扭矩傳感器發展歷程

更新時間：2024-04-17

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扭矩傳感器的發展歷程大致為：光學機械變形類型、電磁感應類型、相位差類型、應變類型。1856 年湯姆遜發現了在機械應變作用下，金屬絲電阻會發生變化的現象，這奠定了電阻應變片的研制基礎。1938 年魯奇與西蒙斯制造了紙基式電阻應變片。此后，電阻應變片得到了快速地發展，在工程領域得到了廣泛應用，電阻應變片也是用于扭矩測量的一種較佳選擇。

應變型扭矩傳感器可利用被測物理量在彈性元件上產生彈性變形，因而彈性變形可通過應變片轉換成電阻的變化，從而測出扭矩值。在轉動狀態下可靠地自供電技術和信號傳輸技術是此類扭矩傳感器仍需研究的主要問題。1982 年日本福岡九州大學 Sasada 等研究人員研制出了新型磁頭扭矩傳感器，利用等離子法在轉軸表面噴覆了一段磁致伸縮層，可以使整個測試裝置做的緊湊。1984 年，Sasada 等人提出了改進方案，為了獲得較寬的動態范圍和較好的線性度，采用了具有特定形狀的磁場各向異性的三角形或平行四邊形磁片。1986 年 Sasada等人研究了應用非晶薄帶的磁致伸縮逆效應來檢測扭矩，具體的方式是在一段圓軸表面上粘貼非晶薄帶，其粘貼方向與圓軸線成 45度角，最后基于此方法成功的研制了螺線管式扭矩傳感器。1992 年王榮等人為改善“角度依存性"問題，采用在轉軸的表面粘貼一層特制的軟磁合金薄帶的方法，研制了逆磁致伸縮扭矩傳感器。2011 年由淮海工學院的文西芹、李紀明等人研究了一種磁彈性效應的新型扭矩傳感器，其氣隙擾動小、磁滯小、可滿足電助力轉向系統的使用要求。

由日立公司研制的 MR 編碼器式扭矩傳感器是轉角型扭矩傳感器的典型代表，其工作原理是在被測件之間安裝一轉軸，在轉軸的兩端分別裝有一個 MR 編碼器，由每個編碼器的兩相正弦輸出可以分別計算出轉軸兩端的角度，再由兩個角度交差計算出扭矩。2005 年重慶工學院遠程測試與控制技術研究所開發了螺桿差動變壓器式的扭矩傳感器，當彈性軸受到扭力時，軸會產生一定的扭矩角度，再通過內部的銜鐵作用以感應電動勢的形式輸出。2010 年由淮海工學院和江蘇海洋資源開發研究院共同研制了一種非接觸測量方式的磁電型扭矩傳感器。2014 年趙浩、丁立軍等人基于電磁感應原理，設計了一種新型扭矩傳感器。

近年來一些新型扭矩傳感器不斷被開發和研制出來，包括光纖式扭矩傳感器、無線聲表面波式扭矩傳感器、磁敏式扭矩傳感器、激光多普勒式扭矩傳感器、激光衍射式扭矩傳感器等。如美國佛吉尼亞西蒙斯飛行器公司，為了對飛行器的渦輪發動機進行扭矩測試，研發了一種基于光纖技術的光纖式扭矩傳感器。重慶大學光電技術及系統教部重點實驗室的研究人員，提出了一種新型平板式壓電四維力/力矩傳感器，大連理工大學聯合長春光學精密機械與物理研究所，研制了一種具有分載測量功能的預緊式 Stewart 結構六維力/力矩傳感器。