撓曲電型無源扭矩傳感器的制造方法
【專利摘要】撓曲電型無源扭矩傳感器，包括帶有夾持端和同心通孔的具有大撓曲電系數(shù)的傳感單元，附著于傳感單元通孔內(nèi)壁以及傳感單元外部的電極，與電極電連接的電荷放大器，與電荷放大器電連接的信號處理電路以及與信號處理電路電連接的儲存顯示模塊；在傳感單元夾持端加載扭矩時(shí)，傳感單元通孔內(nèi)壁沿徑向產(chǎn)生應(yīng)變梯度，由于撓曲電原理，傳感單元上直接產(chǎn)生了相應(yīng)的極化電荷，通過該電荷信號得到夾持端加載扭矩的值；本發(fā)明加載于傳感單元的扭矩可通過轉(zhuǎn)換為徑向應(yīng)變梯度的方法進(jìn)行測量；同時(shí)，由于傳感單元本身具有大的撓曲電特性，因而無需再行粘貼敏感元件、且傳感單元測量方式為無源測量，增加了傳感器的適用范圍。
【專利說明】撓曲電型無源扭矩傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及扭矩傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及撓曲電型無源扭矩傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前的扭矩傳感器多采用以下幾種測量模式：電位計(jì)式、電阻應(yīng)變計(jì)式、非接觸式 等。電位計(jì)式扭矩傳感器是通過扭桿彈簧將扭矩線性地轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)角，并通過機(jī)械結(jié)構(gòu)將轉(zhuǎn) 角變?yōu)檩S向位移，繼而通過推動滑塊來改變電阻的值，再通過電位計(jì)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電壓值； 電阻應(yīng)變計(jì)式扭矩傳感器是通過在彈性軸上粘貼電阻應(yīng)變片來實(shí)現(xiàn)對扭矩的間接測量；非 接觸式扭矩傳感器是通過改變磁感應(yīng)強(qiáng)度來改變相應(yīng)的感應(yīng)電壓，從而間接測量扭矩。以 上幾種測量方式由于其精度高、工程實(shí)現(xiàn)難度小、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，得到了極為廣泛的應(yīng) 用。然而，以上幾種測量扭矩的方式都未能夠?qū)崿F(xiàn)傳感單元的無源測量、即在對變形結(jié)構(gòu)表 面不粘貼敏感元件、不對傳感元件供電的情況下直接而準(zhǔn)確地得到扭矩結(jié)果。而由材料力 學(xué)可知，對薄壁或厚壁圓筒實(shí)施扭矩加載時(shí)，其沿徑向產(chǎn)生了應(yīng)變梯度。
[0003] 撓曲電原理存在于所有電介質(zhì)中，早在上世紀(jì)60年代就已被提出并在一定范圍 內(nèi)得到了極大的發(fā)展，材料考慮撓曲電現(xiàn)象的電極化簡化描述方程為：
[0004]

【權(quán)利要求】
1. 撓曲電型無源扭矩傳感器，其特征在于：包括帶有夾持端和同心通孔的具有大撓曲 電系數(shù)的傳感單元（1)，附著于傳感單元（1)通孔內(nèi)壁以及傳感單元（1)外部的電極（2)， 與電極（2)電連接的電荷放大器（3)，與電荷放大器（3)電連接的信號處理電路（4)以及與 信號處理電路（4)電連接的儲存顯示模塊（5)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的撓曲電型無源扭矩傳感器，其特征在于：所述傳感單元（1) 的撓曲電系數(shù)大于l〇_1(lC/m數(shù)量級。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的撓曲電型無源扭矩傳感器，其特征在于：所述傳感單元（1) 采用介電常數(shù)大于1的分子結(jié)構(gòu)具有中心對稱性的材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的撓曲電型無源扭矩傳感器，其特征在于：所述傳感單元（1) 的材料為PVDF、聚四氟乙烯或鈦酸鍶鋇。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的撓曲電型無源扭矩傳感器，其特征在于：所述附著于傳感單 元⑴外部的電極⑵位于傳感單元⑴軸向中間直徑小于夾持端的位置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的撓曲電型無源扭矩傳感器，其特征在于：所述傳感單元（1) 的壁厚與扭矩量程和測量精度相匹配。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的撓曲電型無源扭矩傳感器，其特征在于：所述電極（2)采用 導(dǎo)電銀漆或噴金電極。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的撓曲電型無源扭矩傳感器，其特征在于：所述電荷放大器（3) 的放大倍數(shù)、信噪比和下限截止頻率滿足傳感單元（1)以及扭矩范圍的要求。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的撓曲電型無源扭矩傳感器，其特征在于：所述電荷放大器（3) 和信號處理電路（4)與傳感單元（1)的阻抗、幅頻特性及扭矩范圍相匹配。
【文檔編號】G01L3/22GK104483054SQ201410712083
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】張舒文, 徐明龍, 呂江彥, 申勝平, 朱建陽, 邵恕寶, 曹寶月 申請人:西安交通大學(xué)