用角度传感器测量扭矩-光宇拉线编码器拉绳位移传感器拉绳编码器

本文综述了一种用角度传感器测量扭矩的技术，该技术于20世纪50年代首次使用。虽然它有许多优点，但由于感应式角度传感器的新发展，这项技术似乎已经过时，但现在正在卷土重来。
    测量施加在固定的金属轴上的扭矩通常很简单。如果轴的弹性极限不超过，轴的扭转量与扭矩成正比。测量扭转程度；查找轴材料的杨氏模量；应用“工程师手册”中的数学公式，嘿，预试-你已经得到了相当好的扭矩测量方法。

测量连续转轴中的扭矩要复杂得多。有几种方法可以做到这一点，但是最常见的方法是从旋转轴所需的功率来推断扭矩。这通常意味着测量提供给驱动运动的电机的电流。它简单，优雅，但不准确，因为电流消耗取决于其他因素，如速度，电压供应，轴承状况，温度等。

用应变计测量扭矩一种更精确的方法是用应变计或声表面波(SAW)装置测量轴的扭转。这是准确的，但复杂的是需要一个滑动环或某种无线方法之间的应变传感器之间的轴和外界。任何一个曾经在愤怒中使用过应变计的工程师都会告诉你-应变计理论和应变计实践之间有很大的区别。应变计往往有较大的温度系数和恶劣的习惯，在艰难的条件下脱不开。在实验室里，用应变规或锯齿装置测量扭矩通常是很好的，但对于许多工业应用来说，这并不是一个现实的命题。

用角度传感器测量扭矩还有另一种方法。这一点也不新鲜，但似乎已经被遗忘了。它最初是在20世纪50年代用于测量发动机中的扭矩-最显著的是大力神/C-130货机的涡轮支柱发动机。该技术通过测量安装在轴上的两个“多速”旋转器之间的相移来测量轴中的扭转和由此产生的扭矩。(“多速”指的是解析器的输出：-2-速度解析器的周期输出绝对超过180度；36-速度解析器的周期输出绝对超过10度等。)当轴旋转时，每个解析器产生两个信号，一个信号变化为正弦信号，另一个信号变化为余弦信号。为了简单起见，下面的图2只显示了解调的正弦信号。

当施加零转矩时，两个解析器的信号均为零相移。当施加扭矩时，一个输出的相位相对于另一个输出似乎发生了变化。因此，相移与施加扭矩成正比。使用具有高周期(例如128)的多速度解析器，只需要少量的扭转就能产生显著的相移。换句话说，它是一种高度敏感的技术，适用于测量<1度甚至<0.1度的扭转。这意味着轴不需要长。实际上，这种方法所需的轴长度可以小于25毫米。这可以使用故意灵活的轴，或通过集中布置解决器-一个在另一个内部-和连接轴的内外部分使用(非常)硬扭转弹簧。与应变计不同的是，解析器是众所周知的健壮、可靠和准确的设备-这就是为什么在航空航天、军事、石油和天然气设备中所有艰难的工作都会选择它们的原因。由于它们是非接触设备，因此不需要任何滑环或射频信号传输。

那么，为什么这种技术已经过时了呢？原因之一也许是解决方案也已经过时。薄煎饼或板条解析器(中间有一个大的孔)是测量扭矩的理想形状，但它们是众所周知的昂贵。此外，指定一个解析器的驱动和处理电子可能是棘手的。由于现代工程师大多熟悉数字电子学，他们可能不愿掌握模拟电子和测量交流信号的相移。

新一代感应传感器如今，解析器正越来越多地被它们更现代的替代品-感应编码器或“编码器”所取代。编码器使用与解析器相同的电感原理，但使用印刷电路，而不是笨重和昂贵的绕线变压器结构。这是重要的，以尽量减少编码器的体积，重量和成本，同时最大限度的测量性能。编码器还提供简单易用的电气接口：-直流电源输入和串行数据输出。由于编码器基于与解析器相同的基本物理基础，它们具有相同的操作优势-高精度、在恶劣环境下的可靠测量。更重要的是，它们是测量角度的完美形状因素-中间有一个大洞。这允许轴通过编码器定子的中间，转子直接附着在旋转轴上。这就消除了滑环的需要，就像解决器一样。 没有必要指定和来源单独的电子，因为所有编码器的电子产品已经在其定子。有利的是，编码器有多达400万计数每转，所以只有一个微小的角度扭转是足够的高分辨率扭矩测量。

编码器的热系数比采用最佳应变规布置时的热系数小，利用相同的时钟信号在两种编码器中触发读数可以消除高角速度轴的任何动态失真效应。

与星规技术不同的是，该技术不存在过度或冲击施加扭矩损坏设备的危险，而且，该技术提供了两种测量方法-角度和扭矩，其测量成本低于用应变计测量扭矩的成本。

这是一种过时的技术，可能是因为解决方案已经过时了。现代感应式编码器正在复兴感应物理学用于角度测量的应用，使这种有用的、健壮的、有效的扭矩+角度传感方法恢复活力。