基于非晶态合金压磁效应的全套环式扭矩传感器的研究

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1、硕士学位论文基于非晶态合金压磁效应的全套环式扭矩传感器的研究ResearchonRingTypeTorqueSensorBasedonMagnetoelasticEffectofAmorphousAlloy作者：陈绍鹏导师：石延平教授中国矿业大学二〇一六年六月中图分类号TH7学校代码10290UDC621密级公开中国矿业大学硕士学位论文基于非晶态合金压磁效应的全套环式扭矩传感器的研究ResearchonRingTypeTorqueSensorBasedonMagnetoelasticEffectofAmorpho

2、usAlloy作者陈绍鹏导师石延平申请学位工学硕士学位培养单位机电学院学科专业机械电子工程研究方向机电装备状态监测与安全保障技术答辩委员会主席李威评阅人任乃飞王权二○一六年六月论文审阅认定书研究生陈绍鹏在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢三年的研究生学习即将结束，回想三年来求学过程和论文撰写过程中的点点

3、滴滴，感触颇多。首先衷心感谢我的导师石延平教授。石延平教授为人谦和，平易近人，有敏锐洞察力，对传感器测控技术有着很高的造诣。石教授对作者关怀备至，谆谆教导，教会了作者严谨的科研态度，和很多为人处事的道理。在论文写作过程中，石教授的悉心点播、耐心指导，令作者万分感动。在此谨向导师石延平教授致以最诚挚的敬意和感谢！其次，感谢陪伴了三年的同窗。三年的朝夕相处，互帮互助，产生了很深的感情。还要感谢亲人，是亲人在背后的默默支持，让作者在任何时候都有前进的勇气。最后，向所有关怀、帮助过作者的老师和同学们表示感谢！摘要扭矩是机

4、械传动系统中一个重要的力学物理量。扭矩传感器是取得扭矩信息的重要设备。扭矩传感器的一个重要的发展方向就是在动态条件下实现非接触式测量。测量扭矩的方法、原理有多种，而基于压磁效应的扭矩测量具有非接触式，动态特性好等诸多优点，所以压磁效应在传感器上得到了广泛应用。近年来，新材料不断发展，如非晶态合金、纳米微晶合金，由于其磁特性的优势，在应用于传感器之后，促进了传感器的巨大进步。本文的主要研究分为理论研究部分和试验部分。理论研究部分主要研究内容如下：首先介绍了非晶态合金的基本性能，包括其电学性能、化学性能、力学性能和磁

5、学性能；然后分析了利用非晶态合金的压磁效应实现扭矩测量的原理，选择了Fe基非晶态合金作为传感器的敏感材料，并采用粘贴法作将非晶带材附着于转轴上；最后研究了几种常见扭矩传感器的工作原理，比较了其优缺点。试验部分包括两个部分，一是传感器结构以及软件硬件的设计，二是试验验证。传感器结构以及软硬件设计部分详细如下：设计了一种基于非晶态合金的全套环、多探头、差动、非接触式的扭矩传感器；详细论述了这种传感器的结构组成和工作原理，并通过计算和试验，确定了传感器的最优工作参数，如线圈匝数、励磁电流和频率、探头合理间隙、粘合剂品种

6、等；设计了传感器的静态标定测试系统，包括信号发生电路、测量电路、NIcDAQ数据采集系统和基于LabVIEW的虚拟测量仪器；测量电路部分包括交流电桥、放大器、振荡器、相敏检波器和滤波器等部分；为了信号的准确采集，采用了美国国家仪器公司的CompactDAQ机箱和USB-9215采集卡；利用LabVIEW编写了用于数据分析处理的软件平台，平台的前面板简洁，便于操作。试验验证部分详细如下：进行了加载标定试验；通过在专用的试验台上多次加载试验，对试验数据进行分析处理，得出了传感器的线性度、灵敏度、重复性、迟滞等静态性能

7、指标；最后分析了产生测量误差的原因。本课题研究结果表明，将非晶态合金应用于非接触式扭矩传感器后，传感器输出信号强，精度较好。所以利用非晶态合金的压磁效应实现非接触扭矩测量是可行的。可以预见，在进一步优化研究和完善设计的基础上，将其推广应用于多种实际测量是可以实现的。该论文有图38幅，表17个，参考文献67篇。关键词：扭矩传感器；压磁效应；非晶态合金；全套环式；虚拟仪器IAbstractTorqueisanimportantperformanceindex,whichreflectstheperformanceso

8、fequipment.Oneoftheimportantdevelopmentdirectionsofthetorquesensoristhatachievingnon-contactmeasurementoftherotationanddynamicconditions.Theprinciplesandmethodsofmeasuringtorquearevarious