CN214173609U - 一种基于定子位移测量的转矩传感装置 - Google Patents
一种基于定子位移测量的转矩传感装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN214173609U CN214173609U CN202120163819.5U CN202120163819U CN214173609U CN 214173609 U CN214173609 U CN 214173609U CN 202120163819 U CN202120163819 U CN 202120163819U CN 214173609 U CN214173609 U CN 214173609U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- motor
- optical
- stator
- torque
- fabry
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
本实用新型公开一种基于定子位移测量的转矩传感装置，其特征在于，包括：控制器、被试电机、光学转矩传感器、光信号传感系统、计算机。所述控制器给所述被试电机施加可变负载；所述被试电机包括外壳、电机定子、电机转子、电磁单元、轴承端盖、电动机轴及滚动轴承；所述光学转矩传感器为光学法布里‑珀罗干涉腔，通过与光学法布里‑珀罗干涉腔结合，可以通过给被试电机施加可变负载测出施加的转矩并结合转速传感器获得转速及机械功率，测量精度较高。
Description
技术领域
本实用新型涉及测功机领域，特别是涉及一种基于定子位移测量的转矩传感装置。
背景技术
随着工业化发展，在各领域都可以看到电机的应用，因此需要严格检验电机的性能，而目前对电机测试较多的参数是是转矩、转速和功率等参数。
传统的对电机测试主要是通过测试电机转子输出的转矩，并结合转速以确定功率，而在转轴上输入转矩时，电机定子会存在反转矩，因此一般利用秤和装在定子上的杠杆臂方便而准确地测出定子转矩，若同时测出转速即可算出机械功率。该方法可以集负载和测试于一体，转速测试比较简单，但目前的转矩测量精度不够，需要提出新的测功系统来提高转矩测量精度。
实用新型内容
基于此，有必要提供一种基于定子位移测量的转矩传感装置，实现负载和测试于一体，进一步提高转矩测量精度。
本实用新型提供的一种基于定子位移测量的转矩传感装置，其特征在于，包括：控制器、被试电机、光学转矩传感器、光信号传感系统、计算机。所述控制器给所述被试电机施加可变负载；所述被试电机包括外壳、电机定子、电机转子、电磁单元、轴承端盖、电动机轴及滚动轴承；所述电机转子通过所述滚动轴承安装固定不动在所述电动机轴上，所述电磁单元会产生电磁场驱动所述电机转子上旋转，所述电机定子固定不动安装在所述外壳上；所述光学转矩传感器为光学法布里-珀罗干涉腔，一端与电机定子相连，另一端与所述光信号传感系统连接；所述光信号传感系统包括光源、信号接收装置，可将所述电机定子的位移转换成光信息的变化；所述计算机与所述信号接收装置相连，可进行数据处理并显示施加的转矩。
在一种可选的实施方式中，还包括转速传感器，所述转速传感器用于测试所述被试电机的转速并传递至所述处理器进行显示，结合转矩可进一步得到机械功率。
在一种可选的实施方式中，所述电机定子由独立的轴承座支承，需要克服所述电机转子转动产生的反作用力，在某一角度范围内反方向自由移动。
在一种可选的实施方式中，所述光学法布里-珀罗干涉腔可为法布里-珀罗标准具、基于光纤的法布里-珀罗干涉腔。
在一种可选的实施方式中，所述光学法布里-珀罗干涉腔存在第一反射面、第二反射面，所述第一反射面与所述电机定子相连并产生大小一致的位移，第二反射面固定不动。
在一种可选的实施方式中，所述电磁单元包括条式电磁线圈，可为单面波绕阻、两层波绕阻。
在一种可选的实施方式中，所述光源为宽带光源、波长可调谐光源或两者的结合。
在一种可选的实施方式中，所述信号接收装置可接收所述光学转矩传感器的反射光信息并传递至计算机进行进一步处理。
在一种可选的实施方式中，所述转速传感器可为接触式磁电传感器、非接触式磁电传感器。
在一种可选的实施方式中，所述被测电机还包括散热系统，用于使电机内外的气体产生热对流，以利于散热。
当所述控制器对所述被试电机施加负载之后，所述电磁单元同时作用于所述电机定子和所述电机转子，所述电磁单元会产生电磁场驱动所述电机转子上旋转，而所述电机定子所受到的转矩与电机转子所受到的转矩大小相等，方向相反，所以转轴上的转矩可以通过测量电机定子的位移来进行。由于所述光学法布里-珀罗干涉腔第一反射面与所述电机定子相连，因此所述电机定子发生位移时所述光学法布里-珀罗干涉腔的腔长也会发生同步变化，所述信号接收装置接收反射光信息并传送至所述计算机进一步处理，结合所述转速传感器测得转速可获得被试电机的机械功率。
相比于现有技术，本实用新型提供的一种基于定子位移测量的转矩传感装置可以集负载和测试于一体，并结合光学法布里-珀罗干涉仪将转矩造成的定子微小位移转换成光学信息的变化，结构简单并进一步提高了测量精度。
附图说明
图1为本实用新型一实施方式的系统图。
图2为本实用新型一实施方式的被试电机的具体结构图
图3为本实用新型一实施方式中的基于光纤的弹性法布里-珀罗干涉腔的反射光谱图；
图4为测量原理示意图；
其中，1-控制器、2-被试电机、3-光学转矩传感器、4-转速传感器、5-光信号传感系统、6-计算机，7-第一固定点，8-第二固定点，21-外壳、22-电机定子、23-电机转子、24-电磁单元、25-轴承端盖、26-电动机轴、27-滚动轴承、28-散热系统、51-光源、52-信号接收装置。
具体实施方式
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，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是，当元件被称与另一个元件“连接”或元件被称为“连接至”另一个元件时，它可以直接与另一个元件连接或者也可以存在居中的元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
请参阅图1和图2，其是本实用新型一实施方式的系统结构图，本实用新型提供的一种基于定子位移测量的转矩传感装置，其特征在于，包括：控制器1、被试电机2、光学转矩传感器3、转速传感器4、光信号传感系统5、处理器6。控制器1给被试电机2施加可变负载；被试电机22包括外壳21、电机定子22、电机转子23、电磁单元24、轴承端盖25、电动机轴26及滚动轴承27；电机转子23通过滚动轴承27安装固定不动在电动机轴26上，电磁单元24会产生电磁场驱动电机转子23旋转，电机定子22固定不动安装在外壳21上；光学转矩传感器3为光学法布里-珀罗干涉腔，一端与电机定子22相连，另一端与光信号传感系统5连接；光信号传感系统5包括光源51、信号接收装置52，可将电机定子22的位移转换成光信息的变化；计算机6与信号接收装置52、转速传感器4相连，可进行数据处理并显示施加的转矩、转速、机械功率。
电机定子22由独立的轴承座支承，需要克服所述电机转子转动产生的反作用力，在某一角度范围内反方向自由移动。
光学转矩传感器3为光学法布里-珀罗干涉腔，包括法布里-珀罗标准具、基于光纤的法布里-珀罗干涉腔，所述法布里-珀罗标准具包括两个反射镜，可通过电机定子的转动关联控制反射镜之间的距离，在本实施例中，光学转矩传感器3为基于光纤的弹性法布里-珀罗干涉腔。
电磁单元24包括电磁线圈，可为单面波绕阻、两层波绕阻。光源51为宽带光源、波长可调谐光源或两者的结合。信号接收装置52可接收所述光学转矩传感器的反射光信息并传递至计算机进行进一步处理。
所述转速传感器4可为接触式磁电传感器、非接触式磁电传感器，在本实施例中为非接触式磁电传感器，可进行转速测量。
在本实施例中，被试电机2还包括散热系统28，用于使电机内外的气体产生热对流，以利于散热。
在本实施例中，当控制器1对被试电机2施加负载之后，电磁单元24同时作用于电机定子22和所述电机转子23，电磁单元24会产生电磁场驱动电机转子23上旋转，而电机定子22所受到的转矩与电机转子23所受到的转矩大小相等，方向相反，所以转轴上的转矩可以通过测量电机定子22的位移来进行。本实施例中基于光纤的弹性法布里-珀罗干涉腔是通过聚二甲基硅氧烷（PDMS）固定了两段单模光纤形成的，其中PDMS具有弹性，两个光纤端面分别为第一反射面M1、第二反射面M2，将一段光纤通过第一固定点7与电机定子22相连，通过第二固定点8(固定于不随电机定子转动而动的点，如电机基座的某个固定点)固定第二反射面M2，若电机定子22受到反转矩而产生一个微小角度的转动会带动第一反射面M1发生位移，从而影响基于光纤的弹性法布里-珀罗干涉腔的腔体长度。光源5输入光源至光学转矩传感器3，反射光信息被信号接收装置52所接收并进一步处理。
参阅图3，其是基于光纤的弹性法布里-珀罗干涉腔的反射光谱。一般来说，法布里-珀罗干涉腔的自由光谱范围（FSR）受腔长大小影响，成单调关系，在本实施例中，基于光纤的弹性法布里-珀罗干涉腔的FSR与腔长的关系如下式（1-1）所示。
(1-1) 
这里L为腔长， n为腔内折射率，
为共振波长,该公式可用于推算出腔长。干涉条纹的位置也会受转矩大小（正比于腔长变化）的微振荡而微振荡。参阅图4，可以知道电机转子23转动使得电机定子22产生反转矩，可以转化成电机定子22最外围位置的微小位移，且在力达到平衡之后转矩以很小的范围振荡，而基于光纤的弹性法布里-珀罗干涉腔的第一反射面M1与电机定子22相连也会产生同样的位移，在这个过程中角度的微小变化导致的位移会导致腔长也会发生同步变化，信号接收装置52接收反射光信息并传送至所述计算机进一步处理。
光信号传感系统5包括三种组合方案：
（1）光源51可选用成本较低的可见光宽带光源，信号接收装置52对应为光谱仪，可以监测基于光纤的弹性法布里-珀罗干涉腔的输出光谱变化，例如自由光谱范围FSR的变化或者单个干涉峰的连续波长移动量，进一步处理光谱信息后得到转矩信息。
（2）光源51也可选用波长可调谐光源，信号接收装置52可为光电探测器，将输出光信号的变化转换为电信号的变化并进一步处理得到电机定子22的位移大小和转矩信息。
（3）选用斜边法进行监测，光源51选用光源波长固定为动态范围最大的位置（即输出光谱的斜边位置上），此时法布里-珀罗干涉腔腔长变化引起的共振波长的移动会对应不同强度的输出光，因此信号接收装置52可选用功率计进行信号接收，根据输出光功率的变化判断光谱漂移情况从而得出电机定子22的位移情况。
结合转速传感器4测得的转速可获得被试电机2的机械功率，在计算机6上可显示施加的转矩、转速、机械功率。实际使用时，可通过计算机记录初始状态的腔长，后续只要持续监测腔长的变化即可。
该测功装置可以集负载和测试于一体，并结合基于光纤的弹性法布里-珀罗干涉腔将转矩造成的电机定子的微小位移转换成光学信息的变化，结构简单并进一步提高了测量精度，可实现角度测量精度优于0.001弧度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于定子位移测量的转矩传感装置，其特征在于，包括：控制器、被试电机、光学转矩传感器、转速传感器、光信号传感系统、处理器;所述控制器给所述被试电机施加可变负载；所述被试电机包括外壳、电机定子、电机转子、电磁单元、轴承端盖、电动机轴及滚动轴承；所述电机转子通过所述滚动轴承安装固定不动在所述电动机轴上，所述电磁单元会产生电磁场驱动所述电机转子上旋转，所述电机定子固定不动安装在所述外壳上；所述光学转矩传感器为光学法布里-珀罗干涉腔，一端与电机定子相连，另一端与所述光信号传感系统连接；所述光信号传感系统包括光源、信号接收装置，可将所述电机定子的位移转换成光信息的变化；所述处理器与所述信号接收装置相连，可进行数据处理并显示施加的转矩。
2.根据权利要求1所述的一种基于定子位移测量的转矩传感装置，其特征在于，所述转速传感器用于测试所述被试电机的转速并传递至所述处理器进行显示，结合转矩可进一步得到机械功率。
3.根据权利要求1所述的一种基于定子位移测量的转矩传感装置，其特征在于，所示电机定子由独立的轴承座支承，需要克服所述电机转子转动产生的反作用力，在某一角度范围内反方向自由移动。
4.根据权利要求1所述的一种基于定子位移测量的转矩传感装置，其特征在于，所述光学法布里-珀罗干涉腔可为法布里-珀罗标准具、基于全光纤的法布里-珀罗干涉腔、和光纤端面与固定在定子上的平面反射镜形成的法布里-珀罗干涉腔。
5.根据权利要求1或3所述的一种基于定子位移测量的转矩传感装置，其特征在于，所述光学法布里-珀罗干涉腔存在第一反射面、第二反射面，所述第一反射面与所述电机定子相连并产生大小一致的位移，第二反射面固定不动。
6.根据权利要求1所述的一种基于定子位移测量的转矩传感装置，其特征在于，
所述电磁单元包括电磁线圈，可为单面波绕阻、两层波绕阻。
7.根据权利要求1所述的一种基于定子位移测量的转矩传感装置，其特征在于，
所述光源为宽带光源、波长可调谐光源或两者的结合。
8.根据权利要求1所述的一种基于定子位移测量的转矩传感装置，其特征在于，
所述信号接收装置可接收所述光学转矩传感器的反射光信息并传递至计算机进行进一步处理。
9.根据权利要求1所述的一种基于定子位移测量的转矩传感装置，其特征在于，
所述转速传感器可为接触式磁电传感器、非接触式磁电传感器。
10.根据权利要求1所述的一种基于定子位移测量的转矩传感装置，其特征在于，
所述被试电机还包括散热系统，用于使电机内外的气体产生热对流，以利于散热。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202120163819.5U CN214173609U (zh) | 2021-01-21 | 2021-01-21 | 一种基于定子位移测量的转矩传感装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202120163819.5U CN214173609U (zh) | 2021-01-21 | 2021-01-21 | 一种基于定子位移测量的转矩传感装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN214173609U true CN214173609U (zh) | 2021-09-10 |
Family
ID=77593837
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202120163819.5U Active CN214173609U (zh) | 2021-01-21 | 2021-01-21 | 一种基于定子位移测量的转矩传感装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN214173609U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116707230A (zh) * | 2023-08-03 | 2023-09-05 | 西门子(天津)传动设备有限责任公司 | 转子偏移量测量装置、定子偏置量计算方法、装置及系统 |
-
2021
- 2021-01-21 CN CN202120163819.5U patent/CN214173609U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116707230A (zh) * | 2023-08-03 | 2023-09-05 | 西门子(天津)传动设备有限责任公司 | 转子偏移量测量装置、定子偏置量计算方法、装置及系统 |
| CN116707230B (zh) * | 2023-08-03 | 2023-12-19 | 西门子(天津)传动设备有限责任公司 | 转子偏移量测量装置、定子偏置量计算方法、装置及系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3105599B1 (en) | An optical sensor system and methods of use thereof | |
| CN112683430A (zh) | 一种基于定子位移测量的转矩传感装置 | |
| US7286237B2 (en) | Fiber optic sensor | |
| KR20010071501A (ko) | 광섬유 압력 센서 및 그 변형, 및 가요성 반사막을제조하는 방법 | |
| CN214173609U (zh) | 一种基于定子位移测量的转矩传感装置 | |
| CN103697923A (zh) | 一种解调非本征型光纤法布里珀罗腔长的方法 | |
| CN114235035A (zh) | 一种基于光纤光栅的扭矩及温度多参量传感装置 | |
| Li et al. | Integrated fiber-optic Fabry–Perot vibration/acoustic sensing system based on high-speed phase demodulation | |
| Jedrzejewska-Szczerska et al. | Low-coherence fibre-optic interferometric sensors | |
| US8599384B2 (en) | Handheld interferometer based wavelength meter | |
| CN103076082A (zh) | 基于单模-多模-单模光纤模间干涉振动、应力传感装置 | |
| CN216433081U (zh) | 基于光纤光栅的扭矩及温度多参量传感装置 | |
| Huang et al. | Ultra-high-resolution phase demodulation based miniature fiber-optic accelerometer at low and medium frequencies | |
| Mikhailov et al. | Multifunctional fiber-optic sensors for space infrastructure | |
| Cheung et al. | Parallel cross-correlation algorithm for the fast interrogation of high-finesse fiber-optic Fabry-Perot sensors | |
| Ee et al. | Highly sensitive vernier sensor based on Chirp Grating Fabry-Perot Interferometer (CG-FPI) for the strain detection in lithium polymer (LiPo) batteries | |
| CN1304900C (zh) | 一种光纤光栅波长解调方法 | |
| CN105136056A (zh) | 一种高灵敏多模光纤应变传感器及测量系统 | |
| CN113494890A (zh) | 基于fpi干涉仪的光纤光栅应变传感器精度测量装置及方法 | |
| CN112129439A (zh) | 基于光纤光散射感应的扭力传感器 | |
| CN205538043U (zh) | 基于3乘3耦合器的光纤干涉型压力传感器 | |
| CN102735181B (zh) | 基于激光自混合干涉效应的光纤光栅信号解调系统及方法 | |
| CN206725121U (zh) | 一种投弃式全光纤海水温深剖面传感器 | |
| RU2811364C1 (ru) | Способ измерения гидростатического давления и волоконно-оптический датчик гидростатического давления | |
| Zhu et al. | Highly Sensitive Humidity Sensor Based on Optical Fiber Fabry-Perot Interferometer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |