一种基于压致发光材料的扭矩及温度多参量传感装置

1.本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种基于压致发光材料的电机或汽车驱动轴扭矩及温度多参量传感装置。


背景技术：

2.随着工业化发展，在各领域都可以看到电机的应用，特别是行驶的汽车中有大量的电机及驱动轴在转动，而严格检验汽车在行驶过程中驱动轴或电机的性能（如扭矩、转速、温度等参数）一直以来都是个挑战。
3.当不同的扭矩施加到汽车的驱动轴上，使汽车加速或减速时，驱动轴会受到因扭力（或应力）产生的微小形变。传统的对驱动轴的扭矩检测一般都是在汽车在出厂时通过测试汽车发动机的负载功率来标定得到的，或是单独通过机器给驱动轴施加不同扭矩来测试其力学性能。而针对行驶中的汽车，由于其驱动轴连接着差速器，差速器连接着传动轴，此类轴承在汽车行驶的过程中在不断的转动，很难针对行驶的汽车测试其驱动轴的实时扭矩变化，且由于汽车使用年限及受损程度或实际行驶过程中的温度变化等原因，这使得汽车出厂标定的扭矩参数误差很大，不能实时反映此刻的真实扭矩，而扭矩异常通常预示着发动机或其他轴承的异常，这将有潜在的危险。因此，特别是随着无人驾驶技术的发展，亟需一种能实时反映驱动轴真实运行状态的传感装置。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于压致发光材料的扭矩及温度多参量传感装置，实现实时检测驱动轴的扭矩变化和温度变化情况。
5.一种基于压致发光材料的电机或汽车驱动轴扭矩及温度多参量传感装置，包括压致发光材料、光电信号处理元件、固定轴、上位机；待测的系统包括差速器和驱动轴，差速器用于给驱动轴施加扭矩；驱动轴上涂覆了所述的压致发光材料；所述的光电信号处理元件为一套筒结构，非接触的套于所述驱动轴上，通过所述的固定轴固定；所述光电信号处理元件中包括感光元件组、信号处理模块和温度传感模块，用于感知所述压致发光材料因驱动轴转动时给压致发光材料应力而发出的荧光信号强度和温度传感模块感知的温度变化，发送至上位机中进行处理显示。
6.所述的压致发光材料是粉末状或胶体状的材料，将紧密贴合涂覆一圈在一段驱动轴上。
7.所述光电信号处理元件为一个不与驱动轴有实质接触的套筒结构，套于涂覆有压致发光材料的驱动轴上，通过所述的固定轴悬挂固定于汽车底盘上。
8.所述光电信号处理元件包括感光元件组、信号处理模块、无线收发模块、温度传感模块；所述的信号处理模块接收到来自所述感光元件组和温度传感模块的电信号，经处理后传输至无线收发模块，无线传输至上位机。
9.所述的感光元件组为光电探测器pd 或ccd或cmos，且所述的感光元件组平铺嵌入在所述光电信号处理元件的内壁。
10.所述的温度传感模块为热敏电阻、柔性薄膜直贴式温度传感器。
11.所述的无线收发模块是具有无线收发功能的模块，包括wifi、蓝牙。
12.所述的上位机是具有信息处理、显示、输入和输出功能的设备，上位机通过有线或者无线的方式与光电信号处理元件进行通讯连接。
13.所述的光电信号处理元件的套筒结构包裹有隔热材料。
14.所述的隔热材料是采用降低空气与驱动轴之间热传递的材料，包括石蜡、岩棉、气凝胶。
15.本发明的有益效果：本发明可实现实时检测驱动轴的扭矩变化和温度等变化情况，具有较高的准确度，可以实现远程检测，尤其适应了无人驾驶时代。
16.值得指出的是，上述技术效果并不是本发明所有的技术方案都能实现。
附图说明
17.图1为本发明一个实施例的系统图。
18.图2为本发明一个实施例中的光电信号处理元件的剖面结构示意图。
19.图3为本发明一个实施例中的基于压致发光材料扭矩传感器的光谱图。
20.其中，差速器1、驱动轴2、压致发光材料3、光电信号处理元件4、固定轴5、汽车底盘6、车轮7、上位机8、隔热材料9、感光元件组41、信号处理模块42、无线收发模块43、温度传感模块44；图2中，a1、a2、a3、a4；b1、b2、b3、b4；c1、c2、c3、c4为集成于光电信号处理元件4内壁的感光元件单元，
“……”
表示还可以有有限的多个。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
22.需要说明的是，当元件被称与另一个元件“连接”或元件被称为“连接至”另一个元件时，它可以直接与另一个元件连接或者也可以存在居中的元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明技术领域的普通技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
23.请参阅图1，其是本发明一个实施例的系统结构图，本发明提供的一种基于压致发光材料的电机或汽车驱动轴扭矩及温度多参量传感装置，包括：压致发光材料3、光电信号处理元件4、固定轴5、上位机8、隔热材料9；差速器1给驱动轴2施加不同扭矩；图1所示为汽车驱动轴，车轮7上存在的负载，驱动轴2上会有对应于扭矩大小的不同形变（或应力，所以驱动轴2上的受到的扭矩大小可以通过监测其上的形变量（或应力大小）来测得。
24.所述的驱动轴2上涂覆了所述的压致发光材料3；所述的光电信号处理元件4为一套筒结构不接触的套于所述驱动轴2上，通过所述的固定轴5固定，图1中与汽车底盘6固定
在一起；如图1、2所示，所述光电信号处理元件4中包括感光元件组41、信号处理模块42和温度传感模块44，用于感知所述压致发光材料3发出的荧光信号强度和温度传感模块44感知的温度变化。图1、2中所示所述光电信号处理元件4进一步包括了无线收发模块43，可通过无线收发模块43发送至上位机8中进行处理并显示；但是对于本领域技术人员来说，如果另外一种可选方式是有线连接并发送至上位机8中进行处理并显示。所述的感光元件组41可以为光电探测器pd 或ccd或cmos等任何在接收到光信号时，可产生光电流的元件，且所述的感光元件组41平铺嵌入在所述光电信号处理元件4的内壁；所述的温度传感模块44可以为热敏电阻、柔性薄膜直贴式温度传感器或其他任何可探测温度变化的模块；所述的信号处理模块42会接收到来自所述感光元件组41和温度传感模块44的电信号，经处理后传输至无线收发模块43；所述的无线收发模块43可以是任何具有无线收发功能的模块（如wifi或蓝牙）。
25.一种基于压致发光材料的电机或汽车驱动轴扭矩及温度多参量传感装置中所述的驱动轴2受差速器1的控制，差速器1通过输出不同的扭矩来控制驱动轴2的旋转速度，且差速器1在施加扭矩时会对驱动轴2有应力作用，使差速器1与驱动轴2间有微小角度变化。所述的压致发光材料3在受到应力变化时会发出不同光强的荧光，所述的压致发光材料3可以是粉末状或胶状的材料，紧密贴合涂覆一圈在一段驱动轴2上。
26.一种基于压致发光材料的电机或汽车驱动轴扭矩及温度多参量传感装置中所述的上位机8可以是任何具有显示、输入、输出功能的设备（如平板电脑、显示屏等等）。
27.一种基于压致发光材料的电机或汽车驱动轴扭矩及温度多参量传感装置中所述的隔热材料9可以是任何可以降低空气与驱动轴之间热传递的材料（如石蜡、岩棉、气凝胶等等）。
28.在本实施例中，当汽车行驶过程中需要加减速时，此时差速器1将输出不同的扭矩施加到驱动轴2上，此过程中由于车轮7存在负载（轿车一般有1吨左右的重量），驱动轴2上会有对应于扭矩大小的不同形变（或应力），方向与驱动轴2旋转方向相反，所以驱动轴上的受到的扭矩大小可以通过监测其上的形变量（或应力大小）来测得。本实施例中基于压致发光材料扭矩传感器，压致发光材料3是一层具有粘性的胶状膜，将该膜紧密贴附一层或多层在驱动轴2的一段，驱动轴2因受到不同的扭矩大小产生不同的形变（或应力）变化将同时作用于该压致发光材料3上，不同的扭矩产生的不同形变（或应力）大小变化对应于压致发光材料3的不同的荧光发光光强度，如图3所示，假设压致发光材料的荧光激发在500 nm，则随着施加的扭矩增大（即应力增大），压致发光材料激发出的荧光光强会逐步上升。而悬挂无接触套在驱动轴上的光电信号处理元件4的内壁集成布满了感光元件组41，感光元件组41将探测压致发光材料3发出的不同荧光的光强度，并转化成光电流输入至信号处理模块42，而温度传感模块44是一个热敏电阻，由于隔热材料9包裹在套筒中温度传感模块44的外壁，使得温度传感模块44处的温度近似于驱动轴的温度，故此处的温度传感模块44可以较为准确的测得驱动轴的真实温度变化，不同温度的变化将对应不同的电阻值，即不同的电流输出，其输出的电流也一同输入至信号处理模块42，信号处理模块42将这两个信号进行区分及线性处理，将结果传输至无线收发模块43，无线收发模块43通过蓝牙配对了一个上位机8（本实施例中为一显示屏），将结果输出到该显示屏上进行显示。由此，即可测得该汽车行驶过程中驱动轴的实时扭矩及温度变化情况。
29.该基于压致发光材料的驱动轴扭矩及温度多参量传感装置中涉及到的上位机8,可以通过一下两种方式与光电信号处理元件4进行数据通讯及传输：1）通过无线的方式：wifi或蓝牙皆可通过光电信号处理元件4上的无线收发模块43与上位机8进行配对连接，以此达到数据传输的目的。
30.2）通过有线的方式：无线通讯难免有信号延迟等缺点，因此上位机8也可通过有线的方式与光电信号处理元件4进行通讯连接。
31.该基于压致发光材料的驱动轴扭矩及温度多参量传感装置可以实时监测行驶中驱动轴的扭矩及温度变化情况，所用到的光电信号处理元件4为一通过一个固定轴与汽车底盘相连接的套筒结构，光电信号处理元件的套筒结构不与驱动轴发生直接的接触，因此可视为一种非接触式的驱动轴扭矩监测装置，同时其上还集成了温度传感模块，可同时监测驱动轴的扭矩变化情况和温度变化情况。因此，本实施例中提出的基于压致发光材料的驱动轴扭矩及温度多参量传感装置具有结构简单，且可实时监测行驶中驱动轴的扭矩及温度变化情况的特点。
32.以上所述实施例的各技术特征可以进行进一步的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
33.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。