一种集成式压电扭矩测力仪.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112504524A(43)申请公布日2021.03.16(21)申请号202011316649.6(22)申请日2020.11.20(71)申请人大连理工大学地址116024辽宁省大连市甘井子区凌工路2号(72)发明人任宗金赵顺义洪吉王尊豪张军(74)专利代理机构大连理工大学专利中心21200代理人温福雪侯明远(51)Int.Cl.G01L3/10(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称一种集成式压电扭矩测力仪(57)摘要本发明属传感测控技术领域，公开一种集成式压电扭矩测力仪，包括上输入法兰、主体单元、预紧块、下输出法兰、压电测力单元及内部集成电路板；上输入法兰滑槽处与预紧块顶部连接；上输入法兰轴径外部套有导电滑环，用于给测力仪供电；预紧块侧端留有螺栓孔，通过与主体单元连接实现给压电传感器预紧；下输出法兰一端与主体单元底部通过螺栓连接，另一端与刀具连接；下输出法兰中间设计有电路容仓，电路容仓用于按放集成电路板，集成电路包括微控制单元、供电转换单元、信号调理单元和无线射频单元；下输出法兰设有信号发送口，适用于无线信号的传输。本发明的测力仪的测试扭矩量程大，动态响应好，集成化程度高，抗干扰能力强，适应多种扭矩测量环境。CN112504524ACN112504524A权利要求书1/1页1.一种集成式压电扭矩测力仪，其特征在于，该集成式压电扭矩测力仪包括上输入法兰(1)、主体单元(2)、下输出法兰(3)、预紧块(4)、压电测力单元(5)和集成电路(6)；所述的上输入法兰(1)呈现回转结构，轴径(101)端面的螺栓孔用于与机床连接，内部开有键槽用于扭矩输入；轴径(101)外套设导电滑环；轴径(101)两侧开设有T型滑槽(102)；所述的主体单元(2)，其中部为方形容腔，用于盛放一对预紧块(4)和一对压电测力单元(5)；在主体单元(2)的对角处开有预紧孔(201)，通过螺栓将预紧块(4)、压电测力单元(5)和主体单元(2)固结在一起；所述的下输出法兰(3)，包括集成电路容仓(301)和信号发送口(302)，集成电路容仓(301)用于安装集成电路(6)，信号通过信号发送口(302)传输；下输出法兰(3)与主体单元(2)通过螺栓连接；所述的预紧块(4)为方形结构，顶部有连接螺栓孔(401)与上输入法兰(1)的T型滑槽(102)任意处连接，侧部有预紧螺栓孔(402)经过压电测力单元(5)与主体单元(2)连接，整体不受预紧力影响测量精度；所述的集成电路(6)包括微控制单元(601)、供电转换单元(602)、信号调理单元(603)和无线射频单元(604)，四部分集成；其中：微控制单元(601)内置A/D转换模块，外部设计有R9、R10和R11构成的三电阻分压电路，微控制单元(601)可实现反运算，将还原的电压信号通过串口与无线射频单元(604)通信；微控制单元(601)内设置阈值，通过ADC采集数据进行比较，若出现过载可控制GPIO1输出高电平，实现NPN三极管T3开启，信号调理单元(603)将自动复位；信号调理单元(603)中电荷转换电路(6031)包括由二极管D1、D2、D3和D4以及三极管T1和T2构成的电路保护结构，可实现电位钳制，过载自动复位的智能控制；由滑动电阻R4、电容C1、P沟道MOS管T1、P沟道MOS管T2以及运放U1构成的RC积分电路，其中调节滑动电阻R4可获得不同的输出电压，P沟道MOS管T1和P沟道MOS管T2可有效增大输入阻抗，减少共模干扰；电荷转换电路(6031)、低通滤波电路(6032)、归一化电路(6033)以及输出放大电路(6034)实现集成化，将电荷信号转换、滤波及放大；无线射频单元(604)采用WIFI传输方式实现高频传输，受微控制单元(601)统一控制。2CN112504524A说明书1/4页一种集成式压电扭矩测力仪技术领域[0001]本发明属于传感测控技术领域，具体应用于具有回转特性工业设备的扭矩实时监测，涉及了压电测量、信号调理及高频无线通讯的装置及方法，具体为一种集成式压电扭矩测力仪。背景技术[0002]随着现代加工技术的发展，对于具有回转运动的机器，扭矩是监控机器状态的重要指标；根据机器反馈的扭矩，不仅可以监控切削刀具的受力状态，还能间接反映工件的加工质量；为提高加工精度、防止机器过载以及在切削研究中提供关键数据起着重要作用。[0003]目前，测量扭矩的方式较多，有压电式、应变式、电容式、电感式和磁弹式等多种测量方式，其中以压电式和应变式应用较多；压电式扭矩测力仪以石英晶体作为敏感元件，由于石英晶体的固有特性，压电传感器表现为刚度大，固有频率高，测量范围广，线性及稳定性好，对动态信号测量具有不可