核心提示：2021年03月上旬，上海市計量測試技術(shù)研究院機(jī)械制造所承擔(dān)的2項青年科技創(chuàng)新項目“扭矩傳感器角度參數(shù)校準(zhǔn)裝置的研究”與“低g值沖擊加速度現(xiàn)場校準(zhǔn)裝置的研究”順利通過驗收。
2021年03月上旬，上海市計量測試技術(shù)研究院機(jī)械制造所承擔(dān)的2項青年科技創(chuàng)新項目“扭矩傳感器角度參數(shù)校準(zhǔn)裝置的研究”與“低g值沖擊加速度現(xiàn)場校準(zhǔn)裝置的研究”順利通過驗收。
在規(guī)定條件下，為確定計量器具示值誤差的一組操作。是在規(guī)定條件下，為確定計量儀器或測量系統(tǒng)的示值，或?qū)嵨锪烤呋驑?biāo)準(zhǔn)物質(zhì)所代表的值，與相對應(yīng)的被測量的已知值之間關(guān)系的一組操作。校準(zhǔn)結(jié)果可用以評定計量儀器、測量系統(tǒng)或?qū)嵨锪烤叩氖局嫡`差，或給任何標(biāo)尺上的標(biāo)記賦值。
“扭矩傳感器角度參數(shù)校準(zhǔn)裝置的研究”項目自主研制了扭矩去角度參數(shù)校準(zhǔn)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)扭矩傳感器角度參數(shù)的測量，解決工業(yè)領(lǐng)域中擰緊工具的扭矩與角度復(fù)合參數(shù)的溯源問題。
“低g值沖擊加速度現(xiàn)場校準(zhǔn)裝置的研究”項目研制的低g值沖擊加速度現(xiàn)場校準(zhǔn)裝置滿足現(xiàn)場校準(zhǔn)需要，利用波形相似比較法，快速確定捕獲存儲標(biāo)準(zhǔn)信號和被測信號峰值，通過殘差判斷數(shù)據(jù)有效性，利用最小二乘法擬合計算沖擊加速度傳感器靈敏度。
扭矩傳感器又稱力矩傳感器、扭力傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、扭矩儀，分為動態(tài)和靜態(tài)兩大類，其中動態(tài)扭矩傳感器又可叫做轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、非接觸扭矩傳感器、旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器等。 扭矩傳感器是對各種旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件上對扭轉(zhuǎn)力矩感知的檢測。扭矩傳感器將扭力的物理變化轉(zhuǎn)換成精確的電信號。扭矩傳感器可以應(yīng)用在制造粘度計，電動(氣動，液力)扭力扳手，它具有精度高，頻響快，可靠性好，壽命長等優(yōu)點。
通常所說的轉(zhuǎn)矩是外力矩，如機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)是動力源提供的外力矩作用的結(jié)果，而扭矩是內(nèi)力矩，主軸工作時，刀具切削力對主軸的反作用使之產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)彈性變形，可用其衡量扭矩的大小。扭矩是使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動效應(yīng)或扭轉(zhuǎn)變形的力矩，等于力和力臂的乘積。
扭矩傳感器的發(fā)展歷程大致為：光學(xué)機(jī)械變形類型、電磁感應(yīng)類型、相位差類型、應(yīng)變類型。1856 年湯姆遜發(fā)現(xiàn)了在機(jī)械應(yīng)變作用下，金屬絲電阻會發(fā)生變化的現(xiàn)象，這奠定了電阻應(yīng)變片的研制基礎(chǔ)。1938 年魯奇與西蒙斯制造了紙基式電阻應(yīng)變片。此后，電阻應(yīng)變片得到了快速地發(fā)展，在工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，電阻應(yīng)變片也是用于扭矩測量的一種較佳選擇。
應(yīng)變型扭矩傳感器可利用被測物理量在彈性元件上產(chǎn)生彈性變形，因而彈性變形可通過應(yīng)變片轉(zhuǎn)換成電阻的變化，從而測出扭矩值。在轉(zhuǎn)動狀態(tài)下可靠地自供電技術(shù)和信號傳輸技術(shù)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(xué) 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(zhuǎn)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(jìn)方案，為了獲得較寬的動態(tài)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(yīng)用非晶薄帶的磁致伸縮逆效應(yīng)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(zhuǎn)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(xué)院的文西芹、李紀(jì)明等人研究了一種磁彈性效應(yīng)的新型扭矩傳感器，其氣隙擾動小、磁滯小、可滿足電助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)軸，在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(xué)院遠(yuǎn)程測試與控制技術(shù)研究所開發(fā)了螺桿差動變壓器式的扭矩傳感器，當(dāng)彈性軸受到扭力時，軸會產(chǎn)生一定的扭矩角度，再通過內(nèi)部的銜鐵作用以感應(yīng)電動勢的形式輸出。2010 年由淮海工學(xué)院和江蘇海洋資源開發(fā)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(yīng)原理，設(shè)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(fā)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(fā)動機(jī)進(jìn)行扭矩測試，研發(fā)了一種基于光纖技術(shù)的光纖式扭矩傳感器。重慶大學(xué)光電技術(shù)及系統(tǒng)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(xué)聯(lián)合長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，研制了一種具有分載測量功能的預(yù)緊式 Stewart 結(jié)構(gòu)六維力/力矩傳感器。
低g值碰撞式?jīng)_擊加速度計量標(biāo)準(zhǔn)裝置研究與建立
研究建立低g值碰撞式?jīng)_擊加速度計量標(biāo)準(zhǔn)裝置,在沖擊加速度峰值20~10 000 m/s2及脈沖持時0.5~10 ms內(nèi)實現(xiàn)基于碰撞式激勵半正弦平方波形的加速度計沖擊靈敏度激光干涉法高精度校準(zhǔn)。校準(zhǔn)不確定度為1%,k=2。介紹裝置的結(jié)構(gòu)組成及解決的關(guān)鍵技術(shù),描述波形發(fā)生的材料種類,給出校準(zhǔn)的實驗數(shù)據(jù)及不確定度評估。低g值碰撞式?jīng)_擊加速度計量標(biāo)準(zhǔn)裝置為主導(dǎo)亞太計量規(guī)劃組織沖擊加速度研究性國際比對APMP.AUV.V-P1的主要測量裝置。
低g值沖擊加速度的激光絕對法校準(zhǔn)
低g值沖擊加速度是表征人體沖擊耐受程度的一個重要參數(shù)，低g值沖擊加速度的準(zhǔn)確校準(zhǔn)直接關(guān)系到量值溯源的有效性和可靠性。分析了落錘式、上拋式和碰撞式3種類型沖擊激勵源的特點，介紹了ISO 16063—13國際標(biāo)準(zhǔn)推薦的激光絕對法沖擊校準(zhǔn)的測量原理和系統(tǒng)構(gòu)成，研究了采用精密空氣軸承的碰撞式?jīng)_擊激勵源和信號解調(diào)算法。校準(zhǔn)結(jié)果表明，基于ISO標(biāo)準(zhǔn)方法的碰撞式?jīng)_擊校準(zhǔn)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的激光絕對法校準(zhǔn)，沖擊加速度范圍20~10000 m/s2，沖擊脈寬0.5~10 ms，校準(zhǔn)不確定度1%(k=2)。
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