红外扭矩测量仪的研制

　　1引言

　　旋转轴扭矩测量是实际工程中经常遇到的问题，但旋转轴扭矩测量信号传递方式对测量结果有直接影响，通常测量信号的传递是借助于滑环或无线电磁波实现。然而，往往由于被测轴在高速旋转时产生颤振、接触点处产生接触电阻而发生变化，便构成了不可避免的干扰源。即使是使用水银集流器也仍存在着1X10-4Ω的接触电阻，而且易挥发以至造成短路和维护人员中毒现象。无线电传输虽然没有接触电阻引起的噪声，但是对于其它形式的噪声干扰特别敏感，加之发射和接收系统的不稳定性，都将给测量信号带来不可避免的干扰，从而产生较大的测量误差[1]。为了提高测试准确度，简化测试方法，本文介绍采用红外线传递扭矩测量信号的方法，实现旋转轴扭矩无线测量。红外通讯是以红外线作为载体传递数据信息，它作为无线通讯的一种，具有指向性与穿透能力强，不相互干扰等优点，并且易于产生和调制，因此广泛地用在计算机、电视机及各种家用电器控制上。

　　2系统介绍

　　本系统包括两部分:地面固定的红外数据接收装置(主机)和旋转轴上的测量、红外数据发射装置(测量装置)。地面上的主机可以启动旋转轴上的测量装置进行数据采集、红外数据发射。

　　2. 1测量装置

　　测量装置安置在旋转轴上，在轴旋转中进行数据采集和红外数据发射。其工作原理框图示于图1。红外线发射二极管发射红外线具有指向性，经实测，二次调制后的红外线发射二级管发射角度不小于150°，为了保证红外线数据被地面上的红外数据接收装置接收，并且不丢失数据，在旋转轴的圆盘上固定了三个红外线发射二极管并分时发射红外数据。

　　当地面上的主机发出启动测量装置工作的光信号后，旋转轴圆盘卜光电接收二极管1转到地面上光电发射管位置时，光电接收二极管将光信号转变为电信号，由放大器2放大输送到单片机的P1. 0端口。启动单片机3进行数据采集。扭矩传感器为电阻应变片6组成的电桥，电桥将旋转轴扭矩引起的电阻变化量转为微弱的电信号，此微弱电信号由高增益放大器5放大，放大后的电信号被采样/保持器4接收并输入到单片机的A/D转换端口进行模数转换，转换后的数据存储在数据存储器14中，完成一个数据块(( 4K个数据)采集后，单片机开始测量旋转轴旋转一周的时间，根据旋转周期，将发射的数据编码并分时将数据输送到三个红外线发射二极管上发射红外线。这个红外线经过两次调制:首先将串行编码数据对载波信号进行脉冲调制。其次将对波长约940nm的红外光进行幅度调制。数据的编码方式请参阅参考文献[2]。完成一组红外数据发射后，测量一次旋转轴的周期，以便准确的同步发射数据。当采集的一个数据块都发射完后，测量装置处于待命状态。地面主机可以再次启动旋转轴上的测量装置循环工作[3]。单片机的工作程序固化在程序存储器13中。A/D转换采样间隔由微型开关17设置。电池15经升压电路16升压到5V电压为测量装置供电。