[实用新型]基于FPGA的感应移相式扭矩测量系统

权利要求书

1.一种基于FPGA的感应移相式扭矩测量系统，包括新型感应移相式扭矩传感器和基于FPGA的中央数字处理器，其中新型感应移相式扭矩传感器的主要特征在于，包括：传感器轴，分为左、中、右三段，中间段的直径小于左端部分的直径和右端部分的直径，传感器轴左端部分的直径小于右端部分的直径；支架一，与传感器轴的左端为一体式设计，支架一的圆形壳体与传感器轴同轴心；支架二，与传感器轴的右端固定，与传感器轴的左端通过轴承隔离，支架二可以相对于传感器轴的左端转动，支架二的圆形壳体与传感器轴同轴心；励磁铁心，同轴心的固定在支架一圆形壳体的内侧，励磁铁心设有绕组槽，励磁绕组和补偿绕组嵌放在励磁铁心的绕组槽中，励磁绕组和补偿绕组同为单相绕组，且励磁绕组的轴线和补偿绕组的轴线在空间上相互垂直；输出铁心，同轴心的固定在支架二圆形壳体的外侧，输出铁心设有绕组槽，输出绕组嵌放在输出铁心的绕组槽中，输出绕组为两组，同为单相绕组，且两组输出绕组的轴线在空间上相互垂直；防尘盖，与支架一圆形壳体的右端固定，中间设有圆孔，传感器轴的右端从防尘盖中间的圆孔中穿出。 

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的感应移相式扭矩测量系统，其特征在于：扭矩传感器的励磁铁心和输出铁心之间存在很小的空气隙。 

3.根据权利要求1所述的基于FPGA的感应移相式扭矩测量系统，其特征在于：扭矩传感器的励磁绕组内为交流电，形成的磁场为脉振磁场，补偿绕组为直接短路的方式连接。 

4.根据权利要求1所述的基于FPGA的感应移相式扭矩测量系统，其特征在于：扭矩传感器的两组输出绕组中的一组单相绕组与可调电容器串接，另一组单相绕组与可调电阻器串接，之后两组单相绕组再并联后引出。 

5.根据权利要求1所述的基于FPGA的感应移相式扭矩测量系统，其特征在于：分别与扭矩传感器的两相输出绕组串接的电容值C和电阻值R需满足约束条件ωRC＝1，其中ω为励磁交流电的角频率。 

6.根据权利要求1所述的基于FPGA的感应移相式扭矩测量系统，其特征在于：扭矩传感器的励磁绕组的轴线与两组输出绕组的轴线，两者初始位置在空间上错开45度角。 

7.根据权利要求1所述的基于FPGA的感应移相式扭矩测量系统，其特征在于：扭矩传感器的支架一和支架二由硬质铝合金制成，励磁铁心和输出铁心采用高磁导率的铁镍软磁合金片或高导磁性硅钢片冲剪叠压构成，励磁绕组、补偿绕组和输出绕组均采用直焊性聚氨酯漆包圆铜线。 

8.根据权利要求1所述的基于FPGA的感应移相式扭矩测量系统，其特征在于：中央数字处理器包括整形模块和数字处理模块，整形模块对传感器输出绕组的电压信号和励磁绕组的电压信号进行处理，转换成两路对应的方波电信号，两路方波电信号存在一定的相位差，且该相位差与传感器轴所加载的扭矩存在对应关系，经过数字处理模块处理后，可以获得精确的相位差值。 

9.根据权利要求1所述的基于FPGA的感应移相式扭矩测量系统，其特征在于：中央数字处理器的数字处理模块，分为外部晶振、倍频电路、基本逻辑门、门控电路、计数电路、锁存器和数据处理单元： 

外部晶振通过倍频电路后产生高频脉冲信号； 

基本逻辑门用于获取两路方波信号的相位差信号，并将高频脉冲信号和相位差信号进行与逻辑运算； 

门控电路用于控制计数电路工作的启停，计数电路分别对相位差内高频脉冲数和一个信号周期内的高频脉冲数进行计数，将计数结果锁存后再传送至数据处理单元； 

数据处理单元将计数结果转化为对应的相位差值，相位差值与负载扭矩值存在一一对应关系，标定后即可实现扭矩的精确测量。