单元、射频信号解调单元和主控单元依次连接，主控单元分别与时间码解调单元和数据输出单元连接，主控单元还与外部的上位机连接，时码解调单元还与外部的授时系统连接，数据输出单元还与外部的监控管理系统连接；

射频接收天线接收射频发射天线发送的信号。

本实施例中，为了实时测量转轴在高速转动下的应变力数据，该测量装置主要分为两部分，一部分是设置在高速转动的转轴上的转轴应变力发射组件，另一部分是设置在相对于转动轴静止的舱体内的转轴应变力采集组件，当然本领域技术人员可以根据实际情况将其设置在其他相对于转动轴静止的部件上。

转轴应变力发射组件主要用于为外部的应变传感器提供激励，并接收应变传感器输出的应变力数据，然后将接收到的应变力数据做相应处理，最终将处理后的应变力数据通过无线方式传输出去。一般地，应变传感器也设置在转轴上。

具体地，转轴应变力发射组件包括恒压源激励单元、信号调理单元、数据采集单元、数据处理与射频发射单元和射频发射天线，其中，信号调理单元、数据采集单元、数据处理与射频发射单元和射频发射天线依次连接，恒压源激励单元和信号调理单元还分别与外部的应变传感器连接。

恒压源激励单元为外部的应变传感器提供激励，由于应变传感器属于惠斯通电桥的典型应用，能够获取准确的传感器数据的前提是有高精度的激励源施加在传感器作为激励。激励源的稳定性和准确性直接影响传感器测量的精度，因此在恒压源激励单元的设计过程中，对电路的要求较高，同时应变传感器选定之后有固定的输出阻抗，根据此阻抗计算额定电流。为了防止应变传感器损坏，恒压源激励单元还需要设计过流保护电路。本实施例中，该恒压源激励单元包括基准电压模块、恒压源电路和过流保护电路，其中基准电压模块、恒压源电路和过流保护电路依次连接，基准电压模块与供电的电源连接，过流保护电路则与外部的应变传感器连接。参照图2所示，图2为恒压源激励单元的电路原理框图。

信号调理单元接收应变传感器输出的应变力数据，然后对该应变力数据依次进行增益调整、滤波等处理。进行增益调整时，采用四档增益可配置方式，方便用户及时根据变化的输入范围而改变增益大小，本实施例中优选设计的增益分别为100、200、500、1000倍。该过程中主要由可编程的精密仪表放大器完成，其采用经典的三运放改进设计，具有高精度、低失调电压和低失调漂移特性，还具有低噪声、低输入偏置电流和低功耗特性。该仪表放大器的主要功能有：信号总增益中的第一级放大，实现可配置四档增益功能，分别为1、2、5、10倍增益；同时实现将输入差分信号转换成单端信号的功能，前级接口电路包含差模、共模滤波电路，降低信号传输过程中携带的高频干扰信号。而信号总增益中的第二级，采用运放搭建同相比例放大来实现，采用AD公司的高精度、低偏置电压及偏置电流的四路运算放大器实现100倍固定增益设计，因此整个信号调理单元中的信号总增益即为100、200、500、1000倍，符合技术指标要求。

此外，还要对经过增益调整的数据在进行AD转换之前进行滤波处理，根据采集的数据带宽设计对应的低通滤波器频带、类型及阶数，同时衰减不需要的高频信号干扰，以提高信号质量。进行滤波处理时，主要采用二阶巴特沃斯低通滤波器，采用高精密电阻器和电容器可以使滤波器参数稳定，保证带内纹波小于0.1dB，保障带外信号衰减大于6dB/频程。滤波器的截频点设计为2000Hz，滤波器的品质因素Q为0.7071，可以保证二阶巴特沃斯低通滤波器具有最佳响应曲线，符合技术指标要求。参照图3所示，图3为信号调理单元的电路原理图。

数据采集单元，即模数转换单元，需要将信号调理单元处理过的模拟量的数据就是转换成数字量的数据。本实施例中，采用Linear公司的16位、差分宽输入、低噪声、双通道且具有同步采集功能的逐次比较型ADC芯片进行转换，其型号为LTC2341-16。具体地，使用外部电压基准提供的高精度+2.5V参考电压，此时ADC芯片上的VREFIN管脚接地，VREFBUF管脚接电压基准源芯片ADR431BR表示使用外部参考电压。ADC芯片与数据处理与射频发射单元中的处理器芯片相连管脚众多，包括CNV(转换使能)、BUSY(繁忙指示)、SPI接口信号、片选信号等，为了与主控芯片电平匹配，I/O电平应选择+3.3V，同时拉低LVDS/COMS管脚表示使能COMS模式，此时ADC芯片的数字接口可以直接连接处理器芯片的SPI总线。要使数据采集单元正常工作，必须满足ADC芯片的正常时序，ADC芯片选择SPI CMOS模式并与标准SPI总线相连。当ADC芯片收到CNV信号后表示转换开始，此时BUSY信号拉高说明ADC芯片内部正在进行转换，当处理器芯片检测到BUSY信号由高变低时表示转换已完成，数据准备输出。此时，处理器芯片通过选择与AD输出对应的SPI总线时序并经过成48个时钟周期就可以完成两通道模拟量的采集。参照图4所示，图4为数据采集单元的电路原理图。

数据处理与射频发射单元，主要对经过模数转换的数据进行进一步的处理，然后将其转换为射频信号，并最终通过射频天线发射出去，该单元主要包括处理器芯片以及一些外围的辅助电路，如存储电路、时钟电路、复位电路等。

其中，处理器芯片采用德州仪器(TI)的CC1310器件。CC1310器件由四大部分构成，即主CPU模块、RF内核、通用外设和传感器控制模块。主CPU模块是Coetex-M3内核，里面运行各种应用程序、RTOS和底层驱动；RF内核包含了射频电路的所有功能并跟主CPU模块实现了双向通信；传感器控制模块则是一个可以独立于主CPU模块工作的专门用于传感器控制的内核；通用外设则包括了通用总线(UART、IIC、SPI)、定时器、GPIO、看门狗等外围电路。

射频电路是无线通信的核心，其设置在CC1310器件的RF内核中，主要由巴伦电路和一个5阶滤波电路构成。通过该电路，可以将经过处理后的数据转换为相应的射频信号。

射频发射天线，其与数据处理与射频发射单元中处理器芯片的射频电路连接，用于将和转换的射频信号向外发射出去。

具体地，转轴应变力采集组件包括射频接收天线、射频信号接收单元、射频信号解调单元、主控单元、时间码解调单元和数据输出单元。其中，射频接收天线、射频信号接收单元、射频信号解调单元和主控单元依次连接，主控单元分别与时间码解调单元和数据输出单元连接，主控单元还与外部的上位机连接，时码解调单元还与外部的授时系统连接，数据输出单元还与外部的监控管理系统连接。

射频接收天线接收射频发射天线发送的射频信号，然后将接收到的信号传输到射频信号接收单元中。

射频信号接收单元接收到该射频信号后，通过滤波解调等过程，将最终的FSK信号码流解调出来，再传输给射频信号解调单元。该射频信号接收单元的结构与转轴应变力采集组件中数据处理与射频发射单元的主控制芯片中的射频电路一致，具体结构可参照前面的描述，在此不再赘述。

射频信号解调单元接收到上述FSK信号码流后，从FSK信号码流中提取有效的数据，并识别其包含的数据帧格式，完成校验确认后，输送到主控单元中，实现数据的发送。

时间码解调单元主要用于解调外部的授时系统发送过来的IRIG-B信号，并通过向主控模块发送该信号来维持系统本地的一个RTC时间，并通过该RTC时间对接收到的数据进行时间戳标记。IRIG-B信号的解调由模拟电路部分与数字电路部分两部分组成，模拟电路部分的主要功能是通过其中的AGC自动增益电路对接收到的IRIG-B信号完成解调输出，生成时钟和数据脉冲发往数字电路部分。数字电路部分主要分为AGC自动增益控制逻辑、时间信息解码输出逻辑与内部时间生成逻辑。其中，AGC自动增益控制逻辑完成了对模拟电路部分时间信号放大倍数的锁定；时间信息解码输出逻辑则是根据IRIG-B(AC码)的格式标准进行相关时间的解算并输出；内部时间生成逻辑在外部授时功能中断时起作用，主要负责沿着外部时间的最后时刻继续走下去，直到外部授时功能重新开启。参照图5所示，图5为时间码解调单元的电路原理框图。

主控单元，该模块将射频信号解调单元的数据完全接收，然后附加时间码解调单元发送的RTC时间进行时间戳标记，再将数据转换成RS422数据流，最终通过数据输出单元送入后端的监控管理系统进行显示。主控模块以Xilinx Zynq芯片为核心主控，该芯片集成了双核ARM Cortex-A9处理器和一些标准的外设，包括DDR控制器、以太网MAC、通用总线等，还包括PL(Programmable Logic)部分，该部分则集成了相当的可编程逻辑资源和大量的DSP资源。本实施例中该芯片主要借助可编程逻辑资源实现串行数据的提取、数据帧格式的排布、RS422串行数据的产生、时间信息的解析、事件型消息时间戳的标记、PWM信号的产生等关键功能。此外，主控单元还与外部的上位机连接，可以通过上位机对主控单元进行一些功能设置和参数设置等。

在上述实施例的基础上，转轴应变力采集组件还包括电源单元和感应供电发射单元；电源单元分别为射频信号接收单元、射频信号解调单元、主控单元、时间码解调单元、数据输出单元和感应供电发射单元供电，电源单元还与外部的供电电源连接。

本实施例中，转轴应变力采集组件还包括电源单元和感应供电发射单元。其中，电源单元外部的供电电源连接，主要是舱体内的+28VDC电源，能够为射频信号接收单元、射频信号解调单元、主控单元、时间码解调单元、数据输出单元和感应供电发射单元供电。电源单元主要包括DC/DC隔离电源模块、瞬态抑制电路以及EMI滤波电路。为了保障设备工作电源稳定性及抗干扰性，采用DC/DC隔离电源模块将+28VDC电源转换为+15VDC电源，为集成式芯片及其他组件提供电源。除采用DC/DC隔离电源模块外，还设计了输入极性反接保护功能，包含防止电源中存在尖峰毛刺的瞬态抑制电路以及EMI滤波电路，保证后级DC/DC输出电压的高可靠性。

另外，为了给转轴上的组件供电，本实施例中采用无线感应供电技术供电，有效解决了高速旋转的转轴通过线缆供电时电缆线容易产生绞绕而无法实时测量的问题。感应供电发射单元能够将电能通过无线传输的方式传递至转轴，为转轴上的电子设备提供稳定的供电电源。

优选地，感应供电发射单元包括PWM产生模块、PWM驱动模块、全桥逆变模块和发射线圈模块；PWM产生模块、PWM驱动模块、全桥逆变模块和发射线圈模块依次连接，PWM产生模块、PWM驱动模块、全桥逆变模块和发射线圈模块还分别与电源单元连接。

具体地，感应供电发射单元包括PWM产生模块、PWM驱动模块、全桥逆变模块和发射线圈模块，通过PWM产生模块和PWM驱动模块对全桥逆变模块进行驱动，使发送线圈模块产生交流输出信号，能够为发射线圈模块产生固定频率的交变发射电压，最后发射线圈模块通过电磁感应原理将电信号转化成电磁波信号辐射到外部空间。

PWM产生模块用于产生发射线圈模块中需要的交变电压频率信号源，然后进一步输出稳定的PWM方波信号。PWM产生模块是控制发送线圈模块产生交流输出电压的控制信号源头，其采用集成式单片PWM调制芯片，以增加设备集成度并减小元器件的数量。PWM调制芯片通过对外部进行阻容配置，可以方便对PWM方波信号进行频率、占空比、死区时间等设置功能。

PWM驱动模块接收PWM产生模块输出的恒定频率的PWM方波信号，进而产生两路互补的PWM驱动信号源以驱动全桥逆变模块中的四个MOSFET功率管。

全桥逆变模块由四个MOSFET功率管组成全桥逆变结构形式，通过电源单元提供的电源电压和PWM功率管驱动模块提供的PWM驱动信号使发射线圈模块产生交流输出信号。全桥逆变模块通过控制四个MOSFET功率管的工作状态，可在逆变输出端形成正负交替的双极性交流信号，提高了输出的传输效率。本实施例中，全桥逆变模块中开关管优选采用金属-氧化层-半导体-场效应晶体管，即MOSFET功率管，型号选择时选择导通阻抗较小的元器件，可以降低设备的发热功耗。

发射线圈模块实现向外发射电磁波信号的功能，通过全桥逆变模块驱动产生的交流输出信号，采用电磁感应原理将该电信号转化成电磁波信号辐射到外部空间。

参照图6所示，图6为感应供电发射单元的电路原理图。

在上述实施例的基础上，转轴应变力发射组件还包括感应供电接收单元，感应供电接收单元分别为恒压源激励单元、信号调理单元、数据采集单元和数据处理与射频发射单元供电；感应供电接收单元包括接收线圈模块、AC/DC整流模块、保护滤波模块和DC/DC转换模块，接收线圈模块、AC/DC整流模块、保护滤波模块和DC/DC转换模块依次连接，接收线圈模块和发射线圈模块相对设置。

本实施例中，转轴应变力发射组件还包括感应供电接收单元，通过该感应供电接收单元接收感应供电发射单元中发射线圈模块辐射出的电磁波信号，然后将其转换为转轴上个组件所需的工作电压，以此为转轴上的各组件提供恒定、稳定的供电电源。

感应供电接收单元包括接收线圈模块、AC/DC整流模块、保护滤波模块和DC/DC转换模块，通过接收线圈模块感应到发射线圈模块辐射出的电磁波信号后，利用电磁感应原理将其转化成交流电压信号输出至AC/DC整流模块中，AC/DC全桥整流模块采用整流二极管将交流电压转换成直流电压，再通过保护滤波模块和DC/DC转换模块输出转轴上各组件所需的工作电压。

接收线圈模块绕制在转轴上，且与发射线圈模块的安装位置相对设置以进行电磁感应，其接收发射线圈模块向空间辐射的电磁波信号，并利用电磁感应原理将其转化成交流电压信号。AC/DC整流模块将接收线圈模块转化的交流电压转换成含有纹波的直流电压，保护滤波模块能够对产生的直流电压进行稳压滤波，DC/DC转换模块进一步将保护滤波模块输出的稳定电压转换成转轴上的各组件需要的其它工作电压，从而为转轴上的各组件提供恒定、稳定的供电电源。

参照图7所示，图7为感应供电接收单元的电路原理图。

优选地，发射线圈模块包括C型铁芯以及绕制在C型铁芯的中间段上的发射线圈，C型铁芯的开口朝向转轴，且与转轴存在间隙；接收线圈模块包括包覆在转轴上的导磁材料和绕制于导磁材料上的接收线圈，接收线圈与发射线圈相对。

具体地，发射线圈模块包括C型铁芯和发射线圈，其中发射线圈绕制在C型铁芯的中间段，且C型铁芯的开口朝向转轴，且与转轴存在间隙，从而能够与设置在转轴上的接收线圈模块进行电磁感应。

发射线圈绕制在C型铁芯的中间段，对称分布，根据电磁感应原理，可知在C型铁芯内部形成了闭环的磁路信号，磁路信号在C型铁芯中间的输出与输入路径距离一致，有助于在空间辐射产生均匀的电磁波信号。

接收线圈模块包括包覆在转轴上的导磁材料和绕制于导磁材料上的接收线圈，且使接收线圈与发射线圈相对。

在转轴上绕制接收线圈之前，先在转轴上包覆有导磁率较高的导磁材料，然后将接收线圈绕制于导磁材料的中间位置处，这样可以有效增加磁通量以有效利用接收线圈产生的磁场，从而达到减小涡流、增大供电效率的目的。

参照图8所示，图8为感应供电发射单元与感应供电接收单元的结构示意图。

优选地，转轴应变力发射组件还包括调零单元，调零单元分别与信号调理单元和数据处理与射频发射单元连接。

具体地，转轴应变力发射组件中还设置了调零单元，其分别与信号调理单元和数据处理与射频发射单元连接。

是根据实际应用测试中，应变传感器安装完成与施加激励源之后，应变传感器输出电压存在零位偏置，初始零位的固定对实际测试测量数据的读取有重要意义。为了方便测量校准通常将初始状态调整为零作为参考基准，同时可以消除电路元器件因为温度漂移、传输线路损耗等因素产生的偏差。

进行应变传感器零位调整前，通过外部中断触发按钮对数据处理与射频发射单元发送零位调整中断信号。通过激励源为应变传感器提供恒压源激励，初始应变状态固定后，通过信号调理单元实时采集初始状态的应变传感器零位电压，通过数据处理与射频发射单元读取零位偏置电压值，再通过串行接口方式将需要调整的偏置电压数字量写给数据采集单元，数据采集单元输出需要调整的偏置电压，再将此部分偏置电压形成负反馈检测回路，以此完成对应变传感器的零位消除。

优选地，AC/DC整流模块、保护滤波模块和DC/DC转换模块设置在柔性PCB电路板上，柔性PCB电路板包覆在转轴上。

具体地，考虑到在转轴上安装的复杂性，优选将感应供电接收单元中除接收线圈模块以外的其他组件，包括AC/DC整流模块、保护滤波模块和DC/DC转换模块，设置在一块柔性PCB电路板上，然后再将该柔性PCB电路板包覆在转轴上。

柔性PCB电路板是采用柔性材料制作成的刚挠结合的PCB电路板，通过这种方式，实现了一个可弯曲、可折叠的PCB电路板，适合在圆形、异性结构上固定安装，可最大化地对可用空间进行利用。

优选地，恒压源激励单元、信号调理单元、数据采集单元和数据处理与射频发射单元也设置在柔性PCB电路板上；射频发射天线设置在环氧树脂板上，环氧树脂板包覆在转轴上。

具体地，转轴上其他组件也采用了同样的方式进行设置。将恒压源激励单元、信号调理单元、数据采集单元和数据处理与射频发射单元设置在同一块柔性PCB电路板上，该柔性PCB电路板包覆在转轴上。

需要说明的是，转轴上的各组件可以分别设置在几块柔性PCB电路板上，本领域技术人员可以根据实际情况进行设置，并不局限于本实施例中所述的设置情况。

另外，射频发射天线以具有韧性的环氧树脂板为基材材料，通过该环氧树脂板可以将射频发射天线包覆在转轴上。

优选地，电源单元设置在第一嵌入式板卡上，感应供电发射单元设置在第二嵌入式板卡上，射频信号接收单元、射频信号解调单元、主控单元、时间码解调单元和数据输出单元设置在第三嵌入式板卡上；第一嵌入式板卡、第二嵌入式板卡和第三嵌入式板卡组合后通过长螺杆安装形成插接结构，并通过各自底部设置的底板总线连接器实现信号传输。

具体地，转轴应变力采集组件的机械结构采用板卡插拔式结构，这种机械设计具有结构紧凑、便于散热、电磁屏蔽效果好，具有良好的工艺加工性等特点。

根据要实现的功能，将电源单元设置在第一嵌入式板卡上，将感应供电发射单元设置在第二嵌入式板卡上，将射频信号接收单元、射频信号解调单元、主控单元、时间码解调单元和数据输出单元设置在第三嵌入式板卡上。各个板卡组合后通过长螺杆安装形成插接结构，并通过各自底部设置的底板总线连接器实现信号传输。

综上所述，本实用新型实施例提供的高速转轴应变力测量装置，通过在转轴上设置转轴应变力发射组件采集转轴在高速转动下的应变力数据并通过无线方式向外传输，而在相对于转轴静止的舱体内设置转轴应变力采集组件来通过无线方式接收该应变力数据，并在经过处理后再将这些数据传输至舱体内的其他系统中，解决了因电缆线容易产生绞绕而无法实时测量的问题，从而能够实时掌握转轴在运行过程中转轴扭矩的情况，便于实时数据的处理和分析，也便于事后处理和分析，有效满足了监测转动部件实时状态的要求。

此外，转轴应变力发射组件中还设置了恒压源激励单元，能够对转轴上的贴装传感器实时发送激励。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本公开实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“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，或一体地连接；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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高速转轴应变力测量装置，其特征在于，包括：

转轴应变力发射组件，设置在转轴上，其包括恒压源激励单元、信号调理单元、数据采集单元、数据处理与射频发射单元和射频发射天线；所述信号调理单元、所述数据采集单元、所述数据处理与射频发射单元和所述射频发射天线依次连接，所述恒压源激励单元和所述信号调理单元还分别与外部的应变传感器连接；

转轴应变力采集组件，设置在舱体内，其包括射频接收天线、射频信号接收单元、射频信号解调单元、主控单元、时间码解调单元和数据输出单元；所述射频接收天线、所述射频信号接收单元、所述射频信号解调单元和所述主控单元依次连接，所述主控单元分别与所述时间码解调单元和所述数据输出单元连接，所述主控单元还与外部的上位机连接，所述时码解调单元还与外部的授时系统连接，所述数据输出单元还与外部的监控管理系统连接；

所述射频接收天线接收所述射频发射天线发送的信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述转轴应变力采集组件还包括电源单元和感应供电发射单元；

所述电源单元分别为所述射频信号接收单元、所述射频信号解调单元、所述主控单元、所述时间码解调单元、所述数据输出单元和所述感应供电发射单元供电，所述电源单元还与外部的供电电源连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述感应供电发射单元包括PWM产生模块、PWM驱动模块、全桥逆变模块和发射线圈模块；

所述PWM产生模块、所述PWM驱动模块、所述全桥逆变模块和所述发射线圈模块依次连接，所述PWM产生模块、所述PWM驱动模块、所述全桥逆变模块和所述发射线圈模块还分别与所述电源单元连接。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述转轴应变力发射组件还包括感应供电接收单元，所述感应供电接收单元分别为所述恒压源激励单元、所述信号调理单元、所述数据采集单元和所述数据处理与所述射频发射单元供电；

所述感应供电接收单元包括接收线圈模块、AC/DC整流模块、保护滤波模块和DC/DC转换模块，所述接收线圈模块、所述AC/DC整流模块、所述保护滤波模块和所述DC/DC转换模块依次连接，所述接收线圈模块和所述发射线圈模块相对设置。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述发射线圈模块包括C型铁芯以及绕制在所述C型铁芯的中间段上的发射线圈，所述C型铁芯的开口朝向转轴，且与转轴存在间隙；

所述接收线圈模块包括包覆在转轴上的导磁材料和绕制于所述导磁材料上的接收线圈，所述接收线圈与所述发射线圈相对。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述AC/DC整流模块、所述保护滤波模块和所述DC/DC转换模块设置在柔性PCB电路板上，所述柔性PCB电路板包覆在转轴上。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述恒压源激励单元、所述信号调理单元、所述数据采集单元和所述数据处理与射频发射单元也设置在所述柔性PCB电路板上；

所述射频发射天线设置在环氧树脂板上，所述环氧树脂板包覆在转轴上。

8.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电源单元设置在第一嵌入式板卡上，所述感应供电发射单元设置在第二嵌入式板卡上，所述射频信号接收单元、所述射频信号解调单元、所述主控单元、所述时间码解调单元和所述数据输出单元设置在第三嵌入式板卡上；

所述第一嵌入式板卡、所述第二嵌入式板卡和所述第三嵌入式板卡组合后通过长螺杆安装形成插接结构，并通过各自底部设置的底板总线连接器实现信号传输。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述转轴应变力发射组件还包括调零单元，所述调零单元分别与所述信号调理单元和所述数据处理与射频发射单元连接。

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