一种扭矩监测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种扭矩监测装置，所述装置包括：第一永磁体、第二永磁体、供电单元、信号处理单元、传感器单元、无线收发单元、计算机；其中，所述第一永磁体的S极、所述第二永磁体的N极分别固定在所述旋转轴的对称两侧；所述供电单元、所述信号处理单元、所述传感器单元在所述旋转轴的横向中心线上依次连接，所述供电单元通过切割所述第一永磁体、所述第二永磁体的磁力线为所述信号处理单元供电；所述信号处理单元通过第一上网方式与所述无线收发单元连接，将采集到的所述旋转轴的扭矩信号发送至所述无线收发单元；所述无线收发单元通过第二上网方式与所述计算机连接，将所述旋转轴的扭矩信号传送至所述计算机中，监测所述旋转轴扭矩信号。
【专利说明】一种扭矩监测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种石油设备自动化监测【技术领域】，尤其涉及一种扭矩监测装置。
【背景技术】
[0002]在石油领域，在特定环境和要求下，需要测量旋转机械设备的扭矩。对于不具备扭矩的设备，比如，管道输油泵，则需要在此类设备中增加扭矩监测装置。安装扭矩监测装置时要便于安装、保证所述扭矩监测装置需要长期稳定运行。
[0003]传统的扭矩测量装置，一般采用电池为检测电路供电，或者采用感应线圈构成的变压器为检测电路供电。虽然传统的扭矩测量装置能够检测扭矩，但由于一些旋转机械设备一旦启动，连续运行的时间较长，如果采用只安装电池的扭矩检测装置无法实现长时间监测，而采用只有变压器的扭矩检测装置则无法实现旋转轴的启动监测。所以，现有的扭矩检测装置无法长时间监测旋转轴完整的运行过程。
实用新型内容
[0004]针对现有技术存在的问题，本实用新型的各种实施例中提供一种扭矩监测装置，可以长时间监测旋转轴完整的运行过程。
[0005]本实用新型的技术方案是这样实现的:
[0006]本实用新型提供一种扭矩监测装置，设置在旋转轴上，所述装置包括:第一永磁体、第二永磁体、供电单元、信号处理单元、传感器单元、无线收发单元、计算机；其中，
[0007]所述第一永磁体的S极、所述第二永磁体的N极分别固定在所述旋转轴的对称两侧；
[0008]所述供电单元、所述信号处理单元、所述传感器单元在所述旋转轴的横向中心线上依次连接，所述供电单元通过切割所述第一永磁体、所述第二永磁体的磁力线为所述信号处理单元供电；
[0009]所述信号处理单元通过第一上网方式与所述无线收发单元连接，将采集到的所述旋转轴的扭矩信号发送至所述无线收发单元；
[0010]所述无线收发单元通过第二上网方式与所述计算机连接，将所述旋转轴的扭矩信号传送至所述计算机中，通过所述计算机监测所述旋转轴扭矩信号。
[0011]上述方案中，所述旋转轴的对称两侧包括:所述旋转轴的上下端、或所述旋转轴的左右端。
[0012]上述方案中，所述传感器单元包括:第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻；其中，
[0013]所述第一电阻的一端与电源正极端子、所述第三电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与所第二电阻的一端、第一信号输出端连接；
[0014]所述第三电阻的另一端与所述第四电阻的一端、第二信号输出端连接；
[0015]所述第二电阻的另一端与电源负极端子、所述第四电阻的另一端连接。
[0016]上述方案中，所述第一电阻为电阻应变片；所述第三电阻为可调电阻。
[0017]上述方案中，所述信号处理单元包括:第一放大器、第二放大器、第三放大器、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第i^一电阻、无线片上系统芯片；其中，
[0018]所述第一放大器的第一负极输入端与第一信号输出端连接，所述第一放大器的第一正极输入端与所述第五电阻的一端、所述第六电阻的一端连接；
[0019]所述第六电阻的另一端与所述第七电阻的一端、所述第二放大器的第二负极输入端连接；所述第二放大器的第二正极输入端与第二信号输出端连接；
[0020]所述第二放大器的第二输出端与所述第七电阻的另一端、所述第九电阻的一端连接;
[0021]所述第九电阻的另一端与所述第十一电阻的一端、所述第三放大器的第三正极输入端连接；所述第十一电阻的另一端与信号地连接；
[0022]所述第三放大器的第三负极输入端与所述第八电阻的另一端、所述第十电阻的一端连接；所述第三放大器的第三输出端与所述第十电阻的另一端、所述无线片上系统芯片的第一管脚连接。
[0023]上述方案中，所述第六电阻为可调电阻。
[0024]上述方案中，所述供电单元包括:线圈、整流桥、电容、电池、电压转换芯片；其中，
[0025]所述线圈的第一引线与所述整流桥的第二管脚连接，所述线圈的第二引线与所述整流桥的第三管脚连接；
[0026]所述整流桥的第四管脚与所述电容的一端、所述电池的正极端以及所述电压转换芯片的电压输入端连接；
[0027]所述整流桥的第五管脚与所述电容的另一端、所述电池的负极端、所述电压转换芯片的第六管脚以及信号地连接；
[0028]所述电压转换芯片的第七管脚为电压输出端。
[0029]上述方案中，所述第一上网方式不同于所述第二上网方式；其中，
[0030]所述第一上网方式包括:所述信号处理单元通过无线网络与所述无线收发单元建立连接；
[0031]所述第二上网方式包括:所述无线收发单元通过数据线连接至所述计算机的通用串行总线USB接口，传输数据。
[0032]本实用新型实施例提供的扭矩监测装置，所述装置包括:第一永磁体、第二永磁体、供电单元、信号处理单元、传感器单元、无线收发单元、计算机；其中，所述第一永磁体的S极、所述第二永磁体的N极分别固定在所述旋转轴的对称两侧；所述供电单元、所述信号处理单元、所述传感器单元依次固定在所述旋转轴的横向中心线上，所述供电单元通过切割所述第一永磁体、所述第二永磁体的磁力线为所述信号处理单元供电；所述信号处理单元通过第一上网方式与所述无线收发单元连接，将采集到的所述旋转轴的扭矩信号发送至所述无线收发单元；所述无线收发单元通过第二上网方式与所述计算机连接，将所述旋转轴的扭矩信号传送至所述计算机中，通过所述计算机监测所述旋转轴扭矩信号；如此，当旋转轴旋转时，所述供电单元的线圈切割磁力线获得电能，以给信号处理单元供电，从而实现旋转轴扭矩长期监测。另外，这种非接触式的供电模式，无机械磨损，便于安装及维护。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为本实用新型实施例提供的扭矩监测装置的整体结构示意图；
[0034]图2为本实用新型实施例提供的传感器单元的结构示意图；
[0035]图3为本实用新型实施例提供的信号处理单元的结构示意图；
[0036]图4为本实用新型实施例提供的供电单元的结构示意图；
[0037]图5为本实用新型实施例提供的扭矩监测装置的工作原理示意图。
[0038]附图标记说明:
[0039]11-旋转轴；121-第一永磁体；122-第二永磁体；13-供电单元；14-传感器单元；15-信号处理单元；16_无线收发单元；17_计算机；R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3_第三电阻；R4-第四电阻；Uol-第一信号输出端；Uo2-第二信号输出端；U1-第一放大器；U2-第二放大器；U3-第三放大器；R5-第五电阻；R6-第六电阻；R7_第七电阻；R8_第八电阻；R9_第九电阻；R10-第十电阻；R11-第H^一电阻；31_无线片上系统芯片；311_第一管脚；41-线圈；42-整流桥；421-第二管脚；422-第三管脚；423_第四管脚;424_第五管脚；43-电容；44_电池；441-电池的正极端；442_电池的负极端；45_电压转换芯片；451_第六管脚；452_第七管脚；453_第八管脚。
【具体实施方式】
[0040]在本实用新型的各种实施例中，为了可以长时间监测旋转轴完整的运行过程，提供了一种扭矩监测装置，设置在旋转轴上，其特征在于，所述装置包括:第一永磁体、第二永磁体、供电单元、信号处理单元、传感器单元、无线收发单元、计算机；其中，所述第一永磁体的S极、所述第二永磁体的N极分别固定在所述旋转轴的对称两侧；所述供电单元、所述信号处理单元、所述传感器单元依次固定在所述旋转轴的横向中心线上，所述供电单元通过切割所述第一永磁体、所述第二永磁体的磁力线为所述信号处理单元供电；所述信号处理单元通过第一上网方式与所述无线收发单元连接，将采集到的所述旋转轴的扭矩信号发送至所述无线收发单元；所述无线收发单元通过第二上网方式与所述计算机连接，将所述旋转轴的扭矩信号传送至所述计算机中，通过所述计算机监测所述旋转轴扭矩信号。
[0041]下面通过附图及具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明。
[0042]本实用新型实施例提供一种扭矩监测装置，固定在旋转轴11上，如图1所示，所述装置包括:第一永磁体121、第二永磁体122、供电单元13、传感器单元14、信号处理单元
15、无线收发单元16、计算机17 ;其中，
[0043]所述第一永磁体121的S极、所述第二永磁体122的N极分别固定在所述旋转轴11的对称两侧；
[0044]所述供电单元13、传感器单元14、信号处理单元15在所述旋转轴11的横向中心线上依次连接，所述供电单元13通过切割所述永磁体12的磁力线为所述信号处理单元15供电；
[0045]所述信号处理单元15通过第一上网方式与所述无线收发单元16连接，将采集到的所述旋转轴11的扭矩信号发送至所述无线收发单元16 ；
[0046]所述无线收发单元16通过第二上网方式与所述计算机17连接，将所述旋转轴11的扭矩信号传送至所述计算机17中，通过所述计算机17监测所述旋转轴11扭矩信号。
[0047]这里，所述旋转轴11的对称两侧包括:所述旋转轴11的上下端、或所述旋转轴11的左右端。本实施例图1提供的扭矩监测装置的安装结构是以所述第一永磁体121的S极固定在靠近所述旋转轴11的上端、所述第二永磁体122的N极固定在靠近所述旋转轴11的下端为例的。
[0048]所述扭矩监测装置的安装结构还可以包括:所述第一永磁体121的S极固定在靠近所述旋转轴11的左侧、所述第二永磁体122的N极固定在靠近所述旋转轴11的右侧。
[0049]传感器单元14可通过点焊方式固定在所述旋转轴11上；用于将采集的所述旋转轴11的扭矩信号转换成信号处理单元15可采集的电信号。所述供电单元13与所述信号处理单元15既可通过点焊方式固定，也可通过胶和紧固带固定在所述旋转轴11上；这里，还可以在所述旋转轴11基座上焊接一支撑座，将第一永磁体121和第二永磁体122放入支撑座中相应的槽中。
[0050]这里，如图2所示，所述传感器单元14包括:第一电阻Rl、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4 ;其中，
[0051]所述Rl的一端与电源正极端子、所述R3的一端连接，所述Rl的另一端与所述R2的一端、第一信号输出端Uol连接；以使所述Rl与R2串联。
[0052]所述R3的另一端与所述R4的一端、第二信号输出端Uo2连接；所述R2的另一端与电源负极端子、所述R4的另一端连接；以使所述R3与R4串联。
[0053]所述R1、R2组成的串联电路再与所述R3、R4组成的串联电路并联。所述电源正极端子提供的电压为5V。所述Rl为电阻应变片；所述R3为可调电阻；所述R2、R4为普通电阻。
[0054]当所述传感器单元14将所述旋转轴11的扭矩信号转换为电信号时，所述信号处理单元15采集所述电信号，以通过无线收发单元16将所述电信号发送至所述计算机17中。
[0055]这里，如图3所示，所述信号处理单元15包括:第一放大器Ul、第二放大器U2、第三放大器U3、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第i^一电阻R11、无线片上系统芯片31 ;其中，
[0056]所述第一放大器Ul的第一负极输入端与第一信号输出端Uol连接，所述第一放大器Ul的第一正极输入端与所述R5的一端、所述R6的一端连接；
[0057]所述R6的另一端与所述R7的一端、所述第二放大器U2的第二负极输入端连接；所述第二放大器的第二正极输入端与第二信号输出端Uo2连接；
[0058]所述第二放大器U2的第二输出端与所述R7的另一端、所述R9的一端连接；
[0059]所述R9的另一端与所述Rll的一端、所述第三放大器U3的第三正极输入端连接；所述Rll的另一端与信号地连接；
[0060]所述第三放大器U3的第三负极输入端与所述R8的另一端、所述RlO的一端连接；所述第三放大器U3的第三输出端与所述RlO的另一端、所述无线片上系统芯片31的第一管脚311连接。
[0061]所述第一放大器U1、第二放大器U2、第三放大器U3可以包括:单运放、仪表放大器、三运放。
[0062]所述供电单元13与所述信号处理单元15连接，当所述信号处理单元15开始工作时，所述供电单元13为所述信号处理单元15供电。
[0063]具体地,如图4所示,所述供电单元13包括:线圈41、整流桥42、电容43、电池44、电压转换芯片45 ;其中，
[0064]所述线圈41的第一引线与所述整流桥42的第二管脚421连接，所述线圈41的第二引线与所述整流桥42的第三管脚422连接；
[0065]所述整流桥42的第四管脚423与所述电容43的一端、所述电池44的正极端441以及所述电压转换芯片45的第六管脚451连接，所述第六管脚451为所述电压转换芯片45的电压输入端；
[0066]所述整流桥42的第五管脚424与所述电容43的另一端、所述电池44的负极端442、所述电压转换芯片45的第七管脚452以及信号地连接；
[0067]所述电压转换芯片45的第八管脚453为电压输出端。
[0068]这里，所述电压转换芯片45的电压输出端输出电压为3.3V，为所述信号处理单元15的第一放大器U1、第二放大器U2、第三放大器U3以及无线片上系统芯片31供电；所述电池44可以为锂电池；所述整流桥为二极管整流桥。
[0069]其中，所述线圈41与所述旋转轴11、所述第一永磁体121、所述第二永磁体122的横轴平行，在所述旋转轴11开始转动时，以使所述线圈41切割所述第一永磁体121、所述第二永磁体122的磁力线产生电能。所述线圈41形状可以包括:矩形或椭圆形。为了保证所述旋转轴11的动平衡，所述线圈41可以分为两束，其中，一束安装在所述供电单元13的同侦U，另一束则安装所述供电单元13的另一侧，最后用胶和紧固带将供电单元13固定在旋转轴11上。
[0070]这里，本实施例提供的扭矩监测装置工作原理如图5所示。具体地，当所述旋转轴11开始转动时，因为所述供电单元13包括所述电池44,所以可为所述旋转轴11启动时提供电能；当所述旋转轴11开始转动后，线圈41切割磁力线获取电能，为所述信号处理单元15供电。这里，因为所述传感器单元14固定在所述旋转轴11的被驱动端，当旋转轴11受力转动产生变形时，所述传感器单元14的电阻应变片Rl的敏感栅也随之变形，所述敏感栅的电阻值就会发生相应的变化。所述敏感栅电阻值变化量的大小与旋转轴11的扭矩成一定的比例关系，因此可以通过测量敏感栅电阻值变化量的大小得出所述旋转轴11的扭矩。
[0071]所述传感器单元14的将扭矩信号转换为成比例的模拟信号后，所述信号处理单元15数据采集所述模拟信号，所述无线片上系统芯片31通过第一上网方式将采集到的模拟信号发送至无线收发单元16，所述无线收发单元16通过第二上网方式将模拟信号发送至计算机17中；所述计算机17根据接受到的模拟信号数据进行分析处理，最终得到所述旋转轴11受力后的应力与扭矩值。其中，所述第一上网方式不同于所述第二上网方式，所述第一上网方式为所述无线片上系统芯片31通过无线网络与所述无线收发单元16建立连接；所述第二上网方式包括:所述无线收发单元16通过数据线连接至所述计算机17的通用串行总线(USB, Universal Serial Bus)接口中，实现数据传输。这里，所述第二上网方式还可以包括:所述无线收发单元16通过网线连接至所述计算机17。
[0072]本实用新型实施例提供的扭矩监测装置，利用所述供电单元中加装的电池可提供旋转轴启动时所需电能，在旋转轴运行过程中，采用永磁体发电机原理，实现非接触式供电，无机械磨损；利用无线数据传输，无需布线，便于安装及维护；实现了旋转轴扭矩的启动及长期监测。
[0073]另外，本实用新型实施例提供的扭矩监测装置不仅适用于旋转设备的扭矩测量，也适用于非旋转受力元件的应力测量，在长期监测元件受力方面，有着较为广泛地适用范围。
[0074]以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种扭矩监测装置，设置在旋转轴上，其特征在于，所述装置包括:第一永磁体、第二永磁体、供电单元、信号处理单元、传感器单元、无线收发单元、计算机；其中， 所述第一永磁体的S极、所述第二永磁体的N极分别固定在所述旋转轴的对称两侧；所述供电单元、所述信号处理单元、所述传感器单元在所述旋转轴的横向中心线上依次连接，所述供电单元通过切割所述第一永磁体、所述第二永磁体的磁力线为所述信号处理单元供电； 所述信号处理单元通过第一上网方式与所述无线收发单元连接，将采集到的所述旋转轴的扭矩信号发送至所述无线收发单元； 所述无线收发单元通过第二上网方式与所述计算机连接，将所述旋转轴的扭矩信号传送至所述计算机中，通过所述计算机监测所述旋转轴扭矩信号。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述旋转轴的对称两侧包括:所述旋转轴的上下端、或所述旋转轴的左右端。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器单元包括:第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻；其中， 所述第一电阻的一端与电源正极端子、所述第三电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与所第二电阻的一端、第一信号输出端连接； 所述第三电阻的另一端与所述第四电阻的一端、第二信号输出端连接； 所述第二电阻的另一端与电源负极端子、所述第四电阻的另一端连接。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一电阻为电阻应变片；所述第三电阻为可调电阻。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号处理单元包括:第一放大器、第二放大器、第三放大器、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、无线片上系统芯片；其中， 所述第一放大器的第一负极输入端与第一信号输出端连接，所述第一放大器的第一正极输入端与所述第五电阻的一端、所述第六电阻的一端连接； 所述第六电阻的另一端与所述第七电阻的一端、所述第二放大器的第二负极输入端连接；所述第二放大器的第二正极输入端与第二信号输出端连接； 所述第二放大器的第二输出端与所述第七电阻的另一端、所述第九电阻的一端连接；所述第九电阻的另一端与所述第十一电阻的一端、所述第三放大器的第三正极输入端连接；所述第十一电阻的另一端与信号地连接； 所述第三放大器的第三负极输入端与所述第八电阻的另一端、所述第十电阻的一端连接；所述第三放大器的第三输出端与所述第十电阻的另一端、所述无线片上系统芯片的第一管脚连接。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第六电阻为可调电阻。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述供电单元包括:线圈、整流桥、电容、电池、电压转换芯片；其中， 所述线圈的第一引线与所述整流桥的第二管脚连接，所述线圈的第二引线与所述整流桥的第三管脚连接； 所述整流桥的第四管脚与所述电容的一端、所述电池的正极端以及所述电压转换芯片的电压输入端连接； 所述整流桥的第五管脚与所述电容的另一端、所述电池的负极端、所述电压转换芯片的第六管脚以及信号地连接； 所述电压转换芯片的第七管脚为电压输出端。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一上网方式不同于所述第二上网方式;其中， 所述第一上网方式包括:所述信号处理单元通过无线网络与所述无线收发单元建立连接; 所述第二上网方式包括:所述无线收发单元通过数据线连接至所述计算机的通用串行总线USB接口，传输数据。
【文档编号】H02K21/26GK204115928SQ201420529887
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2014年9月15日
【发明者】杨喜良, 马伟平, 谭东杰, 王禹钦, 李柏松, 任小龙, 林嵩, 张丽稳, 张兴, 董学刚 申请人:中国石油天然气股份有限公司