[发明专利]自动补偿温度和弯矩影响的扭矩测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种扭矩测试系统，特别涉及一种基于光纤光栅的扭矩测量系统。

背景技术

在使用光纤光栅进行扭矩测量时，光纤光栅的中心波长受温度变化的影响较大。

目前，为了减小由温度变化引起的误差，通常使用一根参考光栅对测量结果的误差进行补偿，参考光栅粘贴在测量光栅的附近，其栅区悬空，即不受应变的影响，同时与测量光栅感受同样的温度变化，用测量光栅的中心波长变化量减去参考光栅的中心波长变化量即可达到温度补偿的目的。然而，这种补偿方法无法补偿弹性体材料因为温度而产生的变化，并且当存在弯矩时，也会在测量数据中引入误差。

发明内容

本发明是针对使用光纤光栅进行扭矩测量时，由于温度的变化和存在弯矩，使光纤光栅的中心波长发生变化的问题，而提供一种自动补偿温度和弯矩影响的扭矩测试系统，该系统采用光纤光栅全桥式光路，从而解决了因温度变化和弯矩而产生测量误差的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种自动补偿温度和弯矩影响的扭矩测试系统，包括光纤光栅、弹性轴，其特点是：第一光纤光栅和第三光纤光栅与弹性轴中心轴线分别成                                                粘贴，感受拉应力，第二光纤光栅和第四光纤光栅与弹性轴中心轴线分别成粘贴。

第一、二、三、四光纤光栅分别位于弹性轴横截面圆周上0、90、180、270度位置上，用于够补偿弯矩带来的影响。

本发明的有益效果在于：本发明通过设计四根光纤光栅的粘贴位置和角度，解决了扭矩测量中温度变化和弯矩使扭矩测量结果产生误差的问题，具有结构简单、设计巧妙、稳定性好的优点。填补了国内空白。

附图说明

图1是本发明的弹性轴表面展开图；

图2是四根光纤光栅在弹性轴横截面圆周上的位置示意图。

具体实施方式

如图1所示的弹性轴表面展开图，一种自动补偿温度和弯矩影响的扭矩测试系统，包括光纤光栅、弹性轴，其特点是：第一光纤光栅1和第三光纤光栅3与弹性轴中心轴线分别成粘贴，感受拉应力，第二光纤光栅2和第四光纤光栅4与弹性轴中心轴线分别成粘贴。压应变和拉应变大小相等，方向相反，而四根光纤光栅受温度的影响是相同的，因此，将两组光栅的中心波长变化量相减，就能排除温度变化带来的影响。同时，如图2所示，第一、二、三、四光纤光栅1、2、3、4分别位于弹性轴横截面圆周上0、90、180、270度位置上，这样的粘贴方式能够补偿弯矩带来的影响。

四根光纤光栅的传感模型组成下面的方程组： 

                      （1）

                     （2）

                    （3）

                     （4）

   上面式子中，和是光纤光栅的应变灵敏度和温度灵敏度，,,,分别是： 第一、二、三、四光纤光栅1、2、3、4的中心波长变化量, 为温度变化量, ,,,为第一、二、三、四光纤光栅1、2、3、4各自感受到的应变量,根据弹性轴的力学特性可知，，则由四式联立得：

                   （5）

上式可求出弹性轴上面的应变ε，

扭矩传感器数学模型为：

                          (6)

其中d为弹性轴直径,G为弹性轴的剪切弹性模量,由以上两式可得到扭矩值M，这个计算结果已经排除了温度和弯矩引入的误差，同时起到多次测量取平均的作用。

              (7)。