[发明专利]扭矩测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及力学领域，尤其涉及一种扭矩测量装置及方法。 

背景技术

目前测转轴的扭矩的方法有多种，比如依赖于在转轴上贴附应变片的方式，而应变片信号的传递方式主要有滑环和遥测的方法等。滑环保证在轴转动时，应变片信号不间断的传递到采集电路中。而遥测的方法需要在转轴上安装一种通过滑动电池提供电力的发射器，发射器将应变片的电流变化通过无线信号传递到采集电子电路中。 

一些较新的系统采用了霍尔传感器。这一方案一般是在转轴上相距一定距离处安装两个大齿轮来拾取信号。在两个大齿轮上的测量敏感处分别设置两个霍尔传感器，在轴转动过程中两个霍尔传感器能输出相同宽度的脉冲。当轴被施加负载后，两个脉冲之间的相位差会发生变化。可以通过检测两路脉冲之间的相位差来计算受载轴的扭转角。 

还有一种方法是利用激光光纤和激光检测器检测转轴扭矩的系统。它是在转轴上相距适当距离处分别安装两个转动码盘。一束激光通过光纤照射到第一个码盘上，然后被与第一个码盘对应的光调制器接收并调制成激光脉冲，再提过光纤传输照射到第二个码盘上，经过第二个码盘后被第二个激光传感器接收并转化成电脉冲信号，这时的电脉冲宽度代表了两个码盘之间的相位差。当转轴被加上负载后，最终输出的电脉冲宽度会增加，通过这一相位差就可以计算出转轴扭转的角度，从而可以计算出转轴在加上负载后的扭矩。 

但是，无论是上述哪种测量方法，都需要在转轴上安装测量装置，会对转 轴本身的应用造成一定的影响。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能实时测量轴扭矩，而且测量扭矩对转轴不会带来影响的测量方案。基于此，本发明提供一种扭矩测量装置，其特征在于，包括： 

转轴； 

两个围绕所述转轴的环线，两个所述环线围成的平面互相平行，且垂直于所述转轴的轴心线； 

测距仪，用于实时测量两个环线的距离； 

数据处理单元，连接所述测距仪，用于根据所述测距仪测得的两个环线的距离变化，得出所述转轴受到的扭矩。 

进一步的，所述数据处理单元通过如下公式得出所述转轴受到的扭矩： 

M=πGD4322d12-d22d2·D;]]>

其中，M为扭矩，G所述转轴的剪切模量，G与所述转轴的材料特性有关，D为所述转轴的直径，所述G和D均为已知量，d1和d2分别为所述转轴受到扭矩作用前后两个环线之间的距离。 

进一步的，所述转轴为圆柱形，所述环线为圆周线。 

进一步的，所述测距仪为激光测距仪，所述环线由可被激光感知的材料制成。 

进一步的，所述环线的材料为激光粉。 

本发明还提供一种扭矩测量方法，包括以下步骤： 

在一转轴上设置两个围绕所述转轴的环线，两个所述环线围成的平面互相平行，且垂直于所述转轴的轴心线； 

利用一测距仪测量两个所述环线的第一距离d1； 

当所述转轴受到一扭矩的作用时，利用所述测距仪测量两个所述环线的第 二距离d2； 

根据第一距离d1和第二距离d2的值，由一连接所述测距仪的数据处理单元得出所述扭矩的值。 

进一步的，所述数据处理单元通过如下公式得出所述转轴受到的扭矩：