石延平 周庆贵 臧 勇

淮海工学院，连云港，222005

0 引言

如何高精度、不介入、非接触地在线测量传动轴扭矩，一直是扭矩传感器领域的研究重点和难点。基于铁磁材料压磁效应的扭矩传感器，因具有输出功率大、抗干扰能力强、过载性能好、结构简单、使用便捷，并能在恶劣环境下工作以及实现非接触在线测量等优点而受到长期关注[1]。目前，研究比较多的是交叉铁芯附加式（又称磁桥式）扭矩传感器，这类传感器虽然结构简单，但由于存在轴的振摆，使传感器探头和轴表面之间的气隙大小发生变化，从而引起磁的分布不均匀，造成测量误差。另外，普通铁磁材料机电耦合系数比较小（通常为0.15～0.30），压磁效应弱，致使传感器测量精度及灵敏度较低（特别是当载荷较小时）[2]。

本文研究的扭矩传感器利用非晶态合金的良好软磁特性和较高的机电耦合系数（可达0.75），并采用多探头和差动结构，能够提高测量精度和灵敏度。

1 传感器的结构与原理

图1所示为环形差动压磁式扭矩传感器的基本结构。支承环套在待测转轴上，并固定于机架上。在支承环上沿周向均布若干组（图1中为4组）传感器探头，每组探头由2个相互垂直的∏形或E形磁芯构成，磁芯上缠绕激磁线圈和测量线圈。每组探头由螺钉沿＋σ或－σ方向紧固在支承环的卡槽中，并与转轴表面保持固定的气隙δ。

图1 环形差动压磁式扭矩传感器结构

所有探头的激磁线圈并联，而测量线圈每组探头先两两反向串联形成差动，再正向串联。……