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開題報告填寫要求
一、 開題報告主要內容:
1.課題來源、目的、意義。 2.國內外研究現(xiàn)況及發(fā)展趨勢。
3.預計達到的目標、關鍵理論和技術、主要研究內容、完成課題的方案及主要措施。 4.課題研究進度安排。 5.主要參考文獻。
二、 報告內容用小四號宋體字編輯,采用A4號紙雙面打印,封面與封底采用淺藍色封面紙(卡紙)打印。要求內容明確,語句通順。
三、 指導教師評語、教研室(系、所)或開題報告答辯小組審核意見用藍、黑鋼筆手寫或小四號宋體字編輯,簽名必須手寫。
四、 理、工、醫(yī)類要求字數(shù)在3000字左右,文、管類要求字數(shù)在2000 字左右。
五、 開題報告應在第八學期第二周之前完成。
華中科技大學本科生畢業(yè)設計(論文)開題報告
一、課題來源、目的、意義
機械動力設備的扭矩變化是其運行狀況的重要信息,扭矩測試是各種機械產(chǎn)品開發(fā)、質量檢測、優(yōu)化控制、工況監(jiān)測和故障診斷等必不可少的內容。扭矩傳感器是扭矩測試中不可或缺的重要部分。它將扭力的變化轉化成電信號,其精度關系到整個檢測系統(tǒng)的精度。因此,隨著對檢測系統(tǒng)精度及應用范圍要求的不斷提高,扭矩傳感器也不斷發(fā)展。扭矩傳感器已廣泛應用與各種機械設備的動力驅動系統(tǒng)的優(yōu)化設計和智能控制上。
將旋轉物體的轉速轉換為電輸出的傳感器是轉速傳感器。轉速傳感器屬于間接式測量裝置,可用機械、電氣、磁、光和混合式等方法制造。
按信號形式的不同,轉速傳感器可分為模擬式和數(shù)字式兩種。前者的輸出信號值是轉速的線性函數(shù),后者的輸出信號頻率與轉速成正比,或其信號峰值間隔與轉速成反比。
轉速傳感器的種類繁多、應用極廣,其原因是在自動控制系統(tǒng)和自動化儀表中大量使用各種電機,在不少場合下對低速(如每小時一轉以下)、高速(如每分鐘數(shù)十萬轉)、穩(wěn)速(如誤差僅為萬分之幾)和瞬時速度的精確測量有嚴格的要求。
常用的轉速傳感器有光電式、電容式、變磁阻式以及測速發(fā)電機等。 隨著低功耗微電子技術的發(fā)展,各類轉矩/轉速傳感器被賦予了新的生命,其性能也越來越好,可測的精度與轉速也越來越高。從傳感器的分類來說,以往所有的轉矩傳感器都屬于結構型傳感器,由于都要利用彈性元件的機械變形,因此轉矩傳感器具有體積大、耗材多等缺點。但由于工藝成熟、牢固可靠、價格低廉,與微電子技術和計算機技術結合后易實現(xiàn)數(shù)字化、自動化,所以仍有十分廣闊的應用前景。
扭矩/轉速傳感器的發(fā)展趨勢是: (1)市場化、低成本化發(fā)展。 (2)智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡化發(fā)展。
(3)隨著新材料技術和其它傳感器技術的不斷發(fā)展,扭矩傳感器必將向著不斷開發(fā)的新型材料、新技術方向發(fā)展。 (4)向兩極化發(fā)展(即小型化和大型化發(fā)展)。
華中科技大學本科生畢業(yè)設計(論文)開題報告
隨著微機電相關技術的發(fā)展,以及一些相關小型扭矩測量的需求,扭矩傳感器向小型化發(fā)展成為一個重要的發(fā)展方向,在機械方面,用戶要求傳感器的尺寸越來越小,同時要求盡可能地減輕重量和采用小形化材質。
二、國內外研究現(xiàn)況及發(fā)展趨勢
扭矩、轉速傳感器的未來發(fā)展主要體現(xiàn)在兩個面向:一是在機械方面,用戶要求傳感器的尺寸越來越小,同時要求盡可能地減輕重量和采用小形化材質;二是在電子方面,無線信號、數(shù)字信號傳輸將是一大趨勢,特別是無線通信技術將會徹底解放繁瑣的接線工程。
在技術研發(fā)上呈現(xiàn)出一些特點:即小型化、集成化、數(shù)字化及網(wǎng)絡化。
1、國內扭矩傳感器的發(fā)展研究情況:
應變非接觸式傳感器:
1997年洛陽工學院和洛陽軸承集團公司共同研制了在線動態(tài)扭矩測試儀 J。它把檢測和發(fā)射電路集成在一塊20 mmx35 mm的印刷電路板上,與扭矩傳感器固接在一起。
磁彈性式傳感器:
2001年華北工學院張艷花等研究一種新型磁彈傳感器 J。它提出一種新的測試方法,這種方法不借助涂層,直接測定軸材料應力。這種扭矩傳感器是在U形磁芯上繞上一組線圈,構成檢測磁頭,使用時將扭矩傳感器安裝在金屬表面,由被測金屬和傳感器檢測磁頭的磁芯共同構成一個磁路,通過測量閉合磁路磁阻的改變,從而測得扭應力的變化。
磁電式傳感器:
2009年淮海工學院機和江蘇海洋資源開發(fā)研究院共同研制了一種新型磁電感應式動態(tài)非接觸扭矩傳感器 ,它是在轉軸表面附著一條薄帶,其磁導率遠大于晶態(tài)合金co基非晶態(tài)合金薄帶,它的軸向和徑向尺寸與傳感器鐵心尺寸相符,厚度為0.035 mm。扭矩傳感器探頭采用了“E”字型磁極,兩側為測量磁極,中間為激勵磁極。當激磁繞組通入一定頻率的激磁電流時,形成閉合磁路;當傳感器探頭與非晶態(tài)合金薄帶和轉軸正對時,由于氣隙的變化,磁路中的磁阻會發(fā)生變化,進而引起磁通變化,最終導致測量繞組中感應電壓的變化。確定出兩測量
2 華中科技大學本科生畢業(yè)設計(論文)開題報告
線圈輸出感應電壓的相位差就可以計算出轉軸所受扭矩的大小。
光電式傳感器:
2006年重慶大學的光電技術及系統(tǒng)教育部重點實驗室研究了一種光柵扭矩動態(tài)測量系統(tǒng) J。它是在主軸兩端各安裝一對與主軸相連的主光柵和與光電三極管固定在一起的指示光柵,通過形成莫爾條紋,照射到光電三極管上。光電三極管實現(xiàn)光信號和電信號的轉換。當主軸受力時兩個光電三極管產(chǎn)生的電信號會因為光的衍射而具有一定的相位差。通過對相位差的處理可 以得到所需的扭矩值。
2、國外扭矩傳感器發(fā)展研究情況: 日本小野測試社擅長制造相位差磁電式扭矩測量儀,最初的產(chǎn)品多用于實驗室,適用于精密測量扭矩。2013年小野測器在該公司的“TH-3000”系列微小扭矩傳感器中追加了額定扭矩分別為0.5N·m、1N·m、2N·m的3種型號,將于2013年7月15日開始受理訂單。此次的新產(chǎn)品能夠測量小型精密馬達、致動器及軸承等旋轉部件及旋轉機構的扭矩波動。TH-3000系列可檢測旋轉部件及旋轉機構在1.5萬rpm轉速下的時輸入扭矩、輸出扭矩及其波動,支持高轉速的TH-3000H系列可檢測轉速為2.5萬rpm時的上述數(shù)據(jù)。以前的產(chǎn)品有額定扭矩分別為0.05N·m、0.1N·m、0.2N·m的3種。新產(chǎn)品的精度為±0.2%/FS(FS為測量范圍)。
日本三菱電機公司??诒绢邪l(fā)了一種使用渦輪,壓力檢測來測量扭矩的方法,可以檢測10^-7級別的扭矩。
美國霍尼韋爾傳感與控制公司主要有兩種扭矩傳感器:反作用力(非旋轉)扭矩傳感器和旋轉扭矩傳感器兩種,使用的均是粘貼式應變計技術。旋轉扭矩傳感器可用內嵌式安裝配置和夾持式傳感器測量。多種不同的信號傳輸方法(從傳統(tǒng)的滑環(huán)和旋轉變壓器至模擬和數(shù)字遙測方法)構成多種產(chǎn)品組合,可滿足絕大多數(shù)應用場合的要求。傳感器傳感范圍自3in-oz.(0.02Nm)至1.5Min-lb(169KNm)。反作用力扭矩傳感器可進行10in-oz(0.07Nm)至1.5Min-lb(169KNm)范圍內的扭矩測量??蛇M行多種安裝配置,包括:軸至軸的安裝、法蘭至法蘭的安裝、軸至法蘭的安裝、花鍵軸傳動及方形傳動。通過嚴謹?shù)脑O計和制造,各元件均可增強靈敏度等級,這就使得我司生產(chǎn)的傳感器具備比行業(yè)要
華中科技大學本科生畢業(yè)設計(論文)開題報告
求更高的精度和可靠性,并且符合當前標準的規(guī)格及誤差要求?;裟犴f爾扭矩傳感器產(chǎn)品廣泛應用于研發(fā)、生產(chǎn)、過程控制及質量保證等相關試驗和測量所要求的精密測量。
德國馬霍克公司生產(chǎn)的振弦式扭矩測量儀聞名世界。該測量儀是利用軸扭轉時使傳感器中的鋼弦拉緊或放松,從而改變鋼弦自身頻率變化測得扭矩數(shù)據(jù)傳輸方式有滑環(huán)式和感應式兩種。
三、預計達到的目標、關鍵理論和技術、主要研究內容、完成課題的方案及主要措施
目標:設計一種微小型扭矩、轉速傳感器設計扭矩測量范圍:0-2N.m,轉速測量范圍0-3000rpm,扭矩測量精度:2%Fs 關鍵技術理論:能源耦合、電阻應變片、應變橋、彈性體設計、放大轉換信號電路、光電式轉速傳感器。
主要研究內容:1)應變片選擇、粘貼設計。2)彈性體材料選擇和形狀設計。3)電源輸入、接收、穩(wěn)壓的設計。4)應變片電橋及其相關電路的設計。5)信號放大、變換及輸出、接收設計。6)信號輸出電路、信號變送器電路。 完成課題的方案和主要措施:
扭矩傳感器以上圖為主要原理設計,選用頻率信號無線傳輸型旋轉扭矩傳感器。選用德國HBM公司的高精度儀表專用標準應變片( BF350-1AA 80 11 N?X),彈性體使用彈性鋼,彈性鋼化學成分和力學性能見表
1、表2。
通過非接觸耦合的電磁感應來供電,電感集流環(huán)的初級線圈是繞在一個靜止
華中科技大學本科生畢業(yè)設計(論文)開題報告
的尼龍骨架上,外面包有電磁純鐵,卡在傳感器的外殼上;次級線圈是繞在一個圓環(huán)形電磁純鐵上,圓環(huán)形電磁純鐵固定在彈性軸上,與軸一起旋轉。靜止的和旋轉的線圈同軸布置,互相不接觸,有一個很小的空氣間隙(約為0.15mm)。加在初級線圈上的高頻電壓(一般為10~60Hz),通過電磁感應在旋轉的次級線圈上感應出電壓,經(jīng)穩(wěn)壓、整流后為應變電橋、信號處理電路及發(fā)射機提供能量。
通過非接觸耦合的電磁感應來傳遞頻率信號,V/F變換器(使用TC9400)把通過電橋得到的電壓信號轉換成可以耦合的頻率信號,經(jīng)輸出信號耦合器輸出,通過信號輸出電路整形后輸出調頻方波信號,然后測出方波頻率量,得到相應的扭矩值。
轉速測量選用計數(shù)光電式,在旋轉軸上安裝有60條齒縫的測速輪,在傳感器外殼上安裝由發(fā)光二極管和光敏三極管組成的槽型光電開關架,從而測轉速。
四、課題研究進度安排
課題研究進度安排表
學期 周次
工作任務
設計出可執(zhí)行設計方案。 2014-2015第五周——第八周 第二學期 第九周——第十周 第十一周一第十三周
對設計方案制作,并進行檢測
修改設計方案并完善,撰寫論文并準備答辯
華中科技大學本科生畢業(yè)設計(論文)開題報告
五、主要參考文獻
[1]王曉敏,王志敏主編;衛(wèi)書滿,陳經(jīng)文副主編,《傳感器檢測技術及應用》,北京大學出版社,2011.01,第71頁
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[6]李潔,微機控制電機綜合測試系統(tǒng),浙江大學碩士學位論文,2014
[7] 應變式扭矩傳感器的設計技術 胡德福 《船舶工程》 第33 卷,2011年第 4 期 96-99 [8]周俊,環(huán)形空間陣列扭矩傳感器的結構優(yōu)化研究,重慶大學碩士學位論文,2013 [9] 幾種常見的電阻應變式旋轉扭矩傳感器 柴繼新,王恩鋒,范小燕,孫穎,徐 《計量、測試與校準》2010年第30卷第2期 34-36 [10]廖麗媛,基于應變式扭矩傳感器的測量系統(tǒng)的設計,東華大學,學位論文,2013 [11]劉智堯,應變片簡介,2009025107G [12]周雷、付鷹,如何選用HBM公司的應變片,《衡器》1998.27.6.37-45 [13]V/F與F/V轉換器應用指南,高光天,《微計算機信息》1995.3 [14]??诒绢队糜谖㈦娮悠骷男滦臀⑴ぞ氐臏y量方法》細觀力學和微工程學報 J. Micromech. Microeng. 11 (2001) 595–602
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