CN105784219A - 一种扭矩传感器及其测试*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种扭矩传感器及其测试***。该扭矩传感器包括：多根辐条，每根辐条各用于封装一条光纤光栅；两个法兰盘，分别设置在每根辐条的两端；每根辐条与法兰盘形成相同角度，并且多根辐条和两个法兰盘整件加工，多根辐条封装的多条光纤光栅串联连接。通过以上方式，本发明通过光纤光栅来实现光信号参量运算，抗电磁干扰的能力强，并且体积小、重量轻，易于安装。

Description

一种扭矩传感器及其测试***
技术领域
本发明涉及扭矩传感器技术领域，特别是涉及一种扭矩传感器及其测试***。
背景技术
在机械传动***中，扭矩是反映生产设备***性能的最典型机械量之一，扭矩测量及分析是保证各种生产及辅助设备安全正常运行，节省能源，提高***效率的重要手段。提高扭矩测量的准确性、扭矩监测和控制的实时性以及扭矩异常分析的可靠性，是减少事故发生，使生产正常进行的重要手段。而目前的扭矩传感器无法实现光信号参量运算，抗电磁干扰的能力低。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种扭矩传感器及其测试***，以解决上述问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种扭矩传感器，其包括：多根辐条，每根辐条各用于封装一条光纤光栅；两个法兰盘，分别设置在每根辐条的两端；每根辐条与法兰盘形成相同角度，并且多根辐条和两个法兰盘整件加工，多根辐条封装的多条光纤光栅串联连接。
其中，扭矩传感器进一步包括保护壳，用于保护辐条和法兰盘，保护壳设置有光纤适配器，串联连接的多条光纤光栅的一端与光纤适配器的输入端连接。
其中，多根辐条为四根辐条，四根辐条封装的四条光纤光栅串联连接。
其中，角度的范围为大于或等于25°并且小于或等于30°。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种测试***，其包括：发动机；传动轴，传动轴的一端与发动机连接；扭矩传感器，包括：多根辐条，每根辐条各用于封装一条光纤光栅；两个法兰盘，分别设置在每根辐条的两端，每根辐条与法兰盘形成相同角度，并且多根辐条和两个法兰盘整件加工，多根辐条封装的多条光纤光栅串联连接；传动轴的另一端与法兰盘连接，发动机通过传动轴带动扭矩传感器转动，以使扭矩传感器产生扭矩；测试机，与扭矩传感器连接，用于获取光纤光栅的初始波长和通过辐条后的第一波长，测试机根据第一波长和初始波长之间的波长差计算出辐条的扭矩。
其中，辐条的扭矩满足以下公式：
p＝(λ1-λ10)*n
其中，n为扭矩系数；p为辐条的扭矩；λ1为第一波长；λ10为初始波长。
其中，多根辐条为四根辐条，四根辐条封装的四条光纤光栅串联连接。
其中，扭矩传感器的扭矩满足以下公式：
P＝(p1+p2+p3+p4)/4
其中，P为扭矩传感器的扭矩；p1、p2、p3以及p4分别为四根辐条的扭矩。
其中，角度的范围为大于或等于25°并且小于或等于30°。
其中，扭矩传感器进一步包括保护壳，用于保护辐条和法兰盘，保护壳设置有光纤适配器，串联连接的多条光纤光栅的一端与光纤适配器的输入端连接。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的扭矩传感器包括：多根辐条，每根辐条各用于封装一条光纤光栅；两个法兰盘，分别设置在每根辐条的两端；每根辐条与法兰盘形成相同角度，并且多根辐条和两个法兰盘整件加工，多根辐条封装的多条光纤光栅串联连接；通过光纤光栅来实现光信号参量运算，抗电磁干扰的能力强，并且体积小、重量轻，易于安装。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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，进一步可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本发明第一实施例的扭矩传感器的辐条和法兰盘的立体图；
图2是本发明第一实施例的扭矩传感器的保护壳的立体图；
图3是图1所示的扭矩传感器的上盖的立体图；
图4是图1所示的扭矩传感器的内筒的立体图；
图5是图1所示的扭矩传感器的套筒的立体图；
图6是图1所示的扭矩传感器的下盖的立体图；
图7是本发明第一实施例的测试***的结构示意图；
图8是图7所示的测试***的实物连接示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1-2所示，图1是本发明第一实施例的扭矩传感器的辐条和法兰盘的立体图；图2是本发明第一实施例的扭矩传感器的保护壳的立体图。本实施例所揭示的扭矩传感器包括多根辐条11、两个法兰盘12以及保护壳13。
其中，每根辐条11各用于封装一条光纤光栅(图未视)，多根辐条11封装的多条光纤光栅串联连接。两个法兰盘12分别设置在每个辐条11的两端，每根辐条11与法兰盘12形成相同角度。
优选地，多根辐条11为四根辐条，具体为第一根辐条111、第二根辐条112、第三根辐条113以及第四根辐条114，如图1所示。第一根辐条111的一端、第二根辐条112的一端、第三根辐条113的一端以及第四根辐条114的一端均设置在一个法兰盘12上；第一根辐条111的另一端、第二根辐条112的另一端、第三根辐条113的另一端以及第四根辐条114的另一端均设置在另一个法兰盘12上，进而第一根辐条111、第二根辐条112、第三根辐条113以及第四根辐条114与法兰盘12形成相同角度。
优选地，多根辐条11和两个法兰盘12整件加工，即第一根辐条111、第二根辐条112、第三根辐条113以及第四根辐条114与两个法兰盘12整件加工，一体成型。每根辐条11都需要进行降应力处理，能够提高扭矩传感器的精度，即第一根辐条111、第二根辐条112、第三根辐条113以及第四根辐条114的厚度设置比较薄，以实现降应力处理。
四根辐条11封装的四条光纤光栅串联连接，第一根辐条111封装的光纤光栅、第二根辐条112封装的光纤光栅、第三根辐条113封装的光纤光栅以及第四根辐条114封装的光纤光栅串联连接，即第一根辐条111封装的光纤光栅、第二根辐条112封装的光纤光栅、第三根辐条113封装的光纤光栅以及第四根辐条114封装的光纤光栅首尾串联起来。
可选地，每个法兰盘12上均设置有四个固定孔121和通孔122，如图1所示，法兰盘12通过该四个通孔121安装在其他结构上，通孔122用于设置保护壳13。
保护壳13用于保护多根辐条11和两个法兰盘12，如图2所示。其中，保护壳13设置有光纤适配器131，光纤适配器131设置在保护壳13的外表面。串联连接的多条光纤光栅的一端与光纤适配器131的输入端连接，即串联连接的第一根辐条111封装的光纤光栅、第二根辐条112封装的光纤光栅、第三根辐条113封装的光纤光栅以及第四根辐条114封装的光纤光栅的一端与光纤适配器131的输入端连接；串联连接的多条光纤光栅的另一端与光纤传感分析仪(图未视)连接，即串联连接的第一根辐条111封装的光纤光栅、第二根辐条112封装的光纤光栅、第三根辐条113封装的光纤光栅以及第四根辐条114封装的光纤光栅的另一端与光纤传感分析仪连接，以使光纤传感分析仪获取多条光纤光栅的的波长。
请一并参见图3-6所示，保护壳13进一步包括上盖132、内筒133、套筒134以及下盖135，上盖132如图3所示，内筒133如图4所示，套筒134如图5所示，下盖135如图6所示。首先内筒133设置在法兰盘12的通孔122内，然后将套筒134套住多根辐条11，最后将上盖132和下盖135与内筒133和套筒134固定，光纤适配器131设置在套筒134上。
其中，角度的范围优选为大于或等于25°并且小于或等于30°，在本实施例中角度选取25°。
本实施例所揭示的扭矩传感器在转动时产生扭矩，并且多根辐条11封装的多条光纤光栅串联连接，进而通过光纤光栅来实现光信号参量运算，抗电磁干扰的能力强，并且体积小、重量轻，易于安装。
本发明还提供第一实施例的测试***，其在第一实施例所揭示的扭矩传感器的基础上进行描述。如图7-8所示，本实施例所揭示的测试***包括：发动机71、传动轴72、扭矩传感器73以及测试机74。其中，扭矩传感器73为上述实施例所描述的扭矩传感器，在此不再赘述。发动机71、传动轴72、扭矩传感器73以及测试机74的实物连接图如图8所示。
其中，传动轴72的一端与发动机71连接，传动轴72的另一端与扭矩传感器73连接，优选地传动轴72的另一端与扭矩传感器73的法兰盘12连接。在发动机71启动时，发动机71通过传动轴72带动扭矩传感器73转动，以使扭矩传感器73产生扭矩，扭矩传感器73所产生的扭矩会使得辐条11封装的光纤光栅的波长发生变化。
测试机74与扭矩传感器73连接，测试机74通过扭矩传感器73两端的螺丝孔与扭矩传感器73固定，即测试机74与光纤适配器131和串联连接的多条光纤光栅的另一端连接，用于获取每根辐条11的光纤光栅的初始波长λ10和通过辐条后的第一波长λ1，测试机74根据第一波长λ1和初始波长λ10之间的波长差计算出每根辐条11的扭矩。
其中，每根辐条11的扭矩满足以下公式：
p＝(λ1-λ10)*n(1)
其中，n为扭矩系数；p为辐条的扭矩；λ1为第一波长；λ10为初始波长；测试机74根据公式(1)计算出每根辐条11的扭矩。
具体而言，第一根辐条111的扭矩满足以下公式：
p1＝(λ1-λ10)*n(2)
其中，n为扭矩系数；p1为第一根辐条111的扭矩；λ1为第一根辐条111的光纤光栅的第一波长；λ10为第一根辐条111的光纤光栅的初始波长。
第二根辐条112的扭矩满足以下公式：
p2＝(λ2-λ20)*n(3)
其中，n为扭矩系数；p2为第二根辐条112的扭矩；λ2为第二根辐条112的光纤光栅的第一波长；λ20为第二根辐条112的光纤光栅的初始波长。
第三根辐条113的扭矩满足以下公式：
p3＝(λ3-λ30)*n(4)
其中，n为扭矩系数；p3为第三根辐条113的扭矩；λ3为第三根辐条113的光纤光栅的第一波长；λ30为第三根辐条113的光纤光栅的初始波长。
第四根辐条114的扭矩满足以下公式：
p4＝(λ4-λ40)*n(5)
其中，n为扭矩系数；p4为第四根辐条114的扭矩；λ4为第四根辐条114的光纤光栅的第一波长；λ40为第四根辐条114的光纤光栅的初始波长。
扭矩传感器73的扭矩满足以下公式：
P＝(p1+p2+p3+p4)/4(6)
其中，P为扭矩传感器73的扭矩；p1、p2、p3以及p4分别为四根辐条11的扭矩，即p1为第一根辐条111的扭矩；p2为第二根辐条112的扭矩；p3为第三根辐条113的扭矩；p4为第四根辐条114的扭矩。测试机74根据公式(2)、(3)、(4)、(5)以及(6)获得扭矩传感器73的扭矩，能够减少测试机74测量的误差，提高检测精度，稳定性好。
本实施例所揭示的测试***还可以测量静态扭矩，也可以测量动态扭矩；此外，测试***的扭矩传感器73采用光信号参量运算，抗电磁干扰能力强，体积小，重量轻，易于安装；另外，测试***不需要反复调零即可以连续测试扭矩；另外，扭矩传感器73没有设置导电环等磨损件，能够长时间高速运行。
综上所述，本发明的扭矩传感器包括：多根辐条，每根辐条各用于封装一条光纤光栅；两个法兰盘，分别设置在每根辐条的两端；每根辐条与法兰盘形成相同角度，并且多根辐条和两个法兰盘整件加工，多根辐条封装的多条光纤光栅串联连接；通过光纤光栅来实现光信号参量运算，抗电磁干扰的能力强，并且体积小、重量轻，易于安装。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种扭矩传感器，其特征在于，所述扭矩传感器包括：
多根辐条，每根所述辐条各用于封装一条光纤光栅；
两个法兰盘，分别设置在每根所述辐条的两端；
每根所述辐条与所述法兰盘形成相同角度，并且所述多根辐条和所述两个法兰盘整件加工，所述多根辐条封装的多条光纤光栅串联连接。
2.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，所述扭矩传感器进一步包括保护壳，用于保护所述辐条和所述法兰盘，所述保护壳设置有光纤适配器，串联连接的所述多条光纤光栅的一端与所述光纤适配器的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的扭矩传感器，其特征在于，所述多根辐条为四根辐条，所述四根辐条封装的四条光纤光栅串联连接。
4.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，所述角度的范围为大于或等于25°并且小于或等于30°。
5.一种测试***，其特征在于，所述测试***包括：
发动机；
传动轴，所述传动轴的一端与所述发动机连接；
扭矩传感器，包括：
多根辐条，每根所述辐条各用于封装一条光纤光栅；
两个法兰盘，分别设置在每根所述辐条的两端，每根所述辐条与所述法兰盘形成相同角度，并且所述多根辐条和所述两个法兰盘整件加工，所述多根辐条封装的多条光纤光栅串联连接；
所述传动轴的另一端与所述法兰盘连接，所述发动机通过所述传动轴带动所述扭矩传感器转动，以使所述扭矩传感器产生扭矩；
测试机，与所述扭矩传感器连接，用于获取所述光纤光栅的初始波长和通过所述辐条后的第一波长，所述测试机根据所述第一波长和所述初始波长之间的波长差计算出所述辐条的扭矩。
6.根据权利要求5所述的测试***，其特征在于，所述辐条的扭矩满足以下公式：
p＝(λ1-λ10)*n
其中，n为扭矩系数；p为所述辐条的扭矩；λ1为所述第一波长；λ10为所述初始波长。
7.根据权利要求6所述的测试***，其特征在于，所述多根辐条为四根辐条，所述四根辐条封装的四条光纤光栅串联连接。
8.根据权利要求7所述的测试***，其特征在于，所述扭矩传感器的扭矩满足以下公式：
P＝(p1+p2+p3+p4)/4
其中，P为所述扭矩传感器的扭矩；p1、p2、p3以及p4分别为所述四根辐条的扭矩。
9.根据权利要求5所述的测试***，其特征在于，所述角度的范围为大于或等于25°并且小于或等于30°。
10.根据权利要求5所述的测试***，其特征在于，所述扭矩传感器进一步包括保护壳，用于保护所述辐条和所述法兰盘，所述保护壳设置有光纤适配器，串联连接的所述多条光纤光栅的一端与所述光纤适配器的输入端连接。
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