【摘要】：光電式轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)量技術(shù)以其測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)頻率高和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)勢(shì),在自動(dòng)化生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而由于光電式轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)量過(guò)程中受工作原理、彈性體結(jié)構(gòu)以及測(cè)量電路的影響,在實(shí)際轉(zhuǎn)矩測(cè)量使用中其測(cè)量精度仍難以保證。因此如何優(yōu)化光電式轉(zhuǎn)矩傳感器彈性體的結(jié)構(gòu),降低測(cè)量誤差等已成為光電式轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)量技術(shù)中的研究熱點(diǎn)和關(guān)鍵問(wèn)題。本文以自主開(kāi)發(fā)的基于光電碼盤(pán)信號(hào)相位差的轉(zhuǎn)矩測(cè)量傳感器為研究背景,圍繞光電碼盤(pán)式轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)量原理、傳感器系統(tǒng)性誤差建模、信號(hào)處理以及轉(zhuǎn)矩傳感器實(shí)驗(yàn)研究,為提高光電式轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)量精度,優(yōu)化光電式轉(zhuǎn)矩傳感器設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。分析光電式轉(zhuǎn)矩傳感器的工作原理及測(cè)量方法,對(duì)光電傳感器彈性體、碼盤(pán)及外部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì),得到了轉(zhuǎn)矩傳感器碼盤(pán)、彈性體制造精度等參數(shù)對(duì)傳感器測(cè)量性能參數(shù)的影響,系統(tǒng)的設(shè)計(jì)了不同量程的轉(zhuǎn)矩傳感器彈性體,同時(shí)設(shè)計(jì)了光電式轉(zhuǎn)矩傳感器樣機(jī)。通過(guò)光電碼盤(pán)式轉(zhuǎn)矩傳感器設(shè)計(jì),對(duì)傳感器樣機(jī)彈性體進(jìn)行了靜、動(dòng)力學(xué)分析,分析彈性體直徑、長(zhǎng)度、碼盤(pán)半徑等對(duì)其扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率影響的變化規(guī)律,并通過(guò)有限元軟分析了所設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)矩傳感器樣機(jī)彈性體的應(yīng)力應(yīng)變曲線及扭轉(zhuǎn)振動(dòng)固有頻率。分析光電式轉(zhuǎn)矩傳感器彈性體結(jié)構(gòu),得出影響光電式轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)量精度的主要因素是彈性體碼盤(pán)齒形一致性誤差及碼盤(pán)端面圓跳動(dòng),建立了上述傳感器彈性體制造誤差與測(cè)量誤差之間的數(shù)學(xué)模型,同時(shí)分析了彈性體安裝誤差、彈性體非線性誤差以及測(cè)量溫度等對(duì)傳感器測(cè)量精度的影響,提出了相應(yīng)的誤差補(bǔ)償原理。根據(jù)上述誤差建模及誤差補(bǔ)償原理,設(shè)計(jì)了光電式轉(zhuǎn)矩傳感器光電信號(hào)測(cè)量電路,對(duì)光電斷路器工作原理及光電信號(hào)測(cè)量處理中出現(xiàn)的測(cè)量誤差進(jìn)行了分析,建立了光電信號(hào)測(cè)量誤差對(duì)傳感器精度影響的數(shù)學(xué)模型,通過(guò)單片機(jī)搭建了光電傳感器測(cè)量電路,進(jìn)行了誤差補(bǔ)償模塊的設(shè)計(jì)。搭建了基于光電碼盤(pán)信號(hào)相位差的轉(zhuǎn)矩測(cè)量靜、動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),完成了傳感器光電信號(hào)上位機(jī)采集軟件設(shè)計(jì),對(duì)光電式轉(zhuǎn)矩傳感器樣機(jī)性能進(jìn)行了靜、動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究,對(duì)光電式轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)量誤差及誤差補(bǔ)償原理進(jìn)行了研究分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:所設(shè)計(jì)光電式轉(zhuǎn)矩傳感器樣機(jī)其測(cè)量精度±1.56%FS,滯后性誤差為1.24%FS,靈敏度為0.48°/N.m,通過(guò)誤差補(bǔ)償算法,能夠較大的提升轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)量精度,影響轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)量精度的主要因素為彈性體制造誤差。
【圖文】：

轉(zhuǎn)矩傳感器、光電式轉(zhuǎn)矩傳感器等轉(zhuǎn)矩測(cè)量設(shè)備。就目前而言，由于光電式的測(cè)量方法具有環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、測(cè)量精度高、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)勢(shì)，引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者專家對(duì)其進(jìn)行不斷深入的研究。轉(zhuǎn)矩測(cè)量技術(shù)應(yīng)用范圍非常廣泛，幾乎在所有智能制造業(yè)領(lǐng)域中都能看到其應(yīng)用，如電機(jī)、柴油機(jī)、交通、汽車、船舶制造、石油、化工機(jī)械、煤炭、冶金、航空航天、軍工行業(yè)等。如圖 1-1 所示為轉(zhuǎn)矩傳感器在汽車轉(zhuǎn)向控制電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）中的應(yīng)用，其作為核心部件通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汽車駕駛員對(duì)方向盤(pán)施加的轉(zhuǎn)矩，實(shí)時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，降低駕駛員對(duì)方向盤(pán)施加的轉(zhuǎn)矩，提高駕駛汽車的舒適性和穩(wěn)定性。由于目前機(jī)械結(jié)構(gòu)傾向于一體化、模塊化，結(jié)構(gòu)越來(lái)越緊湊，因此對(duì)傳感器安裝空間等相對(duì)較小，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求越來(lái)越高。如圖 1-2 所示轉(zhuǎn)矩傳感器用于電機(jī)性能的檢測(cè)，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定性對(duì)傳動(dòng)設(shè)備能否穩(wěn)定傳動(dòng)有重要影響，因此汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)等傳動(dòng)設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)均需要通過(guò)轉(zhuǎn)矩傳感器的對(duì)其動(dòng)力進(jìn)行測(cè)試。隨著智能制造的不斷發(fā)展，對(duì)傳感器的檢測(cè)精度、測(cè)量量程、環(huán)境適應(yīng)性、互換性上的要求越來(lái)越嚴(yán)格。同時(shí)隨著機(jī)械設(shè)備的機(jī)電液一體化、智能化、數(shù)字化、其工作磁電環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)轉(zhuǎn)矩精度、實(shí)時(shí)性要求也越來(lái)越高。

轉(zhuǎn)矩傳感器、光電式轉(zhuǎn)矩傳感器等轉(zhuǎn)矩測(cè)量設(shè)備。就目前而言，由于光電式的測(cè)量方法具有環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、測(cè)量精度高、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)勢(shì)，引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者專家對(duì)其進(jìn)行不斷深入的研究。轉(zhuǎn)矩測(cè)量技術(shù)應(yīng)用范圍非常廣泛，幾乎在所有智能制造業(yè)領(lǐng)域中都能看到其應(yīng)用，如電機(jī)、柴油機(jī)、交通、汽車、船舶制造、石油、化工機(jī)械、煤炭、冶金、航空航天、軍工行業(yè)等。如圖 1-1 所示為轉(zhuǎn)矩傳感器在汽車轉(zhuǎn)向控制電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）中的應(yīng)用，其作為核心部件通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汽車駕駛員對(duì)方向盤(pán)施加的轉(zhuǎn)矩，實(shí)時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，降低駕駛員對(duì)方向盤(pán)施加的轉(zhuǎn)矩，提高駕駛汽車的舒適性和穩(wěn)定性。由于目前機(jī)械結(jié)構(gòu)傾向于一體化、模塊化，結(jié)構(gòu)越來(lái)越緊湊，因此對(duì)傳感器安裝空間等相對(duì)較小，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求越來(lái)越高。如圖 1-2 所示轉(zhuǎn)矩傳感器用于電機(jī)性能的檢測(cè)，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定性對(duì)傳動(dòng)設(shè)備能否穩(wěn)定傳動(dòng)有重要影響，因此汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)等傳動(dòng)設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)均需要通過(guò)轉(zhuǎn)矩傳感器的對(duì)其動(dòng)力進(jìn)行測(cè)試。隨著智能制造的不斷發(fā)展，，對(duì)傳感器的檢測(cè)精度、測(cè)量量程、環(huán)境適應(yīng)性、互換性上的要求越來(lái)越嚴(yán)格。同時(shí)隨著機(jī)械設(shè)備的機(jī)電液一體化、智能化、數(shù)字化、其工作磁電環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)轉(zhuǎn)矩精度、實(shí)時(shí)性要求也越來(lái)越高。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP212

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 趙浩;馮浩;;一種振動(dòng)轉(zhuǎn)矩傳感器標(biāo)定方法研究[J];計(jì)量學(xué)報(bào);2018年02期

2 劉仁,葉樹(shù)亮,鄧玉坤,焦國(guó)昌,郭旭光;轉(zhuǎn)矩傳感器發(fā)展現(xiàn)狀[J];東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);1997年06期

3 林鈞;;轉(zhuǎn)矩傳感器及其應(yīng)用[J];機(jī)械與電子;1989年02期

4 熊亮;劉和平;彭東林;;無(wú)轉(zhuǎn)矩傳感器汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制策略[J];汽車工程;2013年08期

5 李宗保;電機(jī)試驗(yàn)中轉(zhuǎn)矩傳感器的選用[J];中小型電機(jī);1994年01期

6 劉吾瓊;滿慶豐;耿春明;;基于光電轉(zhuǎn)換的數(shù)字化轉(zhuǎn)矩傳感器[J];儀表技術(shù)與傳感器;2013年01期

7 周巧玲;馮浩;胡香玲;;基于CPLD和單片機(jī)的光柵轉(zhuǎn)矩傳感器的研究[J];測(cè)控技術(shù);2008年04期

8 吳維厚，李金泉，孫占禮;片簧在轉(zhuǎn)矩傳感器中的應(yīng)用研究[J];天津理工學(xué)院學(xué)報(bào);1995年04期

9 包壽紅;羅嗣周;;轉(zhuǎn)矩傳感器磨損造成汽車跑偏的原因分析[J];汽車電器;2011年02期

10 余以道;羅善明;王曉秋;王建;;高速光電式轉(zhuǎn)矩傳感器的測(cè)量原理與動(dòng)態(tài)特性分析[J];儀表技術(shù)與傳感器;2009年05期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張萬(wàn)琦;基于光電碼盤(pán)信號(hào)相位差的轉(zhuǎn)矩測(cè)量傳感器誤差分析與性能實(shí)驗(yàn)研究[D];西安理工大學(xué);2019年

2 周巧玲;基于FPGA和單片機(jī)的光柵轉(zhuǎn)矩傳感器的研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2007年

3 葉紅弟;電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障診斷的研究[D];江蘇大學(xué);2006年

4 周花;無(wú)轉(zhuǎn)矩傳感器式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制與聯(lián)合仿真[D];重慶郵電大學(xué);2014年

5 胡香玲;新型轉(zhuǎn)矩測(cè)量系統(tǒng)的研究及實(shí)現(xiàn)[D];浙江工業(yè)大學(xué);2006年

6 任志遠(yuǎn);新型角度扭矩傳感器研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2013年

7 錢(qián)進(jìn);HST性能測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)的研制[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2006年

8 郭琳;谷物流量傳感器的設(shè)計(jì)與研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2008年

9 趙浩;高速系統(tǒng)的高精度轉(zhuǎn)矩測(cè)量方法的研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2010年

10 王會(huì)青;旋轉(zhuǎn)設(shè)備的高轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩測(cè)試技術(shù)研究[D];重慶交通大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2709879