浅析扭矩传感器发展历程
浅析扭矩传感器发展历程
扭矩传感器，又称力矩传感器、扭力传感器、转矩传感器、扭矩仪，分为动态和静态两大类，其中动态扭矩传感器又可叫做转矩传感器、转矩转速传感器、非接触扭矩传感器、旋转扭矩传感器等。 扭矩传感器是对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测。扭矩传感器将扭力的物理变化转换成精确的电信号。扭矩传感器可以应用在制造粘度计，电动（气动，液力）扭力扳手，它具有精度高，频响快，可靠性好，寿命长等优点。
扭矩传感器，又称扭矩仪。扭矩传感器是对各种旋转或非旋转机械零件上扭矩感知的检测。扭矩传感器将扭矩的物理变化转化为电信号。
扭矩传感器的工作原理:
一般来说，扭矩就是外扭矩。比如机床主轴的转动是动力源提供的外力矩的结果，而力矩是内力矩。主轴工作时，刀具切削力对主轴的反作用力使其产生扭转弹性变形，可用来测量扭矩。力矩是使物体转动或扭转的力矩，等于力和力臂的乘积。
转矩是旋转动力系统中常涉及的参数。为了检测转矩，扭转角相位差传感器被广泛使用。宁波辰邦智能扭矩传感器是在弹性轴的两端安装两组齿数、形状和安装角度相同的齿轮，在每个齿轮的外侧安装一个接近(磁或光)传感器。当弹性轴转动时，两组传感器可以测量两组脉搏波。通过比较两组脉搏波前后沿的相位差，可以计算出弹性轴所承受的扭矩量。
宁波辰邦智能扭矩传感器的成熟测试方法是应变电测技术，它具有精度高、频响快、可靠性好、寿命长等优点。用应变胶将测量扭矩的专用应变片贴在被测弹性轴上，形成应变桥。如果应变电桥有工作电源，就可以测得弹性轴扭转时的电信号。这是基本的扭矩传感器模式。
然而，在旋转动力传输系统中，棘手的问题是如何在旋转部分和静止部分之间可靠地传输旋转体上的应变桥的桥压输入和检测到的应变信号输出，这通常通过使用导电滑环来完成。由于导电滑环是摩擦接触，不可避免地磨损发热，限制了转轴的转速和导电滑环的使用寿命。并且接触不可靠造成信号波动，导致测量误差大，甚至测量不成功。
为了克服导电滑环的缺陷，另一种方法是采用无线电遥测:扭矩应变信号在转轴上放大，经V/F转换成频率信号，通过载波调制由无线电发射从转轴传到轴外，再由无线电接收即可得到转轴扭转的信号。转轴上的能源是固定在转轴上的电池。这种方法就是遥测扭矩仪。
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，最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。
