用于磁致伸缩式扭矩传感器的改进的间隙补偿制造技术

本发明专利技术提供间隙补偿式扭矩感测系统和用于使用该系统的方法。该系统能够包括与控制器通信的传感器头。传感器头能够包含扭矩传感器和接近度传感器，其耦合到传感器头。扭矩传感器和接近度传感器能够各自感测经过目标和传感器头与目标之间的间隙的磁通。控制器能够由扭矩传感器所感测的磁通，估计对目标施加的扭矩。控制器能够由扭矩传感器和接近度传感器所感测的磁通，确定改进的间隙测量值，该间隙测量值独立于目标的电磁性质。能够以改进的间隙测量值修改所估计的扭矩，以补偿由于间隙上的变化而导致的目标的磁性质上的改变。以该方式，能够提高扭矩测量值的准确度。

Improved Gap Compensation for Magnetostrictive Torque Sensor

The invention provides a gap compensation type torque sensing system and a method for using the system. The system can include a sensor head that communicates with the controller. The sensor head can include a torque sensor and a proximity sensor, which are coupled to the sensor head. Torque sensors and proximity sensors can respectively sense the flux passing through the gap between the target and the sensor head. The controller can estimate the torque applied to the target by the flux sensed by the torque sensor. The controller can determine the improved gap measurement value by the flux sensed by the torque sensor and the proximity sensor, which is independent of the electromagnetic properties of the target. The estimated torque can be modified with improved clearance measurements to compensate for changes in the magnetic properties of the target due to changes in clearance. In this way, the accuracy of torque measurement can be improved.

【技术实现步骤摘要】
用于磁致伸缩式扭矩传感器的改进的间隙补偿
技术介绍
在各种各样的产业中，能够使用传感器来监测装备。作为示例，扭矩传感器能够用于对旋转的机器构件(例如，轴)进行监测，并且，输出信号，这些信号表示对所监测的构件施加的扭矩。通过将所测量的扭矩与设计规格比较，从而能够确定所监测的构件是否在这些规格内操作。磁致伸缩式扭矩传感器是一类采用磁场来测量扭矩的传感器。大体上，磁致伸缩是如下的铁磁材料的性质：其在存在磁场的情况下以材料的形状上的改变(例如，膨胀或收缩)为特性。相反地，铁磁材料的磁性质，诸如导磁系数(支持在材料内磁场发展的能力)可响应于对材料施加的扭矩而改变。磁致伸缩式扭矩传感器能够生成透过轴的磁通，并且，当该传感器与该轴交互时，该传感器能够感测磁通。随着对该轴施加的扭矩的量改变，磁致伸缩式传感器能够基于所感测的磁通，输出表示对该轴施加的扭矩的信号。然而，由于旋转期间的所监测的构件的振动和/或其在形状上的变化，导致使磁扭矩传感器和所监测的构件分离的距离或间隙可能改变。这些在距离上的改变可能致使磁致伸缩式扭矩传感器所感测的磁通上的变化(独立于所施加的扭矩)。所以，由磁致伸缩式扭矩传感器基于所感测的磁通而采集的扭矩测量值可能与轴上的实际扭矩偏离。
技术实现思路
大体上，提供用于磁致伸缩式传感器(诸如，扭矩传感器)的间隙补偿的系统和方法。在一个实施例中，提供一种磁致伸缩式传感器，并且，该传感器能够包括传感器头，该传感器头包括：驱动磁极；两个磁传感器，耦合到相应的感测磁极；以及接近度线圈。驱动磁极能够具有耦合到该驱动磁极的驱动线圈，该驱动线圈能够配置成响应于驱动电流，生成磁通。这两个磁传感器能够各自配置成至少基于由这两个磁传感器感测的第一磁通和第二磁通，输出第一信号。所感测的第一磁通能够产生于所生成的磁通与目标、传感器头与目标之间的间隙以及这两个感测磁极的交互，并且，所感测的第二磁通产生于所生成的磁通与间隙的交互。接近度线圈能够耦合到驱动磁极，并且，接近度线圈能够配置成至少基于第一磁通、所感测的第二磁通以及由接近度线圈感测的第三磁通，输出第二信号。第三磁通能够产生于所生成的磁通与间隙的交互。在另一实施例中，传感器能够包括控制器，该控制器与传感器头电通信。控制器能够配置成：接收第一信号和第二信号；基于第一信号，确定对目标施加的力；基于第一信号和第二信号，确定间隙；以及基于由第一信号和第二信号确定的间隙，调整由第一信号确定的力。在另一实施例中，力能够是扭矩。在另一实施例中，这两个磁传感器能够相对于驱动磁极而大致对称地布置。在另一实施例中，所感测的第三磁通能够大致独立于目标的电磁性质。在另一实施例中，第二和第三磁通能够避免冲突于目标。还提供用于测量目标的接近度的方法。在一个实施例中，该方法能够包括：生成贯穿第一区域、第二区域以及第三区域的磁通，第一区域包括目标、一对第一传感器以及第二传感器，第二区域包括这一对第一传感器和第二传感器，并且，第三区域包括第二传感器；由这一对第一传感器测量第一磁通和第二磁通的组合，其中，该第一磁通产生于所生成的磁通与目标的交互，并且，该第二磁通产生于所生成的磁通与第二传感器和目标之间的间隙的交互；以及由第二传感器测量第一磁通、第二磁通以及第三磁通的组合，第三磁通产生于所生成的磁通与间隙的交互。在一个实施例中，该方法还能够包括：基于这一对第一传感器所测量的第一和第二磁通以及第二传感器所测量的第一、第二和第三磁通的组合，确定第三磁通；和基于第三磁通，确定间隙。在另一实施例中，第三磁通能够大致独立于目标的电磁性质。在另一实施例中，第二和第三磁通能够避免冲突于目标。在另一实施例中，第一和第二传感器中的每个能够是感应式传感器，其配置成基于相应地贯穿传感器的磁场，输出信号。在另一实施例中，这一对第一传感器能够相对于所生成的磁通的起源而大致对称地定位。还提供用于针对间隙变化而补偿扭矩测量值的方法。在一个实施例中，该方法能够包括：利用驱动线圈来生成磁通，其中，该驱动线圈耦合到磁致伸缩式扭矩传感器的驱动磁极；至少基于由这两个磁传感器感测的第一磁通和第二磁通，由两个磁传感器输出第一信号，其中，这两个磁传感器耦合到磁致伸缩式传感器的相应的感测磁极，其中，所感测的第一磁通能够产生于所生成的磁通与目标、磁致伸缩式扭矩传感器和目标之间的间隙以及这两个感测磁极的交互，并且，所感测的第二磁通能够产生于所生成的磁通与间隙、这两个感测磁极的交互；以及至少基于第一磁通、所感测的第二磁通以及由接近度线圈感测的第三磁通的组合，由接近度线圈输出第二信号，该接近度线圈耦合到驱动磁极，第三磁通能够产生于所生成的磁通与间隙的交互。在一个实施例中，该方法还能够包括：基于第一信号，确定对目标施加的扭矩；基于第一信号和第二信号，确定间隙；以及基于由第一信号和第二信号确定的间隙，调整由第一信号确定的扭矩。在另一实施例中，力能够是扭矩。在另一实施例中，这两个磁传感器能够相对于驱动磁极而大致对称地布置。在另一实施例中，所感测的第三磁通能够产生于所生成的磁通仅与间隙的交互。在另一实施例中，第二和第三磁通能够避免冲突于目标。技术方案1.一种磁致伸缩式传感器，包含:传感器头，包括：驱动磁极，其具有耦合到该驱动磁极的驱动线圈，该驱动线圈配置成响应于驱动电流生成磁通；两个磁传感器，其耦合到相应的感测磁极，并且，各自配置成至少基于由所述两个磁传感器感测的第一磁通和第二磁通，输出第一信号，所感测的所述第一磁通产生于所生成的所述磁通与目标、所述传感器头和所述目标之间的间隙的交互，并且，所感测的所述第二磁通产生于所生成的所述磁通与所述间隙的交互；以及接近度线圈，其耦合到所述驱动磁极，该接近度线圈配置成至少基于所述第一磁通、所述第二磁通以及由所述接近度线圈感测的第三磁通，输出第二信号，所述第三磁通产生于所生成的所述磁通与所述间隙的交互。技术方案2.根据技术方案1所述的传感器，包括控制器，该控制器与所述传感器头电通信，并且，配置成，接收所述第一信号和所述第二信号；基于所述第一信号，确定对所述目标施加的力；基于所述第一信号和所述第二信号，确定所述间隙；以及基于由所述第一信号和所述第二信号确定的所述间隙，调整由所述第一信号确定的所述力。技术方案3.根据技术方案2所述的传感器，其中，所述力是扭矩。技术方案4.根据技术方案1所述的传感器，其中，所述两个磁传感器相对于所述驱动磁极而大致对称地布置。技术方案5.根据技术方案1所述的传感器，其中，所感测的所述第三磁通大致独立于所述目标的电磁性质。技术方案6.根据技术方案1所述的传感器，其中，所述第二和第三磁通避免冲突于所述目标。技术方案7.一种接近度感测方法，包含:生成贯穿第一区域、第二区域以及第三区域的磁通，所述第一区域包括目标、一对第一传感器以及第二传感器，所述第二区域包括所述一对第一传感器和所述第二传感器，并且，所述第三区域包括所述第二传感器；由所述一对第一传感器对所述第一磁通和第二磁通的组合进行测量，其中，所述第一磁通产生于所生成的磁通与所述目标的交互，所述第二磁通产生于所生成的磁通与所述第二传感器和所述目标之间的间隙的交互；以及由所述第二传感器对所述第一磁通、所述第二磁通以及第三磁通的组合进行测量，所述第三磁通产生于所生成的磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁致伸缩式传感器，包含:传感器头，包括：驱动磁极，其具有耦合到该驱动磁极的驱动线圈，该驱动线圈配置成响应于驱动电流生成磁通；两个磁传感器，其耦合到相应的感测磁极，并且，各自配置成至少基于由所述两个磁传感器感测的第一磁通和第二磁通，输出第一信号，所感测的所述第一磁通产生于所生成的所述磁通与目标、所述传感器头和所述目标之间的间隙的交互，并且，所感测的所述第二磁通产生于所生成的所述磁通与所述间隙的交互；以及接近度线圈，其耦合到所述驱动磁极，该接近度线圈配置成至少基于所述第一磁通、所述第二磁通以及由所述接近度线圈感测的第三磁通，输出第二信号，所述第三磁通产生于所生成的所述磁通与所述间隙的交互。

【技术特征摘要】
2017.08.11 US 15/6752691.一种磁致伸缩式传感器，包含:传感器头，包括：驱动磁极，其具有耦合到该驱动磁极的驱动线圈，该驱动线圈配置成响应于驱动电流生成磁通；两个磁传感器，其耦合到相应的感测磁极，并且，各自配置成至少基于由所述两个磁传感器感测的第一磁通和第二磁通，输出第一信号，所感测的所述第一磁通产生于所生成的所述磁通与目标、所述传感器头和所述目标之间的间隙的交互，并且，所感测的所述第二磁通产生于所生成的所述磁通与所述间隙的交互；以及接近度线圈，其耦合到所述驱动磁极，该接近度线圈配置成至少基于所述第一磁通、所述第二磁通以及由所述接近度线圈感测的第三磁通，输出第二信号，所述第三磁通产生于所生成的所述磁通与所述间隙的交互。2.根据权利要求1所述的传感器，包括控制器，该控制器与所述传感器头电通信，并且，配置成，接收所述第一信号和所述第二信号；基于所述第一信号，确定对所述目标施加的力；基于所述第一信号和所述第二信号，确定所述间隙；以及基于由所述第一信号和所述第二信号确定的所述间隙，调整由所述第一信号确定的所述力。3.根据权利要求2所述的传感器，其中，所述力是扭矩。4.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述两个磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：DT卢，BF霍华德，PT西皮拉，
申请(专利权)人：本特利内华达有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US