力矩传感器

电动助力车（Pedelec）领域最前沿的技术是“力矩传感器”，它是自行车电动助力系统理解骑行者意图的核心。高端的电助力自行车均使用目前最具科技含量的“双边力矩传感器”，这种传感器技术长期被德国BOSCH及日本YAMAHA等几家跨国公司垄断，搭载这种传感器的车辆售价一般在2000欧元以上，这也是电助力自行车在中国无法打开市场的一大原因。在自行车创业团队中，轻客独立研发出了以力矩传感器为核心的智慧动力系统，使城市电助力车的整车价格在4000元以下，这个价格有望使这类车在国内得到普及。

随着技术发展，尤其是日本及欧美对于自行车这种形态的个人交通工具的推崇，“力矩传感器”最终被应用到了自行车上。

相对落后的“后轴勾爪传感器”来说，双边力矩传感器的优势极为明显，它主要被安装在曲柄和牙盘之间，也就是五通的外侧，有些则直接安装在中轴上。世界上没有绝对的刚体，因此中轴在受力时就会产生极为细微的扭力形变，通过测量中轴表面的细微形变信号即可得出当前踩踏的力矩的大小，它的精度非常高。因为是由扭力测量力矩，所以力矩传感器也被称为“扭矩传感器”。

优点一：因为是安装在五通的外侧或是直接安装在中轴上，所以力矩传感器测量踩踏力量的中间环节很少。而且脚踏，曲柄，中轴大都是刚性极大的钢金属构件，弹性滞后效应小，产生的力矩信号便能非常快速地随踩踏力的大小变化而变化。这样最直接的结果就是使用双边力矩传感器的电助力车的动力响应都很快，大多的反应时间都是毫秒级别，近乎零延迟，动力随踩随有。

优点二：如果力矩传感器采用安装在五通外侧的方式，就可以使用标准的模块化设计，基本所有自行车都能实现无缝安装，也无需为其研发专用的车架，更不需要每个车架都针对上述的“后轴勾爪传感器”那样做高精度的处理，从研发以及生产两个方面降低了成本。

优点三：还是因为安装在五通外侧或者是中轴上，所以路面的那些颠簸带来的冲击力被车架的韧性及弹性缓冲了其中的绝大部分，因此力矩传感器受到的冲击力就会很小，工作负荷也不大。外加它一般都是使用自行车的中轴工艺制造，优质钢金属材料在硬度强度及韧性上都极佳，拥有良好的耐磨损性，因此力矩传感器的寿命都比较长。

扭矩传感器非接触式扭矩传感器

非接触式扭矩传感器输入轴和输出轴由扭杆连接起来，输入轴上有花键，输出轴上有键槽。当扭杆受方向盘的转动力矩作用发生扭转时，输入轴上的花键和输出轴上键槽之间的相对位置就被改变了。花键和键槽的相对位移改变量等于扭转杆的扭转量，使得花键上的磁感强度改变，磁感强度的变化，通过线圈转化为电压信号。非接触扭矩传感器由于采用的是非接触的工作方式，因而寿命长、可靠性高，不易受到磨损、有更小的延时、 受轴的偏转和轴向偏移的影响更小，已经广泛用于轿车领域。

在非接触式扭矩传感器中，常用的主要有应变式、磁电式、光纤式和光电式传感器。

应变式非接触传感器利用了无线传输技术。随着科技的进步和无线传输技术的发展，接触式应变片传感器输出信号所用的导电滑环和刷臂已经能够用无线传输模块替代，从而克服了导电滑环和刷臂间的磨损，提高了测量精度。

磁电式扭矩传感器是利用磁电转换的原理，分析两路输出的电动势信号的相位差，从而达到测量扭矩的目的。主要分为闭磁路式传感器和开磁路式传感器。

光纤式扭矩传感器主要是利用光反射原理和相位差原理，将轴上相应的两处位置反射的光信号读取后并计算出相位差，由此能算出相应的扭矩值。但是光纤式传感器易受环境影响，安装调试也相对较困难。

光电式扭矩传感器以光电感应元件为核心部件。当传动轴上加载扭矩时，由光源发出的光的强度会发生相应变化，从而使光电元件的输出电流发生变化。通过测量该变化值即可计算出扭矩值。

扭矩传感器应变片扭矩传感器

应变片传感器扭矩测量采用应变电测技术。在弹性轴上粘贴应变计组成测量电桥，当弹性轴受扭矩产生微小变形后引起电桥电阻值变化，应变电桥电阻的变化转变为电信号的变化从而实现扭矩测量。传感器就完成如下的信息转换；传感器由弹性轴、测量电桥、仪器用放大器、接口电路组成。

扭矩传感器高性能无线型

高性能无线扭矩传感器将传感器与无线通信技术结合在一起，实现了数据的无线传输。扭矩电信号由单片机控制的信号处理电路进行放大、A/D转换之后，编码器将采集到的数字量编码传送给发射模块进行发送。接收模块接收到数据后，解码器将译出的数据传送给单片机，由LED显示得到的扭矩数据值。传感器数据采集发射电路由扭矩传感器、信号处理部分、单片机和无线发射电路组成。扭矩传感器将电阻应变片产生的应变电信号传送到信号处理电路。信号处理部分对传感器模拟信号提取放大，并进行模/数转换。微处理器负责控制系统各部分器件的工作，并对数字信号进行处理。无线发射电路在微处理器的控制下，由编码器将采集到的信息数据进行相应的编码和处理，并用发射模块发射出。实现无线传输。

扭矩传感器电子式

电子式扭矩仪是一种针对风机、水泵试验及现场能效评测的便携式高性能轴功率测量仪器。电子式扭矩仪创造性的摒弃了传统机电式扭矩传感器繁琐、复杂、在很多现场环境下不易实现的安装过程，实现了风机、水泵电机效率的实时测量，监测风机、水泵电机在使用过程中各环节的运行状态，对研究风机、水泵电机的使用状态提供了实时、真实、可靠的数据；避免了因机电式扭矩传感器安装不当对试验结果造成的影响。

电子式扭矩仪能完全取代传统扭矩传感器的轴功率测量功能，并且能获取风机、水泵电机的实时效率，为风机、水泵机组节能提供了严谨、科学评测手段。

  扭矩传感器发展趋势

随着自控系统的不断完善和发展，对扭矩传感器的精度、可靠性和响应速度提出了更高的要求。扭矩传感器正呈现以下的发展趋势：

1、测试系统向微型化数字化、智能化、虚拟化和网络化方向发展；

2、从单功能向多功能发展，包括自补偿、自修正、自适应、自诊断、远程设定、状态组合、信息存储和记忆；

3、向着小型化、集成化方向发展。传感器的检测部分可以通过结构的合理设计和优化来实现小型化，IC部分可以整合尽可能多的半导体部件、电阻到一个单独的IC部件上，减少外部部件的数量；

4、由静态测试向动态在线检测方向发展；

扭矩传感器不足之处

遥测扭矩仪成功之处在于克服了电滑环的两项缺陷，但也存在着三个不足之处，

1、易受使用现场电磁波的干扰；

2、由于是电池供电，所以只能短期使用；

3、由于在旋转轴上附加了结构，易引起高转速时的动平衡问题，在小量程及小直径轴时更突出；

数字式扭矩传感器吸取了上述各种方法的优点并克服了其缺陷，在应变传感器的基础上设计了两组旋转变压器，实现了能源及信号的非接触传递。并做到了扭矩信号的传递与是否旋转无关，与转速大小无关，与旋转方向无关。

扭矩传感器是一种测量各种扭矩、转速及机械功率的精密测量仪器。应用范围十分广泛，主要用于：

1、电动机、发动机、内燃机等旋转动力设备输出扭矩及功率的检测；

2、风机、水泵、齿轮箱、扭力板手的扭矩及功率的检测；

3、铁路机车、汽车、拖拉机、飞机、船舶、矿山机械中的扭矩及功率的检测；

4、可用于污水处理系统中的扭矩及功率的检测；

5、可用于制造粘度计；

6、可用于过程工业和流程工业中；

7、可以应用于实验室，测试部门以及生产监控和质量控制；

扭矩的测量：采用应变片电测技术，在弹性轴上组成应变桥。

1.信号输出可任意选择波形─方波或脉冲波。

2.检测精度高、稳定性好、抗干扰性强。

3.不需反复调零即可；连续测量正反扭矩。

4.即可测量静止扭矩，也可测量动态扭矩。

5.体积小、重传感器可脱离二次仪表独立使用，只要按插座针号提供 +15V，-15V（200mA）的电源，即可输出阻抗与扭矩成正比的等方波或脉冲波频率信号。量轻、易于安装。

6.测量范围： 0—10000Nm标准可选, 非标准2万Nm、3万Nm、5万Nm、8万Nm、10万Nm，特殊量程可定制。