扭轉(zhuǎn)振動，簡稱為扭振，不同于我們所說的常規(guī)振動。設備和生產(chǎn)朝著大型化、高速化、自動化、連續(xù)化、智能化、環(huán)?；确较虬l(fā)展。除了常規(guī)的振動之外，扭振是結(jié)構(gòu)動力學行為的另一種表現(xiàn)形式，通常與其他振動荷載同時出現(xiàn)，也就是說結(jié)構(gòu)發(fā)生振動時，除了常規(guī)的振動之外，還有可能存在扭轉(zhuǎn)振動。扭振會引起結(jié)構(gòu)疲勞，同時也會引起振動、噪聲、舒適性等方面問題。對于自由的剛體而言，共有6個自由度，即三個平動自由度和三個轉(zhuǎn)動自由度。因此，我們可以把運動自由度分為平動與轉(zhuǎn)動兩類。如果用牛頓第二定律來描述，那么，平動對應的是三個加速度，轉(zhuǎn)動對應的是三個角加速度。平動對應的載荷是力，轉(zhuǎn)動對應的載荷是力矩。

      測轉(zhuǎn)角測扭矩是一種特別適合細長旋轉(zhuǎn)軸的扭矩測量方案。19世紀50年代,第1個可靠性高,可長時間使用的應變計發(fā)明成功[2],產(chǎn)品化之后,數(shù)以億計的應變計用于各種場合的扭矩測量。該方案多是在旋轉(zhuǎn)軸的同軸方向上加裝柔性扭桿,通過測量扭桿旋轉(zhuǎn)的相對角度測量扭矩。已有的測轉(zhuǎn)角測扭矩的方案有:電磁式測轉(zhuǎn)角測扭矩、光電式測轉(zhuǎn)角測扭矩、激光式測轉(zhuǎn)角測扭矩、電容式測轉(zhuǎn)角測扭矩等。

      測反作用力測扭矩是通過測量制動扭矩(為阻止電動機的旋轉(zhuǎn)而施加的反扭矩,該扭矩就叫做制動扭矩)測扭矩的一種扭矩測量方案,這種方法有一定的局限性,只能測靜態(tài)力矩。采用這種方案的扭矩測量案例有:扭力扳手、靜態(tài)扭矩實驗測量裝置等。

非接觸測量可以滿足對于扭矩測量的眾多需求:

1)長期不間斷、高可靠性扭矩測量。例如,在測量石油鉆探中使用的大扭矩桿件的扭矩情況時,一旦傳感器接觸旋轉(zhuǎn)軸時,必將受到極大的剪切力,極易造成扭矩測量裝置和被測裝置的損壞。一般性扭矩傳感器一旦失效,不僅會造成扭矩傳感器自身的損壞,更嚴重的是會造成被測量設備的重大機械損壞。例如:應變式扭矩測量裝置中應變計的引線需要靠滑環(huán)(見圖1)引出,長時間工作后,滑環(huán)極易發(fā)熱老化,甚至斷裂脫落,所以出于可靠性的考慮,該方案多用于低速旋轉(zhuǎn)軸的短期扭矩測量。如果選擇非接觸式扭矩傳感器測量扭矩,它與旋轉(zhuǎn)軸沒有力的相互作用,工作過程中不受軸向負載和彎曲載荷,所以零件損耗小,工作壽命長,可以實現(xiàn)長期不間斷、可靠性測量扭矩。

2)高動態(tài)性精磚扭矩測量。扭振處理可采用時域或頻域方法進行，時域法得到的最終結(jié)果為扭轉(zhuǎn)角隨時間變化曲線，頻域方法是進行頻率分析或瀑布圖分析，可提取不同階次或頻率下的扭轉(zhuǎn)角大小。傳感器自身的轉(zhuǎn)動慣量是影響扭矩測量精度和動態(tài)性的重要問題,因為傳感器是有重量的,安裝在旋轉(zhuǎn)軸上后就相當于增加了一個“額外質(zhì)量”,這一質(zhì)量在旋轉(zhuǎn)軸較輕或者轉(zhuǎn)速較慢的情況下是不能忽略的,那便會導致旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速明顯下降,測量得到的扭矩大小將受到嚴重影響。如果采用非接觸式扭矩測量,傳感器對旋轉(zhuǎn)軸無附加外力,這可以從根本上提高測量的動態(tài)性和精準性,同時有助于提高系統(tǒng)的分辨率。

3)準確控制被測裝置。為解決實際測試中軋機傳動系統(tǒng)關(guān)鍵點處動態(tài)扭矩不易同時測量的難題,提出一種扭振信號拓撲網(wǎng)絡的軋機動態(tài)扭矩測量方法。因為一般性扭矩測量裝置的體積大,并且要與旋轉(zhuǎn)軸直接接觸,所以存在著一個不可避免的問題,即由于安裝位置不當,或者接觸測量時產(chǎn)生的干擾力或扭矩而改變旋轉(zhuǎn)軸的運動狀態(tài),這類干擾是隨機的,很難評估和定量,而扭矩測量往往又是作為控制單元的反饋信號。這樣就會直接導致控制的準確性難以保證。采取非接觸式扭矩測量,從源頭上消除傳感器施加在旋轉(zhuǎn)軸上的附加力,末端控制的高準確性才有可能實現(xiàn)。