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扭矩传感器发展历程

日期：2024-12-28 19:55
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摘要：扭矩传感器发展历程
扭矩传感器的发展历程大致为：光学机械变形类型、电磁感应类型、相位差类型、应变类型。1856 年汤姆逊发现了在机械应变作用下，金属丝电阻会发生变化的现象，这奠定了电阻应变片的研制基础。1938 年鲁奇与西蒙斯制造了纸基式电阻应变片。此后，电阻应变片得到了快速地发展，在工程领域得到了广泛应用，电阻应变片也是用于扭矩测量的一种较佳选择。
应变型扭矩传感器可利用被测物理量在弹性元件上产生弹性变形，因而弹性变形可通过应变片转换成电阻的变化，从而测出扭矩值。在转动状态下可靠地自供电技术和信号传输技术是此类扭矩传感器仍需研究的主要问题。1982 年日本福冈九州大学 Sasada 等研究人员研制出了新型磁头扭矩传感器，利用等离子法在转轴表面喷覆了一段磁致伸缩层，可以使整个测试装置做的紧凑。1984 年，Sasada 等人提出了改进方案，为了获得较宽的动态范围和较好的线性度，采用了具有特定形状的磁场各向异性的三角形或平行四边形磁片。1986 年 Sasada等人研究了应用非晶薄带的磁致伸缩逆效应来检测扭矩，具体的方式是在一段圆轴表面上粘贴非晶薄带，其粘贴方向与圆轴线成 45度角，*后基于此方法成功的研制了螺线管式扭矩传感器。1992 年王荣等人为改善“角度依存性”问题，采用在转轴的表面粘贴一层特制的软磁合金薄带的方法，研制了逆磁致伸缩扭矩传感器。2011 年由淮海工学院的文西芹、李纪明等人研究了一种磁弹性效应的新型扭矩传感器，其气隙扰动小、磁滞小、可满足电助力转向系统的使用要求。
由日立公司研制的 MR 编码器式扭矩传感器是转角型扭矩传感器的典型代表，其工作原理是在被测件之间安装一转轴，在转轴的两端分别装有一个 MR 编码器，由每个编码器的两相正弦输出可以分别计算出转轴两端的角度，再由两个角度交差计算出扭矩。2005 年重庆工学院远程测试与控制技术研究所开发了螺杆差动变压器式的扭矩传感器，当弹性轴受到扭力时，轴会产生一定的扭矩角度，再通过内部的衔铁作用以感应电动势的形式输出。2010 年由淮海工学院和江苏海洋资源开发研究院共同研制了一种非接触测量方式的磁电型扭矩传感器。2014 年赵浩、丁立军等人基于电磁感应原理，设计了一种新型扭矩传感器。
近年来一些新型扭矩传感器不断被开发和研制出来，包括光纤式扭矩传感器、无线声表面波式扭矩传感器、磁敏式扭矩传感器、激光多普勒式扭矩传感器、激光衍射式扭矩传感器等。如美国佛吉尼亚西蒙斯飞行器公司，为了对飞行器的涡轮发动机进行扭矩测试，研发了一种基于光纤技术的光纤式扭矩传感器。重庆大学光电技术及系统教部重点实验室的研究人员，提出了一种新型平板式压电四维力/力矩传感器，大连理工大学联合长春光学精密机械与物理研究所，研制了一种具有分载测量功能的预紧式 Stewart 结构六维力/力矩传感器 。


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