专利名称：光栅转矩传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种传感器，尤其是一种通过光栅来采集信号的光栅转矩传感器。
背景技术：
目前，公知公用的转矩传感器主要有两大类第一类是通过磁电感应获取信号的(齿)栅式转矩传感器。这类传感器输出的信号是两路具有相位差的角位移信号，对信号进行组合处理得到转矩信息。其缺点是体积大，不能测量静止转矩，只能进行静态转矩和动态平均转矩的测量。第二大类是以电阻应变片为敏感元件的转矩传感器。它在转轴或与转轴串接的弹性轴上安装四片精密电阻应变片，并把它们连接成惠思顿电桥。轴的变形会引起应变片的阻值发生变化，电桥输出信号与转矩成比例。其缺点是它的测量精度与贴片工艺密切相关，精度较低，且过载能力较小。
发明内容本发明克服了目前转矩传感器不能同时测量静止转矩和静(动)态转矩、测量精度低、过载能力小的缺点，提供了一种测量精度高、结构简单、可同时测量静止转矩和静(动)态转矩的转矩传感器。
为此，本发明采取以下技术方案光栅转矩传感器，包括有壳体、底座，所述壳体的中心设有一水平转轴，所述转轴的两端露出壳体，一端连接动力源，另一端连接被测负载；所述壳体固定在底座上，所述壳体内还设有异步电动机和传感元件，所述异步电动机的转子活动套接在所述转轴上；所述传感元件包括二对光栅组和二对光电发射接收装置，所述光栅组分别靠近壳体两侧，由一对互相配合的内、外光栅片组成，外光栅片固定在转轴上，内光栅片位于外光栅片内侧并与异步电动机的转子固定；所述光电发射接收装置包括光电发射管和光电接收管，所述光电发射管、光电接收管之间间隔所述的光栅组，所述光电发射管、光电接收管的引出端与外置测试仪连接。进一步，所述转子采用铁磁材料或笼型转子。进一步，所述转轴的两端比中间部分粗。
采用本发明具有以下优点1、该转矩传感器具备测量静止转矩的功能。设转轴的一端与负载相连，另一端与动力源相连，此时使异步电动机断开电源，转轴在动力源的带动下旋转，同时带动外光栅片旋转，而转子不转动，即内光栅片不转动，内外光栅片做相对运动，可测量电动机的静、动态转矩；当转轴的一端断开动力源，另一端连负载时，使异步电动机接通电源，则转子开始转动，内侧光栅片在转子的带动下旋转，而外侧光栅片则静止不动，所以二者同样做相对运动，可以测量静止转矩。即本发明所述的转矩传感器是一种通用转矩测量装置，既能测量静、动态转矩，也能测量静止转矩；2、采用光栅采集信号，所以精度高，并且结构简单、体积小、成本低、有较高的经济价值。
图1为本发明的纵剖面构造图；图2为是本发明的波形图具体实施方式
光栅转矩传感器，包括有壳体2、底座8，所述壳体的中心设有一水平转轴1，所述转轴的两端露出壳体，一端连接动力源，另一端连接被测负载；所述壳体固定在底座8上，所述壳体内还设有异步电动机和传感元件，所述异步电动机的转子5活动套接在所述转轴上；所述传感元件包括二对光栅组和二对光电发射接收装置，所述光栅组分别靠近壳体两侧，分别由一对互相配合的内、外光栅片组成，外光栅片6固定在转轴上，内光栅片7位于外光栅片内侧并与异步电动机的转子5固定；所述光电发射接收装置包括光电发射管3和光电接收管4，所述光电发射管、光电接收管之间间隔所述的光栅组，所述光电发射管、光电接收管的引出端与外置测试仪连接。所述转轴的两端比中间部分粗。
转轴1的一端连动力源，另一端连负载。当异步电动机切断电源时，此时转轴在动力源的带动下旋转，则与转轴相连的外侧光栅片6在转轴的带动下旋转，而转子5不旋转，所以内侧光栅片7静止不动，内外侧光栅片做相对运动，可以测量静动态转矩；当转轴1的一端断开动力源，另一端连负载时，使异步电动机接通电源，则转子5开始转动，内侧光栅片7在转子的带动下旋转，而外侧光栅片6则静止不动，二者同样做相对运动，可以测量静止转矩。如图2所示，当内外侧光栅片做相对运动时，光电发射管3发出的光被光栅片时挡时通，则光电接收管4接收到此光，时断时通。当相对运动速度较高时，光电接收管输出端输出电压的交流信号波形为正弦波，当相对运动速度较低时，光电接收管输出端输出电压的交流信号波形为三角波。设转轴不连负载，即转轴没有应变时，两对光栅组产生的波形A、B有一初始相位差Q1，当转轴连接负载，即转轴产生应变时，两对光栅组产生的波形A、B’相位错位增大至Q2，则错位增量与轴应变扭矩角存在一定的关系。两对光栅组产生的正弦波形经波形变换电路，变换成矩形波A*、B*，然后，将B*的方波取反后再与A*的方波相与，输出波形为C。C的脉宽即为A*、B*两相脉冲的相位差。C*为负载轴应变所对应的错位增量，脉宽为σQ＝Q2-Q1。对脉宽σQ进行高频脉冲插值，这样，通过测量两对光栅的输出信号的相位差对应的高频计数值Mm就可测量转矩T。
本发明所述的转矩传感器是一种通用的转矩测量装置，既能测量静、动态转矩，又能测量静止转矩。与普通的转矩传感器相比，其精度高、信号易于处理、抗干扰能力强，而且结构简单，成本低，有较高的经济价值。
权利要求
1.光栅转矩传感器，包括有壳体、底座，所述壳体的中心设有一水平转轴，所述转轴的两端露出壳体，一端连接动力源，另一端连接被测负载，所述壳体固定在底座上，其特征在于所述壳体内还设有异步电动机和传感元件，所述异步电动机的转子活动套接在所述转轴上；所述传感元件包括二对光栅组和二对光电发射接收装置，所述光栅组分别靠近壳体二侧，所述光栅组与光电发射接收装置配合；所述光栅组分别由一对互相配合的内、外光栅片组成，外光栅片固定在转轴上，内光栅片位于外光栅片内侧并与异步电动机的转子固定。所述光电发射接收装置包括光电发射管和光电接收管，所述光电发射管、光电接收管之间间隔所述的光栅组，所述光电发射管、光电接收管的引出端与外置测试仪连接。
2.根据权利要求1所述的光栅转矩传感器，其特征在于所述转子采用铁磁材料或笼型转子。
3.根据权利要求1或2所述的光栅转矩传感器，其特征在于所述转轴的两端比中间部分粗。
全文摘要
光栅转矩传感器，包括有壳体、底座，壳体的中心设有一水平转轴，转轴的两端露出壳体，一端连接动力源，另一端连接被测负载；壳体固定在底座上，所述壳体内还设有异步电动机和传感元件，异步电动机的转子活动套接在所述转轴上；传感元件包括二对光栅组和二对光电发射接收装置，光栅组分别靠近壳体两侧，由一对互相配合的内、外光栅片组成，外光栅片固定在转轴上，内光栅片位于外光栅片内侧并与异步电动机的转子固定；光电发射接收装置包括光电发射管和光电接收管，所述光电发射管、光电接收管之间间隔所述的光栅组，所述光电发射管、光电接收管的引出端与外置测试仪连接。本发明既能测量旋转转矩，又能测量静止转矩。
文档编号G01L3/00GK1877276SQ20051004998
公开日2006年12月13日 申请日期2005年6月7日 优先权日2005年6月7日
发明者冯浩, 曹文明, 胡香玲 申请人:浙江工业大学