[发明专利]一种数字非接触式扭矩测量方法

说明书

技术领域

本发明属于传感器技术领域，涉及扭矩测量方法，具体涉及一种数字非接触式扭矩测量方法。

背景技术

旋转机械设备中，旋转轴所承受的扭矩大小关系到整个系统的安全和系统工作效率，所以在实际工程中对旋转轴扭矩检测是必不可少的。而且现在机械设备向着快速高效的方向发展，所以高速旋转轴的扭矩动态检测越来越受到重视。

目前扭矩检测的方法有如下几种：1、应变桥式，它是利用电阻丝应变片来检测轴的应变大小从而得到扭矩值；2、相位式，它是通过检测轴受扭矩时两圆盘的相位差来检测扭矩；3、磁弹性式，它是利用了铁磁材料和其他一些合金的逆向磁致伸缩效应来检测扭矩。方法1的缺点：由于这种方法的检测需要安装应变片和布置走线，所以为接触式的测量方法，对于动态的扭矩检测适用性差。方法2和3的缺点：虽然这两种测量方法都是非接触式的测量，但是由于在检测算法上比较复杂，而且方法3输出的数据为模拟量，后续的数据处理繁琐。

如果能够实现高速旋转轴的扭矩动态检测，并且只需对检测数据进行简单的处理，这无疑是一种比较理想的方式。因此设计出一种非接触，并且数字量数据输出的非接触式扭矩测量方法便显得非常必要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种数字非接触式扭矩测量方法，实现对高速旋转轴的扭矩动态检测，快速地检测出高速旋转轴的动态扭矩。

本发明的具体步骤如下：

步骤1、将N条反光条均布贴在被测旋转轴的外圆面上，每条反光条沿被测旋转轴的轴向布置；N为整数，取值范围为4～8。

所述反光条的宽度为D，长度为L；D＝0.01～0.2r，r为被测旋转轴的外圆面半径；所述反光条的长度L小于或等于被测旋转轴的长度。

步骤2、将激光收发装置设置在被测旋转轴的上方。

所述的激光收发装置包括激光发射条和激光接收条，所述的激光发射条和激光接收条均与反光条平行；激光发射条和激光接收条的长度均与反光条的长度相等；所述的激光发射条上设有等距分布的n个激光发射头，n为整数，取值范围为800～1200；相邻两个激光发射头的间距l＝0.l～0.2mm；所述的激光接收条上设有等距分布的n个激光接收器，每个激光接收器所在位置与一个激光发射头对应。

步骤3、对被测旋转轴施加扭矩，激光发射条发射激光点，激光接收条检测反光条反射的激光点数n_r。被测旋转轴产生形变时，反光条也随之产生了角度为γ的变化，反光条与激光发射条的夹角为γ′，由几何关系得其中参数ab＝l×n_rmax，n_rmax为被测旋转轴旋转一圈时反光条反射的激光点数最大值；则可得γ′=tan-1(Dl×nrmax).]]>

步骤4、由几何关系得γ＝γ′，由力学关系式得被测旋转轴两端面的扭转角由扭矩公式可得被测旋转轴所受的扭矩其中被测旋转轴的外圆面直径d＝2r，G为剪切模量。

本发明的有益效果：

本发明用于高速旋转轴扭矩的检测，在数据处理中，传感器只要输出旋转轴旋转一个周期中反射的激光点数最大值，然后将这个整数值代入几何关系式和力学公式就可以快速得出所需检测的扭矩值，而不需要进行任何数模转换。本发明可实现对高速旋转轴扭矩的快速、动态检测，适用于高速机床主轴的扭矩检测。

附图说明

图1是本发明的工作原理示意图；

图2是本发明在被测旋转轴不受扭矩状态下打在反光条上的激光点示意图；

图3是本发明在被测旋转轴受扭矩状态下打在反光条上的激光点示意图；

图4-1是本发明的一条反光条在被测旋转轴旋转过程中未开始反射激光点时的示意图；

图4-2是本发明的一条反光条在被测旋转轴旋转过程中反射激光点数为最大值时的示意图；