扭振測量基本原理

將磁電式傳感器對正齒輪安裝,當軸旋轉(zhuǎn)時,傳感器上感應出與齒形有關(guān)的脈沖信號。將該信號進行處理得到標準的矩形脈沖波。再將矩形脈沖波輸入到單片機的高速輸入部件(HSI),采用測周法測量每個脈沖的時間寬度。我們測量得到的信號是轉(zhuǎn)速隨時間變化的時域波形，該信號實際上是旋轉(zhuǎn)部件的角速度隨時間變化的曲線，因此，為了得到轉(zhuǎn)角變化曲線，不管是時域還是頻域處理方法，都需要對該信號進行一次積分。具體方法是,利用單片機的高速計數(shù)功能,對單片機的內(nèi)部時鐘進行計數(shù),計數(shù)時間由該矩形脈沖控制,根據(jù)計數(shù)值可以計算得到每個脈沖的時寬值。當機組穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時,軸系無扭振,如果齒輪齒形完全相同時,則與每個齒對應的矩形脈沖寬度都相同,即為軸系轉(zhuǎn)動周期除以齒數(shù);當軸系存在扭振時,每個齒對應的矩形脈沖寬度發(fā)生變化,其與原寬度之差的大小反映扭振的大小。因此,只要測出每個齒對應的矩形脈沖寬度的變化,就可以得到軸的扭振。

 扭轉(zhuǎn)振動，簡稱為扭振，不同于我們所說的常規(guī)振動。除了常規(guī)的振動之外，扭振是結(jié)構(gòu)動力學行為的另一種表現(xiàn)形式，通常與其他振動荷載同時出現(xiàn)，也就是說結(jié)構(gòu)發(fā)生振動時，除了常規(guī)的振動之外，還有可能存在扭轉(zhuǎn)振動。扭振會引起結(jié)構(gòu)疲勞，同時也會引起振動、噪聲、舒適性等方面問題。扭振會引起結(jié)構(gòu)疲勞，同時也會引起振動、噪聲、舒適性等方面問題。對于自由的剛體而言，共有6個自由度，即三個平動自由度和三個轉(zhuǎn)動自由度。因此，我們可以把運動自由度分為平動與轉(zhuǎn)動兩類。如果用牛頓第二定律來描述，那么，平動對應的是三個加速度，轉(zhuǎn)動對應的是三個角加速度。平動對應的載荷是力，轉(zhuǎn)動對應的載荷是力矩。

非接觸測量可以滿足對于扭矩測量的眾多需求:

1)長期不間斷、高可靠性扭矩測量。工程振動測試方法在工程振動測試領域中，測試手段與方法多種多樣，但是按各種參數(shù)的測量方法及測量過程的物理性質(zhì)來分，可以分成三類。一般性扭矩傳感器一旦失效,不僅會造成扭矩傳感器自身的損壞,更嚴重的是會造成被測量設備的重大機械損壞。例如:應變式扭矩測量裝置中應變計的引線需要靠滑環(huán)(見圖1)引出,長時間工作后,滑環(huán)極易發(fā)熱老化,甚至斷裂脫落,所以出于可靠性的考慮,該方案多用于低速旋轉(zhuǎn)軸的短期扭矩測量。如果選擇非接觸式扭矩傳感器測量扭矩,它與旋轉(zhuǎn)軸沒有力的相互作用,工作過程中不受軸向負載和彎曲載荷,所以零件損耗小,工作壽命長,可以實現(xiàn)長期不間斷、可靠性測量扭矩。

2)高動態(tài)性精磚扭矩測量。通過把扭振計算的力矩和轉(zhuǎn)角位移看作系統(tǒng)的輸入輸出信號,依據(jù)拓撲思想,建立信號之間的扭振信號拓撲網(wǎng)絡模型。傳感器自身的轉(zhuǎn)動慣量是影響扭矩測量精度和動態(tài)性的重要問題,因為傳感器是有重量的,安裝在旋轉(zhuǎn)軸上后就相當于增加了一個“額外質(zhì)量”,這一質(zhì)量在旋轉(zhuǎn)軸較輕或者轉(zhuǎn)速較慢的情況下是不能忽略的,那便會導致旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速明顯下降,測量得到的扭矩大小將受到嚴重影響。如果采用非接觸式扭矩測量,傳感器對旋轉(zhuǎn)軸無附加外力,這可以從根本上提高測量的動態(tài)性和精準性,同時有助于提高系統(tǒng)的分辨率。

3)準確控制被測裝置。在此基礎上,進一步歸納得出兩種實現(xiàn)非接觸扭矩測量的關(guān)鍵技術(shù),分別是:無線信號傳輸和特殊扭矩敏感材料的使用,并通過新扭矩測量工程實例予以證明和解釋。因為一般性扭矩測量裝置的體積大,并且要與旋轉(zhuǎn)軸直接接觸,所以存在著一個不可避免的問題,即由于安裝位置不當,或者接觸測量時產(chǎn)生的干擾力或扭矩而改變旋轉(zhuǎn)軸的運動狀態(tài),這類干擾是隨機的,很難評估和定量,而扭矩測量往往又是作為控制單元的反饋信號。這樣就會直接導致控制的準確性難以保證。采取非接觸式扭矩測量,從源頭上消除傳感器施加在旋轉(zhuǎn)軸上的附加力,末端控制的高準確性才有可能實現(xiàn)。