CN214040473U - 动态扭矩测试系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种动态扭矩测试系统，激励器安装在系统底部，并通过传感器轴连接中间的扭矩传感器，系统顶部安装与传感器轴相连接的轴承转子及转动惯量，转动惯量包含部分传感器轴、一个连轴器、一个衍射圆光栅以及多个惯量已知的砝码，传感器轴通过连轴器连接衍射圆光栅和和扭转弹簧及外加多个惯量已知的砝码，转动惯量右侧上方设有一台激光多普勒测振仪，激光多普勒测振仪仪器与衍射圆光栅结合实现扭矩传感器角速度的精确测量。本实用新型的测试系统测试响应速度不受光栅刻线数密度的约束，可在快速响应的同时增加光栅刻线数来提升测量精度，在现有转动惯量测量技术的基础上，通过线性递归的方法确定传感器本身的有效转动惯量，提高了测量的准确度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种扭矩校准测试系统，尤其涉及一种动态扭矩测试系统。
背景技术
扭矩测量是通过传感器来实现的，对扭矩传感器进行校准是保证其量值准确可靠的关键。传统的“静标动用”校准方法在扭矩信号频率变化较快时，会产生显著的误差，而现有的动态校准方法存在量值无法溯源、难以兼顾响应速度和测量精度以及难以识别和分离出扭矩传感器本身的“有效转动惯量”等问题。
为了弥补现有技术的不足，需要提出一种基于衍射光信息提取的动态扭矩溯源理论，利用光学拍获得光栅旋转时高级衍射光的多普勒频移，进而得到与频移相联系的角加速度；采用加载多个惯量已知的砝码，然后通过传感器的加载曲线反向确定传感器本身“有效转动惯量”及其对动态扭矩的贡献。
发明内容
本实用新型是要提供一种动态扭矩测试系统，该系统解决能扭矩传感器校准“静标动用”的局限性问题，该系统基于衍射光信息提取技术的动态扭矩溯源关键技术，通过圆光栅衍射光的多普勒频移获得角加速度，应用线性递归的方法确定扭矩传感器本身的有效转动惯量，在此基础上设计并构建动态扭矩校准系统，为解决动态扭矩校准中的有效溯源问题，为建立扭矩传感器的动态校准技术规范奠定基础。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种动态扭矩测试系统，包括激励器，传感器、轴承转子、扭矩传感器轴、连轴器、衍射圆光栅、激光多普勒测振仪，所述激励器安装在系统的底部，并通过传感器轴连接位于系统的中间的扭矩传感器，系统的顶部安装与传感器轴相连接的轴承转子及转动惯量，转动惯量包含部分传感器轴、一个连轴器、一个衍射圆光栅以及多个惯量已知的砝码，传感器轴通过连轴器连接衍射圆光栅和和扭转弹簧及外加多个惯量已知的砝码，转动惯量右侧上方设有一台激光多普勒测振仪，所述激光多普勒测振仪仪器与衍射圆光栅结合实现扭矩传感器角速度的精确测量。
进一步，所述激光多普勒测振仪发出的光束经过衍射圆光栅后与参考光束发生干涉，在衍射圆光栅透射面，提取一级或更高级衍射光进入光路，通过测量衍射光的频率变化，能实现对角速度的精确测量，进而得到角加速度。
进一步，所述激励器包括整流电路、IPM模块、光耦驱动以及供电模块、驱动电机、电流传感器、转速传感器，控制器，所述整流电路、IPM模块、光耦驱动以及供电模块用于完成AC-DC-AC变换，并且同进自由改变输出交流电的频率，通过给定的SVPWM信号实现三相交流电的输出。
进一步，所述扭矩传感器、电流传感器和转速传感器分别提供输出扭矩、驱动电流和电机转速信号，并提供给控制器，其中，所述扭矩传感器提供激励源输出扭矩的闭环反馈信号，实现驱动电流和输出扭矩的双闭环控制。
进一步，所述控制器选用实时性和电机控制资源丰富的DSP控制器，所述DSP控制器自带PWM生成模块，正交解码模块，脉冲接收模块，在控制器中完成控制电压开关量生成、电流反馈和转矩反馈，从而实现直接转矩控制。
本实用新型具有的有益效果是：
1，本实用新型的动态扭矩测试系统基于衍射光信息提取的动态扭矩测量原理及方法，使动态扭矩能够溯源到基本物理量。利用光学拍获得光栅旋转时高级衍射光的多普勒频移，进而得到与频移相联系的角加速度，这种方法响应速度不受光栅刻线数密度的约束，可以在快速响应的同时增加光栅刻线数来提升测量精度，且系统可靠性高；在现有转动惯量测量技术的基础上，通过线性递归的方法确定传感器本身的有效转动惯量，提高了测量的准确度。
2，本实用新型的动态扭矩测试系统使用激光多普勒测振仪测量圆光栅衍射光的多普勒频移，系统结构简洁，可靠性高；测定转动惯量的技术成熟度高，确定传感器有效转动惯量的技术可操作性强。为准确可靠地评价扭矩传感器动态特性提供了技术途径
3，本实用新型的系统，结构合理，易于操作，经技术拓展，可以为不同量程段的扭矩组合校准测试提供了技术设计基础。
附图说明
图1是本实用新型的动态扭矩测试系统的原理示意图；
图2是本实用新型的动态扭矩测试系统的结构示意图；
图3是本实用新型的动态扭矩测试系统的激励器原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施案例对本实用新型做进一步说明。
如图1至图3所示，本实用新型的动态扭矩测试系统，包括激励器、扭矩传感器、轴承转子、传感器轴、连轴器、衍射圆光栅、激光多普勒测振仪(LDV)。
动态扭矩测试系统的为了实现对角加速度的精确测量，在轴系中加入圆光栅，随轴系一同转动，使用激光多普勒测振仪提取圆光栅的衍射光中的多普勒频移，由于是非接触测量，对轴系中的扭矩传递无任何影响。
系统，底部为同轴安装的激励器，中间安装扭矩传感器，顶部为轴承转子。除轴承部件外，转动惯量包含了部分传感器轴、一个连轴器和一个衍射圆光栅以及多个惯量已知的砝码。
激励器安装在系统的底部，并通过传感器轴连接位于系统的中间的扭矩传感器，系统的顶部安装与传感器轴相连接的轴承转子及转动惯量，转动惯量包含部分传感器轴、一个连轴器、一个衍射圆光栅1等，传感器轴通过连轴器连接衍射圆光栅1和扭转弹簧5以及外加多个惯量已知的砝码，转动惯量右侧上方设有一台激光多普勒测振仪，激光多普勒测振仪仪器与衍射圆光栅结合实现扭矩传感器角速度的精确测量。右侧为一台激光多普勒测振仪(LDV)，该仪器与圆盘光栅结合实现对传感器角速度的精确测量。
LDV的测量光束4经过分束镜3、反射镜2的光路引导，进入衍射圆光栅1后与参考光束发生干涉。在光栅透射面，提取一级(或更高级)衍射光后经过反射镜2进入光路。由于光栅衍射，不同衍射级数的透射光沿各自不同的方向传播，衍射级数和在光栅旋转时单位时间内多普勒频移具有明确的关系。通过测量衍射光的频率变化，可实现对扭矩传感器角速度的精确测量，进而得到角加速度。
激励器主要由整流电路、IPM模块、光耦驱动以及供电模块组成。主要功能是完成AC-DC-AC变换，同时可以自由改变输出交流电的频率，通过给定的SVPWM信号实现三相交流电的输出。激励器还包括驱动电机、电流传感器、转速传感器，控制器。
扭矩传感器、电流传感器和转速传感器提供输出扭矩、驱动电流和电机转速信号，并提供给控制器。其中，扭矩传感器提供激励源输出扭矩的闭环反馈，实现驱动电流和输出扭矩双闭环。
控制器将选用实时性和电机控制资源较为丰富的DSP。控制器自带PWM生成模块，正交解码模块，脉冲接收模块等。在控制器中完成控制电压开关量生成、电流反馈和转矩反馈，从而实现直接转矩控制。
本实用新型基于衍射光信息提取的动态扭矩溯源理论，利用光学拍获得光栅旋转时高级衍射光的多普勒频移，进而得到与频移相联系的角加速度；采用加载多个惯量已知的砝码，然后通过传感器的加载曲线反向确定传感器本身“有效转动惯量”及其对动态扭矩的贡献。与现有的技术相比，本实用新型的技术溯源性好，响应速度不受光栅刻线数密度的约束，可以在快速响应的同时增加光栅刻线数来提升测量精度，对“有效转动惯量”的确定还能够进一步提高准确度。本实用新型拟最终建立可实用化的扭矩传感器动态校准系统，本实用新型的顺利开展和实施能够解决扭矩传感器动态校准中的量值溯源问题，并有望进一步为扭矩传感器动态校准技术规范的建立提供技术途径。
Claims (5)
1.一种动态扭矩测试系统，包括激励器，传感器、轴承转子、扭矩传感器轴、连轴器、衍射圆光栅、激光多普勒测振仪，其特征在于：所述激励器安装在系统的底部，并通过传感器轴连接位于系统的中间的扭矩传感器，系统的顶部安装与传感器轴相连接的轴承转子及转动惯量，转动惯量包含部分传感器轴、一个连轴器、一个衍射圆光栅和扭转弹簧及多个惯量已知的砝码，传感器轴通过连轴器连接衍射圆光栅和扭转弹簧以及外加多个惯量已知的砝码，转动惯量右侧上方设有一台激光多普勒测振仪，所述激光多普勒测振仪仪器与衍射圆光栅结合实现扭矩传感器角速度的精确测量。
2.根据权利要求1所述的动态扭矩测试系统，其特征在于：所述激光多普勒测振仪发出的光束经过衍射圆光栅后与参考光束发生干涉，在衍射圆光栅透射面，提取一级或更高级衍射光进入光路，通过测量衍射光的频率变化，能实现对角速度的精确测量，进而得到角加速度。
3.根据权利要求1所述的动态扭矩测试系统，其特征在于：所述激励器包括整流电路、IPM模块、光耦驱动以及供电模块、驱动电机、电流传感器、转速传感器，控制器，所述整流电路、IPM模块、光耦驱动以及供电模块用于完成AC-DC-AC变换，并且同进自由改变输出交流电的频率，通过给定的SVPWM信号实现三相交流电的输出。
4.根据权利要求3所述的动态扭矩测试系统，其特征在于：所述扭矩传感器、电流传感器和转速传感器分别提供输出扭矩、驱动电流和电机转速信号，并提供给控制器，其中，所述扭矩传感器提供激励源输出扭矩的闭环反馈信号，实现驱动电流和输出扭矩的双闭环控制。
5.根据权利要求4所述的动态扭矩测试系统，其特征在于：所述控制器选用实时性和电机控制资源丰富的DSP控制器，所述DSP控制器自带PWM生成模块，正交解码模块，脉冲接收模块，在控制器中完成控制电压开关量生成、电流反馈和转矩反馈，从而实现直接转矩控制。
Priority Applications (1)
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| CN202022783752.3U CN214040473U (zh) | 2020-11-26 | 2020-11-26 | 动态扭矩测试系统 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202022783752.3U CN214040473U (zh) | 2020-11-26 | 2020-11-26 | 动态扭矩测试系统 |
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| CN214040473U true CN214040473U (zh) | 2021-08-24 |
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Country Status (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112393842A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-02-23 | 中国船舶重工集团公司第七0四研究所 | 动态扭矩测试系统 |
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2020
- 2020-11-26 CN CN202022783752.3U patent/CN214040473U/zh active Active
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