一种车辆传动轴的无源低功耗扭矩传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种车辆传动轴的无源低功耗扭矩传感器，包括应变片、连接导线、信号处理与低功耗发射模块、蓄能器和供电模块；供电模块包括安装外壳、压电材料、离心磁力块、电源导线、感应线圈和弹簧；安装外壳随车辆传动轴旋转，供电模块的发电方式有两种：一是通过离心磁力块在旋转离心运动和振动的作用下碰击压电材料产生电流；二是利用离心磁力块在径向运动时被感应线圈切割磁感线产生电流。本实用新型专利技术实现了扭矩传感器的无源供电、信号无线发射和低能耗信号传输，可以进行长时间扭矩信号采集；满足汽车、拖拉机等车辆中轴类零件测试的需要，尤其是面对拖拉机田间作业的情况下，为车辆传动轴的载荷谱长时间采集和长期故障监测提供保障。监测提供保障。监测提供保障。

【技术实现步骤摘要】
一种车辆传动轴的无源低功耗扭矩传感器


[0001]本技术属于传感器测量领域，具体地涉及一种车辆传动轴的无源低功耗扭矩传感器。

技术介绍

[0002]扭矩传感器在汽车、拖拉机、工程车辆等车辆领域的可靠性、耐久性测试中应用非常广泛。车辆传动轴扭矩测试主要有两个目的：第一是研究车辆的加速性能、爬坡性能和动力匹配等动力特性；第二是应用在道路载荷谱采集试验和台架疲劳试验，研究车辆的疲劳耐久性。
[0003]根据测试原理，扭矩传感器可分为应变式、转角相位差式和磁电式等。其中，应变式扭矩传感器是国内外技术最成熟、应用最广泛的一种。随着新技术的发展，近年来出现了光纤式、无线无源声表面波(SAW)式、激光多普勒式等新型扭矩传感器。
[0004]然而，扭矩传感器在电源供电和信号无线传输等方面仍存在问题。
[0005]国内的无线扭矩传感器多采用电池供电、信号发信器功耗高，且体积大、安装不方便；充电式扭矩传感器供电时间短，不适用于长时间测试。国外的传感器产品包括滑环式和无线遥测式扭矩传感器，滑环式扭矩传感器因导电滑环和碳刷之间的磨损发热影响使用寿命、测量精度。除上述方式之外，旋转变压器的供电方式对现场环境的使用安装要求高；射频耦合的方式需要解决耦合效率、稳定性等问题。
[0006]目前，大多数扭矩传感器常用于机械设备的工业监控。如中国专利技术专利申请(申请号：201210118608.5)公开了一种应变式无线传感器，提出了扭矩
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转速测试系统完善的解决方案，但无源供电的问题没有解决且通信模块的功耗相对较高，无法完成长时间测试。考虑到扭矩传感器的供电和无线传输等问题，国内没有合适的产品能够满足像拖拉机等非道路车辆在恶劣田间作业下进行长时间数据采集和动力系统故障监测。

技术实现思路

[0007]针对上述技术问题，本技术的目的是提供一种车辆传动轴的无源低功耗扭矩传感器，能够满足汽车、拖拉机等车辆中轴类零件测试的需要，解决传感器供电、低功耗无线传输、长时间测试的问题，尤其为拖拉机田间作业载荷谱采集和故障监测提供有力工具。
[0008]为了实现上述目的，本技术提供了如下技术方案：
[0009]一种车辆传动轴的无源低功耗扭矩传感器，设置在车辆传动轴1上，该扭矩传感器包括应变片2、连接导线3、信号处理与低功耗发射模块4、蓄能器5和供电模块6。
[0010]所述应变片2沿车辆传动轴1的轴线粘贴在车辆传动轴1上；所述信号处理与低功耗发射模块4、蓄能器5和供电模块6分别固接在车辆传动轴1上；其中，信号处理与低功耗发射模块4和蓄能器5缠绕在车辆传动轴1上；所述应变片2与信号处理与发射模块4之间、信号处理与低功耗发射模块4与蓄能器5之间、蓄能器5与供电模块6之间均通过连接导线3连接。
[0011]所述供电模块6包括安装外壳7、压电材料8、离心磁力块9、电源导线10、感应线圈
11和弹簧12；所述安装外壳7呈圆环状，包括两个可拆分组合的半圆环：第一半圆环A和第二半圆环B；所述第一半圆环A和第二半圆环B环绕车辆传动轴1布置，通过螺栓紧固连接在车辆传动轴1上；所述安装外壳7的内部，沿其周向均匀设有多个卡槽，每个卡槽内均布置有一组离心磁力块9和压电材料8，所述离心磁力块9和压电材料8沿安装外壳7的径向由内向外间隔一定距离依次布置；每个离心磁力块9的内端通过弹簧12与安装外壳7的内环壁连接，且在弹簧12的行程范围内，离心磁力块9能够碰击压电材料8；每个卡槽的内壁上固接一与安装外壳7的径向垂直的感应线圈11，感应线圈11环绕在离心磁力块9的外部，离心磁力块9在沿安装外壳7的径向往复运动的过程中，做切割感应线圈11产生的磁感线运动；各压电材料8之间通过电源导线10并联。
[0012]所述安装外壳7的内部设有10个卡槽。
[0013]所述连接导线3和电源导线10都为同一材质的铜丝导线。
[0014]所述压电材料8为钛酸钡或二维过渡金属碳/氮化物。
[0015]所述离心磁力块9为两端分别为N极和S极的长条形磁铁。
[0016]所述信号处理与低功耗发射模块4包括信号处理单元和低功耗信号发射器。
[0017]与现有技术相比，本技术的有益效果在于：
[0018]1、采用“压电材料
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离心磁力块
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弹簧”组合发电的模式，充分利用车辆传动轴在复杂工况下转动的离心力和振动，实现了扭矩传感器的无源供电。同时，弹簧缓冲了离心磁力块运动，使供电过程更平稳，避免压电材料损伤。
[0019]2、压电材料分组布置并采用并联的连接方式，空间布置更紧凑，而且弥补了其“高电压低电流”的缺点，满足扭矩传感器的供电要求。
[0020]3、提出“供电模块
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蓄能器
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低功耗发射器”这种新型供电传输模式，实现了信号的无线传输，定量存储电能，缓冲脉冲电流的冲击，使系统的电量消耗降至最低，信号传输过程更加平稳。
[0021]4、从根本上解决了传统商业扭矩传感器因考虑电源、有线传输等因素，而导致测试场景受限的问题，实现了扭矩传感器在车辆传动轴上的长时间测试。
附图说明
[0022]图1是本技术的扭矩传感器在车辆传动轴1上的安装示意图；
[0023]图2是本技术的供电模块的剖面结构示意图；
[0024]图3是本技术的扭矩传感器的系统电路图。
[0025]其中的附图标记为：
[0026]1车辆传动轴
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2应变片
[0027]3连接导线
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4信号处理与低功耗发射模块
[0028]5蓄能器
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6供电模块
[0029]7安装外壳
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8压电材料
[0030]9离心磁力块
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10电源导线
[0031]11感应线圈
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12弹簧
[0032]A第一半圆环
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B第二半圆环
具体实施方式
[0033]下面结合附图和实施例对本技术进行进一步说明。
[0034]如图1所示，一种车辆传动轴的无源低功耗扭矩传感器，设置在车辆传动轴1上。该扭矩传感器包括应变片2、连接导线3、信号处理与低功耗发射模块4、蓄能器5和供电模块6。
[0035]所述应变片2沿车辆传动轴1的轴线通过胶水粘贴在车辆传动轴1上。所述信号处理与低功耗发射模块4、蓄能器5和供电模块6分别固接在车辆传动轴1上。其中，信号处理与低功耗发射模块4和蓄能器5通过胶带紧密缠绕在车辆传动轴1上。所述应变片2与信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车辆传动轴的无源低功耗扭矩传感器，设置在车辆传动轴(1)上，其特征在于，该扭矩传感器包括应变片(2)、连接导线(3)、信号处理与低功耗发射模块(4)、蓄能器(5)和供电模块(6)；所述应变片(2)沿车辆传动轴(1)的轴线粘贴在车辆传动轴(1)上；所述信号处理与低功耗发射模块(4)、蓄能器(5)和供电模块(6)分别固接在车辆传动轴(1)上；其中，信号处理与低功耗发射模块(4)和蓄能器(5)缠绕在车辆传动轴(1)上；所述应变片(2)与信号处理与发射模块(4)之间、信号处理与低功耗发射模块(4)与蓄能器(5)之间、蓄能器(5)与供电模块(6)之间均通过连接导线(3)连接；所述供电模块(6)包括安装外壳(7)、压电材料(8)、离心磁力块(9)、电源导线(10)、感应线圈(11)和弹簧(12)；所述安装外壳(7)呈圆环状，包括两个可拆分组合的半圆环：第一半圆环(A)和第二半圆环(B)；所述第一半圆环(A)和第二半圆环(B)环绕车辆传动轴(1)布置，通过螺栓紧固连接在车辆传动轴(1)上；所述安装外壳(7)的内部，沿其周向均匀设有多个卡槽，每个卡槽内均布置有一组离心磁力块(9)和压电材料(8)，所述离心磁力块(9)和压电材料(8)沿安装外壳(7)的径向由内...

【专利技术属性】
技术研发人员：武秀恒，邵雪冬，宋正河，杨子涵，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：新型
国别省市：