论文部分内容阅读
扭矩、转速是评估机动车辆传动系统性能的重要指标,实时准确的测量转轴的扭矩、转速信号,在军用和民用领域都有广泛的需求。针对目前国内外扭矩、转速测试方法中存在的测试仪器不易安装、理论依据不足等问题,本文提出了嵌入式容栅传感技术的理论思想及测试方法,并进行了全面的研究。本文采用理论计算、数学建模、软件仿真、模拟试验相结合的方法,对容栅扭矩、转速传感技术的基本原理、测试方案和误差进行了研究,通过模拟试验验证了所研究内容的正确性。本文所研究的嵌入式容栅扭矩、转速传感技术可作为一种新型传感技术用于转轴动态参数的测量。论文对以下内容进行了具体研究:首先,在大量检索国内外扭矩、转速测试方法相关文献的基础上,总结了该领域内存在的一些问题,了解到大部分测试仪器体积比较大、不易安装、测量结果缺乏理论依据,进而提出了嵌入式容栅传感技术的研究方法。其次,设计了差动容栅传感器的结构,提高信号的分辨率和信噪比;设计了嵌入式的容栅安装结构,解决一般传感器体积大,测试时不易安装的问题。利用数值计算方法中的有限元法建立了容栅传感器的数学模型,基于变分原理抽象电场的实际情况,采用直线内插法剖分求解区域,最终求得真实解,为传感器提供了理论依据。利用Ansoft软件对容栅传感器进行电场分析,进一步验证容栅传感器的可行性。再次,分析了传统的传感器优化设计方法,了解到一些半定量、简化的优化方法并不能解决实际中的问题,本文利用最优化算法中的模式搜索法、复合形法,借助Matlab优化工具箱对传感器进行优化设计,得到很好的效果,缩短了传感器开发周期,减轻了工作量。最后,设计了扭矩、转速测试电路,包括脉冲调宽电路、滤波电路、存储电路等;搭建了模拟试验台,模拟实际应用环境,并进行了模拟实验;采用提升小波算法对实验数据进行了降噪处理。通过理论分析和模拟实验,证明了容栅传感器结构合理,能够应用到实际工程中。