一種重型車(chē)輛傳動(dòng)軸扭矩檢測(cè)裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種重型車(chē)輛傳動(dòng)軸扭矩檢測(cè)裝置，包括：扭矩感應(yīng)傳感器，其設(shè)置在重型車(chē)輛傳動(dòng)軸上，用于感應(yīng)傳動(dòng)軸扭矩大小變化,并以電壓差的形式輸出；模擬信號(hào)處理器，其連接所述扭矩感應(yīng)傳感器，接收所述扭矩感應(yīng)傳感器采集的電壓差數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，濾波和放大后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息發(fā)送出去；數(shù)據(jù)處理器，其連接模擬信號(hào)處理器，接收所述模擬信號(hào)處理器和發(fā)送的數(shù)據(jù)信息減小了測(cè)量誤差，靈敏度高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種重型車(chē)輛傳動(dòng)軸扭矩檢測(cè)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種扭矩測(cè)量裝置，尤其涉及一種重型車(chē)輛傳動(dòng)軸扭矩檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]傳動(dòng)軸扭矩和轉(zhuǎn)速是計(jì)算和表征發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)動(dòng)力性能的重要參量，對(duì)其高效性和穩(wěn)定性的要求是不言而喻的，扭矩測(cè)量原理分為平衡力法、能量轉(zhuǎn)換法和傳遞法，平衡力法是利用平衡扭矩去平衡被測(cè)扭矩，從而求得扭矩的方法，能量轉(zhuǎn)換法是按照能量守恒定律來(lái)測(cè)量扭矩的一種方法，通過(guò)測(cè)量其它與扭矩有關(guān)的能量系數(shù)來(lái)確定被測(cè)扭矩的大小，傳遞法是根據(jù)彈性元件在傳遞扭矩時(shí)產(chǎn)生的物理參數(shù)的變化(變形、應(yīng)力會(huì)應(yīng)變)來(lái)測(cè)量扭矩的方法，平衡力法只適用于勻速和靜態(tài)的情況，能量轉(zhuǎn)換法的間接測(cè)量因素太多，而且誤差大，這兩組方法都不適合動(dòng)態(tài)測(cè)量，因此急需一種采用傳遞法，能夠準(zhǔn)確實(shí)時(shí)測(cè)量傳動(dòng)軸扭矩的裝置。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種重型車(chē)輛傳動(dòng)軸扭矩檢測(cè)裝置，在扭矩傳感器的彈性軸上，在與軸線成±45度的兩個(gè)方向上分別粘貼兩個(gè)電阻應(yīng)變片，組成差動(dòng)的全橋形式，感應(yīng)傳動(dòng)軸扭矩大小變化，并以電壓差的形式輸出，減小了測(cè)量誤差。
[0004]本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案為:
[0005]—種重型車(chē)輛傳動(dòng)軸扭矩檢測(cè)裝置，包括:
[0006]扭矩感應(yīng)傳感器，其設(shè)置在重型車(chē)輛傳動(dòng)軸上，用于感應(yīng)傳動(dòng)軸扭矩大小變化，并以電壓差的形式輸出；
[0007]模擬信號(hào)處理器，其連接所述扭矩感應(yīng)傳感器，接收所述扭矩感應(yīng)傳感器采集的電壓差數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，濾波和放大后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息發(fā)送出去；
[0008]數(shù)據(jù)處理器，其連接模擬信號(hào)處理器，接收所述模擬信號(hào)處理器和發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，利用內(nèi)置算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。
[0009]優(yōu)選的是，所述扭矩感應(yīng)傳感器包括:
[0010]第一電阻應(yīng)變片，其設(shè)置在傳動(dòng)軸表面，并與軸線夾角為45°;
[0011]第二電阻應(yīng)變片，其設(shè)置在傳動(dòng)軸表面，并與軸線夾角為-45°;
[0012]第三電阻應(yīng)變片，其設(shè)置在傳動(dòng)軸表面，并與軸線夾角為45°;
[0013]第四電阻應(yīng)變片，其設(shè)置在傳動(dòng)軸表面，并與軸線夾角為-45°;
[0014]其中，第一電阻應(yīng)變片和第三電阻應(yīng)變片的夾角為90°;第二電阻應(yīng)變片和第四電阻應(yīng)變片的夾角為90°。
[0015]優(yōu)選的是，所述電阻應(yīng)變片，包括:
[0016]柔性基底；
[0017]電阻應(yīng)變傳感層，其附著于所述柔性基底上，所述電阻應(yīng)變傳感層的電阻值隨形狀改變而發(fā)生變化；
[0018]電極，其數(shù)量為兩個(gè)，設(shè)置在所述電阻應(yīng)變傳感層兩端。
[0019]優(yōu)選的是，所述電阻應(yīng)變傳感層為金屬導(dǎo)電薄膜，所述金屬導(dǎo)電薄膜材質(zhì)為金、銷(xiāo)、銅和石墨稀中的一種。
[0020]優(yōu)選的是，所述金屬導(dǎo)電薄膜具有微米和納米間隙結(jié)構(gòu)。
[0021]優(yōu)選的是，還包括射頻發(fā)射器，其連接所述數(shù)據(jù)處理器，用于將測(cè)得的扭矩?cái)?shù)據(jù)發(fā)送給無(wú)線接收終端。
[0022]優(yōu)選的是，還包括自供電電池系統(tǒng)，其通過(guò)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動(dòng)能為電池充電。
[0023]優(yōu)選的是，所述自供電電池系統(tǒng)，包括:
[0024]充電單元，其連接傳動(dòng)軸輸出端；
[0025]電池單元，其由多個(gè)電池模塊串聯(lián)；
[0026]控制單元，其包括控制器和直流輸出電路，連接所述電池單元輸出端，通過(guò)控制器來(lái)控制充電單元的充電電壓，并調(diào)節(jié)電池模塊的電壓大小，以得到不同電池容量的電池箱。
[0027]本實(shí)用新型所述的有益效果
[0028]1、本實(shí)用新型設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種重型車(chē)輛傳動(dòng)軸扭矩檢測(cè)裝置，在扭矩傳感器的彈性軸上，在與軸線成±45度的兩個(gè)方向上分別粘貼兩個(gè)電阻應(yīng)變片，組成差動(dòng)的全橋形式，感應(yīng)傳動(dòng)軸扭矩大小變化，并以電壓差的形式輸出，減小了測(cè)量誤差。
[0029]2、本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的傳動(dòng)軸扭矩檢測(cè)裝置，其能夠?qū)崿F(xiàn)傳動(dòng)軸傳動(dòng)過(guò)程中的實(shí)時(shí)檢測(cè)，實(shí)用性強(qiáng)。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1為本實(shí)用新型所述的扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031 ]圖2為本實(shí)用新型所述的平衡橋電路示意圖。
[0032]圖3為本實(shí)用新型所述的校正傳感裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖4為本實(shí)用新型所述的光電碼盤(pán)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書(shū)文字能夠據(jù)以實(shí)施。
[0035]本實(shí)用新型提供的重型車(chē)輛傳動(dòng)軸扭矩檢測(cè)裝置，包括:扭矩傳感器，校正傳感裝置，模擬信號(hào)處理器和數(shù)據(jù)處理器。
[0036]其中，如圖1所示，扭矩傳感器設(shè)置在重型車(chē)輛傳動(dòng)軸上，用于檢測(cè)傳動(dòng)軸扭矩，包括:
[0037]第一電阻應(yīng)變片210，其設(shè)置在傳動(dòng)軸表面，并與軸線夾角為45°;
[0038]第二電阻應(yīng)變片220，其設(shè)置在傳動(dòng)軸表面，并與軸線夾角為-45°;
[0039]第三電阻應(yīng)變片230，其設(shè)置在傳動(dòng)軸表面，并與軸線夾角為45°;
[0040]第四電阻應(yīng)變片240，其設(shè)置在傳動(dòng)軸表面，并與軸線夾角為-45°;
[0041 ]其中，第一電阻應(yīng)變片210和第三電阻應(yīng)變片230的夾角為90° ;第二電阻應(yīng)變片220和第四電阻應(yīng)變片240的夾角為90°。
[0042]柔性基底；
[0043]電阻應(yīng)變傳感層，其附著于所述柔性基底上，電阻應(yīng)變傳感層的電阻值隨形狀改變而發(fā)生變化；
[0044]電極，其數(shù)量為兩個(gè)，設(shè)置在電阻應(yīng)變傳感層兩端。
[0045]作為一種優(yōu)選，電阻應(yīng)變傳感層為金屬導(dǎo)電薄膜，所述金屬導(dǎo)電薄膜材質(zhì)為金、鉑、銅和石墨烯中的一種，金屬導(dǎo)電薄膜具有微米和納米間隙結(jié)構(gòu)。
[0046]如圖2所示，平衡電橋電路，其連接所述扭矩感應(yīng)傳感器，用于檢測(cè)傳動(dòng)軸負(fù)載前后扭矩感應(yīng)傳感器的阻值變化，并以電壓差的形式輸出；
[0047]平衡電橋電路包括:第一電阻應(yīng)變片210，其阻值為仏，第二電阻應(yīng)變片220，其阻值為R2，第三電阻應(yīng)變片230，其阻值為R3，和第四電阻應(yīng)變片240，其阻值為R4組成惠更斯電橋，電壓輸入端為第三電阻應(yīng)變片230和第四電阻應(yīng)變片240兩端，輸入電壓為U，電壓輸出端為第二電阻應(yīng)變片220第四電阻應(yīng)變片240兩端，輸出電壓為U0;
[0048]用電阻應(yīng)變片對(duì)被測(cè)軸進(jìn)行直接測(cè)量。它是將電阻應(yīng)變片粘貼在彈性元件的適當(dāng)位置上，當(dāng)彈性元件受到扭矩作用而產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)變時(shí)應(yīng)變片的電阻將發(fā)生微小變化，致使應(yīng)變電橋失去平衡，輸出和扭矩值成正比的微弱電壓信號(hào)，然后再利用信號(hào)調(diào)理電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和濾波等處理，最終由力學(xué)中應(yīng)變和扭矩的關(guān)系式計(jì)算出與之對(duì)應(yīng)的扭矩值。由材料力學(xué)的理論可知，在受到扭矩作用時(shí)，軸表面的主應(yīng)力的方向和軸線的夾角為±45度。故在扭矩傳感器的彈性軸上，在與軸線成±45度的兩個(gè)方向上分別粘貼兩個(gè)電阻應(yīng)變片，組成差動(dòng)的全橋形式，則電橋輸出的微弱電壓信號(hào)與扭矩值成正比。
[0049]當(dāng)傳動(dòng)軸負(fù)載后扭矩發(fā)生變化，第一電阻應(yīng)變片210電阻值變大，第二電阻應(yīng)變片220電阻值變小，電壓輸出端電壓變小。
[0050]在另一實(shí)施例中，還包括校正傳感裝置，如圖3所示，校正傳感裝置，其設(shè)置在重型車(chē)輛傳動(dòng)軸上，用于檢測(cè)傳動(dòng)軸扭矩，作為檢測(cè)裝置的參考校正數(shù)據(jù);包括:
[0051]光電傳感器，其設(shè)置在傳動(dòng)軸上，用于檢測(cè)傳動(dòng)軸扭矩；
[0052]脈沖信號(hào)處理器，其用于將光電傳感器檢測(cè)到的光脈沖信號(hào)傳換成電信號(hào)后輸出。
[0053]其中，光電傳感器，包括:
[0054]光電碼盤(pán)，其數(shù)量為兩個(gè)，中間具有圓孔，平行套設(shè)固定在傳動(dòng)軸上，并與所述傳動(dòng)軸同軸安裝，能夠隨傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)；
[0055]光電開(kāi)關(guān)，其數(shù)量為兩個(gè)，設(shè)置在所述光電碼盤(pán)頂部，用于檢測(cè)光電碼盤(pán)旋轉(zhuǎn)位置，并以光脈沖信號(hào)的形式輸出。
[0056]如圖4所示，光電碼盤(pán)具有多個(gè)均勻分布的扇形通光孔和擋光孔，所述通光孔和擋光孔對(duì)應(yīng)的圓心角完全相同。
[0057]當(dāng)傳動(dòng)軸開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)光電碼盤(pán)均勻分布的扇形通光孔及擋光板分別掃過(guò)光電開(kāi)關(guān)形成了亮/暗光脈沖信號(hào)，光電開(kāi)關(guān)將信號(hào)以方波脈沖信號(hào)形式輸出，為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，兩個(gè)光電碼盤(pán)安裝時(shí)必須與被測(cè)傳動(dòng)軸同軸，以保證光電開(kāi)關(guān)掃過(guò)的圓心角相等，當(dāng)傳動(dòng)軸無(wú)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩路信號(hào)存在一個(gè)不變的相位差，當(dāng)傳動(dòng)軸負(fù)載增加時(shí)，兩個(gè)光電開(kāi)關(guān)輸出的兩路光脈沖信號(hào)之間的相位差也隨之增加，通過(guò)檢測(cè)相位差變化，即可計(jì)算出兩個(gè)光電碼盤(pán)的扭轉(zhuǎn)角度變化。
[0058]模擬信號(hào)處理器，其連接所述扭矩傳感器，接收所述扭矩傳感器采集的數(shù)據(jù)信息，并對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，濾波和放大后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息發(fā)送出去；
[0059]數(shù)據(jù)處理器，其連接模擬信號(hào)處理器和校正傳感裝置，接收所述模擬信號(hào)處理器和校正傳感裝置發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，利用內(nèi)置算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。
[0060]射頻發(fā)射器，其連接數(shù)據(jù)處理器，用于將校正后扭矩?cái)?shù)據(jù)發(fā)送給無(wú)線接收終端。作為一種優(yōu)選，選用基于CClllO的無(wú)線射頻發(fā)射電路;在定子電路中，扭矩信號(hào)被CClllO的接收電路接收后，送給外圍的液晶模塊來(lái)實(shí)時(shí)顯示瞬時(shí)扭矩的大小和方向，并與上位機(jī)通訊。
[0061]自供電電池系統(tǒng)，其通過(guò)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動(dòng)能為電池充電。
[0062]自供電電池系統(tǒng)，包括:
[0063]充電單元，其連接傳動(dòng)軸輸出端，通過(guò)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動(dòng)能為電池充電；
[0064]電池單元，其由多個(gè)電池模塊串聯(lián)；
[0065]控制單元，其包括控制器和直流輸出電路，連接所述電池單元輸出端，通過(guò)控制器來(lái)控制充電單元的充電電壓，并調(diào)節(jié)電池模塊的電壓大小，以得到不同電池容量的電池箱。
[0066]盡管本實(shí)用新型的實(shí)施方案已公開(kāi)如上，但其并不僅僅限于說(shuō)明書(shū)和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本實(shí)用新型的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本實(shí)用新型并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種重型車(chē)輛傳動(dòng)軸扭矩檢測(cè)裝置，其特征在于，包括: 扭矩感應(yīng)傳感器，其設(shè)置在重型車(chē)輛傳動(dòng)軸上，用于感應(yīng)傳動(dòng)軸扭矩大小變化，并以電壓差的形式輸出； 模擬信號(hào)處理器，其連接所述扭矩感應(yīng)傳感器，接收所述扭矩感應(yīng)傳感器采集的電壓差數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，濾波和放大后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息發(fā)送出去； 數(shù)據(jù)處理器，其連接模擬信號(hào)處理器，接收所述模擬信號(hào)處理器和發(fā)送的數(shù)據(jù)信息。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重型車(chē)輛傳動(dòng)軸扭矩檢測(cè)裝置，其特征在于，所述扭矩感應(yīng)傳感器包括: 第一電阻應(yīng)變片，其設(shè)置在傳動(dòng)軸表面，并與軸線夾角為45° ; 第二電阻應(yīng)變片，其設(shè)置在傳動(dòng)軸表面，并與軸線夾角為-45° ; 第三電阻應(yīng)變片，其設(shè)置在傳動(dòng)軸表面，并與軸線夾角為45° ; 第四電阻應(yīng)變片，其設(shè)置在傳動(dòng)軸表面，并與軸線夾角為-45° ; 其中，第一電阻應(yīng)變片和第三電阻應(yīng)變片的夾角為90°;第二電阻應(yīng)變片和第四電阻應(yīng)變片的夾角為90°。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的重型車(chē)輛傳動(dòng)軸扭矩檢測(cè)裝置，其特征在于，所述電阻應(yīng)變片，包括: 柔性基底； 電阻應(yīng)變傳感層，其附著于所述柔性基底上，所述電阻應(yīng)變傳感層的電阻值隨形狀改變而發(fā)生變化； 電極，其數(shù)量為兩個(gè)，設(shè)置在所述電阻應(yīng)變傳感層兩端。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的重型車(chē)輛傳動(dòng)軸扭矩檢測(cè)裝置，其特征在于，所述電阻應(yīng)變傳感層為金屬導(dǎo)電薄膜，所述金屬導(dǎo)電薄膜材質(zhì)為金、鉑、銅和石墨烯中的一種。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的重型車(chē)輛傳動(dòng)軸扭矩檢測(cè)裝置，其特征在于，所述金屬導(dǎo)電薄膜具有微米和納米間隙結(jié)構(gòu)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重型車(chē)輛傳動(dòng)軸扭矩檢測(cè)裝置，其特征在于，還包括射頻發(fā)射器，其連接所述數(shù)據(jù)處理器，用于將測(cè)得的扭矩?cái)?shù)據(jù)發(fā)送給無(wú)線接收終端。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重型車(chē)輛傳動(dòng)軸扭矩檢測(cè)裝置，其特征在于，還包括自供電電池系統(tǒng)，其通過(guò)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動(dòng)能為電池充電。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的重型車(chē)輛傳動(dòng)軸扭矩檢測(cè)裝置，其特征在于，所述自供電電池系統(tǒng)，包括: 充電單元，其連接傳動(dòng)軸輸出端； 電池單元，其由多個(gè)電池模塊串聯(lián)； 控制單元，其包括控制器和直流輸出電路，連接所述電池單元輸出端，通過(guò)控制器來(lái)控制充電單元的充電電壓，并調(diào)節(jié)電池模塊的電壓大小，以得到不同電池容量的電池箱。
【文檔編號(hào)】G01L25/00GK205593690SQ201620426447
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月11日
【發(fā)明人】黃永生, 馮建濤, 李強(qiáng), 徐征, 秦海峰, 邵宏亮, 李春旭
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍裝甲兵技術(shù)學(xué)院