动态扭矩的测量
动态扭矩测试仪原理
动态扭矩测试仪原理1.传感器：传感器是测量动态扭矩的核心部件。
传感器的种类很多，最常用的是应变片传感器。
应变片传感器是一种压电传感器，可以将扭矩转换为电信号。
应变片被粘贴在轴或传动元件上，在受到扭矩作用时，产生应变，从而输出电信号。
这些电信号经过放大和滤波处理后，通过信号处理系统传送到数据采集系统。
2.信号处理系统：信号处理系统对传感器输出的电信号进行放大、滤波和调零处理。
其中，放大过程主要是为了增加信号的幅度，使其能够被数据采集系统检测和记录。
滤波过程则是为了去除噪声和杂散信号，提高信号的准确性。
调零处理是为了消除传感器的初始偏移，确保零扭矩状态的准确度。
3.数据采集系统：数据采集系统用于接收和记录信号处理系统输出的扭矩数据。
该系统通常由模数转换器（ADC）、计算机和数据采集软件组成。
ADC负责将模拟电信号转换为数字信号，计算机则对数字信号进行处理、分析和记录。
数据采集软件提供了友好的操作界面，可以实时显示扭矩曲线，并提供数据存储和分析功能。
在动态扭矩测试中，首先需要对被测试的设备进行准备和安装。
将传感器粘贴在旋转轴或传动元件上，确保传感器与旋转轴之间的力矩传递正常。
然后，接通电源，启动测试仪器，并进行零校准和调零处理。
随后，以稳定的转速启动设备，进行测试。
测试过程中，数据采集系统实时记录扭矩和角速度数据，并计算出相应的输出功率、效率等参数。
测试结束后，可以通过数据采集软件进行数据分析和报告生成。
动态扭矩测试仪的原理简单易懂，通过测量扭矩和角速度，可以准确评估旋转机械设备的性能。
该仪器广泛应用于各种领域，如汽车工业、航空航天、电力工业等。
通过使用动态扭矩测试仪，可以帮助用户提高设备的工作效率、减少能源消耗，从而提高生产效益。
扭矩测试的几种方法对比及概念介绍
紧固件扭矩测试方法（拆车）
残余扭矩值是再继续拧紧螺栓/螺母时旋紧一个小角度测得的最小扭矩值。
起动扭矩不能作为残余扭矩。
动态扭矩：当紧固件再被固定的过程中测量得到的最大峰值。
扭力扳手和动力工具都可以施加动态扭矩，动态扭矩不能在紧固件被紧固完之后测量。
动态扭矩加载时进行在线测量得到的扭矩值。
静态扭矩：在一个紧固件被固定好之后，将其在拧紧方向上继续旋转的瞬时所需要的扭矩。
加载后对扭矩进行测量。
检测扭矩：与静态扭矩相同
动态与静态两种扭矩的监控与使用何种工具无任何关系，但是在确认扭矩时却非常有用。
动态扭矩和静态扭矩的测量结果可能并不相同。
静态扭矩会随着时间的推移而衰减，被紧固件为非金属时尤为明显；而且影响静态扭矩的因素较多，与
预紧力之间的线性关系不明显。
动态扭矩不存在随时间推移而衰减的问题；与静态扭矩相比，动态扭矩与预紧力之间的线性关系更明显；通过动力工具可以直接控制动态扭矩。
拧松拧紧法测扭矩(动态扭矩过程检测)
拧松拧紧法测扭矩（动态扭矩过程检测）汽车零部件装配过程中螺纹装配质量尤为关键，螺纹装配过程中螺栓的紧固方式，扭矩结果的测量，都能导致装配质量受影响。
根据汽车装配螺纹连接特性,通过典型的硬连接及软连接紧固件的动静态扭矩的数据进行比较，对动态、静态扭矩进行区分阐述，建立动态、静态扭矩的对照表，针对装配紧固件过程进行测量监控，以确保汽车装配紧固件在整车上的安装连接的稳定性。
一、动态扭矩和静态扭矩的定义动态扭矩就是在零件紧固过程中测量得到的最大峰值，是螺栓克服动态摩擦所达到的扭矩。
扭矩扳子和动力工具都可以施加动态扭矩，像常用的气动风枪、定扭工具、扭紧轴都是动态扭矩。
静态扭矩就是紧固件被拧紧的螺栓停止后，再继续沿着拧紧方向克服静态摩擦所达到的最大扭矩为静态扭矩。
一般使用的表盘式扭矩扳子测量的扭矩值为静态扭矩。
二、连接方式对扭矩测量值的影响对于紧固件的连接方式不同，其作用于联接副的动态扭矩与静态扭矩也有所不同。
可以通过典型的硬连接及软连接紧固件的动静态扭矩的数据进行比较，本文略去具体的测试数据，大家感兴趣可以网上查到经典的静态扭矩在软连接和硬连接中的检测结果。
由对比数据可得出，对于硬连接形式的螺纹副，静态扭矩要大于动态扭矩，而软连接形式的螺纹副，静态扭矩要小于动态扭矩。
三、常用的扭矩检测方法一般在实际生产中对于拧紧效果的检测方法有以下事后检测法和过程检测法。
1、事后检测法（一般用于静态扭矩的检测）松开法（也称拧松法）。
将装配好的螺栓用指示式扭矩扳子慢慢地反向施加扭矩，使其松开，读取松开转动时的瞬间扭矩值，这种测试方式误差较大，除特殊情况外，生产中很少使用。
标记法（也称复位法、划线法）。
检验前先在被检螺栓或螺母和工件之间划上一条线，然后将螺栓或螺母松开，再用表盘式扭矩扳子拧紧到原始划线的位置，然后读出扭矩值，再乘以系数（0.9～1.1），即为测量值。
紧固法（也称增紧法）。
用表盘式扭矩扳子将装配好的螺栓平稳用力逐渐增加力矩，当螺栓开始发生微小的转动时，继续加力，扭矩增大后逐渐减小，记录表盘式扭矩扳手上红色记忆指针所指示的扭矩值，这种测量方法是最为常用的。
扭力测试标准
扭力测试标准扭力测试是指在一定的条件下，对物体施加扭矩，以测定其抗扭性能的一种测试方法。
扭力测试标准是为了规范和统一扭力测试的方法和要求，以确保测试结果的准确性和可靠性。
本文将介绍扭力测试标准的相关内容，包括测试方法、设备要求、测试步骤、数据处理等方面的内容。
1. 测试方法。
扭力测试可以采用静态测试和动态测试两种方法。
静态测试是指在物体受到扭矩作用下保持静止的情况下进行测试，动态测试是指在物体受到扭矩作用下进行旋转运动的情况下进行测试。
根据不同的测试要求和实际情况，选择合适的测试方法进行扭力测试。
2. 设备要求。
进行扭力测试需要使用专用的扭力测试设备，包括扭力传感器、扭力测力计、扭矩扳手等。
这些设备需要经过校准和检定，确保其测量精度和稳定性符合测试要求。
同时，还需要根据测试对象的特点和尺寸选择合适的测试夹具和夹具，以确保测试的准确性和可靠性。
3. 测试步骤。
在进行扭力测试时，首先需要对测试设备进行检查和校准，确保其正常工作。
然后根据测试要求和标准，设置测试参数和条件，包括扭矩大小、测试速度、测试时间等。
接下来将测试对象安装到测试夹具上，并进行预紧和调整，以确保测试对象处于稳定和合适的状态。
最后进行扭力测试，并记录测试数据。
4. 数据处理。
在完成扭力测试后，需要对测试数据进行处理和分析。
首先对测试数据进行整理和归档，然后进行数据分析和统计，得出测试结果和结论。
同时，还需要对测试过程中出现的异常情况和问题进行分析和处理，以确保测试结果的准确性和可靠性。
5. 结论。
扭力测试标准是保证扭力测试准确性和可靠性的重要保障，只有严格遵守相关的测试标准和要求，才能够得到准确和可靠的测试结果。
在进行扭力测试时，需要严格按照标准的要求进行操作，确保测试过程的规范和标准化。
同时，还需要对测试设备进行定期的维护和保养，以确保其正常工作。
通过扭力测试标准的规范和执行，可以提高测试结果的准确性和可靠性，为产品的设计和生产提供可靠的依据。
扭矩的测量方法和原理
扭矩的测量方法和原理扭矩是物体绕轴旋转时受到的力矩，它是描述旋转力大小和作用位置的物理量。
在工程和科学研究中，测量扭矩是非常重要的。
本文将介绍扭矩的测量方法和原理。
常见的扭矩测量方法有静态法、动态法和电信号法。
静态法主要是通过杠杆原理，将扭矩传感器固定在被测物体上，然后根据测得的传感器输出信号计算出扭矩值。
动态法则是测量物体在旋转过程中的扭转角度和加速度，通过牛顿第二定律推导出扭矩值。
电信号法则是利用电极或电阻应变片等装置，将扭矩转化为电信号，再通过电路进行测量。
下面从静态法和电信号法两个方面详细介绍扭矩的测量原理。
一、静态法静态法是一种利用杠杆原理进行扭矩测量的方法。
其原理可由下式表示：M=F×l式中，M是扭矩，单位是牛顿米（N·m）；F是施加在杠杆上的力，单位是牛顿（N）；l是施力点到旋转中心的距离，单位是米（m）。
在实际测量中，需要将扭矩传感器固定在被测物体上，使其与旋转轴平行。
当物体受到扭矩时，扭矩传感器会产生相应的变形，进而输出电信号。
通过测量传感器的输出信号，可以计算出施加在物体上的扭矩大小。
静态法的优点是测量精度高，并且适用于不同形状和材料的物体。
然而，静态法只适用于低速旋转的物体，因为在高速旋转时，由于离心力的影响，无法准确测量扭矩值。
二、电信号法电信号法是一种常用的扭矩测量方法。
其原理是利用电阻应变片的变形来测量扭矩。
当物体受到扭矩作用时，电阻应变片会产生相应的应变，从而引起电阻值的变化。
通过测量电阻值的变化，可以间接得到扭矩变化的大小。
电信号法的基本原理如下：1.将电阻应变片安装在固定的位置上，使其与旋转轴垂直。
2.当物体受到扭矩作用时，电阻应变片的传感网格发生形变，导致电阻值的变化。
3.将电阻值变化转化为电信号输出。
4.通过测量电信号的强度，可以得到扭矩的大小。
电信号法的优点是测量范围广，可适用于高速旋转的物体。
此外，电信号法具有快速响应、准确可靠等特点。
扭矩测量方法
扭矩测量方法扭矩是描述物体围绕固定轴线旋转的力的物理量，是衡量物体转动状态的重要参数。
在工程领域中，扭矩的测量是非常重要的，它直接关系到机械设备的性能和安全。
因此，掌握正确的扭矩测量方法对于工程技术人员来说至关重要。
一、扭矩传感器。
扭矩传感器是测量扭矩的重要工具，它能够将扭矩转化为电信号输出，通过测量电信号的大小来确定扭矩的大小。
扭矩传感器的选择应根据测量对象的特点和测量要求来确定，常见的扭矩传感器有电阻应变式、电容式、电磁式等多种类型。
二、扭矩测量方法。
1. 静态法。
静态法是最常用的扭矩测量方法之一，它通过固定被测物体的一个端点，然后施加一个力矩，通过测量被测物体的变形或者应变来计算扭矩的大小。
这种方法简单易行，适用于大多数静态扭矩测量。
2. 动态法。
动态法是一种在物体运动状态下进行扭矩测量的方法，它适用于需要测量旋转物体的扭矩。
通过在旋转轴上安装扭矩传感器，可以实时监测旋转过程中的扭矩变化，从而得到准确的扭矩数据。
3. 拉力计法。
拉力计法是一种通过测量拉力计的拉力来计算扭矩的方法，它适用于一些特殊的扭矩测量场合，如螺栓拧紧力矩的测量等。
通过将拉力计安装在扭矩作用点上，可以实现对扭矩的准确测量。
4. 液压法。
液压法是一种通过测量液压系统的压力来计算扭矩的方法，它适用于一些需要大扭矩测量的场合。
通过将液压系统与被测物体连接，可以根据液压系统的压力变化来计算扭矩的大小。
三、注意事项。
在进行扭矩测量时，需要注意以下几点：1. 选择合适的扭矩传感器，确保其测量范围和精度符合测量要求。
2. 在进行扭矩测量前，需要对测量系统进行校准，确保测量结果的准确性。
3. 在进行动态扭矩测量时，需要考虑旋转物体的惯性和动态特性对测量结果的影响。
4. 在进行液压法扭矩测量时，需要注意液压系统的密封和稳定性，以确保测量结果的准确性。
通过以上方法和注意事项，可以实现对扭矩的准确测量，为工程技术人员提供可靠的数据支持，保障机械设备的正常运行和安全性能。
动态扭矩传感器工作原理
动态扭矩传感器工作原理
动态扭矩传感器是用于测量物体转动时所受到的扭矩大小和方向的设备。
其工作原理基于电磁感应和应变传感技术。
具体工作原理如下：
1. 感应原理：动态扭矩传感器内部包含一个感应器，通常是一组线圈。
当物体受到扭矩作用时，它会发生形变，进而导致线圈内部的磁场发生变化。
2. 电磁感应：由于磁场的变化，线圈内部会产生感应电流，根据法拉第电磁感应定律。
感应电流的大小与外界施加的扭矩成正比。
3. 信号处理：感应电流经过传感器内部的信号处理电路进行放大和滤波。
信号处理电路可将感应电流转化为输出电压或当前扭矩值。
4. 输出结果：根据信号处理器的处理结果，动态扭矩传感器可以提供当前扭矩的数字或模拟输出值，供外部设备使用。
需要注意的是，由于动态扭矩传感器测量的是转动时产生的扭矩，因此其安装位于物体转动的轴上或与之相连接的部分上。
动态扭矩传感器原理
动态扭矩传感器原理
动态扭矩传感器原理：
动态扭矩传感器是一种可以测量并监测动态扭矩的传感器。
它是一种由电子元件、探头和芯片组成的系统，可以通过它来测量和监测不同类型的动态扭矩信号。
动态扭矩传感器的基本原理是利用电磁感应原理，它使用一个可以产生电磁场的线圈和一个可以探测电磁场的传感器。
当线圈受到动态扭矩的作用时，线圈中的电流将会变化，而传感器就可以探测到这种电流变化，从而得到动态扭矩信号。
动态扭矩传感器可以非常准确地测量动态扭矩，它的测量精度可以达到±0.5%。
它的测量范围可以覆盖从0-100Nm到1000Nm的所有扭矩范围，因此，它可以用于测量各种类型的扭矩，例如汽车、机器人和船舶等。
动态扭矩传感器也可以用于监测轴承的转速。
它可以监测轴承的旋转情况，从而检测出轴承是否存在卡顿、异常噪声等问题。
这样可以帮助维修人员及时发现轴承的故障，从而有效地保障设备的可靠性和安全性。
除了测量和监测动态扭矩外，动态扭矩传感器还可以用于驱动电机的转速控制。
可以通过动态扭矩传感器来测量电机的扭矩，然后根据扭矩信号来控制电机的转速。
这
样可以大大提高电机的工作效率，从而有效地提高设备的性能和效率。
总之，动态扭矩传感器可以准确、稳定地测量和监测动态扭矩信号，因此它对现代工业至关重要。
它可以应用于各种类型的设备，比如汽车、机器人和船舶等，可以有效地提高设备的性能和效率。
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动态扭矩的测量摘要：按照不同的测量原理，将扭矩测量方法分为平衡力法、能量转换法和传递法三大类。
应用最为广泛的是传递法扭矩测量方法，阐述了具体测量方法的原理、特点和适用范围。
并且简单介绍了采用磁栅转矩传感器和一种新的微机辅助相位差检测方法，并归纳出扭矩测量方法的主要发展趋势。
关键词：传感器扭矩相位差转矩测量技术相位差检测磁栅在扭矩作用下，机械构件将产生一定程度的扭转变形。
因此，扭转力矩又被称为转动力矩，简称扭矩.扭矩是能够反映机械传动系统性能的典型机械量，扭矩测量具有非常广泛的应用。
动态转矩是转矩值随时间变化很大、很快的转矩其中包括:①振动转矩:起因于机械传动系统的扭转振动,转矩值的波动具有一定周期,特征参数有转矩平均值Tm、最大振幅ΔT max、基波及各次谐波频率fi、振幅Ti;②过渡转矩:反映传动系统工作状况转换时的转矩变化过程,其特征参数有最大转矩值Tmax、最小转矩值Tmin和转矩变化率ΔT∕Δt;③随机转矩:这是一种不确定的、无规律的变化转矩,其统计特征有均方值、概率密度函数、自相关函数及功率谱密度函数。
可见动态转矩充分表征了机械传动系统的特性,对它的测量和分析是各种机械产品的开发研究、性能分析、质量检验、型式鉴定、优化控制等工作中必不可少的。
1 扭矩测量方法分类按测量原理分类，扭矩测量方法可分为平衡力法、能量转换法和传递法三大类，其中传递法的应用最为广泛。
1.1平衡力法处于匀速工作状态的传动机械构件，其主轴和机体上一定同时存在一对扭矩T 和 T′，并且二者大小相等、方向相反。
通过测量机体上的 T′来测量主轴上T 的方法称为平衡力法。
设 F 为力臂上的作用力，L 为力臂长度，则 T′=LF。
可见，测得 F 和 L，即可得出 T′和 T。
平衡力法的优点是不存在传递扭矩信号的问题，力臂上的作用力 F 容易测得；缺点是测量范围仅局限为匀速工作状态，无法完成动态扭矩的测量。
1.2能量转换法能量转换法是指根据能量守恒定律，利用热能、电能等其他参数来测量扭矩的一种间接测量方法。
这种方法并不常用，其测量误差相对较高，一般为±（10～15）%，只有当直接测量无法进行时才考虑采用该种方法。
1.3 传递法传递扭矩时弹性元件的物理参数会发生某种程度的变化，利用这种变化与扭矩的对应关系来测量扭矩的方法被称为传递法。
按照不同的物理参数，可将传递法进一步划分为磁弹性式、应变式、振弦式、光电式、磁电式、电容式、光纤式、无线声表面波式、磁敏式、激光多普勒式、软测量式、激光衍射式等多种扭矩测量方法。
目前，国内外扭矩测量所应用的方法绝大多数是传递法。
在测试扭矩和转速的场合中通常,要将扭矩和转速信号转换成电信号进行测量。
最常用的测量方案有(1)采用磁电式相位差型传感器其工作原理是当输入、输出轴未施加扭矩时,传感器输出两路正弦信号彼此相差180°;当施加扭矩时,两路正弦信号彼此相差会发生变化,根据相差即可计算出扭矩大小,根据某路正弦信号频率即可计算出转速大小。
可以同时获得扭矩、转速信号,且工作稳定可靠;(2)采用电阻应变式传感器,这种传感器的工作原理是力→应变→电阻变化→电压输出。
它的优点在于体积小但它的输出信号是基于电阻的变化而得到的,受温度、电源电压等环境参数的影响较大由于它输出电压值只有毫伏级,使用它必须对其信号进行放大，需要高精度的放大电路。
２.采用磁栅转矩传感器和微机辅助相位差检测方法２.１磁电式扭矩测量法介绍2.1.1工作原理在弹性轴上安装两个相同的齿轮，磁芯和线圈组成信号采集系统，齿顶与磁芯之间预留出微小间隙，当轴转动时，两个线圈中分别感应出两个交变电动势，而且交变电动势仅与两个齿轮的磁芯相对位置和相交位置有关，通过检测电动势的大小即可得到相应的扭矩值，这种扭矩测量方法被称为感应式扭矩测量法或磁电式扭矩测量法，其工作原理如图１所示图１磁电式扭矩测量法工作原理磁电式扭矩测量法的优点是精度高，成本较低，性能可靠，其为非接触测量，即不需要电源和中间传输环节；其缺点是结构复杂，频响有限，难以制造，响应时间较长，相应的传感器尺寸和质量较大，低速时信号小而高速时动平衡困难。
磁电式扭矩测量法适用于测量能够产生较大转角位移的扭矩，能够测量启动和低速转矩。
由于其动态特性不好，所以不适于高速转动轴的扭矩测量。
2.1.2输出信号处理当输入、输出轴未施加转矩时,传感器输出两路正弦信号,彼此相差180°;当施加扭矩时,两路正弦信号彼此相差会发生变化。
将变化的信号送入单片机,计算出相位差,根据相差即可计算出扭矩大小,根据某路正弦信号频率即可计算出转速大小。
信号处理框图如图2所示。
单片机图2相位差测量电路原理框图(1)信号处理电路的设计磁电式相位差型扭矩传感器输出两路近似正弦的信号,由于其幅值小且频率较高 (转速一般为0～4 000 r/m in) ,必须采用高精度、高速电压比较器检测其过零点。
输入的正弦信号Va及Vb经零交叉比较器后整形为方波,由微分电路取出边沿脉冲加到R2S触发器上,一路使R2S触发器置位,另一路使R2S触发器复位,故R2S触发器输出的脉冲宽度即代表两路信号的相位差 (初始相位角一般为180°),而该方波的频率就是转速。
将该信号送入单片机处理,可获得扭矩及转速参数值。
相位差检测电路原理如图3。
单片机图3相位差信号检测电路原理图(2)信号处理算法设计相位差测量方法通常采用相位差测量转换为固定时间间隔测量。
该方法存在明显缺陷:测量精度会随测量信号频率变化而改变。
扭矩、转速大小分别转换成了方波的高电平的宽度和方波的频率大小。
当转速变化时,在相同脉冲数下高电平和整个脉冲的宽度计数值也是变化的。
所以,在相同脉冲数下计算扭矩大小,不同转速时,扭矩的测量精度是不同的。
为了达到等精度测量的效果,本系统在相同计数值下计算扭矩值。
２.２磁栅转矩传感器测量系统构成与测量原理２.２.１系统构成如图4所示。
磁栅转矩传感器的主要设计参数:额定量程10kg·m ;满量程转矩作用下,两磁栅的相对扭转角0.61°;磁栅外径D = 120mm。
磁栅1上有双磁道和,磁栅2上有单磁道。
磁道和上所录的波数Z1 = 1200个波周,磁道上所录的波数Z 2 = 3000个波周。
扭轴旋转时,磁头1, 2, 3和4分别拾磁输出正弦信号S1, S2, S3和S4。
其中S1和S2经分频后形成转矩测量所需的两路比相信号; Ｓ３和Ｓ4经倍频后,形成相位差辅助测量和转矩的判向信号。
图4系统构成简图2.2.2.相位转矩测量原理同频正弦信号S1和S2之间的相位关系反映了扭轴传递的转矩信息,将它们进行分频,而后测量两分频信号的相位关系,即可测知转矩。
分频的原因是:①磁道、上的录磁波数Z1= 1200,这是为了保证拾磁信号的质量。
若不经分频,而直接测S1和S2之间的相位关系,则在额定的工作转矩范围内,会造成S1和S2之间发生2Π相位翻转,这是不允许的。
②经适当分频,减少磁栅每转一周的比相测量次数(即降低测量采样的频率),以满足动态测量过程中微机进行数据预处理(必要的计算、存储)对时间的要求。
设A、B分别为S1和S2经K1= 4分频后得到的信号。
当扭轴空载旋转时,信号A、B的频率随转速而改变,两者间的相位关系一定。
调整磁头1 (或2) ,使A、B之间的初始相位差为零。
当扭轴传递动态转矩T( t)时,由于扭轴的扭转变形,磁栅1和2发生相对扭转,使A , B间的相位关系发生了θ(t)的变化, T(t)和θ(t)均是时间的连续函数。
实际测量则是对它们的离散采样,采样频率(Z1∕K1) 次转。
设对θ(t)的第i次采样测量结果为θ( i) ,理论上, T(t)的采样结果T(i)和θ(i)之间有如下关系式中, G为扭轴材料的切变弹性模量, d、L分别为扭轴的直径和有效长度。
可见,T(i)的测量归结为准确地测定随时间变化的相位差θ( i)。
2.3相位差θ(i)的测量θ(i)的测量包括两方面:一是测其大小,二是判向,即判别扭轴的旋转方向。
对θ(i)的大小进行测量是基于两路辅助测量信号:一路是高频时钟脉冲CP;另一路则由正弦信号S3和S4产生。
同时, S3和S4也用于判向。
2.3.1．基于S3和S4的辅助测量脉冲与判向图5辅助测量及判向脉冲P +、P -的形成调整磁头3与4之间的相对位置,使S3和S4相位互差90°。
以S3、S4为原始信号,经电阻链移相细分,获得相位分别为0,∏∕6,2∏∕6,3Π∕6, 4Π∕6, 5Π∕6的输出信号,它们经过零整形,产生六路1∶1占空比的方波,分为二组: F(0) , F (Π∕3) , F (2Π∕3) ; F (Π∕6), F(3Π∕6) ,F(5Π∕6)。
这两组方波分别经异或门组合处理,得到细分的新方波C和D ,见图5(a)。
它们的周期是原信号周期的三分之一,相位互差90°。
至于C超前D ,还是D超前C ,则取决于扭轴的旋转方向。
假设当扭轴正向旋转时, S3超前S4 90°,则有C超前D 90°。
而当扭轴反向旋转时,S3滞后S4 90°,亦有C滞后D90°。
利用方波C、D产生辅助测量脉冲及判向的原理示于图5(b)。
图中C1, C2, D1, D2分别为方波C、D的上升沿和下降沿触发的单稳脉冲。
由C , D , C1, C2, D1, D2可产生辅助测量及判向脉冲信号P +、P - ,其逻辑关系如下:当扭轴正向旋转(即方波C超前D 90°)时, P +处有负脉冲输出;当扭轴反向旋转时,P-处有负脉冲输出。
P+(P-) 的频率与S3(S4) 的频率之比K2=12。
2.3.2 θ( i)的测量图6“二次细分测量”原理图图6是假定扭轴正向旋转时,基于时钟脉冲C P的辅助测量及判向脉冲P +对θ( i)进行“二次细分测量”的原理图。
图中A′、B′是信号A、B经波形变换后得到的脉冲信号。
第一次细分:以A′为开门信号, B′为关门信号,用脉冲P +对相位差θ( i)进行“粗分”,由可逆计数器获取(N - N0)。
第二次细分:利用时钟脉冲C P对脉冲序列P +进行内插细分,以获得ΔN。
这是测量的关键。
具体方法是通过测定关门信号B′和与之前后相邻的负脉冲P +到达的时间关系ta, tb和tc,用抛物线插值法计算出ΔN。
考虑到负脉冲P +的宽度很窄(稍大于时钟脉冲CP的周期,由单稳触发器的调整保证),经推导,可得抛物插值公式:同理,扭轴反向旋转时, P-取代P +的作用。
测知(N - N0) ,ΔN后,θ( i)由下式计算:式中, N0为可逆计数器的预置数; N为计数器的终值;Δθp为脉冲P + (P-) 的相位差当量。