基于磁弹效应的非接触式扭矩传感方法研究

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随着现代科学技术的发展,扭矩测量在许多领域都有重要的应用,例如船舶、航空航天、石油钻机等领域。目前,国内外用于扭矩测量大多是基于非晶态合金薄带的线圈式扭矩传感器,但是粘贴非晶态合金薄带具有耐疲劳性能不好、不具有长期稳定性以及在高温高湿环境下易发生脱落等缺点。所以,本文摈弃了粘贴合金薄带的方案,采用检测磁感应强度、测量电镀镍层的磁导率改变两种方法进行扭矩的测量,能够有效解决合金薄带所带来的问题,并且能够实现扭矩的非接触式测量,为扭矩测量提供了新的研究方法。本文的主要工作如下:首先,分析基于磁感应强度的扭矩传感系统的理论模型,选取铁镍合金1J50用于制作弹性轴的铁磁材料,设计励磁装置,并对其产生的磁场进行仿真分析,最后构建整体实验系统。利用实验系统对扭矩测量进行实验研究,分析其性能指标。其次,分析基于平面柔性传感器的扭矩传感系统的磁导率模型,并分析本实验系统所需要的制轴材料为铝合金6061-T651。根据弹性轴表面镍槽位置以及考虑空间分辨率的因素设计平面柔性传感器,利用ANSYS软件仿真其产生的磁场效应,搭建整体实验装置,确定平面柔性传感器的最佳工作点,并进行实验研究,分析其灵敏度、迟滞性误差、重复性误差等指标。最后,总结两种扭矩传感系统的性能,实验指标,以及优缺点。通过实验证明两种系统用于扭矩测量方面具有可行性,为后续的扭矩测量提供了新的研究方向。
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