容柵式扭矩傳感器測試系統(tǒng)設(shè)計

1、第1頁共38頁容柵式扭矩傳感器測試系統(tǒng)設(shè)計摘要容柵式扭矩傳感器測試系統(tǒng)是隨著工程和測試技術(shù)的發(fā)展而興起的一種新型的測量手段，本課題所要設(shè)計的系統(tǒng)主要用來測試動力軸或負(fù)載軸所受的扭矩和其轉(zhuǎn)速。在傳感器測試系統(tǒng)中，扭矩測量是本系統(tǒng)的核心部分，也是難點部分。本文結(jié)合了脈寬調(diào)制電路、低通濾波電路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和實時顯示系統(tǒng)等相關(guān)知識，對扭矩傳感器測試系統(tǒng)進(jìn)行深入的研究和設(shè)計。容柵傳感器具有結(jié)構(gòu)簡潔明了、分辨力高、抗干擾能力強、動態(tài)響應(yīng)快和旋轉(zhuǎn)部

2、件上無需引線輸出等優(yōu)點，因此廣泛應(yīng)用于汽車、輪船等動力軸或負(fù)載軸的扭矩和轉(zhuǎn)速測試系統(tǒng)中，具有重大的顯示意義和廣泛的市場前景?；谂ぞ販y試系統(tǒng)可通過容柵電容的周期性變化規(guī)律，然后利用脈寬調(diào)制電路測量電容相位差，來完成轉(zhuǎn)速和扭矩的測量難題。在設(shè)計過程中，重點研究了容柵電容的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法、容柵傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計、脈寬調(diào)制電路設(shè)計、低通濾波電路設(shè)計及容柵電容變化規(guī)律等等，通過Protel99SE設(shè)計脈寬調(diào)制電路和濾波電路的原理圖和PCB圖，最后對柵

3、格數(shù)的細(xì)分、容柵的加工和安裝誤差、電磁干擾等等相關(guān)方面進(jìn)行相關(guān)的討論，驗證容柵扭矩、轉(zhuǎn)速傳感技術(shù)完全可以應(yīng)用到汽車、輪船等動力軸或負(fù)載軸的扭矩、轉(zhuǎn)速測試。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：脈寬調(diào)制，低通濾波，數(shù)據(jù)采集，扭矩，轉(zhuǎn)速第3頁共38頁1緒論緒論1.11.1研究現(xiàn)狀及意義研究現(xiàn)狀及意義1.1.1課題背景容柵式傳感器測試系統(tǒng)是近20余年來在國外發(fā)展起來的一大類新型電容傳感器。此類傳感器的結(jié)構(gòu)形式較多，其主要特征是電極呈柵狀，依據(jù)電容量隨電極之間相互覆蓋

4、面積變化而變的原理，實現(xiàn)長度、角度等參數(shù)的測量。與其它大位移傳感器（如感應(yīng)同步器，磁柵，光柵）相比，它具有體積小、抗干擾能力強、造價低、功耗低和環(huán)境適應(yīng)性強等優(yōu)點。而且容柵技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電子數(shù)顯卡尺，千分尺，高度儀，坐標(biāo)儀和機床行程測量等精密儀器中。如果將容柵傳感技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計改進(jìn)，如將直行程的測量變化為圓周行程測量或扇型面積測量，能應(yīng)用到汽車、輪船等領(lǐng)域中的動力軸或負(fù)載軸的扭矩和轉(zhuǎn)速測試系統(tǒng)中。在容柵傳感器研究和應(yīng)用方面

5、，國外提出了不少專利，但研究論文發(fā)表不多，容柵扭矩、轉(zhuǎn)速傳感器也未問世。我國自80年代中期開始引進(jìn)容柵技術(shù)的部分產(chǎn)品，爾后又開展國產(chǎn)化工作，對其工作原理、轉(zhuǎn)換原理，結(jié)構(gòu)設(shè)計已有一定的了解和應(yīng)用，但是對參數(shù)和誤差規(guī)律等未做深入系統(tǒng)的研究，部分產(chǎn)品質(zhì)量不高，應(yīng)用范圍也有限[1]。1.1.2課題的目的和實現(xiàn)意義目前，汽車、輪船中動力軸的存在安裝空間狹小、不能對旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行另行的加工處理等要求，傳統(tǒng)的扭矩、轉(zhuǎn)速傳感器幾乎無法滿足這些測試要求。利用

6、容柵傳感器的眾多優(yōu)點，再對容柵的安裝方法進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，如將直行程的容柵改進(jìn)為圓周行程或圓端面的容柵結(jié)構(gòu)，可以測量動力軸所受的扭矩及其轉(zhuǎn)速。而且結(jié)構(gòu)緊湊、采用嵌入式安裝、無需對被測轉(zhuǎn)軸進(jìn)行附加加工處理，特別適合于汽車、輪船等安裝空間狹小，對傳感器的體積有嚴(yán)格要求的車輛測試系統(tǒng)中，這是傳統(tǒng)的大體積、高功耗、需要對被測件進(jìn)行改裝處理的傳感器所不能達(dá)到的，因此嵌入式容柵扭矩、轉(zhuǎn)速傳感技術(shù)具有重大的現(xiàn)實意義和廣闊的市場應(yīng)用前景。1.21.2國內(nèi)外