通用转矩测量系统的研究
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摘要
转矩、转速、功率测量是各种机械产品的研究开发、测试分析、质量检验、安全或优化控制等工作中所必不可少的内容。通过测量机械设备的转矩、转速、功率，可以分析和研究零件、机构的受力状况和某些物理现象的机理。因此，它对发展设计理论，保证安全运行及实现自动检测、自动控制都有重要作用。
本文首先提出了转矩测量的一种新结构——光栅静态(平均)转矩测量传感器；然后阐述了动态转矩测量的基本原理；接着提出了新的飞轮矩与加速度测量方法，并对其进行了理论推导及实验证明；最后对提出的通用转矩测量系统进行了硬件、软件上的设计。
针对提出的通用转矩测量系统，本文主要在以下几个方面做了工作：
一、转矩测量原理的研究，转矩测量国内外现状的分析；
二、光栅转矩传感器的设计；
三、飞轮矩与加速度测量新方法的提出；
四、传感器接口板芯片的设计和研制；
五、转矩测量软件的编程及实现。
Torque, rotating speed and power measurement are fundamental to the designing, testing, quality checking and optimization controlling of all mechanical products. With measuring them, we can analyze strength of component and physical principle of machine. Therefore, It is important to develop a design theory in order to ensure running safe and realize the automation.
Firstly, I present a new structure of torque measurement梘rating torque sensor. Secondly, introduce the fundamental principle of the dynamic torque. And then bring forward new methods of measuring flywheel moment and acceleration, which has been proved not only by theory, but also by experiment. Finally the design of the general measuring system for torque has been finished.
In this paper, I propose a general measuring system for torque and introduce it with five parts as follows:
1. Research on the principle of torque measurement and analysis of the actualities of traditional instruments of Torque at home and abroad.
2. Design of the grating torque sensor.
3. Bring forward a new method of measuring flywheel moment and acceleration.
4. Design and develop of an interface electrotype of torque sensor.
5. Accomplish the software design of general measuring system for torque.
本文首先提出了转矩测量的一种新结构——光栅静态(平均)转矩测量传感器；然后阐述了动态转矩测量的基本原理；接着提出了新的飞轮矩与加速度测量方法，并对其进行了理论推导及实验证明；最后对提出的通用转矩测量系统进行了硬件、软件上的设计。
针对提出的通用转矩测量系统，本文主要在以下几个方面做了工作：
一、转矩测量原理的研究，转矩测量国内外现状的分析；
二、光栅转矩传感器的设计；
三、飞轮矩与加速度测量新方法的提出；
四、传感器接口板芯片的设计和研制；
五、转矩测量软件的编程及实现。
Torque, rotating speed and power measurement are fundamental to the designing, testing, quality checking and optimization controlling of all mechanical products. With measuring them, we can analyze strength of component and physical principle of machine. Therefore, It is important to develop a design theory in order to ensure running safe and realize the automation.
Firstly, I present a new structure of torque measurement梘rating torque sensor. Secondly, introduce the fundamental principle of the dynamic torque. And then bring forward new methods of measuring flywheel moment and acceleration, which has been proved not only by theory, but also by experiment. Finally the design of the general measuring system for torque has been finished.
In this paper, I propose a general measuring system for torque and introduce it with five parts as follows:
1. Research on the principle of torque measurement and analysis of the actualities of traditional instruments of Torque at home and abroad.
2. Design of the grating torque sensor.
3. Bring forward a new method of measuring flywheel moment and acceleration.
4. Design and develop of an interface electrotype of torque sensor.
5. Accomplish the software design of general measuring system for torque.
引文
[1] 冯浩，刘玉军，陈国定．光栅转矩测量系统的研究．浙江工业大学学报，2002年第2期
[2] 秦树人．虚拟仪器—测试仪器从硬件到软件．振动、测试与震断，2000，Vol．20(1)：1～6
[3] 刘国安，冯浩，刘玉军等．PLD在光栅转矩测量系统中的应用．控制工程，2003年第1期：11～14
[4] 张凤生，徐松柳，张光辉．光电式转矩测量系统．仪表技术，2001年第4期
[5] 张有颐．转矩测量技术．北京：计量出版社，1986年2月第2版
[6] 剻苏苏，陈瑞芳．减速器转矩转速功率曲线的研究．试验技术与管理，2000，Vol．17(1)：54～57
[7] 张星晔，宣明．微机转矩测量系统．长春邮电学院学报，1994，Vol．12(4)：37～40
[8] 张凤生，师忠秀，徐志良．相位式齿栅转矩传感器．仪表技术与传感．1998年第7期：4～6，15
[9] 陈国初，刘广孚．智能化点击转速—转矩特性测试实验装置．青岛大学学报，2001年，Vol．16(3)：18～20
[10] 夏为民．智能转矩转速传感器．测控技术，1999年，Vol．18(9)：32～33，63
[11] 高藏英．转矩转速传感器校验装置．探矿工程，2000年第6期：61～63
[12] 冯祥．MCS～51单片机与PLD可编程器件接口设计．半导体技术，2001年，Vol．26(3)：30～31
[13] 刘君华，路灿．可编程逻辑器件在测控电路中的应用与设计．微电子学与计算机，1994年第5期：9～12
[14] 王明龙，毛德祥．利用Altera可编程逻辑器件开发数字电路设计．实用测试技术，2001年第6期：26～27
[15] 冯祥．可编程逻辑器件在数字系统中的应用．国外电子元器件，2001年第5期：58～59
[16] 徐一凡．电子设计自动化技术和可编程逻辑器件．交通部上海船舶运输科学研究所学报，2001年，Vol．24(2)：114～116
[17] 仵均科．降低交流测速发电机零速输出电压的研究．电机技术，1999年第3期：20～21
[18] 肖本贤，陈荣保，李斌．电机的几种测速方法．机电工程，1998年第1期：55～56
[19] 尚静．高精度直流测速发电机输出交流量的测试分析．微电机，1994年，Vol．27(4)：32～34
[20] 郭庆鼎，王成元，王丽梅等．交流伺服系统的滑模变结构加速度控制法研究．电工技术学报，1996年，Vol．11(2)：34～37，29
[21] 张品福，张克善．自动装置中杯形转子异步测速发电机的零态信号．中小型电机，1994年，Vol．24(5)：49～51
[22] 鲍可进．一种实用的单片机系统的RS～232接口．实验室研究与探索，1997年第5期：75～77
[23] 高玉民．微机串行口通信软件．天津通信技术，1997年第3期：20～21，23
[24] 王志宏．单片机与PC机的串口通讯．现代电子技术，2000年第6期：68～70
[25] 刘艳玲．采用MAX232实现MCS～51单片机与PC机的通信．天津理工学院学报，1999年，Vol．15(2)：57～61
[26] 田岚．浅议VB应用程序界面设计的原则和方法．中国农业银行武汉培训学院学报，2002年第3期：78～79
[27] 牛洪涛．RS～232电平与TTL电平之间的转换．硬件世界，2001年第1期：39～42
[28] 刘国勇．MAX232／MAX232A收发器及其应用．国外电子元器件，1997年1月：28～29
[29] 张晓强，于洪珍，徐立中．微机与单片机通讯接口电路．煤矿自动化，1996年第2期：45～48
[30] 卓清锋，刘和平．单片机式高精度转矩转速效率仪的研究．电工技术杂志，2000年第5期
[31] 张凤生，张光辉．基于单片机的转矩转速测量系统．微机与应用，2001年第6期
[32] 刘文泉．机械工程测试技术．北京：冶金工业出版社，1994
[33] 湘仪动力测试仪器厂．JC型微机扭矩传感器使用说明书
[34] 赵负图．国内外传感器手册．辽宁科学技术出版社，1997．8，pp615～626
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[36] 扶蔚鹏，李吉平，王旭红．感应电动机机械特性测试的一种新方法．长沙电力学院学报(自然科学版)，Vol．16(3)：46～48
[37] 熊勇刚．变飞轮矩传动系统最佳传动比的确定．株洲工学院学报，Vol．11(2)：50～56
[38] 熊滨生，崔光彩，张成群．计算飞轮转动惯量的几种方法．郑州工学院学报，Vol．16(2)：34～40
[39] 罗光祥．电力拖动系统过渡过程浅析，遵义师范学院学报，Vol．3(4)：81～82
[40] 余苏胜，麦俊杰，黄进．基于磁滞测功机的异步电机T-n曲线自动测试方法．中小型电机，Vol．28(1)：48～52
[41] Bishop G.B.,Brothers B.G.,The Developments of Dynamic Torquemeters using Radio Isotopes, Product Design Engineering, 3(1998):71～75
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[43] Sedman M. P., Inline Torque Measurement—Transducer Fundamentals and Basic Application, National Conference on Power Transmission, 2000:66～77
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