光柵扭矩傳感器動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與處理研究.pdf

1、水輪機(jī)主軸系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，同時(shí)承受隨機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩和負(fù)載扭矩，不但運(yùn)行狀態(tài)復(fù)雜，傳動(dòng)系統(tǒng)效率也隨之而變化，故確保主軸工作的安全性及監(jiān)測(cè)主軸性能具有十分重要的意義。論文在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“水輪機(jī)主軸機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性研究”的資助下，采用光柵傳感器進(jìn)行主軸扭矩的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量，該系統(tǒng)的研發(fā)為主軸的扭矩監(jiān)測(cè)提供了一種新的有效的手段。 論文首先介紹了當(dāng)前扭矩傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了各種類(lèi)型扭矩傳感器的特點(diǎn)和存在的不足，根據(jù)光柵傳感器可實(shí)現(xiàn)信號(hào)

2、的無(wú)接觸傳輸，并具有抗強(qiáng)電磁干擾的優(yōu)點(diǎn)，提出以光柵傳感器為信號(hào)敏感元件，進(jìn)行水輪機(jī)動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)量方案。 其次，論文以被測(cè)軸兩端光柵副的光電輸出信號(hào)作為輸入信號(hào)，將光柵輸出的光電信號(hào)轉(zhuǎn)換成矩形波信號(hào)，通過(guò)分析旋轉(zhuǎn)軸的各種運(yùn)動(dòng)對(duì)莫爾條紋及光電輸出信號(hào)的影響，得知兩路矩形波信號(hào)的相位與扭轉(zhuǎn)角的關(guān)系，從而建立了測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并推導(dǎo)出具體的測(cè)量計(jì)算公式。根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型可以看出，系統(tǒng)滿足勻速靜態(tài)扭矩測(cè)量，也滿足非勻速動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)量要

3、求，突破了傳統(tǒng)相位差扭矩傳感器只能進(jìn)行勻速條件下的靜態(tài)扭矩測(cè)量。 論文的另外一項(xiàng)工作是根據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)出的測(cè)量計(jì)算公式，完成了數(shù)據(jù)采集卡的研制，包括光電轉(zhuǎn)換電路、啟動(dòng)電路、放大電路、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)DSP采集處理電路及DSP與計(jì)算機(jī)的通信接口電路。 論文還探討了動(dòng)態(tài)測(cè)量輸入數(shù)據(jù)的組成成分，根據(jù)動(dòng)態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)的時(shí)變性、隨機(jī)性、相關(guān)性和動(dòng)態(tài)性等，深入研究了動(dòng)態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)的處理方法，探討了動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)的預(yù)處理、成分分離、