基于球对称的交流电磁感应环型阵列器原理研究

扭矩是最能反映系统动态性能的典型机械量之一。通过扭矩分析，可提取有效反映机械主轴动态特性变化的转角、振角、角加速度等主要特征参量。为此，采用扭矩测量，实现对机械主轴传动系统动态特性的监测、诊断与控制新方法，是目前国内外学者关注的研究热点之一。针对目前国内外对强冲击、高温、腐蚀、强振动等极端恶劣环境下机械传动主轴系统的扭矩测量仍无有效检测方法的现状，提出一种基于球对称特性和交流电磁感应的环型空间阵列扭矩测量原理研究。设计并研制出由环型非磁性不锈钢管构成、尺寸和磁特性完全相同的磁性钢球组成的环型空间阵列传感器，根据球对称特性和交流电磁感应原理，获得机械主轴传动系统的扭矩信息。由数据采集系统，将输入的模拟信号转换成数字信号，通过计算机处理将输入的机械位移量转换成与时间相对应的数字量，从而实现极端环境下的机械主轴扭矩的在线动态测量。

扭矩是反映机械传动系统性能的最典型的机械量之一。通过扭矩分析，可提取有效反映机械主轴动态特性变化的转角、振角、角加速度等主要特征参量。利用合适的扭矩传感器及测量方法，对机械传动系统的扭矩进行实时监测，对于保障整个传动系统稳定安全的运行具有十分重要的意义，是国内外学者关注的研究热点之一。但目前国内外对强冲击、高温、腐蚀、强振动等极端恶劣环境下机械传动主轴系统的扭矩测量仍无有效检测方法，无法满足航空航天、船舶、钻井、发电设备和铁路机车等领域的迫切需求。. 针对上述问题，重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，在国家自然科学基金的资助（项目批准号：50079032）下，在提出一种全新的，极端环境下的非接触式机械主轴扭矩实时测量原理思想的基础上，重点围绕球对称交流电磁感应环型阵列原理、扭矩传感器及扭矩测量系统的关键科学问题与技术难点开展了深入而系统的研究，较好的完成预期研究目标，并取得以下主要研究成果：. 1. 通过对球对称交流电磁感应环型阵列器的原理研究，建立了球对称交流电磁感应环型空间阵列模型，进行了结构排列仿真及阵列效率实验分析，对球对称特性和交流电磁感应环型空间阵列原理进行了验证，为实现基于球对称特性和交流电磁感应的新型非接触式扭矩测量原理研究，提供了重要理论参考依据。. 2. 在建立球对称交流电磁感应环型空间阵列理论模型及分析研究基础上，设计并研制出了交流电磁感应扭矩传感器，实现了基于球对称交流电磁感应环型阵列器原理的扭矩测量的理论预测。. 3. 建立了基于球对称的交流电磁感应环型阵列器原理的扭矩测量系统，进行了极端环境下的机械主轴传动系统动态特性测量实验，达到预期目标。. 该研究是对传统扭矩测量方法的突破，对促进机械主轴传动系统新型扭矩测量传感器的研究与测量理论和方法的进步，推动机械主轴传动系统制造国产化相关基础科学研究的发展，具有重大的科学意义和十分广阔的应用前景。在国内外权威期刊和国际学术会议上已发表高质量学术论文15篇，其中SCI检索2篇，EI检索4篇；申请中国发明专利3件，获权2件；完成了一部系统论述环型空间阵列传感器测量方法与原理的专著，待出版；完成了机械主轴系统动态特性测量和故障诊断的系统软件设计；已培养硕士生9人，其中5人已毕业；培养博士研究生2人，其中1人已毕业。