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开题报告填写要求
一、 开题报告主要内容：
1.课题来源、目的、意义。 2.国内外研究现况及发展趋势。
3.预计达到的目标、关键理论和技术、主要研究内容、完成课题的方案及主要措施。 4.课题研究进度安排。 5.主要参考文献。
二、 报告内容用小四号宋体字编辑，采用A4号纸双面打印，封面与封底采用浅蓝色封面纸（卡纸）打印。要求内容明确，语句通顺。
三、 指导教师评语、教研室（系、所）或开题报告答辩小组审核意见用蓝、黑钢笔手写或小四号宋体字编辑，签名必须手写。
四、 理、工、医类要求字数在3000字左右，文、管类要求字数在2000 字左右。
五、 开题报告应在第八学期第二周之前完成。
华中科技大学本科生毕业设计（论文）开题报告
一、课题来源、目的、意义
机械动力设备的扭矩变化是其运行状况的重要信息，扭矩测试是各种机械产品开发、质量检测、优化控制、工况监测和故障诊断等必不可少的内容。扭矩传感器是扭矩测试中不可或缺的重要部分。它将扭力的变化转化成电信号，其精度关系到整个检测系统的精度。因此，随着对检测系统精度及应用范围要求的不断提高，扭矩传感器也不断发展。扭矩传感器已广泛应用与各种机械设备的动力驱动系统的优化设计和智能控制上。
将旋转物体的转速转换为电输出的传感器是转速传感器。转速传感器属于间接式测量装置，可用机械、电气、磁、光和混合式等方法制造。
按信号形式的不同，转速传感器可分为模拟式和数字式两种。前者的输出信号值是转速的线性函数,后者的输出信号频率与转速成正比,或其信号峰值间隔与转速成反比。
转速传感器的种类繁多、应用极广，其原因是在自动控制系统和自动化仪表中大量使用各种电机，在不少场合下对低速(如每小时一转以下)、高速(如每分钟数十万转)、稳速(如误差仅为万分之几)和瞬时速度的精确测量有严格的要求。
常用的转速传感器有光电式、电容式、变磁阻式以及测速发电机等。 随着低功耗微电子技术的发展，各类转矩/转速传感器被赋予了新的生命，其性能也越来越好，可测的精度与转速也越来越高。从传感器的分类来说，以往所有的转矩传感器都属于结构型传感器，由于都要利用弹性元件的机械变形，因此转矩传感器具有体积大、耗材多等缺点。但由于工艺成熟、牢固可靠、价格低廉，与微电子技术和计算机技术结合后易实现数字化、自动化，所以仍有十分广阔的应用前景。
扭矩/转速传感器的发展趋势是： (1)市场化、低成本化发展。 (2)智能化、数字化和网络化发展。
(3)随着新材料技术和其它传感器技术的不断发展，扭矩传感器必将向着不断开发的新型材料、新技术方向发展。 (4)向两极化发展(即小型化和大型化发展)。
华中科技大学本科生毕业设计（论文）开题报告
随着微机电相关技术的发展，以及一些相关小型扭矩测量的需求，扭矩传感器向小型化发展成为一个重要的发展方向，在机械方面，用户要求传感器的尺寸越来越小，同时要求尽可能地减轻重量和采用小形化材质。
二、国内外研究现况及发展趋势
扭矩、转速传感器的未来发展主要体现在两个面向：一是在机械方面，用户要求传感器的尺寸越来越小，同时要求尽可能地减轻重量和采用小形化材质；二是在电子方面，无线信号、数字信号传输将是一大趋势，特别是无线通信技术将会彻底解放繁琐的接线工程。
在技术研发上呈现出一些特点：即小型化、集成化、数字化及网络化。
1、国内扭矩传感器的发展研究情况：
应变非接触式传感器：
1997年洛阳工学院和洛阳轴承集团公司共同研制了在线动态扭矩测试仪 J。它把检测和发射电路集成在一块20 mmx35 mm的印刷电路板上，与扭矩传感器固接在一起。
磁弹性式传感器：
2001年华北工学院张艳花等研究一种新型磁弹传感器 J。它提出一种新的测试方法，这种方法不借助涂层，直接测定轴材料应力。这种扭矩传感器是在U形磁芯上绕上一组线圈，构成检测磁头，使用时将扭矩传感器安装在金属表面，由被测金属和传感器检测磁头的磁芯共同构成一个磁路，通过测量闭合磁路磁阻的改变，从而测得扭应力的变化。
磁电式传感器：
2009年淮海工学院机和江苏海洋资源开发研究院共同研制了一种新型磁电感应式动态非接触扭矩传感器 ，它是在转轴表面附着一条薄带，其磁导率远大于晶态合金co基非晶态合金薄带，它的轴向和径向尺寸与传感器铁心尺寸相符，厚度为0．035 mm。扭矩传感器探头采用了“E”字型磁极，两侧为测量磁极，中间为激励磁极。当激磁绕组通入一定频率的激磁电流时，形成闭合磁路；当传感器探头与非晶态合金薄带和转轴正对时，由于气隙的变化，磁路中的磁阻会发生变化，进而引起磁通变化，最终导致测量绕组中感应电压的变化。确定出两测量
2 华中科技大学本科生毕业设计（论文）开题报告
线圈输出感应电压的相位差就可以计算出转轴所受扭矩的大小。
光电式传感器:
2006年重庆大学的光电技术及系统教育部重点实验室研究了一种光栅扭矩动态测量系统 J。它是在主轴两端各安装一对与主轴相连的主光栅和与光电三极管固定在一起的指示光栅，通过形成莫尔条纹，照射到光电三极管上。光电三极管实现光信号和电信号的转换。当主轴受力时两个光电三极管产生的电信号会因为光的衍射而具有一定的相位差。通过对相位差的处理可 以得到所需的扭矩值。
2、国外扭矩传感器发展研究情况: 日本小野测试社擅长制造相位差磁电式扭矩测量仪，最初的产品多用于实验室，适用于精密测量扭矩。2013年小野测器在该公司的“TH-3000”系列微小扭矩传感器中追加了额定扭矩分别为0.5N·m、1N·m、2N·m的3种型号，将于2013年7月15日开始受理订单。此次的新产品能够测量小型精密马达、致动器及轴承等旋转部件及旋转机构的扭矩波动。TH-3000系列可检测旋转部件及旋转机构在1.5万rpm转速下的时输入扭矩、输出扭矩及其波动，支持高转速的TH-3000H系列可检测转速为2.5万rpm时的上述数据。以前的产品有额定扭矩分别为0.05N·m、0.1N·m、0.2N·m的3种。新产品的精度为±0.2％/FS（FS为测量范围）。
日本三菱电机公司冢口本町研发了一种使用涡轮,压力检测来测量扭矩的方法,可以检测10^-7级别的扭矩。
美国霍尼韦尔传感与控制公司主要有两种扭矩传感器：反作用力（非旋转）扭矩传感器和旋转扭矩传感器两种，使用的均是粘贴式应变计技术。旋转扭矩传感器可用内嵌式安装配置和夹持式传感器测量。多种不同的信号传输方法（从传统的滑环和旋转变压器至模拟和数字遥测方法）构成多种产品组合，可满足绝大多数应用场合的要求。传感器传感范围自3in-oz.（0.02Nm）至1.5Min-lb（169KNm）。反作用力扭矩传感器可进行10in-oz（0.07Nm）至1.5Min-lb（169KNm）范围内的扭矩测量。可进行多种安装配置，包括：轴至轴的安装、法兰至法兰的安装、轴至法兰的安装、花键轴传动及方形传动。通过严谨的设计和制造，各元件均可增强灵敏度等级，这就使得我司生产的传感器具备比行业要
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求更高的精度和可靠性，并且符合当前标准的规格及误差要求。霍尼韦尔扭矩传感器产品广泛应用于研发、生产、过程控制及质量保证等相关试验和测量所要求的精密测量。
德国马霍克公司生产的振弦式扭矩测量仪闻名世界。该测量仪是利用轴扭转时使传感器中的钢弦拉紧或放松，从而改变钢弦自身频率变化测得扭矩数据传输方式有滑环式和感应式两种。
三、预计达到的目标、关键理论和技术、主要研究内容、完成课题的方案及主要措施
目标：设计一种微小型扭矩、转速传感器设计扭矩测量范围：0-2N.m,转速测量范围0-3000rpm，扭矩测量精度：2%Fs 关键技术理论：能源耦合、电阻应变片、应变桥、弹性体设计、放大转换信号电路、光电式转速传感器。
主要研究内容：1）应变片选择、粘贴设计。2）弹性体材料选择和形状设计。3）电源输入、接收、稳压的设计。4）应变片电桥及其相关电路的设计。5）信号放大、变换及输出、接收设计。6）信号输出电路、信号变送器电路。 完成课题的方案和主要措施：
扭矩传感器以上图为主要原理设计，选用频率信号无线传输型旋转扭矩传感器。选用德国HBM公司的高精度仪表专用标准应变片（ BF350-1AA 80 11 N？X），弹性体使用弹性钢，弹性钢化学成分和力学性能见表
1、表2。
通过非接触耦合的电磁感应来供电，电感集流环的初级线圈是绕在一个静止
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的尼龙骨架上,外面包有电磁纯铁,卡在传感器的外壳上;次级线圈是绕在一个圆环形电磁纯铁上,圆环形电磁纯铁固定在弹性轴上,与轴一起旋转。静止的和旋转的线圈同轴布置,互相不接触,有一个很小的空气间隙（约为0.15ｍｍ）。加在初级线圈上的高频电压(一般为10～60Ｈｚ),通过电磁感应在旋转的次级线圈上感应出电压,经稳压、整流后为应变电桥、信号处理电路及发射机提供能量。
通过非接触耦合的电磁感应来传递频率信号，Ｖ/Ｆ变换器（使用TC9400）把通过电桥得到的电压信号转换成可以耦合的频率信号,经输出信号耦合器输出,通过信号输出电路整形后输出调频方波信号,然后测出方波频率量,得到相应的扭矩值。
转速测量选用计数光电式，在旋转轴上安装有60条齿缝的测速轮，在传感器外壳上安装由发光二极管和光敏三极管组成的槽型光电开关架，从而测转速。
四、课题研究进度安排
课题研究进度安排表
学期 周次
工作任务
设计出可执行设计方案。 2014-2015第五周——第八周 第二学期 第九周——第十周 第十一周一第十三周
对设计方案制作，并进行检测
修改设计方案并完善，撰写论文并准备答辩
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五、主要参考文献
[1]王晓敏，王志敏主编；卫书满，陈经文副主编,《传感器检测技术及应用》,北京大学出版社,2011.01,第71页
[2]转矩转速传感器的发展与研究
陈柯行，王刚(中国航空工业第一集团公司北京长城计量测试技术研究所，北京100095) [3]扭矩传感器的现状与发展趋势 文西芹张永忠 中国矿业太学机电与材料工程学院江苏省徐州市221008 [4]扭矩传感器的发展研究综述 宋春华，徐光卫 (西华大学，四川成都610039) [5]扭矩测量方法现状及发展趋势 王岩 储江伟 东北林业大学, 黑龙江哈尔滨150040 《林业机械与木工设备》 2010年第11期
[6]李洁，微机控制电机综合测试系统，浙江大学硕士学位论文，2014
[7] 应变式扭矩传感器的设计技术 胡德福 《船舶工程》 第33 卷，2011年第 4 期 96-99 [8]周俊，环形空间阵列扭矩传感器的结构优化研究，重庆大学硕士学位论文，2013 [9] 几种常见的电阻应变式旋转扭矩传感器 柴继新,王恩锋,范小燕,孙颖,徐 《计量、测试与校准》2010年第30卷第2期 34-36 [10]廖丽媛，基于应变式扭矩传感器的测量系统的设计，东华大学，学位论文，2013 [11]刘智尧，应变片简介，2009025107G [12]周雷、付鹰，如何选用HBM公司的应变片，《衡器》1998.27.6.37-45 [13]V/F与F/V转换器应用指南，高光天，《微计算机信息》1995.3 [14]冢口本町《用于微电子器件的新型微扭矩的测量方法》细观力学和微工程学报 J. Micromech. Microeng. 11 (2001) 595–602
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