基于FPGA和单片机的光栅转矩传感器的研究

发布时间：2020-06-20 17:14

【摘要】： 转矩的测量对各种机械产品的研究开发、测试分析、质量检验、安全和优化控制等工作有重要的意义。现有的转矩传感器一般结构复杂,制造安装困难。本文介绍了一种结构简单,测量精度高的新型转矩传感器——基于FPGA和单片机的光栅转矩传感器。 本文主要工作包括: 1、介绍了当前转矩传感器的发展现状,分析了各种类型转矩传感器的特点和存在的不足。 2、介绍了光栅转矩传感器的工作原理,将光栅输出的光电信号转换成矩形波信号,通过分析旋转轴的各种运动对光电输出信号的影响,得知两路矩形波信号的相位与扭转角的关系,从而得到系统测量方案,并推导出具体的测量计算公式。 3、构建了系统实验平台,主要由被测量主轴、光栅对机构、光电装置座三个部分构成。 4、基于现场可编程门阵列(FPGA)和单片机,完成系统硬件电路及软件设计。 5、根据动态测量数据的时变性、随机性、相关性和动态性等,研究了动态测量数据的处理方法。 6、对系统调试和实验。采取先对各个单元模块独立调试与实验的方法,对每个单元电路的性能进行分析处理,然后进行联合调试与实验,并对传感器进行标定。 7、对系统误差进行分析,并提出了改进措施。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TP368.12
【图文】：

应变片是一种很薄的金属片，可以粘贴在待测量物体表面上，当物体加上负载后，就会产生应力，应力传递到应变片，应变片的电阻发生与应变成正比的变化。因此，物体的应变可以通过测量应变片的电阻来测量。图1.1为应变片式转矩传感器，在沿轴料5o方向上分别粘贴有四个应变片，感应轴的最大正、负应变，将其组成全桥电路，则可输出与转矩成正比的电压信号。这种接法可以消除轴向力和弯曲力的干扰。

器正是基于这一效应而设计制造的。由材料力学可知，轴受到转矩作用时，其轴表面会产生最大剪应力。图1.2所示为受扭材料的切向和法向应力在单元面积上的平面应力状态。对于受扭的轴，转轴表面上单元平面边缘处的法向应力为a:口 =rsin(2尹 )(1.2)从公式可知，法向应力的最大值将出现在(卯=450)时，在此种条件下:，一}一气司=日=T/叽(l.3)其中:T—轴所受转矩;叽一轴的抗扭截面模数。

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本文编号：2722715