專利名稱：扭矩測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實時測量微小扭矩的裝置，特別是動態(tài)測量昆蟲飛行扭矩的裝置。
背景技術(shù)：
在昆蟲行為學(xué)研究中，需要實時測量昆蟲(如果蠅)的飛行扭矩，比如用于組成果蠅飛行模擬器系統(tǒng)研究學(xué)習(xí)記憶，或用于研究昆蟲飛行動力學(xué)。
昆蟲飛行時所產(chǎn)生的扭矩為10-10牛.米數(shù)量級，且變化速度快，從靜止到轉(zhuǎn)向可以在10毫秒內(nèi)完成，因而需要靈敏度很高、響應(yīng)速度很快的扭矩測量裝置進(jìn)行測量。
1964年，德國科學(xué)家卡爾.蓋茨發(fā)明了利用電磁感應(yīng)直接測量家蠅飛行扭矩的裝置，1984年德國工程師沃爾夫?qū)ζ溥M(jìn)行改進(jìn)，用于果蠅飛行扭矩測量(參見圖1)。該裝置沿豎立方向安裝了一個永磁體(1)、一個產(chǎn)生高頻磁場的電磁線圈(2)，電磁線圈(2)纏繞在鐵芯(3)上，永磁體(1)與電磁線圈(2)上下同軸排列，磁場中心有一個可自由轉(zhuǎn)動的豎立芯軸(5)，芯軸(5)的兩端用懸絲(11)、(12)拉緊固定，使芯軸(5)可以在扭矩作用下繞豎直軸線轉(zhuǎn)動。芯軸(5)上安裝了一個永磁場中的線圈(6)和一個置于置于高頻磁場中的線圈(7)。將待測量的果蠅(10)粘在連接桿(8)，果蠅(10)的飛行扭矩將通過連接桿(8)傳遞至芯軸(5)，使兩個線圈(6)、(7)偏轉(zhuǎn)，由于電磁感應(yīng)，線圈(7)感應(yīng)的高頻電壓經(jīng)高通濾波、乘法器及低通濾波處理，可以得到反應(yīng)果蠅(10)角度變化的電壓信號，此電壓信號經(jīng)反饋放大，并經(jīng)電感(9)向線圈(6)通以與測量角度成比例的電流，產(chǎn)生一個反饋扭矩，此扭矩的方向與果蠅(10)的扭矩反向，這種反饋方式等效地增加了芯軸(5)的轉(zhuǎn)動剛性，因而可以提高響應(yīng)速度，以實時獲得果蠅(10)的扭矩。該裝置有兩個磁場，兩個線圈，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要保證其同軸度，對制造、安裝的精度要求很高。兩個線圈均有一定慣性，使得軸的轉(zhuǎn)動慣量較大，影響測量響應(yīng)速度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種結(jié)構(gòu)簡單，易于制造的扭矩測量裝置，其內(nèi)部僅有一個磁體和一個線圈。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的整體安裝有一個電磁線圈及鐵芯，高頻電流和直流電流形成復(fù)合電流通入電磁線圈，使鐵芯產(chǎn)生高頻和恒強的復(fù)合磁場。芯軸上裝有一個線圈作為檢測線圈，其感應(yīng)的高頻電壓經(jīng)高通濾波、乘法器及低通濾波處理，可以得到反應(yīng)扭矩角度變化的電壓信號。一連接桿的一端連接至芯軸，產(chǎn)生的扭矩通過該連接桿傳遞至芯軸。該線圈又可作為反饋線圈，低頻反饋電流經(jīng)電感施加在線圈上，與復(fù)合磁場中的恒強磁場分量作用，產(chǎn)生反饋力矩。


圖1為背景技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
請參照圖2，為本發(fā)明的扭矩測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明采用一個電磁線圈(2)及鐵芯(3)，高頻電流經(jīng)電容(14)、直流電流經(jīng)電感(13)后形成復(fù)合電流通入電磁線圈(2)，使鐵芯(3)產(chǎn)生高頻和恒強直流相互疊加的復(fù)合磁場。高頻電流和直流電流分別由一高頻信號發(fā)生器和一直流電源供給。
芯軸(5)上裝有一個線圈(7)，芯軸(5)的一端與連接桿(8)相連接，昆蟲(比如果蠅)(10)的飛行扭矩從連接桿的另一端通過連接桿(8)傳遞至芯軸(5)，線圈(7)作為檢測線圈，當(dāng)芯軸(5)轉(zhuǎn)動時，線圈(7)感應(yīng)到的高頻電壓經(jīng)高通濾波、乘法器及低通濾波處理，可以得到反應(yīng)角度變化的電壓信號。
同時該線圈(7)又可作為反饋線圈，低頻反饋電流經(jīng)電感(9)施加在線圈(7)上，與復(fù)合磁場中的恒強磁場分量作用，產(chǎn)生反饋力矩。
需要說明的是，本發(fā)明采用的高通濾波器、乘法器、低通濾波器以及高頻信號發(fā)生器等均為人們公知的設(shè)備，其使用和相互之間的連接方法也是公知技術(shù)，本發(fā)明在此不作詳細(xì)描述。
由于在本發(fā)明中采用復(fù)合磁場，因而僅需一個鐵芯(3)及線圈(2)，結(jié)構(gòu)簡單、易于制造和裝配。由于芯軸(5)上僅有一個線圈(7)，轉(zhuǎn)動慣量小，響應(yīng)速度得以提高，裝置的尺寸也得以縮小。
權(quán)利要求1.一種扭矩測量裝置，包括有控制電路及與之連接的機械裝置，其中一電磁線圈及鐵芯組成的控制電路；一芯軸上裝有一個檢測線圈，置于控制電路之中；該檢測線圈又為反饋線圈；一高頻信號發(fā)生器和一直流電源與電磁線圈相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述高頻信號發(fā)生器與電磁線圈之間串接一電容。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述直流電源與電磁線圈之間串接一電感。
專利摘要一種扭矩測量裝置，用于實時測量微小扭矩，包括有控制電路及與之連接的機械裝置，其中一電磁線圈及鐵芯組成的控制電路，高頻電流和直流電流分別經(jīng)電容和電感形成復(fù)合電流通入電磁線圈，使鐵芯產(chǎn)生高頻和恒強直流的復(fù)合磁場；一芯軸上裝有一個檢測線圈，置于控制電路之中，當(dāng)芯軸轉(zhuǎn)動時檢測線圈感應(yīng)到的高頻電壓經(jīng)高通濾波、乘法器及低通濾波處理，得到反應(yīng)角度變化的電壓信號；該檢測線圈又作為反饋線圈，低頻反饋電流經(jīng)電感施加在該檢測線圈上，與復(fù)合磁場中的恒強磁場分量作用，產(chǎn)生反饋力矩。本實用新型中采用復(fù)合磁場，因而僅需一個鐵芯及線圈，轉(zhuǎn)動慣量小，響應(yīng)速度得以提高，結(jié)構(gòu)簡單、易于制造和裝配，裝置的尺寸也得以縮小。
文檔編號G01L5/00GK2656975SQ20032010064
公開日2004年11月17日 申請日期2003年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月17日
發(fā)明者唐世明 申請人:中國科學(xué)院生物物理研究所