CN111060241A - 一种基于磁巴克豪森效应的扭矩检测***及检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于磁巴克豪森效应的扭矩检测***及检测方法，包括有依次串联连接的用于对接收到的信号进行处理的滤波放大电路、信号采集卡和上位机，还包括有用于产生反映扭矩大小的磁巴克豪森噪声信号的信号产生装置，用于激励产生装置产生磁巴克豪森噪声信号的励磁电路，以及设置在所述信号产生装置上的用于采集所述磁巴克豪森噪声信号的检测传感器，所述检测传感器的信号输出端连接所述滤波放大电路的信号输入端。本发明采用套筒线圈式的励磁线圈对被测轴进行励磁，将磁巴克豪森效应应用到扭矩测量中，属于非接触式测量和无损检测，可以在恶劣的环境下进行测量和实时检测，获取弾性轴的实时情况，避免弾性轴断裂带来的损失，具有非常高的现实意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种扭矩检测***。特别是涉及一种基于磁巴克豪森效应的扭矩检测***及检测方法。
背景技术
随着技术的发展，扭矩测量技术是综合应用机械、电子、物理、计算机等多方面知识的一门学科，其应用领域十分广泛，能够渗透到工业、农业、交通运输、航空航天、国防、能源、化工等各个领域，在各个领域都发挥着重要的作用。
扭矩是传动轴的基本载荷形式之一。扭矩测量关系到传动轴的使用性能、寿命以及安全性能等，因此能否准确实时的监测传动轴的扭矩，对于能否推测出设备***的功率、能否监测到设备***的运动状态，以及能否及时检测出传动轴可能存在的故障等都具有十分重要的意义。同时，扭矩是工业生产过程中需要经常检测的一个重要参数，扭矩测量技术在各类机械产品的研发设计、安全监测与控制、质量检测和测试分析等方面都起到了关键性作用，为监测各类动力机械***的运行状态和预报故障等提供了信息来源，为分析机械零件的受力状况和设计旋转机械***提供了理论依据，是国内外学者关注的研究热点之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以在恶劣的环境下进行测量和实时检测的基于磁巴克豪森效应的扭矩检测***及检测方法。
本发明所采用的技术方案是：一种基于磁巴克豪森效应的扭矩检测***，包括有依次串联连接的用于对接收到的信号进行处理的滤波放大电路、信号采集卡和上位机，还包括有用于产生反映扭矩大小的磁巴克豪森噪声信号的信号产生装置，用于激励产生装置产生磁巴克豪森噪声信号的励磁电路，以及设置在所述信号产生装置上的用于采集所述磁巴克豪森噪声信号的检测传感器，所述检测传感器的信号输出端连接所述滤波放大电路的信号输入端。
一种基于磁巴克豪森效应的扭矩检测***的检测方法，包括如下步骤：
1)通过励磁电路给第一励磁线圈和第二励磁线圈一个正弦信号；
2)第一励磁线圈和第二励磁线圈对弾性轴进行励磁，在弾性轴的两端施加外部扭矩，弾性轴释放的磁巴克豪森噪声信号产生变化；
3)通过检测传感器采集弹性轴上所产生的磁巴克豪森噪声信号，并送入滤波放大电路进行滤波放大；
4)通过信号采集卡采集滤波放大后的磁巴克豪森噪声信号，送入上位机；
5)重复步骤1)至步骤4)，直到达到设定的次数，上位机得到与多次所施加的扭矩相对应的磁巴克豪森噪声信号；
6)建立扭矩与对应的磁巴克豪森噪声信号的关系，从而能够根据所述的扭矩与对应的磁巴克豪森噪声信号的关系，通过磁巴克豪森噪声信号得到相应的扭矩大小。
本发明的一种基于磁巴克豪森效应的扭矩检测***及检测方法，采用套筒线圈式的励磁线圈对被测轴进行励磁，将磁巴克豪森效应应用到扭矩测量中，避免了U型磁轭接触式测量的缺点，属于非接触式测量和无损检测，可以应用到工业现场，对测量环境要求低，可以在恶劣的环境下进行测量和实时检测，获取弾性轴的实时情况，避免弾性轴断裂带来的损失，具有非常高的现实意义。
附图说明
图1是本发明一种基于磁巴克豪森效应的扭矩检测***的检测方法流程图；
图2是本发明一种基于磁巴克豪森效应的扭矩检测***的结构示意图；
图3是本发明中励磁电路的构成框图。
图中
1：弹性轴 2：第一套筒骨架
3：第二套筒骨架 4：第一励磁线圈
5：第二励磁线圈 6：检测传感器
7：坡莫合金外罩 8：铜外罩
9：绝缘胶带 10：励磁电路
10.1：信号发生电路 10.2：电压放大电路
10.3：功率放大电路 11：滤波放大电路
12：信号采集卡 13：上位机
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种基于磁巴克豪森效应的扭矩检测***及检测方法做出详细说明。
如图2所示，本发明的一种基于磁巴克豪森效应的扭矩检测***，包括有依次串联连接的用于对接收到的信号进行处理的滤波放大电路11、信号采集卡12和上位机13，还包括有用于产生反映扭矩大小的磁巴克豪森噪声信号的信号产生装置，用于激励产生装置产生磁巴克豪森噪声信号的励磁电路10，以及设置在所述信号产生装置上的用于采集所述磁巴克豪森噪声信号的检测传感器6，所述检测传感器6的信号输出端连接所述滤波放大电路11的信号输入端。
如图2所示，所述的信号产生装置包括有弹性轴1，所述弹性轴1的两端连接外部扭矩加载装置，所述的弹性轴1上相隔设定距离分别缠绕有第一励磁线圈4和第二励磁线圈5，所述励磁电路10设置在弹性轴1的一侧，所述励磁电路10的信号输出端分别连接第一励磁线圈4和第二励磁线圈5的一个端头，所述第一励磁线圈4和第二励磁线圈5的另一端头连接励磁电路10中的地端，从而使第一励磁线圈4和第二励磁线圈5形成并联结构，并联结构使第一励磁线圈4和第二励磁线圈5阻抗降低，电流增大，磁场增大，达到需要的磁场需求。所述的检测传感器6设置在所述弹性轴1上且位于所述第一励磁线圈4和第二励磁线圈5之间。
所述的弹性轴1上相隔设定距离分别套有第一套筒骨架2和第二套筒骨架3，所述第一励磁线圈4缠绕在所述第一套筒骨架2上，所述第二励磁线圈5缠绕在所述第二套筒骨架3上。采用外套筒线圈式的励磁线圈对被测的弹性轴1进行励磁，将磁巴克豪森效应应用到扭矩测量中，第一励磁线圈4和第二励磁线圈5并联式连接有效的减小了线圈阻抗，增大了励磁磁场强度，使励磁效果更好，同时避免了U型磁轭接触式测量的缺点，本发明属于非接触式测量和无损检测。
所述的第一励磁线圈4和第二励磁线圈5缠绕时，同为顺时针或同为逆时针缠绕，产生的磁极顺序为N-S-N-S，或S-N-S-N，保证第一励磁线圈4和第二励磁线圈5中间间隔部分形成一个较强的磁场。
如图3所示，所述的励磁电路10包括有依次串联连接的用于产生正弦信号的信号发生电路10.1、用于对所产生的正弦信号进行电压偏置和放大的电压放大电路10.2以及用于对电压放大电路10.2输出的信号进行功率放大的功率放大电路10.3，所述功率放大电路10.3的输出端分别连接信号产生装置中的第一励磁线圈4和第二励磁线圈5一个端头，用于给信号发生电路10.1、电压放大电路10.2和功率放大电路10.3供电的电源电路10.4的地端连接信号产生装置中的第一励磁线圈4和第二励磁线圈5的另一个端头。
所述的检测传感器6，包括有直径6毫米、高20毫米的圆柱型锰锌铁氧体，在所述的圆柱型锰锌铁氧体上有采用直径为0.15的漆包线缠绕800圈的线圈，如图2所示，所述线圈的外侧包裹有绝缘胶带9，检测时，所述圆柱型锰锌铁氧体的下端位于所述信号产生装置中的弹性轴1上。
如图2所示，所述的检测传感器6的外侧套有下端开口的2毫米厚的1J85坡莫合金外罩7，所述坡莫合金外罩7的外侧套有下端开口的3毫米厚的铜外罩8，检测传感器6的线圈的两个端依次贯穿形成在所述坡莫合金外罩7上端和铜外罩8上端的通孔连接滤波放大电路11的信号输入端。
如图1、图2所示，本发明的一种基于磁巴克豪森效应的扭矩检测***的检测方法，包括如下步骤：
1)通过励磁电路10给第一励磁线圈4和第二励磁线圈5一个正弦信号；
励磁电路10中的信号发生电路(AD9833)10.1产生正弦信号，经过电压放大电路(OP27)10.2进行电压偏置和放大，最后经过功率放大电路(LT1210)10.3进行功率放大并输出正弦励磁信号给第一励磁线圈4和第二励磁线圈5。
2)第一励磁线圈4和第二励磁线圈5对弾性轴1进行励磁，在弾性轴1的两端施加外部扭矩T，弾性轴1释放的磁巴克豪森噪声信号产生变化，通过磁巴克豪森噪声信号的特征值的变化，进而得到弾性轴的扭矩变化；
3)通过检测传感器6采集弾性轴1上所产生的磁巴克豪森噪声信号，并送入滤波放大电路11进行滤波放大；
4)通过信号采集卡(12)采集滤波放大后的磁巴克豪森噪声信号，送入上位机(13)；
5)重复步骤1)至步骤4)，直到达到设定的次数，上位机(13)得到与多次所施加的扭矩相对应的磁巴克豪森噪声信号；
6)建立扭矩与对应的磁巴克豪森噪声信号的关系，从而能够根据所述的扭矩与对应的磁巴克豪森噪声信号的关系，通过磁巴克豪森噪声信号得到相应的扭矩大小。
Claims (9)
1.一种基于磁巴克豪森效应的扭矩检测***，包括有依次串联连接的用于对接收到的信号进行处理的滤波放大电路(11)、信号采集卡(12)和上位机(13)，其特征在于，还包括有用于产生反映扭矩大小的磁巴克豪森噪声信号的信号产生装置，用于激励产生装置产生磁巴克豪森噪声信号的励磁电路(10)，以及设置在所述信号产生装置上的用于采集所述磁巴克豪森噪声信号的检测传感器(6)，所述检测传感器(6)的信号输出端连接所述滤波放大电路(11)的信号输入端。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁巴克豪森效应的扭矩检测***，其特征在于，所述的信号产生装置包括有弹性轴(1)，所述弹性轴(1)的两端连接外部扭矩加载装置，所述的弹性轴(1)上相隔设定距离分别缠绕有第一励磁线圈(4)和第二励磁线圈(5)，所述励磁电路(10)设置在弹性轴(1)的一侧，所述励磁电路(10)的信号输出端分别连接第一励磁线圈(4)和第二励磁线圈(5)的一个端头，所述第一励磁线圈(4)和第二励磁线圈(5)的另一端头连接励磁电路(10)中的地端，从而使第一励磁线圈(4)和第二励磁线圈(5)形成并联结构，所述的检测传感器(6)设置在所述弹性轴(1)上且位于所述第一励磁线圈(4)和第二励磁线圈(5)之间。
3.根据权利要求2所述的一种基于磁巴克豪森效应的扭矩检测***，其特征在于，所述的所述的弹性轴(1)上相隔设定距离分别套有第一套筒骨架(2)和第二套筒骨架(3)，所述第一励磁线圈(4)缠绕在所述第一套筒骨架(2)上，所述第二励磁线圈(5)缠绕在所述第二套筒骨架(3)上。
4.根据权利要求1所述的一种基于磁巴克豪森效应的扭矩检测***，其特征在于，所述的第一励磁线圈(4)和第二励磁线圈(5)缠绕时，同为顺时针或同为逆时针缠绕，产生的磁极顺序为N-S-N-S，或S-N-S-N。
5.根据权利要求1所述的一种基于磁巴克豪森效应的扭矩检测***，其特征在于，所述的励磁电路(10)包括有依次串联连接的用于产生正弦信号的信号发生电路(10.1)、用于对所产生的正弦信号进行电压偏置和放大的电压放大电路(10.2)以及用于对电压放大电路(10.2)输出的信号进行功率放大的功率放大电路(10.3)，所述功率放大电路(10.3)的输出端分别连接信号产生装置中的第一励磁线圈(4)和第二励磁线圈(5)一个端头，用于给信号发生电路(10.1)、电压放大电路(10.2)和功率放大电路(10.3)供电的电源电路(10.4)的地端连接信号产生装置中的第一励磁线圈(4)和第二励磁线圈(5)的另一个端头。
6.根据权利要求1所述的一种基于磁巴克豪森效应的扭矩检测***，其特征在于，所述的检测传感器(6)，包括有圆柱型锰锌铁氧体，在所述的圆柱型锰锌铁氧体上有采用漆包线缠绕的线圈，所述线圈的外侧包裹有绝缘胶带(9)，检测时，所述圆柱型锰锌铁氧体的下端位于所述信号产生装置中的弹性轴(1)上。
7.根据权利要求1或6所述的一种基于磁巴克豪森效应的扭矩检测***，其特征在于，所述的检测传感器(6)的外侧套有下端开口的坡莫合金外罩(7)，所述坡莫合金外罩(7)的外侧套有下端开口的铜外罩(8)，检测传感器(6)的线圈的两个端依次贯穿形成在所述坡莫合金外罩(7)上端和铜外罩(8)上端的通孔连接滤波放大电路(11)的信号输入端。
8.一种权利要求1所述的基于磁巴克豪森效应的扭矩检测***的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)通过励磁电路(10)给第一励磁线圈(4)和第二励磁线圈(5)一个正弦信号；
2)第一励磁线圈(4)和第二励磁线圈(5)对弾性轴(1)进行励磁，在弾性轴(1)的两端施加外部扭矩，弾性轴(1)释放的磁巴克豪森噪声信号产生变化；
3)通过检测传感器(6)采集弹性轴(1)上所产生的磁巴克豪森噪声信号，并送入滤波放大电路(11)进行滤波放大；
4)通过信号采集卡(12)采集滤波放大后的磁巴克豪森噪声信号，送入上位机(13)；
5)重复步骤1)至步骤4)，直到达到设定的次数，上位机(13)得到与多次所施加的扭矩相对应的磁巴克豪森噪声信号；
6)建立扭矩与对应的磁巴克豪森噪声信号的关系，从而能够根据所述的扭矩与对应的磁巴克豪森噪声信号的关系，通过磁巴克豪森噪声信号得到相应的扭矩大小。
9.根据权利要求8所述的基于磁巴克豪森效应的扭矩检测***的检测方法，其特征在于，步骤1)中，励磁电路(10)中的信号发生电路AD9833(10.1)产生正弦信号，经过电压放大电路OP27(10.2)进行电压偏置和放大，最后经过功率放大电路LT1210(10.3)进行功率放大并输出正弦励磁信号给第一励磁线圈(4)和第二励磁线圈(5)。
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| CN (1) | CN111060241A (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007116218A1 (en) * | 2006-04-11 | 2007-10-18 | Sensor Technology Limited | Measuring physical quantities |
| CN102401708A (zh) * | 2011-11-24 | 2012-04-04 | 北京科技大学 | 一种基于磁致伸缩效应的扭矩传感器及扭矩测量方法 |
| CN203572803U (zh) * | 2013-12-10 | 2014-04-30 | 哈尔滨理工大学 | 基于巴克豪森效应的轴承套圈磨削烧伤检测装置 |
| CN104912787A (zh) * | 2015-06-16 | 2015-09-16 | 江苏大学 | 一种分析核主泵液相运行性能的映射曲线构造方法 |
| CN205861255U (zh) * | 2016-08-09 | 2017-01-04 | 哈尔滨理工大学 | 基于巴克豪森效应的铁磁材料应力检测装置 |
| CN107576425A (zh) * | 2017-08-25 | 2018-01-12 | 北京科技大学 | 一种非接触式测量铁磁材料应力的装置及方法 |
| CN108519180A (zh) * | 2018-03-31 | 2018-09-11 | 天津大学 | 一种基于电镀镍弾性轴的扭矩测量方法 |
| CN108692840A (zh) * | 2018-03-31 | 2018-10-23 | 天津大学 | 基于磁力效应扭矩传感器的信号检测方法 |
-
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007116218A1 (en) * | 2006-04-11 | 2007-10-18 | Sensor Technology Limited | Measuring physical quantities |
| CN102401708A (zh) * | 2011-11-24 | 2012-04-04 | 北京科技大学 | 一种基于磁致伸缩效应的扭矩传感器及扭矩测量方法 |
| CN203572803U (zh) * | 2013-12-10 | 2014-04-30 | 哈尔滨理工大学 | 基于巴克豪森效应的轴承套圈磨削烧伤检测装置 |
| CN104912787A (zh) * | 2015-06-16 | 2015-09-16 | 江苏大学 | 一种分析核主泵液相运行性能的映射曲线构造方法 |
| CN205861255U (zh) * | 2016-08-09 | 2017-01-04 | 哈尔滨理工大学 | 基于巴克豪森效应的铁磁材料应力检测装置 |
| CN107576425A (zh) * | 2017-08-25 | 2018-01-12 | 北京科技大学 | 一种非接触式测量铁磁材料应力的装置及方法 |
| CN108519180A (zh) * | 2018-03-31 | 2018-09-11 | 天津大学 | 一种基于电镀镍弾性轴的扭矩测量方法 |
| CN108692840A (zh) * | 2018-03-31 | 2018-10-23 | 天津大学 | 基于磁力效应扭矩传感器的信号检测方法 |
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