基于双线圈的力矩传感器及其测试系统研究

发布时间：2017-09-03 15:27

  本文关键词：基于双线圈的力矩传感器及其测试系统研究

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【摘要】：近年来,智能自行车日渐受到青睐。它的一项核心功能就是检测骑行状态,从而驱动电机使骑行更省力。力矩传感器是智能自行车的核心部件之一,是安装在各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知、检测的传感器。相比速度传感器与加速度传感器,力矩传感器凭借着精度高、频响快、可靠性好、寿命长等优点,在近几年出口欧美的助力自行车中得到广泛应用。在诸多力矩值测量的方法中,金属应变片力矩测量法以其优异的测试精度和广泛的实用性,在力矩测量领域得到了成熟的发展。为使力矩传感器能在中轴力矩测量中具有更好的工作效果,本文采用了基于双线圈无线供电和无线传输的设计。采用电磁耦合谐振式无线电能传输模式,有效解决了力矩传感器因伴随中轴持续转动而无法采用有线连接供电的问题。同时,采用互感线圈搭载频率信号的方式进行输出信号的无线传输,再将输出频率信号进行比较转换,最终产生可以被电机控制器识别的电压信号。通过实验验证,该传感器良好地完成力矩信号的检测功能。为保证力矩传感器具有良好的输出性能,本文针对力矩传感器的使用环境自主设计了一套自动化测试平台。该平台对力矩传感器在助力自行车中置系统中的使用环境进行仿真,对助力自行车的行车受力进行分析和标定转换,并在测试系统中进行等效替代,实现了平台测试代替实际测试的目标。平台采用伺服电机提供行车动力矩,负载制动器提供行车中所受的各部分阻力,标准转速转矩测量仪对主动轮和从动轮的标准转速转矩测量作为校准标定,程控电源对被测传感器采集电路进行供电。所有下位机设备集成于LabVIEW平台下开发的上位机测试软件,通过PCI-6229采集卡和VISA总线I/O软件进行采集和通讯。测试系统实现了对力矩传感器的耐久性测试和热敏性测试,为力矩传感器的测试提供了全新的方式和方法。除此之外,本文还对力矩传感器进行了性能评价模型PAM(performance assessment model)的建模。该模型可以很好的评价力矩传感器的输出性能,并且以模型预测的方式对力矩传感器的测试结果予以预测。实验结果表明,模型预测的输出值同实际测量值在各种因素的综合影响下,误差在2%~5%范围内。该模型对力矩传感器的预测功能大大缩减了力矩传感器的测试周期,对力矩传感器的测试工作具有十分重要的参考价值。
【关键词】：力矩传感器 双线圈 LabVIEW 自动化测试 性能评估模型
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 研究背景和意义11-13
• 1.2 扭矩传感器的分类13-15
• 1.3 国内外研究现状15-16
• 1.3.1 国外研究现状15-16
• 1.3.2 国内研究现状16
• 1.4 电动助力车助力传感模式发展趋势16-17
• 1.5 课题主要研究内容17-19
• 1.6 本章小结19-20
• 第二章 力矩传感器的总体设计20-31
• 2.1 力矩传感器的工作原理20-27
• 2.1.1 扭矩测量原理20-21
• 2.1.2 扭矩测量理论分析21-24
• 2.1.3 应变片的工作原理24-25
• 2.1.4 测量电路25-27
• 2.2 磁耦合谐振式无线电能传输27-29
• 2.2.1 磁耦合谐振式无线电能传输的整体架构和工作原理27-28
• 2.2.2 无线VF转换信号传输工作原理28-29
• 2.3 基于无线供电和无线传输的力矩传感器设计29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 力矩传感器的软硬件开发31-51
• 3.1 扭矩测量系统硬件电路总体框架31-42
• 3.1.1 无线供电模块设计33-35
• 3.1.2 无线传输模块设计35-42
• 3.2 扭矩传感器软件设计42-49
• 3.2.1 编程环境43-44
• 3.2.2 系统应用程序设计44
• 3.2.3 主程序模块44-45
• 3.2.4 数据的数模转化模块45-46
• 3.2.5 数据处理模块46-49
• 3.3 力矩传感器结果评价49-50
• 3.3.1 传感器电压信号标定49-50
• 3.3.2 力矩传感器设计评价50
• 3.4 本章小结50-51
• 第四章 力矩传感器测试系统设计51-67
• 4.1 助力自行车行驶受力分析51-54
• 4.1.1 行驶阻力分析51-53
• 4.1.2 行驶阻力的模拟53-54
• 4.2 测试平台总体设计54-57
• 4.2.1 力矩传感器性能影响因素分析55-56
• 4.2.2 测试方法及原理56-57
• 4.3 上位机软件设计57-66
• 4.3.1 Lab VIEW软件57-58
• 4.3.2 测试系统软件设计58-66
• 4.4 本章小结66-67
• 第五章 力矩传感器评价性能模型建模67-76
• 5.1 力矩传感器PAM模型67-68
• 5.2 数据拟合68-70
• 5.2.1 耐久性测试传感器精确系数拟合68-69
• 5.2.2 热敏性测试传感器精确系数拟合69-70
• 5.3 性能建模70-72
• 5.4 实验结果验证72-74
• 5.5 模型优化74-75
• 5.6 本章小结75-76
• 第六章 总结与展望76-78
• 6.1 总结76-77
• 6.2 展望77-78
• 参考文献78-82
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文82-83
• 致谢83-84

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本文编号：785831