一种基于WIFI及数据推送方式的转轴力矩遥测方法技术

本发明专利技术提供一种基于WIFI及数据推送方式的转轴力矩遥测方法，包括固定在转轴上一起旋转的旋转测量部分、基于WIFI无线路由的固定接收部分、固定在转轴上的环形旋转发射系统、套在发射天线外部的固定环形接收天线系统以及带实时充电的锂电池供电单元。遥测方法包括力矩测量传感器单元、数据放大、A/D转换、传输、处理及应用、数据推送方式、数据的发射与接收、实时充电的锂电池供电单元。本发明专利技术测量方法简单有效，具有数据主动推送、同心圆环形天线系统保证WIFI数据稳定、带实时充电的电源系统提供可靠供电等特点，可有效解决滑环接触电阻的影响及水银对环境造成的污染问题，提高旋转轴扭矩直接测量系统的准确度，降低系统成本。

A method for telemetry of rotating shaft torque based on WIFI and data push

【技术实现步骤摘要】
一种基于WIFI及数据推送方式的转轴力矩遥测方法
本专利技术属于网络自动化领域，尤其涉及一种基于WIFI及数据推送方式的转轴力矩遥测方法。
技术介绍
转轴的扭矩测量分为直接测量和间接测量，间接测量是基于电机功率测量，然后转换为转轴的扭矩，误差影响因素多，只能作为一般的评估。直接测量是在旋转的转轴上直接安装传感器(电阻应变计等)，测量数据传递准确性大大提高。早先的旋转轴扭矩直接测量是将应变计电桥信号直接通过集流装置传输到固定台面进行放大及测量。集流装置一般采用滑环或水银传输数据。由于滑环接触电阻的影响及水银对环境造成的污染都是无法逾越的软肋。随着技术的进步，出现了各种遥测技术。一般都是采用无线电发射装置。由于需要电池供电和复杂的天线系统。并没有非常可靠的产品流行。随着电池技术和网络系统的发展，使得转轴的扭矩测量新方法有了可能
技术实现思路
本专利技术提供一种基于WIFI的无线遥测转轴扭矩测量方法，其目的旨在解决滑环接触电阻的影响及水银对环境造成的污染问题，提高旋转轴扭矩直接测量系统的准确度，降低系统成本。为此，本专利技术所采取的技术解决方案是：一种基于WIFI及数据推送方式的转轴力矩遥测方法，包括固定在转轴上一起旋转的旋转测量部分、基于WIFI无线路由的固定接收部分、固定在转轴上的环形旋转发射系统、套在发射天线外部的固定环形接收天线系统以及带实时充电的锂电池供电单元。旋转测量部分由传感器单元、信号放大器、A/D转换、单片机、无线网卡及锂电池供电系统组成；基于WIFI无线路由的固定接收部分由WIFI路由器、WEB服务器及应用客户端组成；旋转测量部分的无线网卡天线是由套在转轴上的同心圆环形天线，通过绝缘层固定在转轴上一起旋转；WIFI路由器的固定环形天线套在无线网卡天线的外部固定不动；带实时充电的锂电池供电系统由220V电源通过滑环给锂电池充电，为旋转测量部分提供长期使用所需的电源；其具体遥测方法为：(1)力矩测量传感器单元、数据放大、A/D转换、传输、处理及应用力矩测量传感器单元采用沿45°方向贴在转轴上的电阻应变计组成的电桥系统；由材料力学可知，收到纯扭矩的转轴的截面上，受力状况与位置有关，在45°方向的各点受力最大，此为主应力σ方向，而且主应力σ在数值上等于最大剪应力；主应力σ通过应变计测量，沿转轴45°及135°方向粘贴的应变计组成全桥；电桥的输出电压ΔU与应变ε成正比，所测的应变ε与转轴的扭矩M有下列关系：式中：μ和E分别为转轴材料的泊松比和弹性模量；W为转轴截面的抗扭模量，若转轴直径为D，则通过上式可由测得的应变ε换算出转轴的扭矩M的大小，应变ε与测量电桥的输出电压ΔU成正比，即ε＝kΔU式中：k为标定系数，采用在标准的等强度梁上贴同样的应变计组成全桥，在同样的系统中进行标定获得；应变计测量扭矩的数学表达式为：当测量扭矩特别是动态扭矩时，由于应变计和相应的电路要和转轴一起旋转，因此输出方式采用基于WIFI及数据推送方式的无线遥测方法进行；数据放大采用通用信号隔离变送器完成；数据采集由单片机的A/D转换芯片完成；数据传输由基于单片机的串口RS232-无线网卡转换电路采用数据推送方式进行；数据发射和接收由基于无线路由器构成的局域网完成；(2)数据推送方式数据推送方式是由单片机定时将测量数据主动通过无线WIFI网络上传到数据库服务器中，供应用客户端使用；(3)数据的发射与接收数据的发射与接收基于无线WIFI网络，由固定在转轴上的环形旋转发射天线和套在发射天线外部的固定环形接收天线完成；(4)实时充电的锂电池供电单元供电系统由充电部分、锂电池及电源转换系统三部分组成；220V电源通过滑环给锂电池充电，为旋转测量部分提供长期使用所需的电源。本专利技术的有益效果为：本专利技术提出一种基于WIFI及数据推送方式的无线遥测转轴扭矩测量方法，用于转轴力矩的实时在线监测，其测量方法简单有效，具有数据主动推送、同心圆环形天线系统保证WIFI数据稳定、带实时充电的电源系统提供可靠供电等特点，可有效解决滑环接触电阻的影响及水银对环境造成的污染问题，提高旋转轴扭矩直接测量系统的准确度，降低系统成本。附图说明图1是转轴力矩遥测系统结构示意图；图2是转轴力矩遥测系统电路原理图；图3是旋转轴检测程序框图；图4是固定接收程序框图。图中：传感器单元1、信号放大器2、A/D转换3、单片机4、无线网卡5、绝缘层6、旋转天线7、锂电池供电单元8、天线间隙9、固定天线10、WIFI路由器11、WEB服务器12、应用客户端13、转轴14。具体实施方式由图1可见，本专利技术基于WIFI及数据推送方式的无线遥测转轴扭矩测量方法，包括固定在转轴14上一起旋转的旋转测量部分、基于WIFI无线路由的固定接收部分、固定在转轴14上的环形旋转发射系统、套在发射天线外部的固定环形接收天线系统以及带实时充电的锂电池供电单元8。旋转测量部分由传感器单元1、信号放大器2、A/D转换3、单片机4及无线网卡5组成；固定接收部分由WIFI路由器11、WEB服务器12及应用客户端13组成；无线网卡5的旋转天线7由套在转轴14上的同心圆环形天线组成，通过绝缘层6固定在转轴14上一起旋转，固定接收部分由WIFI路由器11的固定天线10套在具有一定间隙的旋转天线7的外部固定不动；带实时充电的锂电池供电单元8由220V电源通过滑环给锂电池充电，获得长期使用所需的旋转电源。1、力矩测量传感器单元、数据放大、A/D转换、传输、处理及应用(1)测量系统集成：图2转轴力矩遥测系统电路原理图所示，采用MSC-98系列单片机4，扩展一片A/D转换电路；通过RS232接口扩展一块RS232转无线网卡电路，作为网络连接设备。由R1,R2,R3,R4电桥组成的测量单元(R0为调零电位器)的输出信号通过信号放大器2放大后由A/D转换3转换成数字，通过无线网卡5、WIFI路由器11传送到数据库服务器。再由WEB服务器12提供给应用客户端13。(2)力矩测量传感器单元：由材料力学可知，收到纯扭矩的转轴14的截面上，受力状况与位置有关。在与45°的方向各点受力最大，此为主应力σ方向，而且σ在数值上等于最大剪应力。主应力σ可以通过应变计测量。应变计沿转轴14的45°及135°方向粘贴，组成全桥。电桥的输出电压ΔU与应变ε成正比，所测的应变ε与转轴14的扭矩M有下列关系：式中：μ和E为转轴材料的泊松比和弹性模量；W为转轴截面的抗扭模量若转轴直径为D，则：通过上式可由测得的应变ε换算出转轴的扭矩M的大小。ε与测量电桥的输出电压ΔU成正比，即：ε＝kΔU式中：k为标定系数。本专利技术采用在标准的等强度梁上贴同样的应变计组成全桥在同样的系统中进行标定获得。应变计测量扭矩的数学表达式为：当测量扭矩特别是动态扭矩时，由于应变计和相应的电路要和转轴14一起旋转，故本专利技术的输出方式采用基于WIFI及数据推送方式的无线遥测方法进行。(3)数据放大：采用120Ω的应变计，供桥电压15V直流，满量程输出电压ΔU为100mV，无法直接进行A/D转换，因此采用通用信号隔离变送器将ΔU转换为满量程±5V。(4)A/D转换：数据的采集由单片机4扩张的12位的A/D转换芯片3完成，将放大后的信号转换为±2047的数字；数据的采样间隔为10mSec。(5)数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于WIFI及数据推送方式的转轴力矩遥测方法，其特征在于，包括固定在转轴上一起旋转的旋转测量部分、基于WIFI无线路由的固定接收部分、固定在转轴上的环形旋转发射系统、套在发射天线外部的固定环形接收天线系统以及带实时充电的锂电池供电单元；旋转测量部分由传感器单元、信号放大器、A/D转换、单片机、无线网卡及锂电池供电系统组成；基于WIFI无线路由的固定接收部分由WIFI路由器、WEB服务器及应用客户端组成；旋转测量部分的无线网卡天线是由套在转轴上的同心圆环形天线，通过绝缘层固定在转轴上一起旋转；WIFI路由器的固定环形天线套在无线网卡天线的外部固定不动；带实时充电的锂电池供电系统由220V电源通过滑环给锂电池充电，为旋转测量部分提供长期使用所需的电源；其具体遥测方法为：(1)力矩测量传感器单元、数据放大、A/D转换、传输、处理及应用力矩测量传感器单元采用沿45°方向贴在转轴上的电阻应变计组成的电桥系统；由材料力学可知，收到纯扭矩的转轴的截面上，受力状况与位置有关，在45°方向的各点受力最大，此为主应力σ方向，而且主应力σ在数值上等于最大剪应力；主应力σ通过应变计测量，沿转轴45°及135°方向粘贴的应变计组成全桥；电桥的输出电压ΔU与应变ε成正比，所测的应变ε与转轴的扭矩M有下列关系：...

【技术特征摘要】
1.一种基于WIFI及数据推送方式的转轴力矩遥测方法，其特征在于，包括固定在转轴上一起旋转的旋转测量部分、基于WIFI无线路由的固定接收部分、固定在转轴上的环形旋转发射系统、套在发射天线外部的固定环形接收天线系统以及带实时充电的锂电池供电单元；旋转测量部分由传感器单元、信号放大器、A/D转换、单片机、无线网卡及锂电池供电系统组成；基于WIFI无线路由的固定接收部分由WIFI路由器、WEB服务器及应用客户端组成；旋转测量部分的无线网卡天线是由套在转轴上的同心圆环形天线，通过绝缘层固定在转轴上一起旋转；WIFI路由器的固定环形天线套在无线网卡天线的外部固定不动；带实时充电的锂电池供电系统由220V电源通过滑环给锂电池充电，为旋转测量部分提供长期使用所需的电源；其具体遥测方法为：(1)力矩测量传感器单元、数据放大、A/D转换、传输、处理及应用力矩测量传感器单元采用沿45°方向贴在转轴上的电阻应变计组成的电桥系统；由材料力学可知，收到纯扭矩的转轴的截面上，受力状况与位置有关，在45°方向的各点受力最大，此为主应力σ方向，而且主应力σ在数值上等于最大剪应力；主应力σ通过应变计测量，沿转轴45°及135°方向粘贴的应变计组成全桥；电桥的输出电压ΔU与应变ε成正比，所测的应变ε与转轴的扭矩M有下列关系：式中：μ和E...

【专利技术属性】
技术研发人员：李连成，王军，李向荣，孙艺娜，李志锋，柴明亮，宋宝宇，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21