扭矩傳感器發(fā)展歷程

更新時間：2024-04-17

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扭矩傳感器的發(fā)展歷程大致為：光學機械變形類型、電磁感應(yīng)類型、相位差類型、應(yīng)變類型。1856 年湯姆遜發(fā)現(xiàn)了在機械應(yīng)變作用下，金屬絲電阻會發(fā)生變化的現(xiàn)象，這奠定了電阻應(yīng)變片的研制基礎(chǔ)。1938 年魯奇與西蒙斯制造了紙基式電阻應(yīng)變片。此后，電阻應(yīng)變片得到了快速地發(fā)展，在工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，電阻應(yīng)變片也是用于扭矩測量的一種較佳選擇。

應(yīng)變型扭矩傳感器可利用被測物理量在彈性元件上產(chǎn)生彈性變形，因而彈性變形可通過應(yīng)變片轉(zhuǎn)換成電阻的變化，從而測出扭矩值。在轉(zhuǎn)動狀態(tài)下可靠地自供電技術(shù)和信號傳輸技術(shù)是此類扭矩傳感器仍需研究的主要問題。1982 年日本福岡九州大學 Sasada 等研究人員研制出了新型磁頭扭矩傳感器，利用等離子法在轉(zhuǎn)軸表面噴覆了一段磁致伸縮層，可以使整個測試裝置做的緊湊。1984 年，Sasada 等人提出了改進方案，為了獲得較寬的動態(tài)范圍和較好的線性度，采用了具有特定形狀的磁場各向異性的三角形或平行四邊形磁片。1986 年 Sasada等人研究了應(yīng)用非晶薄帶的磁致伸縮逆效應(yīng)來檢測扭矩，具體的方式是在一段圓軸表面上粘貼非晶薄帶，其粘貼方向與圓軸線成 45度角，最后基于此方法成功的研制了螺線管式扭矩傳感器。1992 年王榮等人為改善“角度依存性"問題，采用在轉(zhuǎn)軸的表面粘貼一層特制的軟磁合金薄帶的方法，研制了逆磁致伸縮扭矩傳感器。2011 年由淮海工學院的文西芹、李紀明等人研究了一種磁彈性效應(yīng)的新型扭矩傳感器，其氣隙擾動小、磁滯小、可滿足電助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的使用要求。

由日立公司研制的 MR 編碼器式扭矩傳感器是轉(zhuǎn)角型扭矩傳感器的典型代表，其工作原理是在被測件之間安裝一轉(zhuǎn)軸，在轉(zhuǎn)軸的兩端分別裝有一個 MR 編碼器，由每個編碼器的兩相正弦輸出可以分別計算出轉(zhuǎn)軸兩端的角度，再由兩個角度交差計算出扭矩。2005 年重慶工學院遠程測試與控制技術(shù)研究所開發(fā)了螺桿差動變壓器式的扭矩傳感器，當彈性軸受到扭力時，軸會產(chǎn)生一定的扭矩角度，再通過內(nèi)部的銜鐵作用以感應(yīng)電動勢的形式輸出。2010 年由淮海工學院和江蘇海洋資源開發(fā)研究院共同研制了一種非接觸測量方式的磁電型扭矩傳感器。2014 年趙浩、丁立軍等人基于電磁感應(yīng)原理，設(shè)計了一種新型扭矩傳感器。

近年來一些新型扭矩傳感器不斷被開發(fā)和研制出來，包括光纖式扭矩傳感器、無線聲表面波式扭矩傳感器、磁敏式扭矩傳感器、激光多普勒式扭矩傳感器、激光衍射式扭矩傳感器等。如美國佛吉尼亞西蒙斯飛行器公司，為了對飛行器的渦輪發(fā)動機進行扭矩測試，研發(fā)了一種基于光纖技術(shù)的光纖式扭矩傳感器。重慶大學光電技術(shù)及系統(tǒng)教部重點實驗室的研究人員，提出了一種新型平板式壓電四維力/力矩傳感器，大連理工大學聯(lián)合長春光學精密機械與物理研究所，研制了一種具有分載測量功能的預(yù)緊式 Stewart 結(jié)構(gòu)六維力/力矩傳感器。