扭振測量基本原理

將磁電式傳感器對正齒輪安裝,當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時,傳感器上感應(yīng)出與齒形有關(guān)的脈沖信號。將該信號進(jìn)行處理得到標(biāo)準(zhǔn)的矩形脈沖波。再將矩形脈沖波輸入到單片機的高速輸入部件(HSI),采用測周法測量每個脈沖的時間寬度。在現(xiàn)代振動測量中所用的傳感器，已不是傳統(tǒng)概念上獨立的機械測量裝置，它僅是整個測量系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，且與后續(xù)的電子線路緊密相關(guān)。具體方法是,利用單片機的高速計數(shù)功能,對單片機的內(nèi)部時鐘進(jìn)行計數(shù),計數(shù)時間由該矩形脈沖控制,根據(jù)計數(shù)值可以計算得到每個脈沖的時寬值。當(dāng)機組穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時,軸系無扭振,如果齒輪齒形完全相同時,則與每個齒對應(yīng)的矩形脈沖寬度都相同,即為軸系轉(zhuǎn)動周期除以齒數(shù);當(dāng)軸系存在扭振時,每個齒對應(yīng)的矩形脈沖寬度發(fā)生變化,其與原寬度之差的大小反映扭振的大小。因此,只要測出每個齒對應(yīng)的矩形脈沖寬度的變化,就可以得到軸的扭振。

      測轉(zhuǎn)角測扭矩是一種特別適合細(xì)長旋轉(zhuǎn)軸的扭矩測量方案。該方案多是在旋轉(zhuǎn)軸的同軸方向上加裝柔性扭桿,通過測量扭桿旋轉(zhuǎn)的相對角度測量扭矩。從此，旋轉(zhuǎn)機械的設(shè)計、運行進(jìn)入了一個新時期，效率高、重量輕的高速轉(zhuǎn)子日益普遍。已有的測轉(zhuǎn)角測扭矩的方案有:電磁式測轉(zhuǎn)角測扭矩、光電式測轉(zhuǎn)角測扭矩、激光式測轉(zhuǎn)角測扭矩、電容式測轉(zhuǎn)角測扭矩等。

      測反作用力測扭矩是通過測量制動扭矩(為阻止電動機的旋轉(zhuǎn)而施加的反扭矩,該扭矩就叫做制動扭矩)測扭矩的一種扭矩測量方案,這種方法有一定的局限性,只能測靜態(tài)力矩。采用這種方案的扭矩測量案例有:扭力扳手、靜態(tài)扭矩實驗測量裝置等。

非接觸測量可以滿足對于扭矩測量的眾多需求:

1)長期不間斷、高可靠性扭矩測量。一般性扭矩傳感器一旦失效,不僅會造成扭矩傳感器自身的損壞,更嚴(yán)重的是會造成被測量設(shè)備的重大機械損壞。轉(zhuǎn)子振動的基本特性旋轉(zhuǎn)機械的主要部件是轉(zhuǎn)子，其結(jié)構(gòu)型式雖然多種多樣，但對一些簡單的旋轉(zhuǎn)機械來說，為分析和計算方便，一般都將轉(zhuǎn)子的力學(xué)模型簡化為一圓盤裝在一無質(zhì)量的彈性轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸兩端由剛性的軸承及軸承座支承。例如:應(yīng)變式扭矩測量裝置中應(yīng)變計的引線需要靠滑環(huán)(見圖1)引出,長時間工作后,滑環(huán)極易發(fā)熱老化,甚至斷裂脫落,所以出于可靠性的考慮,該方案多用于低速旋轉(zhuǎn)軸的短期扭矩測量。如果選擇非接觸式扭矩傳感器測量扭矩,它與旋轉(zhuǎn)軸沒有力的相互作用,工作過程中不受軸向負(fù)載和彎曲載荷,所以零件損耗小,工作壽命長,可以實現(xiàn)長期不間斷、可靠性測量扭矩。

2)高動態(tài)性精磚扭矩測量。傳感器自身的轉(zhuǎn)動慣量是影響扭矩測量精度和動態(tài)性的重要問題,因為傳感器是有重量的,安裝在旋轉(zhuǎn)軸上后就相當(dāng)于增加了一個“額外質(zhì)量”,這一質(zhì)量在旋轉(zhuǎn)軸較輕或者轉(zhuǎn)速較慢的情況下是不能忽略的,那便會導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速明顯下降,測量得到的扭矩大小將受到嚴(yán)重影響。從介紹一般性扭矩測量入手,在分析了非接觸扭矩測量的應(yīng)用需求后,發(fā)現(xiàn)非接觸扭矩測量技術(shù)的突破性發(fā)展為實現(xiàn)不間斷、高可靠性、高動態(tài)性扭矩測量提供了關(guān)鍵性的解決方案,時極大的提高了對被測裝置控制的準(zhǔn)確性。如果采用非接觸式扭矩測量,傳感器對旋轉(zhuǎn)軸無附加外力,這可以從根本上提高測量的動態(tài)性和精準(zhǔn)性,同時有助于提高系統(tǒng)的分辨率。

3)準(zhǔn)確控制被測裝置。因為一般性扭矩測量裝置的體積大,并且要與旋轉(zhuǎn)軸直接接觸,所以存在著一個不可避免的問題,即由于安裝位置不當(dāng),或者接觸測量時產(chǎn)生的干擾力或扭矩而改變旋轉(zhuǎn)軸的運動狀態(tài),這類干擾是隨機的,很難評估和定量,而扭矩測量往往又是作為控制單元的反饋信號。分析旋轉(zhuǎn)機械振動故障時，一般都是指平行振動，即振動質(zhì)量僅沿著直線方向往返運動，包括轉(zhuǎn)軸軸線垂直方向的徑向振動和沿軸線方向的軸向振動兩種形式。這樣就會直接導(dǎo)致控制的準(zhǔn)確性難以保證。唯有采取非接觸式扭矩測量,從源頭上消除傳感器施加在旋轉(zhuǎn)軸上的附加力,末端控制的高準(zhǔn)確性才有可能實現(xiàn)。