[发明专利]一种制动式固有频率法动态校准扭矩传感器的装置及校准方法

说明书

本发明公开了一种制动式固有频率法动态校准扭矩传感器的装置，包括机械校准装置和电气控制系统，所述机械校准装置包括地基、支撑架、伺服电机、离合器、连接轴、制动器、下耦合器、扭矩传感器、上耦合器、标准惯量盘、气浮轴承、玻璃圆光栅和光栅读数头；所述电气控制系统包括角度信号调理采集装置、扭矩测量仪、制动器控制装置、电机控制装置和计算机。本发明通过将光栅读数头测量的扭矩幅值曲线与扭矩测量仪测量的扭矩波形进行比对校准，与现有技术相比，本发明可以有效提高扭矩传感器的校准幅值。

技术领域

本发明涉及一种制动式固有频率法动态校准扭矩传感器的装置及校准方法，属于扭矩传感器校准技术领域。

背景技术

扭矩传感器广泛应用于航空、航天、船舶、汽车、石油钻探等众多领域，在机械传动系统中，扭矩既是测算动力系统输出功率的重要参数，也是监测动力系统工作状态和健康状况的重要指标。由于动力系统在转动或摆动的过程中，传递的扭矩值是变化的，故扭矩传感器的动态参数是衡量其是否满足测量需求的重要参考标准，在测量动态扭矩参数的应用场合，动态扭矩应用前，对其动态参数进行校准，是保证测量参数准确可靠的重要保证。

到目前为止，动态扭矩参数的溯源仍是行业亟待解决的难题，国内外开展了大量相关研究工作，主要的测试方法包括负阶跃法、冲击法和正弦激励法。负阶跃法是利用砝码施加力矩，在数十微秒内撤掉力矩，并测量传感器的振动参数，以分析其固有频率和阻尼，目前国内可做到的技术指标为：幅值范围（0~5）Nm、频率范围（1~160Hz），随着频率的上升，幅值逐渐降低；冲击法是利用脉冲力对传感器进行激励，通过采集扭矩传感器的输出信号、力锤的输出信号和加速度传感器的输出信号，进行模态分析，得到扭矩传感器的固有频率和阻尼，目前国内可做到的技术指标为：幅值范围（0~5）Nm、脉宽不大于3ms；正弦激励法是利用激振器和动态力传感器，配合力臂对扭矩传感器进行正弦激励，测量扭矩传感器的阻尼和共振频率，目前国内可做到的技术指标为：幅值范围（10~100）Nm、时间常数不小于0.05ms。

另外，有相关计量机构采用比较法进行动态扭矩参数校准，即在施加动态扫频力矩下，比较标准扭矩传感器与被校扭矩传感器的输出值，所使用的标准扭矩传感器为国外采购的动态扭矩传感器，且频率和扭矩幅值范围有限。德国PTB在动态扭矩参数校准方面，采用的校准方法为利用力矩电机作为正弦力矩激励装置，配合摆锤和加速度测量装置，根据摆锤的转动惯量和加速度值，将扭矩传感器的输出值与计算值进行比较，技术指标为：幅值范围（0~20）Nm，频率范围（0~1000）Hz，随着频率的上升，幅值逐渐降低。

综上可知，现有技术对于扭矩传感器的校准幅值范围较为有限，不能对幅值范围较大的扭矩传感器进行校准。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种制动式固有频率法动态校准扭矩传感器的装置及校准方法，可以有效提高扭矩传感器的校准幅值，以克服现有技术的不足。

本发明的技术方案是：一种制动式固有频率法动态校准扭矩传感器的装置，包括机械校准装置和电气控制系统，所述机械校准装置包括：

支撑架；

伺服电机，固定于所述支撑架的底部，且所述伺服电机的输出轴竖直向上；

离合器，固定于所述支撑架上，所述伺服电机的输出轴与所述离合器的输入轴相连；

连接轴，所述离合器的输出轴与所述连接轴的下端相连；

制动器，固定于所述支撑架上，所述制动器的转子与所述连接轴刚性连接；

下耦合器，所述连接轴的上端与所述下耦合器的下端刚性连接；

扭矩传感器，所述下耦合器的上端与所述扭矩传感器的下端刚性连接；

上耦合器，所述扭矩传感器的上端与所述下耦合器的上端刚性连接；