项目名称: 基于表面横波的无线无源转轴扭矩传感系统关键技术研究

项目编号: No.51475306

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 机械、仪表工业

项目作者: 吉小军

作者单位: 上海交通大学

项目金额: 81万元

中文摘要: 针对现有转轴扭矩测量中可靠供电和信号传输的困难,拟研究基于声表面波(SAW)技术的无线无源的物性型扭矩传感和测试系统,着力解决SAW扭矩传感器基础设计理论和提高精度的关键技术。通过偏载扰动理论和有限元技术建立包含粘接层在内的精准SAW扭矩敏感模型和分析软件;采用新型表面横波模式和分布间隙的hiccup谐振器结构,通过Green函数结合有限/边界元精确设计高加载Q值的谐振器结构参数;通过多谐振器同步组合敏感结构、热应力隔离的挠性支撑封装结构及数据融合处理算法抑制温度、弯矩、振动等干扰;通过采用环状缝隙天线、复合同步激励/检测电路以及与之相应的信号处理和频率估计算法提高测试精度和可靠性。通过制作量程范围为10Nm~100Nm和100Nm~1000Nm,在-20℃ ~ 85℃温度范围测量不确定度不超过1%FS (k=2)的原理样机以验证本研究结果。

中文关键词: 表面横波;分布间隙Hiccup谐振器;扭矩传感;综合补偿;无线无源

英文摘要: Because of the difficulties of reliable power supply and signal transmission in rotational shaft torque measurement, Surface Acoustic Wave (SAW) technology is adopted to develop the passive wireless physical property type torque sensing and the measurement system. The technical problems in the theoretical foundation design of SAW torque sensor and practical application are mostly solved. An analyzing soft is designed and an accurate SAW torque sensing model including bonding layer is constructed based on the perturbation theory and the finite element technique. Employing the surface transverse wave mode and distributive gap hiccup resonator, the structure parameters of resonator with high loading Q value is designed by the Green function and FEM/BEM. The signal interferences caused by temperature, bending moment and vibration are suppressed through the sensitive structure with multi resonator synchronous combination, flexible support package structure which isolates thermal stress, data fusion algorithm. The test accuracy and system reliability are improved by utilizing loop slot antenna, composite synchronous excitation/detection circuit and corresponding signal processing and frequency estimating algorithm. Two kinds of prototype are developed which work in the temperature range of -20℃ ~ 85℃ with a uncertainty of measurement no more than 1%FS (k=2). The first kinds of prototype has a measurement range 10Nm~100Nm and another is 100Nm~1000Nm.

英文关键词: Surface Tranverse Wave;Hiccup resonator with distributive gap;torque sensor;integrative compensation;passive and wireless

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