扭矩监测系统研究

苗 凯

（太原重型机械集团有限公司，山西 太原 030051）

对许多重要大型机械设备而言，需要对其主轴等关键部位进行扭矩的实时监测，以便及时获取扭矩信息，方便对其进行故障诊断，及时解决主轴可能出现的各种问题。

扭矩测量有许多种类，传统测量主要采用在主轴上粘贴应变片的方法，另外，还有磁弹性扭矩测量方法[1]、电容式扭矩测量方法[2]、光纤技术扭矩测量[3]等测试方法。扭矩测量需要解决的问题主要集中在两个方面[4]：向高速旋转轴提供电能和信号传输。使用电缆难以满足要求，而导电滑环受限于旋转轴的速度，使用寿命也较短[5]。考虑到大型机械设备的主轴恶劣环境及振动、噪声的影响，本系统采用无线ZigBee技术，通过建立无线传感器网络，可以实现单个或多个关键部位的扭矩检测。

1 系统总体方案设计

系统主要由无线供电模块、扭矩采集模块、ZigBee模块及接收模块组成。扭矩测量系统总体设计方案如图1所示。

图1 扭矩测量系统总体设计方案图

1.1 终端采集节点扭矩采集流程

粘贴在主轴上的应变片能够感受主轴扭矩变化，经惠斯通桥路及其补偿电路进行补偿，得到电压信号后，经放大器及滤波器得到不失真信号。由于ZigBee模块芯片CC2530F256自带有A/D转换、CPU以及射频收发器[6]，因而，可以将滤波后的模拟信号直接转化为数字信号，芯片CPU实现数据的处理，通过射频收发器实现与外部网络协调器之间的无线射频通信。在外部Zig-Bee设备的网络协调器建立网络之后，采集节点即可实现扭矩数据的传送。……