基于非晶态合金压磁效应的全套环式扭矩传感器的研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dianzishu1981
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扭矩是机械传动系统中一个重要的力学物理量。扭矩传感器是取得扭矩信息的重要设备。扭矩传感器的一个重要的发展方向就是在动态条件下实现非接触式测量。测量扭矩的方法、原理有多种,而基于压磁效应的扭矩测量具有非接触式,动态特性好等诸多优点,所以压磁效应在传感器上得到了广泛应用。近年来,新材料不断发展,如非晶态合金、纳米微晶合金,由于其磁特性的优势,在应用于传感器之后,促进了传感器的巨大进步。本文的主要研究分为理论研究部分和试验部分。理论研究部分主要研究内容如下:首先介绍了非晶态合金的基本性能,包括其电学性能、化学性能、力学性能和磁学性能;然后分析了利用非晶态合金的压磁效应实现扭矩测量的原理,选择了Fe基非晶态合金作为传感器的敏感材料,并采用粘贴法作将非晶带材附着于转轴上;最后研究了几种常见扭矩传感器的工作原理,比较了其优缺点。试验部分包括两个部分,一是传感器结构以及软件硬件的设计,二是试验验证。传感器结构以及软硬件设计部分详细如下:设计了一种基于非晶态合金的全套环、多探头、差动、非接触式的扭矩传感器;详细论述了这种传感器的结构组成和工作原理,并通过计算和试验,确定了传感器的最优工作参数,如线圈匝数、励磁电流和频率、探头合理间隙、粘合剂品种等;设计了传感器的静态标定测试系统,包括信号发生电路、测量电路、NI c DAQ数据采集系统和基于Lab VIEW的虚拟测量仪器;测量电路部分包括交流电桥、放大器、振荡器、相敏检波器和滤波器等部分;为了信号的准确采集,采用了美国国家仪器公司的Compact DAQ机箱和USB-9215采集卡;利用Lab VIEW编写了用于数据分析处理的软件平台,平台的前面板简洁,便于操作。试验验证部分详细如下:进行了加载标定试验;通过在专用的试验台上多次加载试验,对试验数据进行分析处理,得出了传感器的线性度、灵敏度、重复性、迟滞等静态性能指标;最后分析了产生测量误差的原因。本课题研究结果表明,将非晶态合金应用于非接触式扭矩传感器后,传感器输出信号强,精度较好。所以利用非晶态合金的压磁效应实现非接触扭矩测量是可行的。可以预见,在进一步优化研究和完善设计的基础上,将其推广应用于多种实际测量是可以实现的。
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