CN109282927B - 一种轴扭矩测量***及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴扭矩测量***及测量方法，其包括第一磁栅、第二磁栅、第一传感组件、第二传感组件与处理器，第一磁栅与第二磁栅间隔设置于待测量轴的表面，并分别具有第一接缝与第二接缝，第一传感组件包括两个沿着待测量轴的径向方向朝向第一磁栅的第一感测部，第二传感组件包括两个沿着待测量轴的径向方向朝向第二磁栅的第二感测部，两个第一感测部与两个第一感测部分别感测随着待测量轴转动的第一磁栅与第二磁栅，并分别产生第一感测信号与第二感测信号，处理器接收并处理第一感测信号与第二感测信号，以获得待测量轴的扭矩大小。本发明的轴扭矩测量***及测量方法，不仅能测量不同直径的待测量轴的扭矩，且分辨率高，测量结果的精度高。

Description

一种轴扭矩测量***及测量方法

技术领域

本发明涉及轴扭矩测量领域，尤其涉及一种轴扭矩测量***及测量方法。

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，扭矩的测量及分析也是保证各种生产设备与辅助设备的正常运行、降低能耗以及提高效率的重要手段，因此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必然能减少事故的发生、提高生产设备的使用率。换句话说，扭矩的在线监测对非计划检修时间缩减和事故发生率的降低、分析产生事故或故障原因的效率以及生产效率和经济效益的提高都有着重要的意义。

随着科学技术的进步和生产的发展，扭矩测量技术有着越来越广阔的应用前景。现代机械产品都在向大功率、高速度、小型化方向的发展，对各种动力机械运行状态的监测和故障识别预报显得尤为重要，尤其是大型的、关键性的、无储备的机械设备，例如重载的长途卡车，大功率的水下结构物、舰船的主轴等。当控制***相应频率和传动轴***固有频率接近或相等时，就会造成机电藕合合拍共振，电流震荡将对机械设备的运行产生严重的影响，进而延误作业计划，造成损失。

举例而言,随着船舶向大型化、高速化和自动化的方向发展，船舶的快速性、高效益、经济性等，已成为造船的重要指标,而作为计算转换效率的重要手段，轴功率的测量是船厂及船东验收新造船舶的主要参数。船舶运行的条件十分复杂，船-机-桨的匹配对主机性能有着很大的影响,当机-桨不匹配时，主机可能无法达到其额定功率，船舶不能达到设计航速,或者,主机超过额定功率运行,导致主机过载使用，使用寿命大大缩短。而船只的轴功率与扭矩测量***，它通过对主机在不同工况下的轴功率的测量，可以了解并检测船体-主机-推进器三者之间的匹配情况，对船体的运行状态进行实时的监控，也可对旧船船-机-桨工作状态及故障做出诊断。作为船舶主机最重要的性能参数之一，轴功率一般是通过间接测量扭矩和转速计算而得出，进而对输出功率与油耗进行比较，以避免发动机的过度使用，如此，不仅能使船只保持或合理地提高速度，还能节省大量燃油、减少二氧化碳和氮氧化合物的排放。

就轴功率的测量，其发展趋势是，由静态测试向动态测试发展，由接触式测量向非接触式测量发展，随着技术研究的深入，测试***也都向着体积小型化、显示数字化、***智能化、监测实时化的方向发展，同时，对测量的精度、准确度及分辨率的要求都在随着市场需求不断地提高。

以目前使用最为广泛的轴功率测量***“KONGSBERG轴功率仪***”为代表的光电非接触式转动轴扭矩测量***，其是基于相位差式的轴功率测量***,该***主要采用光电开关传感器，包括光电开关、光电码盘、控制器、计算机以及相关电路，编码轮固定安装在转动轴上，光电开关的槽口正对着编码轮，并固定在编码轮的边缘，当编码轮随着被测轴转动时，光电开关的光电检测器与发光二极管之间的光路被周期地打开或关闭，光电开关输出同周期的开闭相间的脉冲，控制器对光电开关传输的电信号进行处理，以得到真实的相位差信号，并将该相位差信号存储在数据单元中，接着传输到单片机，单片机结合测定的速度值计算出转动轴的扭矩及轴功率，继而计算机将控制器中的数值进行数理统计、数据分析，并以图表的形式显示出来。

目前，基于光电技术的轴扭矩测量***，由于其测量的精确度一定程度上依赖于读头的精确安装，故其使用时的安装要求高，安装者需要具备足够的经验，安装具有相当的难度，同时，其在分辨率及灵敏度方面的性能也逐渐无法满足实际的使用要求。

发明内容

本发明的实施方式提供一种轴扭矩测量***及测量方法，以解决现有的轴扭矩测量***分辨率低、灵敏度低及安装难度高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种轴扭矩测量***，其包括第一磁栅、第二磁栅、第一传感组件、第二传感组件及处理器，第一磁栅与第二磁栅间隔设置于待测量轴的表面上，并分别具有第一接缝与第二接缝，第一传感组件与第二传感组件分别具有两个第一感测部与两个第二感测部，两个第一感测部间隔设置，并分别沿着待测量轴的径向方向朝向第一磁栅,两个第一感测部感测随着待测量轴转动的第一磁栅以产生第一感测信号，两个第二感测部间隔设置，并分别沿着待测量轴的径向方向朝向第二磁栅,两个第二感测部感测随着待测量轴转动的第二磁栅以产生第二感测信号，处理器接收并处理第一感测信号与第二感测信号，以获得待测量轴的扭矩。

根据本发明的一实施方式，两个上述第一感测部与两个第二感测部分别具有磁头，每个第一感测部的磁头朝向第一磁栅，每个第二感测部的磁头第二磁栅。

根据本发明的一实施方式，上述第一磁栅与第二磁栅的厚度介于1.0mm～1.5mm之间,并第一感测部与第一磁栅之间的气隙及第二感测部与第二磁栅之间的气隙介于0.5mm～1.5mm之间。

根据本发明的一实施方式，上述每个第一感测部与每个第二感测部分别具有MR传感器与两个霍尔传感器，两个霍尔传感器对称设置于MR传感器的两侧，并第一感测部的MR传感器与两个霍尔传感器沿着待测量轴的径向方向排列并朝向第一磁栅，每个第二感测部的MR传感器与两个霍尔传感器沿着待测量轴的径向方向排列并朝向第二磁栅，其中第一传感组件通过每个第一感测部的两个霍尔传感器所产生的第一模拟信号交替接收两个第一感测部的一者的MR传感器所产生的第一感测信号，其中第二传感组件通过每个第二感测部的两个霍尔传感器所产生的第二模拟信号交替接收两个第二感测部的一者的MR传感器所产生的第二感测信号。

根据本发明的一实施方式，上述处理器整合交替接收到的两个第一感测部的MR传感器所产生的第一感测信号为第一传感信号,处理器整合交替接收到的两个第二感测部的MR传感器所产生的第二感测信号为第二传感信号，处理器根据第一传感信号与第二传感信号获得待测量轴的扭矩。

根据本发明的一实施方式，两个上述第一感测部中的霍尔传感器与MR传感器之间的距离大于第一磁栅的磁极距，每个第二感测部中的霍尔传感器与MR传感器之间的距离大于第二磁栅的磁极距。

根据本发明的一实施方式，还包括显示模块，处理器根据第一传感信号与第二传感信号获得测量结果，并根据测量结果产生显示信号，且传送显示信号至显示模块,显示模块根据显示信号显示待测量轴的扭矩。

根据本发明的一实施方式，还包括磁栅保护层，磁栅保护层设置于第一磁栅与第二磁栅的远离待测量轴的表面。

一种使用上述的轴扭矩测量***的轴扭矩测量方法，其包括步骤：安装第一磁栅与第二磁栅于待测量轴的表面,并对应第一磁栅与第二磁栅安装第一传感组件与第二传感组件，驱动待测量轴转动,第一传感组件与第二传感组件分别感应随着待测量轴转的第一磁栅与第二磁栅,并分别产生第一感测信号与第二感测信号，处理器处理第一感测信号与第二感测信号,以获得待测量轴的扭矩。

根据本发明的一实施方式，两个上述第一感测部分别感测随待测量轴转动的第一磁栅并产生第一感测信号的步骤中，选择两个第一感测部的一者，被选择的第一感测部的MR传感器感测随着待测量轴转动的第一磁栅，并产生第一感测信号；被选择的第一感测部的霍尔传感器感测到第一接缝而产生不连续的第一模拟信号，切换至另一个第一感测部的MR传感器感测随着待测量轴转动的第一磁栅，并产生另一个所述第一感测信号，两个第二感测部分别感测随待测量轴转动的第二磁栅并产生第二感测信号的步骤中，选择两个第二感测部的一者，被选择的第二感测部的MR传感器感测随着待测量轴转动的第二磁栅，并产生第二感测信号；被选择的第二感测部的霍尔传感器感测到第二接缝而产生不连续的第二模拟信号，切换至另一个第二感测部的MR传感器感测随着待测量轴转动的第二磁栅，并产生另一个所述第二感测信号。

在本发明的实施方式中，本发明的轴扭矩测量***及测量方法，其将具有第一接缝的第一磁栅与具有第二接缝的第二磁栅间隔设置于待测量轴的表面，待测量轴转动并带动第一磁栅与第二磁栅，第一传感组件对转动的第一磁栅进行感测，并输出第一感测信号，同时第二传感组件对转动的第二磁栅进行感测，并输出第二感测信号，进而处理器接收并处理第一感测信号与第二感测信号，以获得待测量轴的扭矩，如此，不仅能对不同直径的待测量轴进行扭矩测量，还能提高扭矩测量的精确度，得到可靠性更高的测量结果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性本实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明的轴扭矩测量***的框图；

图2是本发明的轴扭矩测量***的安装示意图；

图3是本发明的轴扭矩测量***的第一传感组件的框图；

图4是本发明的轴扭矩测量***的第一传感组件对第一磁栅进行感测的示意图；

图5是图4的A区域的放大图。

具体实施方式

下面将结合本发明本实施方式中的附图，对本发明本实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的本实施方式是本发明的一实施方式，而不是全部的本实施方式。基于本发明中的本实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他本实施方式，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1与图2,其分别是本发明的轴扭矩测量***的框图与安装示意图。如图所示，本实施方式提供的轴扭矩测量***1，其包括第一磁栅10、第二磁栅11、第一传感组件12、第二传感组件13与处理器14，其中第一磁栅10与第二磁栅11间隔设置于待测量轴2的表面，第一磁栅10及第二磁栅11分别环绕在待测量轴2，第一磁栅10的两端之间具有第一接缝101，第二磁栅11的两端之间具有第二接缝111，第一接缝101及第二接缝111的宽度根据待测量轴2的圆周长与第一磁栅10及第二磁栅11的长度而定，即第一接缝101及第二接缝111的宽度为待测量轴2的圆周长分别与第一磁栅10及第二磁栅11相减。

第一传感组件12具有两个第一感测部120，两个第一感测部120沿着待测量轴2的径向方向间隔设置，并其感测方向分别沿着待测量轴2的径向方向朝向第一磁栅10。第二传感组件13具有两个第二感测部130，两个第二感测部130沿着待测量轴2的径向方向间隔设置，并其感测方向分别沿着待测量轴2的径向方向朝向第二磁栅11。第一传感组件12与第二传感组件13分别电性连接处理器14。

当待测量轴2转动时，其带动第一磁栅10与第二磁栅11转动，第一传感组件12的两个第一感测部120分别感测转动的第一磁栅1以产生第一感测信号。同时，第二传感组件13的两个第二感测部130分别感测转动的第二磁栅11以产生第二感测信号。第一传感组件12与第二传感组件13分别将第一感测信号与第二感测信号传送至处理器14，处理器14处理接收到的第一感测信号与第二感测信号，并获得待测量轴2的扭矩。

请继续参阅图3，其是本发明的轴扭矩测量***的第一传感组件的框图。如图所示，本实施方式中，第一传感组件12的每个第一感测部120具有MR传感器与两个霍尔传感器，两个霍尔传感器对称设置于MR传感器的两侧,每个第一感测部120具有磁头,每个第一感测部120的磁头分别朝向第一磁栅10,以对第一磁栅10进行感测，并每个霍尔传感器与MR传感器之间的距离大于第一磁栅10的一个磁极距。每个第一感测部120的MR传感器与两个霍尔传感器的感测方向沿着待测量轴2的径向方向朝向第一磁栅10，且每个MR传感器与霍尔传感器分别电性连接于处理器14。

本发明的轴扭矩测量***1在进行扭矩测量时，每个第一感测部120的MR传感器产生第一感测信号,并MR传感器输出第一感测信号至处理器14，每个第一感测部120的霍尔传感器对应第一磁栅10时产生第一模拟信号，并霍尔传感器输出第一模拟信号至处理器14，而第一感测部120的霍尔传感器对应第一接缝101时，霍尔传感器不产生第一模拟信号，并中断第一模拟信号的输出，直至第一接缝101在转动中转出霍尔传感器的感测范围，霍尔传感器继续产生并输出第一模拟信号，即霍尔传感器产生不连续的第一模拟信号。处理器13根据霍尔传感器输出的第一模拟信号的连续与否选择接收两个MR传感器输出的第一感测信号中的一个。

请一并参阅图4，其是本发明的轴扭矩测量***的第一传感组件对第一磁栅进行感测的示意图。如图所示，本实施方式中，待测量轴2的转动方向为顺时针方向，第一接缝101逐渐靠近图上右侧的第一感测部120感测范围，在第一接缝101进入图上右侧的第一感测部120的霍尔传感器的感测范围前，处理器14接收图上右侧的第一感测部120的MR传感器输出的第一感测信号。

随着待测量轴2的持续转动，第一接缝101进入图上右侧的第一感测部120的位于MR传感器右侧的霍尔传感器的感测范围，即图上右侧的第一感测部120的位于MR传感器右侧的霍尔传感器的感测方向朝向位于第一接缝101中的待测量轴2的表面时，图上右侧的第一感测部120的位于MR传感器右侧的霍尔传感器无法产生第一模拟信号，此时，图上右侧的第一感测部120的位于MR传感器右侧的霍尔传感器中断第一模拟信号的输出，即图上右侧的第一感测部120的位于MR传感器右侧的霍尔传感器输出的第一模拟信号不连续,当处理器14接收到的第一模拟信号不连续时，其判断位于图上右侧的第一感测部120的MR传感器接近第一接缝101，即图上右侧的第一感测部120的MR传感器接近第一接缝101，基于图上右侧的第一感测部120的MR传感器接近第一接缝101的判断，处理器14中断接收图上右侧的第一感测部120的MR传感器输出的第一感测信号，并切换接收另一第一感测部120的MR传感器输出的第一感测信号，即此时处理器14接收图上左侧的第一感测部120的MR传感器输出的第一感测信号。

待测量轴2继续带动第一磁栅10转动，当第一接缝101进入图上左侧的第一感测部120的位于MR传感器右侧的霍尔传感器的感测范围，图上左侧的第一感测部120的位于MR传感器右侧的霍尔传感器的感测方向朝向位于第一接缝101中的待测量轴2的表面，其无法产生第一模拟信号，此时,图上左侧的第一感测部120的位于MR传感器右侧的霍尔传感器中断第一模拟信号的输出，即图上左侧的第一感测部120的位于MR传感器右侧的霍尔传感器输出的第一模拟信号不连续,当处理器14接收到的第一模拟信号不连续时，其判断位于图上左侧的第一感测部120的MR传感器接近第一接缝101，即判断图上左侧的第一感测部120的MR传感器接近第一接缝101，基于图上左侧的第一感测部120的MR传感器接近第一接缝101的判断，处理器14中断接收图上左侧的第一感测部120的MR传感器输出的第一感测信号，并切换至接收另一第一感测部120的MR传感器输出的第一感测信号，即此处理器14接收图上右侧的第一感测部120的MR传感器输出的第一感测信。

当转动的第一接缝101再次进入图上右侧的第一感测部120的霍尔传感器的感测范围，处理器14再次切换所接收的第一感测信号，如此循环切换，处理器14持续接收第一传感组件12的两个第一感测部120输出的第一感测信号,并将接收到的第一传感组件12的两个第一感测部120输出的第一感测信号整合成第一传感信号。

同样的，若待测量轴2的转动方向为逆时针方向时，处理器14先接收图中左侧的第一感测部120的MR传感器输出的第一感测信号，当逆时针转动的第一接缝101进入图中左侧的第一感测部120的霍尔传感器的感测范围，处理器14中断接收图中左侧的第一感测部120的MR传感器输出的第一感测信号，并切换至接收图中右侧的第一感测部120的MR传感器输出的第一感测信号，当继续转动的第一接缝101进入图中右侧的第一感测部120的霍尔传感器的感测范围，处理器14中断接收右侧的第一感测部120的MR传感器输出的第一感测信号，并切换至接收图中左侧的第一感测部120的MR传感器输出的第一感测信号。如此，不断循环切换，处理器14持续接收第一传感组件12的两个第一感测部120输出的第一感测信号,并将接收到的第一传感组件12的两个第一感测部120输出的第一感测信号整合成第一传感信号。

同于第一传感组件12，第二传感组件13的每个第二感测部130也具有MR传感器与两个霍尔传感器，两个霍尔传感器对称设置于MR传感器的两侧，每个第二感测部130具有磁头,每个第二感测部130的磁头分别朝向第二磁栅11,以对第二磁栅11进行感测，并每个霍尔传感器与MR传感器之间的距离大于第二磁栅11的一个磁极距。每个第二感测部130的MR传感器与两个霍尔传感器沿着待测量轴2的径向方向朝向第二磁栅11，且每个MR传感器与霍尔传感器分别电性连接于处理器14。每个第二感测部130的MR传感器产生第二感测信号,并MR传感器输出第二感测信号至处理器13。每个第二感测部130的霍尔传感器对应第二磁栅11时产生第二模拟信号，并霍尔传感器输出第二模拟信号至处理器14，而第二感测部130的霍尔传感器对应第二接缝111时，霍尔传感器不产生第二模拟信号，并中断第二模拟信号的输出，直至第二接缝111在转动中转出霍尔传感器的感测范围，霍尔传感器继续产生并输出第二模拟信号。处理器14根据霍尔传感器输出的第二模拟信号的连续与否交替接收两个MR传感器输出的第二感测信号中的一个。换句话来说，与第一传感组件12感测第一磁栅10的原理相同，第二传感组件13的两个第二感测部130分别输出第二感测信号，处理器14根据两个中的一个第二感测部130的霍尔传感器输出的第二模拟信号的中断选择接收另一个第二感测部130的MR传感器输出的第二感测信号，并据此原理循环切换接收两个第二感测部130的MR传感器输出的第二感测信号，接着将接收到的两个第二感测部130的MR传感器输出的第二感测信号整合成第二传感信号，完成对第二磁栅11的感测。

需要说明的是，两个第一感测部120的MR传感器对第一磁栅10进行感测产生的第一感测信号以及两个第二感测部130的MR传感器对第二磁栅11进行感测产生的第二感测信号为脉冲信号，通过两个第一感测部120的MR传感器输出的脉冲信号能计算出待测量轴2上对应两个第一感测部120的点的位置角度，通过两个第二感测部130的MR传感器输出的脉冲信号能计算出待测量轴2上对应两个第二感测部130的点的位置角度。换而言之，处理器14能通过第一传感信号计算出待测量轴2上对应两个第一感测部120的点的位置角度，也能通过第二传感信号计算出待测量轴2上对应两个第二感测部130的点的位置角度。在使用本发明的轴扭矩测量***1时，第一传感组件12可以以第一接缝101为零点，第二传感组件13可以以第二接缝111为零点，当第一磁栅10与第二磁栅11随着待测量轴2转动一周，通过第一传感组件12与第二传感组件13的霍尔传感器输出的第一模拟信号与第二模拟信号即能捕获对应的零点，进而开始输出待测量轴2的绝对位置角度。换句话说，此时的第一磁栅10与第一传感组件12的组合以及第二磁栅11与第二传感组件13的组合相当于两套增量式编码器，第一磁栅10与第二磁栅11随着待测量轴2转动一周，即能通过第一模拟信号与第二模拟信号找到预设的零点。

下面详细说明处理器14计算待测量轴2扭矩的方式，当待测量轴2沿着其轴线方向发生转动时，待测量轴2最大应力分布在其表面，其应力表达式为：

式中：

M_x—待测量轴2的横截面上扭矩；

ρ—任意点到圆心距离；

I_P—极惯性矩。

式中D为待测量轴2的半径。

而待测量轴2的应力与应变的表达式为：

τ＝G·r

式中：

G—剪切弹性模量，一般钢材G为80GPa，

式中：

μ-泊松比

当待测量轴2沿着其轴线方向发生转动时，其应变为：

式中：

即当G＝80GPa时，或/>式中l为测量待测量轴2上两点之间的距离。

如此，通过测量待测量轴2上两点之间的变形量即能计算待测量轴2所受扭矩的大小。换句话说，通过测量待测量轴2上两点之间的角度变化即能计算待测量轴2所受扭矩的大小。如此，在将第一磁栅10与第二磁栅11安装于待测量轴2的表面,并对应第一磁栅10与第二磁栅11安装好第一传感组件12与第二传感组件13，再测量待测量轴2上两点之间的距离,驱动待测量轴2转动,第一传感组件12与第二传感组件13即能分别感应随着待测量轴2转动的第一磁栅10与第二磁栅11,并分别产生第一感测信号与第二感测信号，而处理器14接收到第一感测信号与第二感测信号时，其先分别整合接收到的第一感测信号与第二感测信号，以获得对应第一感测信号的第一传感信号与对应第二感测信号的第二传感信号，并根据第一传感信号、第二传感信号以及待测量轴2上两点之间的距离通过上述计算方式得到待测量轴2即时的扭矩大小。并且其测量扭矩的精度与第一感测部120与第二感测部130的沿着待测量轴2的轴向方向的距离的大小成反比，在安装时，只要第一磁栅10与第二磁栅11之间的安装距离设置得越大，本发明的轴扭矩测量***1对待测量轴2的扭矩测量结果的精度就越高。

本实施方式中,采用测距器测量待测量轴2上两点之间的距离，由于第一感测部120的MR传感器的磁头与第二感测部130的MR传感器的磁头沿着待测量轴2的径向方向分别朝向第一磁栅10与第二磁栅11，即分别第一感测部120的MR传感器的磁头与第二感测部130的MR传感器的磁头沿着待测量轴2的径向方向分别朝向待测量轴2上的两点，所以待测量轴2的一点的位置即对应第一感测部120的MR传感器的磁头所朝向的第一磁栅10的位置，待测量轴2上另一点的位置即对应第二感测部130的MR传感器的磁头所朝向的第二磁栅11的位置，换句话说，测量待测量轴2上两点之间的距离即等于测量与第一感测部120的MR传感器的磁头对应第一磁栅10的位置及与第二感测部130的MR传感器的磁头对应的第二磁栅11的位置的沿着待测量轴2的轴向方向的距离，其中的测距器可以采用激光测距器、超声波测距器或者其它可以实现精密测距的测距器。

如此，虽本发明的轴扭矩测量***1采用具有第一接缝101的第一磁栅10与具有第二接缝111的第二磁栅11，然使用本发明的轴扭矩测量***1通过上述的轴扭矩测量方法对待测量轴2进行扭矩测量能避免第一接缝101与第二接缝111的影响，处理器14能通过第一感测信号与第二感测信号分别整合出第一传感信号与第二传感信号，进而根据第一传感信号、第二传感信号与待测量轴2上两点之间的距离计算出待测量轴2的扭矩大小。

进一步地，处理器14也能通过第一传感信号与第二传感信号获得待测量轴2的位置角度、待测量轴2的两点之间的位置角度差，同时还能获得待测量轴2的转速，如此，采用本发明的轴扭矩测量***1对待测量轴2进行测量能按照实际需求选择性地测量待测量轴2的位置角度、待测量轴2的两点之间的位置角度差、待测量轴2的扭矩大小或者转速。

下面详述本发明的轴扭矩测量***的安装，请复参阅图2。本发明的第一磁栅10与第二磁栅11为条带状磁栅，并无金属背衬，在安装时，能通过粘合物紧密地粘附于待测量轴2表面，在粘贴时，条带状的第一磁栅10与第二磁栅11沿待测量轴2的径向方向环绕待测量轴2一周，并于接口处分别形成第一接缝101与第二接缝111。如此，通过条带状的第一磁栅10与第二磁栅11，本发明的轴扭矩测量***1能用于对不同的机械设备的转轴进行扭矩测量，针对不同大小的待测量轴2，只需要根据待测量轴2的圆周大小选择适当长度的第一磁栅10与第二磁栅11即可，无须特别设计、定制对应待测量轴2圆周大小的环形封闭式磁栅。

又，第一磁栅10与第二磁栅11的厚度介于1.0mm～1.5mm之间，本实施方式中，其厚度为1.0mm，低厚度的第一磁栅10与第二磁栅11能在安装时更容易粘附于待测量轴2表面。

请一并参阅图5，其为图4的A区域的放大图。如图所示，本实施方式中，还具有磁栅保护层15，磁栅保护层15设置于第一磁栅10远离待测量轴2的表面。本实施方式中，磁栅保护层15是厚度为0.2mm的不锈钢薄带，在第一磁栅10安装好后，覆盖磁栅保护层15于第一磁栅10表面并固定，以对第一磁栅10起保护作用。同样的，为保护第二磁栅11，在第二磁栅11安装好后，也覆盖磁栅保护层15于第二磁栅11的表面并固定即可。

接着，安装第一传感组件12及第二传感组件13，请一并参阅图2及图5。安装第一传感组件12的两个第一感测部120或者第二传感组件13的两个第二感测部130时，两个第一感测部120的间隔距离大于第一接缝101的宽度，两个第二感测部130的间隔距离大于第二接缝111的宽度，以避免第一接缝101同时进入两个第一感测部120的MR传感器的感测范围或则第二接缝111同时进入两个第二感测部130的MR传感器的感测范围，避免同时影响第一感测信号与第二感测信号的输出。

同时，考虑到待测量轴2在转动时由于其精度问题会出现不稳定的跳动，尤其是待测量轴2的直径较大的使用情况下，可能会使第一磁栅10与第一传感组件12的两个第一感测部120或者第二磁栅11与第二传感组件13的两个第二感测部130之间产生摩擦，损坏第一磁栅10、第二磁栅11、第一感测部120或者第二感测部130，为避免意外损坏，安装时，确保第一感测部120与第一磁栅101之间的距气隙及第二感测部130与第二磁栅111之间的气隙介于0.5mm～1.5mm之间，于本实施方式中，第一感测部120与第一磁栅101之间的气隙及第二感测部130与第二磁栅111之间的气隙为1.5mm。基于此，第一磁栅10与第二磁栅11的磁极距也相应较大，于本实施方式中，第一磁栅10与第二磁栅11的磁极距为5mm，即第一感测部120的MR传感器与霍尔传感器之间的距离以及第二感测部130的MR传感器与霍尔传感器之间的距离大于5mm。

为使第一传感组件12与第二传感组件13的更易达到上述的距离安装要求，本发明的轴扭矩测量***1还包括安装支架(图中未示出)，在第一感测部120或第二感测部130调整好安装距离后，以螺丝穿过第一安装孔1201或第二安装孔1301进而固定第一感测部120或第二感测部130于安装支架。第一感测部120与第二感测部130分别具有MR传感器，MR传感器利用磁阻效应对转动的第一磁栅10与第二磁栅11进行感测，本实施方式的第一磁栅10与第二磁栅11分别具有多对磁极，第一磁栅10与第二磁栅11随着待测量轴2每转动一周，第一感测部120与第二感测部130输出的脉冲信号的数量分别是第一磁栅10与第二磁栅11的磁极对数的两倍，即第一磁栅10与第二磁栅11具有的磁极对越多，本发明的轴扭矩测量***1的分辨率越高，对待测量轴2的扭矩的测量精度越高，尤其是在使用本发明的轴扭矩测量***1对轴半径相对较大的待测量轴2进行扭矩测量时，其分辨率相对更高，测量精度相对更大。如此，本发明的轴扭矩测量***1采用具有第一接缝101的第一磁栅10与具有第二接缝111的第二磁栅11，不仅能使本发明的轴扭矩测量***1适用于对不同直径的待测量轴2进行扭矩测量，而且还具有高分辨率与高精度的测量结果。进一步地，每个第一感测部120还具有第一接线口1202，每个第二感测部130还具有第二接线口1302，每个第一感测部120的MR传感器与霍尔传感器通过第一接线口1202用信号连接线连接于处理器14，每个第二感测部130的MR传感器与霍尔传感器通过第二接线口1302用信号连接线连接于处理器14，处理器14持续地接收第一模拟信号、第一感测信号、第二模拟信号与第二感测信号，并进行相应的判断，切换接收第一感测信号或者第二感测信号，并整合形成第一传感信号与第二传感信号，最终通过对第一传感信号与第二传感信号处理，获得转动的待测量轴2的扭矩的大小。

更进一步地，本实施方式的轴扭矩测量***1还包括输出模块16与显示模块17，处理器14通过输出模块16与显示模块17电性连接。当处理器14不断地接收第一感测信号与第二感测信号，并根据整合第一感测信号与第二感测信号形成的第一传感信号与第二传感信号以及待测量轴2上两点之间的距离获得待测量轴2的扭矩测量结果，进而根据测量结果产生显示信号，再通过输出模块16将显示信号传送至显示模块17,显示模块17将显示信号转化为扭矩量，进而能直观地根据显示信号显示待测量轴2的扭矩大小。同时，也能输出待测量轴2的位置角度、待测量轴2的两点之间的位置角度差或者转速，以使得本发明的轴扭矩测量***1具有多种测量功能。

本实施方式中，采用计算器不断地接收第一感测信号与第二感测信号，并将测距器测量得到的待测量轴2上两点之间的距离写入运行程序中，实时计算出转动的待测量轴2的扭矩大小，并通过作为计算机显示器显示待测量轴2的扭矩大小。需要说明的是，本实施方式仅为本发明的轴扭矩测量***1的一种实施方式，不应以此为限。

综上所述，本发明提供的一种轴扭矩测量***及测量方法，其通过将具有第一接缝的第一磁栅与具有第二接缝的第二磁栅间隔安装于待测量轴的表面，使第一磁栅与第二磁栅随着待测量轴转动，并以第一传感组件的第一感测部对转动的第一磁栅进行感测而产生第一感测信号，以第二传感组件的第二感测部对转动第二磁栅进行感测而产生第二感测信号，进而处理器对第一传感组件的输出的第一感测信号与第二传感组件的输出的第二感测信号进行处理以获得待测量轴的扭矩大小，本发明的轴扭矩测量***安装简单，能适用于对轴直径不同的待测量轴进行扭矩测量，且分辨率，测量精度高，能有效地对机械设备的轴功率进行实时监控，进而在控制机械设备正常运行的同时，合理地调整其输出功率，以提高工作效率，同时，还能用以对机械设备的故障做出快速的诊断，提高维护效率。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本发明的实施方式进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种轴扭矩测量***，其特征在于，包括：

第一磁栅，其具有第一接缝，并用以设置于待测量轴的表面上；

第二磁栅，其具有第二接缝，并用以设置于所述待测量轴的表面上，且与所述第一磁栅间隔设置；

第一传感组件，其包括两个第一感测部，两个所述第一感测部间隔设置，并分别沿着所述待测量轴的径向方向朝向所述第一磁栅,两个所述第一感测部用以感测随着所述待测量轴转动的所述第一磁栅以产生第一感测信号；

第二传感组件，其包括两个第二感测部，两个所述第二感测部间隔设置，并分别沿着所述待测量轴的径向方向朝向所述第二磁栅,两个所述第二感测部用以感测随着所述待测量轴转动的所述第二磁栅以产生第二感测信号；

处理器，其接收所述第一感测信号与所述第二感测信号，并用以处理所述第一感测信号与所述第二感测信号以获得所述待测量轴的扭矩；

其中，两个所述第一感测部的间隔距离大于所述第一接缝的宽度，两个所述第二感测部的间隔距离大于所述第二接缝的宽度；

其中，每个所述第一感测部与每个所述第二感测部分别具有MR传感器与两个霍尔传感器，两个所述霍尔传感器对称设置于所述MR传感器的两侧，并且每个所述第一感测部的所述MR传感器与两个所述霍尔传感器沿着所述待测量轴的径向方向排列并朝向所述第一磁栅，每个所述第二感测部的所述MR传感器与两个所述霍尔传感器沿着所述待测量轴的径向方向排列并朝向所述第二磁栅；其中所述第一传感组件通过每个所述第一感测部的两个所述霍尔传感器所产生的第一模拟信号交替接收两个所述第一感测部的一者的所述MR传感器所产生的所述第一感测信号；其中所述第二传感组件通过每个所述第二感测部的两个所述霍尔传感器所产生的第二模拟信号交替接收两个所述第二感测部的一者的所述MR传感器所产生的所述第二感测信号；

所述处理器整合交替接收到的两个所述第一感测部的所述MR传感器所产生的所述第一感测信号为第一传感信号, 所述处理器整合交替接收到的两个所述第二感测部的所述MR传感器所产生的所述第二感测信号为第二传感信号，所述处理器根据所述第一传感信号与所述第二传感信号获得所述待测量轴的扭矩。

2.如权利要求1所述的轴扭矩测量***，其特征在于，所述第一磁栅与所述第二磁栅的厚度分别介于1.0mm~1.5mm之间,并且所述第一感测部与所述第一磁栅之间的气隙以及所述第二感测部与所述第二磁栅之间的气隙介于0.5mm~1.5mm之间。

3.如权利要求1所述的轴扭矩测量***，其特征在于，每个所述第一感测部中的所述霍尔传感器与所述MR传感器之间的距离大于所述第一磁栅的磁极距；每个所述第二感测部中的所述霍尔传感器与所述MR传感器之间的距离大于所述第二磁栅的磁极距。

4.如权利要求3所述的轴扭矩测量***，其特征在于，还包括显示模块，所述处理器根据所述第一传感信号与所述第二传感信号获得测量结果，并根据所述测量结果产生显示信号，且传送所述显示信号至所述显示模块,所述显示模块根据所述显示信号显示所述待测量轴的扭矩。

5.如权利要求1所述的轴扭矩测量***，其特征在于，还包括磁栅保护层，所述磁栅保护层设置于所述第一磁栅与所述第二磁栅的远离所述待测量轴的表面。

6.一种使用权利要求1所述的轴扭矩测量***的轴扭矩测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

安装所述的第一磁栅与第二磁栅于待测量轴的表面,并分别对应所述第一磁栅与所述第二磁栅安装所述第一传感组件与所述第二传感组件；

驱动所述待测量轴转动,所述第一传感组件与所述第二传感组件分别感应随着所述待测量轴转动的所述第一磁栅与所述第二磁栅,并分别产生所述第一感测信号与所述第二感测信号；

所述处理器处理所述第一感测信号与所述第二感测信号,以获得所述待测量轴的扭矩。

7.如权利要求6所述的轴扭矩测量方法，其特征在于，两个所述第一感测部分别感测随着所述待测量轴转动的所述第一磁栅并产生第一感测信号的步骤中，选择两个所述第一感测部的一者，被选择的所述第一感测部的所述MR传感器感测随着所述待测量轴转动的所述第一磁栅，并产生所述第一感测信号；被选择的所述第一感测部的霍尔传感器感测到所述第一接缝而产生不连续的第一模拟信号，切换至另一个所述第一感测部的所述MR传感器感测随着所述待测量轴转动的所述第一磁栅，并产生另一个所述第一感测信号；其中两个所述第二感测部分别感测随着所述待测量轴转动的所述第二磁栅并产生第二感测信号的步骤中，选择两个所述第二感测部的一者，被选择的所述第二感测部的所述MR传感器感测随着所述待测量轴转动的所述第一磁栅，并产生所述第二感测信号；被选择的所述第二感测部的霍尔传感器感测到所述第二接缝而产生不连续的第二模拟信号，切换至另一个所述第二感测部的所述MR传感器感测随着所述待测量轴转动的所述第二磁栅，并产生另一个所述第二感测信号。