一种旋转轴扭矩与转速在线监测系统的制作方法

本实用新型涉及一种旋转轴扭矩与转速在线监测系统。

背景技术：

针对输出大扭矩的动力轴，其结构强度和刚度在很大程度上决定了整车的动力性能，一旦发生故障，会引起较大的经济损失，并且对其进行检修往往要花费大量的时间和费用，所以对于这种旋转轴状态的实时监测是十分必要的。因此，对此类动力输出轴的在线监测传输系统的开发不但有较好的理论意义，也有重大的现实意义。在实际测试动力轴的结构刚度时，由于在设计、测试空间等方面的限制因素，不可能将轴改装或者拆卸以安装测试系统，一方面不能真实反映轴的运行情况，另一方面由于轴在高速旋转，无法使用传统的扭矩传感器进行在线监测。因此，需要从测试系统的结构和原理上进行调整，以适应旋转轴的转速和扭矩在线监测。

技术实现要素：

为解决现有技术中的不足，本实用新型的目的是提供一种旋转轴扭矩与转速在线监测系统，旨在解决现有轴监测技术中，测试系统结构设计不合理，需要改动转轴，监测不方便，影响监测效果的问题。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种旋转轴扭矩与转速在线监测系统，包括24V直流电源、初级电路板、次级电路板、转轴、工装，所述的转轴安装于工装上并与驱动装置连接，所述的转轴上开槽，且槽上开孔与中心孔连通；所述的初级电路板固定于工装上并套在转轴外，且初级电路板上设计有非接触供电平台的发送模块；所述的次级电路板通过卡箍固定在转轴上，且次级电路板上设计有非接触供电平台的接收模块、惠斯通桥电路、信号调整电路、基于AD7799芯片的应变采集电路、主控制器；所述的惠斯通桥电路经信号调整电路接AD7799芯片的采集端口，AD7799芯片接主控制器的SPI通信接口；所述的初级电路板边缘固定有永磁铁，次级电路板上安装有霍尔传感器，霍尔传感器与永磁铁对应，所述的霍尔传感器接主控制器的输入捕捉端口；所述的主控制器通过HC-06蓝牙模块连接PC。

作为优选，所述的发送模块包括制作于初级电路板的初级线圈，用于把PWM脉冲方波转化成正弦波交流电流的DC-AC逆变电路，用于产生PWM脉冲方波的高频发生器，所述的24V直流电源通过DC-DC降压模块连接高频发生器与DC-AC逆变电路，逆变电路接初级线圈的两端，所述的初级线圈并联两个相互并联473μF的补偿电容。

作为优选，所述的接收模块包括制作于次级电路板的次级线圈与用于为模块供电的基于T3168芯片的整流滤波电路，所述的次级线圈并联一个273μF的补偿电容构成并联谐振补偿电路，所述的并联谐振补偿电路一端接一个2A/60V的肖特基二极管后，再并联一个10μF/25V的电容，再并联两个分压电阻，两个分压电阻的公共端接于T3168芯片的输入端，T3168芯片的输出端并联有一个10μF/25V的电容。

作为优选，所述的惠斯通桥电路的两个半桥应变片分别粘贴在传动轴开槽处的上下两侧，每个半桥应变片由两个成90°的电阻应变片组成，每个电阻应变片沿传动轴方向成45°，所述的惠斯通桥电路通过转轴的槽孔布线连接非接触供电平台的接收模块与信号调整电路。

作为优选，所述的主控制器采用STM32F103。

作为优选，所述的信号调整电路包括基于LM358的双运算放大器与低通滤波器。

本实用新型的有益效果：电磁谐振原理设计了无线供电系统，避免对轴进行改装，且影响轴的监测效果，输出不同的电压为各个模块提供稳定的电源输入，并可为桥路两端提供精准的参考电压，在转轴上开槽与孔，在不影响转轴状态的情况下，防止应变片收到干扰；同时，主控制器完成了数据的读取后，将转速信号和应变信号同时发送至上位机显示和保存，实现旋转轴状态的实时在线监测。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的无线供电平台的电路原理图。

图3为本实用新型的系统原理图。

图4为本实用新型的无线供电平台的发送模块的电路图。

图5为本实用新型的无线供电平台的接收模块的电路图。

图6为本实用新型的应变片分布原理图。

图7为本实用新型的应变采集电路的电路图。

具体实施方式

如图1、2、3、4、5、6、7所示，一种旋转轴扭矩与转速在线监测系统，包括24V直流电源、初级电路板1、次级电路板2、转轴3、工装4，所述的转轴安装于工装上并与驱动装置连接，所述的转轴上开槽5，且槽上开孔6与中心孔连通；所述的初级电路板1固定于工装4上并套在转轴3外，且初级电路板1上设计有非接触供电平台的发送模块；所述的次级电路板2通过卡箍固定在转轴上3，且次级电路板2上设计有非接触供电平台的接收模块、惠斯通桥电路、信号调整电路、基于AD7799芯片的应变采集电路、主控制器；所述的惠斯通桥电路经信号调整电路接AD7799芯片的采集端口，AD7799芯片接主控制器的SPI通信接口；所述的初级电路板1边缘固定有永磁铁，次级电路板上安装有霍尔传感器，霍尔传感器与永磁铁对应，所述的霍尔传感器接主控制器的输入捕捉端口；所述的主控制器通过HC-06蓝牙模块连接PC。所述的发送模块包括制作于初级电路板1的初级线圈，用于把PWM脉冲方波转化成正弦波交流电流的DC-AC逆变电路，用于产生PWM脉冲方波的高频发生器，所述的24V直流电源通过DC-DC降压模块连接高频发生器与DC-AC逆变电路，逆变电路接初级线圈的两端，所述的初级线圈并联两个相互并联473μF的补偿电容。所述的接收模块包括制作于次级电路板2的次级线圈与用于为模块供电的基于T3168芯片的整流滤波电路，所述的次级线圈并联一个273μF的补偿电容构成并联谐振补偿电路，所述的并联谐振补偿电路一端接一个2A/60V的肖特基二极管后，再并联一个10μF/25V的电容，再并联两个分压电阻，两个分压电阻的公共端接于T3168芯片的输入端，T3168芯片的输出端并联有一个10μF/25V的电容。所述的惠斯通桥电路的两个半桥应变片分别粘贴在转轴3开槽处的上下两侧，每个半桥应变片由两个成90°的电阻应变片组成，每个电阻应变片沿传动轴方向成45°，所述的惠斯通桥电路通过转轴的槽孔6布线连接非接触供电平台的接收模块与信号调整电路。所述的主控制器采用STM32F103。所述的信号调整电路包括基于LM358的双运算放大器与低通滤波器。

本实用新型依据电磁谐振原理设计了非接触供电平台，并分设在可剖切的电路板板上，其中初级线圈随初级电路板1固定在车体座上，并套在转轴3外，转轴3可在其中转动，次级线圈随次级电路板2固定在轴上，随轴转3动，输出不同的电压为各个模块提供稳定的电源输入，并可为惠斯通桥电路两端提供精准的参考电压；其中，发射模块和接收模块均采用了并联谐振补偿的方式，分别在初级线圈和次级线圈之间并联了补偿电容。发射模块采用了两个相互并联的473μF的补偿电容与初级线圈共同构成并联谐振补偿电路，对初级线圈的电压、电流进行补偿，而接收模块则采用了一个273μF的电容与次级线圈共同构成并联谐振补偿电路，对次级线圈的电压、电流进行补偿。次级线圈经过补偿的电流首先经过一个2A/60V的肖特基二极管进行初步整流，然后再通过一个10μF/25V的电容进行初步滤波，然后经过两分压电阻分压之后再进入T3168芯片进行深层次的整流、滤波、稳压，最后，在输出端又并联了一个10μF/16V的电解电容进行更进一步的滤波，以便于输出波形质量较好的直流电压和直流电流。

转轴上开有槽与孔6，用于安装半桥应变片并布线，可防止外界干扰，并防止影响转轴转动。

应变信号经基于LM358的双运算放大器与低通滤波器调整后输入AD7799芯片的采集端口，并由主控制器的SPI通信接口直接通信AD7799芯片，实现数据提取，且主控制器通过对霍尔传感器的脉冲信号的计数与保存实现转速的测量。主控制器通过HC-06蓝牙模块连接PC实现数据传输，并可在上位机接收端，将HC-06模块与PL2303芯片相连实现串口信号到USB信号的转换，并完成了USB插槽的设计，以实现在线监控。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。