基于相似原理的模型采煤机截割部（齿轮传动）与识别系统设计.docx

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1、摘要在煤矿开采中既要确保生产率，又要避免发生事故，所以要进行煤岩界面识别。该设计以MGlOOO/2500-WD电牵引采煤机为原型，采用相似原理，选择合适的电动机、变频器、联轴器，并最终设计输入输出轴和校核，对采煤机模型设备进行选型设计。设计齿轮传动减速和校核，以及选择轴承和按键。并且要选择合适的力矩，电流，声音，振动，压力传感器和耦合器来构建煤岩界面识别系统。煤岩界面的识别，对采煤机的采掘起到了一定的帮助作用。关键词：模型采煤机界面识别截割部设计相似原理AbstractIncoalmining,itisnecessarytoensureproductivityandavoidaccidents

2、,soitisnecessarytoidentifythecoal-rockinterfaceBecausetheenvironmentandcoalseamintheminearecomplexandchangeable,theidentificationofcoal-rockinterfacebecomesabigproblem.ThedesignofthisequipmentismodeledaftertheMG1000/2500WDelectrictractionshearer,andfollowsthesimilarityprincipletoselectsuitablecompon

3、entssuchasmotors,frequencyconverters,andcouplings.Finally,theinputandoutputshaftsaredesignedandverified.Designthegeardrivetoslowdownandcheck,aswellasbearing,keyselection.Intheconstructionofcoalrockinterfaceidentificationsystem,appropriatetorque,current,sound,vibration,pressuresensorsandcouplersshoul

4、dbeselected.Theidentificationofcoal-rockinterfaceishelpfultotheminingoperationofshearer.Thekeyelementsinthecontextarethemodelshearer,interfaceidentification,measurementandcontrolsystem,similarityprinciple.目录摘要1Abstract2第一章绪论51-1课题研究背景51.2目前国内外的研究现状51. 3课题研究意义61.4任务内容6第二章模型采煤机的方案设计82. 1MGlooo/2500-WD

5、电牵引采煤机的结构82.2 截割部设计92.3 牵引部设计92.4 总体方案评价10第三章采煤机截割部机械结构设计112.5 相似理论概述112.6 采煤机截割部模型功率的确定132.7 电动机的选择133. 4变频器的选择143.4.1变频器的原理143. 4.2变频器的选型153.5 联轴器的选择153.6 齿轮的设计与校核163.7 轴的设计计算与校核163.8 轴承的选择223.9 键的选择与校核22第四章煤岩界面识别系统设计243.10 岩界面识别的基本原理243.11 感器的选用原则243.12 变式扭矩传感器254. 4电流传感器274. 5声音传感器294. 6压力传感器324

6、.5 振动传感器354.6 测试系统的搭建36结论39参考文献40致谢41第一章绪论1.1 课题研究背景在科学上，模式是事物的单一化表现。研究自然就是对自然进行建模,研究所建立的模型。模型主要有三个方面：抽象，性能，实用。模型所展示的是一种在重要的事情上进行研究，在无关紧要的细节上进行裁减。模式设计就是把真正不相干的那部分题目拿掉。模型设计方法为：出于一定目的抽取与事物有关的征象，再用形式化语言对模型进行描述。在以往的研究中，从煤岩界面识别与传感原理出发，提出了许多思路，用于利用放射性探测技术、振动技术、探测技术等主要手段。其中一些传感原理已经实施，但大多数仍在讨论中。1.2 目前国内外的研究

7、现状近年来，国内外在这一领域采用了多种研究手段，其中煤岩界面识别中采用的主动红外激励法最为常见。采用红外热像技术，建立煤岩界面检测实验台，解决综采工作面采煤机智能截切时煤岩识别精度不高的难题。以煤为基础的支持向量机岩石界面的切割热图像识别。利用热成像计算煤和岩石基础设施的矩云图像,通过对煤和岩石的切割实验,对煤和岩石进行岩石的建立。通过热成像生成图像。然后在此基础上建立向量支持算法，以自向量为基础来识别煤岩图像。图像识别技术利用工业摄像机拍摄超清图像，达到识别煤岩界面的目的。在煤矿地下开采过程中，由于环境恶劣，图像处理相对困难，煤岩图像数量少，质量差，受到光强度大、粉尘浓度高、电磁波的干扰。目

8、前，在不同条件下的采煤工作面，无论是红外探测技术还是识别技术，都不能完全适用。所以，利用多种技术的优势进行交叉鉴定，应该是今后煤岩鉴定技术的发展方向。识别系统的发展方向在于改善每一种探测技术的缺陷，解决识别系统受到工作环境影响的问题。相似法是一种科学方法，将个人现象的研究成果普及到一切类似物之中。相似原理具有实际应用意义，能够对模型设计起到指导作用，同时也能对相关实验数据进行处理和推广。此外，相似原理还可以为建立微分方程提供指导，在特定情况下利用处理过的数据来建立模型。模型设计实验的意义是把原型缩小成一定比例的模型，通过观察、分析、研究得出结果，然后在分析、判断的过程中使用原型。我们要在实物的

9、性能操作上有一定的性能限制，所以我们要建立一个产品模型，通过对综合体设计的易于分析研究，制作模型来补充实物设计性能的缺陷，进而推动设计不断完善，并利用模型展示设计中的缺陷和不足。通过这样的模式设计，可以培养学生的综合分析能力，同时也可以提升学生在实践中的解决问题的能力，从而巩固、扩展和深化所学的知识。在遇到原理类似的零件时，我们可以使用绘制零件图的方法，来培养调查研究的能力，同时还要对有关的技术政策进行了解，并利用国家标准、规范、手册、图册、参考文献等工具书资料处理、编制技术文档和资料查阅等工作。通过这种方式，我们可以建立起正确的设计观念，并初步掌握了解决本专业工程技术问题的方法和手段,在成为

10、工程师的同时，也获得了基本的训练。1.4任务内容本次毕业设计要求我们综合运用所学知识，完成以下内容的设计。采煤机模型设备首先在设计采煤机模型相似结构(截面)的基础上，采用相似原理进行选型设计。其次，测试系统对煤岩界面识别进行了设计。通过以上题目的完成，培养学生对题目的程序、步骤有一个全面的了解，从而完成题目的能力，这就是我们独立解决问题的能力。原型采煤机型号为MGloOO/2500-WD电牵引采煤机，主要参数为：装机总功率：2500KW(IoooKW*2+1500KW*2+45KW+160)滚筒转速：26.4R/分钟截切速度：4.14M/分钟牵引速度。0-15.6-28米/分钟牵引力：980-

11、546KN滚轮直径:3000毫米滚轮截深。800mm采煤机型号要求按1：7设计，设计的摇臂能带动滚轮转动（齿轮式变速），完成切削。设计内容有以下几个方面:查阅和和外文文献,按要求编写毕业设计开题报告,接下来按1:7的几何比例,采用理论力学力学分析方法,设计模型截割部传动系统,校核零件设计。最后是毕业设计使用说明的监控系统设计。第二章模型采煤机的方案设计本章主要进行了模型采煤机的总体方案设计，对模型中的滚筒及传动方式,调高方式，牵引方式进行了分析与选用，并对设计方案进行了评价。2.1MGlOOo/2500-WD电牵引采煤机的结构MGIOoo/2500-WD是一种无链条式电动采煤机.在采煤机上，多

12、台电动机在水平方向上排列，并使用了机载变频调速技术。其中M表示的是采煤机，G表示的是滚筒，1000/2500表示的是单截电动机的功率为100O千瓦，装机总功率2500千瓦，W代表无链。该型号采用D-MADA驱动链条，适用于硬煤层的缓倾斜、长壁面，煤层适用范围为3.2米6.2米，适宜采高，并可应用于与刮板输送机、液压支架等配套的具有长壁采煤工作面的煤矿。该采煤机的高可靠性可以满足作业面的高产高效要求，使采煤、装运工作机械化。主要有以下几个部分构成整个机器：截割部分位于采煤机的两个端部，通过悬吊较接与机身相连，以该校接为转动中心，可适应采煤机的采煤高度变化的升降摇臂，从而保证断面鼓处于合适的工作状

13、态。通过调节高液压缸的冲程来控制摇杆的摆动幅度。马达切割采用横向布置，在采空区可以轻松拆卸。所述的采煤机体由两个部件构成，所述的左侧牵引部件和所述的牵引部件与所述的电子控制部件构成。牵引箱的左右不对称。左牵引部由牵引电动机、泵箱、阀组等部件构成，右牵引部由水阀等牵引电动机、机械传动系统及辅助元件构成。外挂链轮带动采煤机，通过一级减速机，让它沿着作业面上的运输飞机(TranSPOrt)前进。这套由两台功率150千瓦的交流电动机驱动的机械传动系统，将动力从牵引设备传到链轮上，并在采煤机上与销轨啮合，实现采煤机在采煤面上作业。位于采煤机左侧拖引箱右侧框架内(采空侧)，横向布置抽水站和电动机。泵站的功

14、能是在为行走部的刹车提供控制油的同时，将机械能量转化为摇臂上升的动力。破碎装置分为左右两种配置，是一种设备，专门用来破碎采煤机挖出的碎块和大块的煤炭。该装置与采煤机机身末端相连，能够进行较接操作。在破碎机上有一个可调节高度的油缸，它与破碎机的滚轮和输送机的刮板之间的距离可以控制破碎机摇臂的升降和调节。破碎器使用一台功率为160千瓦的电动机作为驱动器，将动力通过行星减速器I级降低速度并传送到滚筒破碎器上，使其滚筒转动，最终实现破碎煤的工作。2 .2截割部设计对于采煤机来说，它的形式有两种，一种是双滚轮。滚筒采煤机需要进行两个行程,可以截取一个截深,而双滚筒采煤机只需要一个，同时双滚筒类型的复杂的

15、恶劣的工作条件有很好的适应能力。但是对于我们的模型实验来说,双滚筒耗费太多,双滚筒足以完成对数据的采集。所以这个方案更适合用单滚轮。在实际生产中一般有4种截割方式。对于这个模型实验,采用的马达的调频方式。变频器一一摇臂一一滚轮是电动机变频器的变频器(TrarlSfOrnler)的传动方式。利用变频器调节频率，电机的转速可以通过实验的要求来变化，调节速度是很不错的。采煤机调摇臂调机身调高两种,其原理都是通过调来调高,但与机身调高不同,摇臂调高幅度大,而且随时可以调高。故采用摇臂调高。3 .3牵引部设计牵引方式可分为机械式牵引和机械式牵引两种，按牵引部传动设备的不同而定。对于这个模型实验来说,液压

16、牵引的无级调速和变速换向、停机的便捷性更符合实验的需要,所以选择了液压牵引。这个实验中的液压驱动装置是动作是直线运动。牵引方式也有无链有链牵引之分。在模型实验中,无链牵引的采煤机能够比有链牵引的采煤机更稳定地运动,能够确保采煤机的负荷更稳定。同时,无链牵引可以减少采煤机运动时消耗的能源。2. 4总体方案评价本设计方案符合GB/T28001-2011企业安全生产标准化基本规范、中华人民共和国安全生产法等生产相关法律、法规的规定，并在本方案中采用了能够根据工作要求实时改变电机转速的电机FM,从而实现节能的目的。本方案采用的无链牵引，根据企业安全生产标准化基本规范的具体要求，由于对底板起伏等不利工况

17、具有较强的适应性,可以保证相对稳定的工作负荷，减少了极端工况下突发事件的发生。根据中华人民共和国安全生产法的相关要求，采用无链牵引链牵引，避免了施工人员因链断裂而发生伤亡事故，进而保障了施工人员的人身安全和财产安全。根据职业健康安全管理体系规范的具体要求,本方案中的采煤机无链牵引方式可以有效降低沙尘作业噪声，改善了施工条件。第三章采煤机截割部机械结构设计2.1 相似理论概述相似性理论是一种将数学分析方法与实验相结合的理论，可以指导实验并在保证高准确性的同时显著减少实验次数。此外，该理论还能将少数现象的实验结果推广到类似现象中，从而降低出错概率。自然界的很多东西都是在不停地运动、不停地变化的，其

18、变化的过程，其物理性质可能是不一样的。其中，物理特征相似、性质相近的物理现象称为同类现象。而且，可以用同样的等式来形容。如果在不同口径的管道内流动时，边界条件不一样，就可以看成是同一类现象(interprise)。这两种现象的特征表现相似，既有空间点和时间瞬间对应的不同状态在同类现象中的表现，也有表征同类物理量成比例常数的表现。通过这句话我们可以知道，同类的现象不一定是相似的，只有指同类物理量各自成比例常数的现象，它们在空间和时间上所对应的位置和表征现象特性所用的位置才是相似的。只有当两个三角形的对应边相互比例时，才能体现出相似之处，而不是符合这种几何学标准的所有三角形都是如此。我们将根据现象

19、雷同的定义，对雷同现象从以下几个方面进行更深层次的阐述。第二点，雷同准则是指如果两个雷同的现象类似，那么这两个现象的几何特征也应该是差不多的。如果说两对换热现象类似的话，那么在几何形态上肯定也是差不多的。其中也包含了卡路里传输的相似之处。改写为：对流换热是指墙体之间流体流动、热传递的现象。相关物理量在对流换热时会有相似性，包括流体运动和热传递两个方面的相似性，因为涉及流体运动和热交换。还需满足要求的热相似度。三、实验整理包括对实验材料的工作内容进行计算、分析和处理。对于表征某一现象的物理量，可将其整理为若干相似规范，并配以相似理论。方程分析定理指出这些准则之间存在着一定的函数关系-准则方程式(

20、function-COCliCetype),可以写成指数函数(indexfunction)的近距离形式。由于实验是在一定范围内进行的，即各种准则)，根据实验资料整理出的准则方程式也只能应用在同一准则范围内的同类现象中，因此，实验材料中的准则方程式(CodiCe/emptemptemptemptemptemptempt有时需要按不同的实验区间分组整理实验数据，因为不同的实验区间之间可能存在不同的准则间的函数关系式。所以在双对数坐标图中，折线是由各直线段的N值不同的多条直线段组成的，需要分段计算。利用相似理论，先进行实验，通过建立相关模型来确定其在工程实践中的规律，再在实际设计过程中应用这些规律。

21、可以用较少的物理量纲参数来描述两个量之间的相关性，相对于实际数量而言，这种相关性要小一些。同样的方法，可以用相似的理论来设计模型，在某些工作条件下，它们的实际工作尺寸很小，而且很难测量。弹流理论的研究对象包括起始线接触的齿轮和凸轮等机械件，并对弹性变形和流体润滑机油之间的关系进行了深入的研究，其中包括了凸轮（此表面接触区与润滑膜之间的尺寸较小，实验难以测定，常见于机械中的零件表面。它的模型尺寸可以通过类似的理论加以扩大，从而使碟片的半径达到2米。所以这就造成了相应车型尺寸的增加，同时也使得油膜厚度在接触区变厚。这些研究在弹流理论中的现象，如果没有作为支撑的依据，是很难用实验来验证的。在同一门学

22、科内，因所要解决的问题的侧重点不同，所采用的物理量的维数也不尽相同。尽管Pi定理都是由（n-m）的无因次参数来刻画，但是它们所使用的相似数是不同的。比如，国外学者在对接触弹性流体动力润滑现象的润滑理论进行初步研究和解释的时候，使用了不同的非量纲参数，由此导致了他们在研究中的优势和劣势各有不同。给定的（n-m）无纲参数的数纲分析可以采用多种不同的组合方式，对各方面的问题都可以使用相似的理论进行观察。类似几何中的问题可以用大纲分析法来处理。我们以相似原理为基础，选取材料单轴抗压强度RC、滚筒转速N为基本参数进行分析，并据此确定各参数的相似倍数，以几何相似倍数K=7为基础，在下表中列出。表3-1相似

23、准数与相似倍数1截齿宽度bb/DK2截齿截距tT/DK3切削厚度dd/DK4叶片螺旋角a15滚筒螺旋叶mm1片头数6滚筒转速n一-lk7牵引速度Vv/nDk8整机功率NND3Rcnk39抗剪强度Rc110塑性指数LK/RC111抗拉强度R,RRC112侵入硬度CiCJRC113弹性模量EE114截割扭矩MM/D3Rck315油缸压力P。P/Rc116摇臂振动加速度AA/DN2k3. 2采煤机截割部模型功率的确定任务书给定比例为1：7即k=7任务书给定整机功率为：2500kw(1000kw*2+150kw*2+45kw+160)截割电机功率为100Okw截割部模型功率为p=pk3=1000kw7

24、3=2.91kw3.1 电动机的选择本次设计中选择：三相笼型异步电动机，封闭式结构，Y系列，3.OKW,1430rmin,Y100L2-4型号电动机。3.2 变频器的选择3.2.1 变频器的原理根据电机学理论，交流异步电动机的转速公式为n=(1-s)60fp用符号n表示电机转速，用符号P表示定子极点，用符号f表示定子供电频率，用符号S表示转差率。按此式子可发现，若在保持P、S不变的情况下，F的变化是均匀的，那么马达的同步转速就能变得很平滑。为了满足生产要求，为了使电机在低速状态下保持机械特性，需要将定子电压调整到调频电机中，从而产生不同的变频调速模式。由整流器和逆变器两部分组成的交直交变频调速

25、装置。它能使交流电先经过一个可控制的整流器，使其变为具有可变幅值的直流电电压。利用变频驱动产生的交流电源，通过使用逆变器将直流电转换成可调频率的交流输出，实现电机转速的精确控制。2.变频器工作原理变频器设备主要由整流器，逆变器，控制单元，电机控制板，主回路界面板等构成。变频调速系统主要由牵引变压器提供电能。交流电压是AC3300V,交流电压是通过频率转换器及特殊的变压器进行转换而输出的，该交流电压是交流电压，在频率转换器的输入上作为Ul、VI及W1。与采用三相桥型全控制整流电路相比，采用大功率二极管与可控硅构成的输入整流电路更加方便、节省成本。串联三相半波控整流回路的共阴极连接方式与三相半波控

26、整流回路的共阳极连接方式，可使回路的可控性与不可控性并存。两组整流电压波形相加，得到输出的整流电压波形。共阴极组的导通角度只要改变就能产生一个可调节的直流电电压。此外，马达的转速和频率成正比关系。目前工业上使用较多的是感应式交流电动机，马达的转动速度大致由电机的极数和频率确定。电动机的工作特性固定变化，因为极数不是连续的(为2的倍数，如2、4、6),所以一般不能通过更改这个数值来调节马达的转速。但是，通过改变频率来控制电动机的转速是可行的。因此，变频器可以作为电动机的调速装置，实现控制频率的目的。电机最好的控制方式是通过变换频率和电压来实现。如果只改变电压而不改变频率，在频率降低的情况下会使电

27、动机脱离过激，可能导致烧坏。因此，在调频的同时必须调整电压。当输出频率达到一定值时，电压不能再继续升高，最大只能达到电动机的额定电压，而电动机的额定电压也不能再继续升高。3.4.2变频器的选型根据电动机的功率，选择变频器。本次设计中选择PI89系列，93系列，9302输出额定功率2hp=2*745.5w输出额定电流4A输出电压38010%V频率50-65H输出电压380V输出频率0-125H频率精度0.5%3.5联轴器的选择联轴器可以分为刚性联轴器和挠性联轴器。挠性联轴器则可以细分为弹性元件和非金属件，这两者通常被统称为弹性联轴器。弹性联轴器适用于那些需要两个轴严格对齐且不允许相对位移的工作场

28、合。相比之下，挠性联轴器则更适合那些需要偏移或可能发生相对位移的工作场合。在设计和选择联轴器时，需要考虑轴的相对位置变化和动力机的工作特性，同时还要考虑工作机的工作特点。因此，刚性联轴器的选择建议是在需要保持平稳负载、稳定转速、良好同轴且不产生相对位移的条件下进行；并且要选择挠性联轴器，有相对位移时要保证没有弹性元件。建议采用固定刚度弹性联轴器，如果负荷或速度变化不容易控制；但若负荷或转速变化幅度较大时，为了起到缓冲和减震的作用，最好选用可变刚度弹性联轴器。对于负载较高的机器来说，最好选择联轴器，因为联轴器体积轻，转动惯量小，所以联轴器是最好的选择。采煤机的滚筒转速：26.4rmin模型滚筒转

29、速：n=26.4/(1/7)=184.8rmin在这个设计里进行取舍；如下表所示，弹性柱销齿联轴器LX2：表3-2弹性柱销齿式联轴器型号许用转矩Tn许用转速n轴孔直径dY型LLX2560N*M6300rmin28mm62mm3.6齿轮的设计与校核小齿轮选用40cr,调质处理，齿轮硬度280HBk惰轮选用45号钢，调质处理，齿轮硬度280HBW.大齿轮选用45号钢，调质处理，齿轮硬度240HBM模数m=3减速比i-1：1.2齿宽系数0d取0.8小齿轮zl-30dl=90mm大齿轮z4=36d4=108mm惰轮z2(3)=31d2(3)=93mm中心距a=285mm齿宽b=0d*dl=O.8*90

30、=72mm齿高h=2.25*m=6.75mm齿轮速度Vdn-0.871ms60*1000Ftq3.314X103N3.7轴的设计计算与校核轴选用45调制钢初步计算轴径：最小轴直径A查表得IlL28d=12.496mm输入轴的最小直径处安装联轴器，电机轴直径28mm,故最小轴直径取28mm初步设计轴：输入轴设计校核:图3-3输入轴结构图3-4轴受力图RavRbv图3-5h方向受力图RbhFtRahRbh水平反力危H嘿!二1680.56N而H二普1633.87N图3-6V方向受力图FrRavRbv垂直反力而V二黑二61L67NM=三=59467N图3-7Mh图117639.2N图3-8Mv图428

31、16.9N合成弯矩M=MH2+MV2图3-9M图125188N当量转矩aT=O.6T=89490N图3-10T图W=71569.432。=-=2.1560MPAw输出轴设计校核：图3-12输出轴结构图圆周力：Ft-竽=1159.16NaFr=tana*Ft=421.89NRbh二空”二533.04N137图3-14h方向受力图RahFtFtRbh74Fr垂直反力：RaV=J口=227.88N137RbV二空土二194.OlN137图3-15V方向受力图RavFrFrRbvM=JMh2+Mv2图3-16Mh图Me=f2+aT2=53665.68图3-18M图图3-19T图53665.683. 8

32、轴承的选择轴承型号选择时，应考虑最小直径的轴心，为保证加工精度，可一次打出轴孔，在一根轴心上选用相同规格的轴承。在选用轴承时，要综合考虑负载、转速等多种因素。下面是选用轴承的一些基本准则：1、当转速载荷很小时，需要有较高的旋转精度时.，选用滚珠轴承；当负载速度很大或有脉冲时，应选择滚动轴承。2、角接触式滚珠和滚珠轴承，一般用在承受径向和轴向双重负载的轴承上；在径向载荷较小时，可选用径向载荷较小的轴向载荷轴，而在轴向载荷较大而径向载荷较小时，则可选用推力角接轴承。设计选用深沟球轴承160073. 9键的选择与校核齿轮上平键尺寸bh=128联轴器上平键尺寸bh=87齿轮：p=I。=1.8MPaop

33、KlD=27xl00.7MPaKlD滚筒：。p-2.OMPa。p=0.8MPa所以强度符合。第四章煤岩界面识别系统设计3.1 煤岩界面识别的基本原理当采煤机对岩石进行截取时，滚动传动轴释放出的矩形会使汽缸压力升高，从而引起摇臂震动，从而使截取温度发生变化，产生噪音。通过寻找这些信号随采煤机截断状态变化的规律，采煤机截断的情况可以通过对信号的间接测量来确定。通过观察和总结可以发现，在以下几个方面可以反映出切削状态的变化：1、转矩信号；2、电机电流；3、截齿声音；4、油缸压力；5.滚筒的震动状态。3.2 传感器的选用原则现代传感器的工作原理和结构各不相同，因此在选择传感器时需要考虑到测量的特定环境

34、因素。一旦确定了传感器，就需要选择与之匹配的测量设备。传感器的选择需要有合理依据，这样才能保证衡量结果的准确性。要进行具体的测量工作，首先要对采用何种原理传感器进行测量的多个方面因素进行分析。需视具体条件而定。以下几个具体问题需要根据传感器的实际使用情况来考虑：测量范围的大小等相关因素。传感器的体积一定要与所测位置的要求相适应；以接触法为计量方式；可采用有线或非接触式测量的方法，将信号导出。SenSor的来源可能是国内的产品，价格比较亲民，也可能是我们自己研发出来的。在感测器的线性范围内，一般都希望感测器的感光度越高，因为只有感光度高的时候，对应被测变化的数值才比较大，对信号处理是有好处的。感

35、应器具有更高的灵敏度，使得不相关的杂音很容易混杂在一起放大，从而对测量精度造成影响。所以要求感应器本身的讯号与杂音讯号比要高，才能减少讯号受到外界干扰所造成的冲击。传感器的灵敏度是有指向性的，对于单个矢量的测量，需要更高的指向性时，应选用与其他方向不一样，并且要小一些的传感器。对于多维矢量的测量，需要更高的互感灵敏度。传感器的频响特性决定了所能测量的频率范围，必须在允许范围内保持测量无失真。实际上传感器的反应始终存在固定延迟，越小越好。传感器的高频响应范围较广，可探测更高频率的信号，而机械系统只能探测低频信号，因惯性较大。为满足需求，需使用低频传感器。在动态测量中，要针对信号的稳态、瞬态、随机

36、等特性做出恰当反应，避免错误判断或超限问题的发生。传感器的线性范围指可测量的量程，其输出与输入成正比。敏感度在此范围内是恒定的。线性范围越宽，量程越大，可保证测量精度。选择传感器时，应首先检查其量程是否符合要求，一旦确定传感器类型，是需关注其绝对线性或相对线性误差，并选用较低误差的传感器，以提高测量精度。所谓的稳定性，是指在实际应用中，传感器的性能能够维持在一定的水平0除了传感器本身的结构，还受到外界环境的影响。为了确保系统的稳定，需要根据实际应用情况，选用适合的传感器，或者采取相应的措施来减少外界的影响。如果传感器的量化指数已经超期，则需要对其进行重新校准，从而判断其性能是否出现了退化。对于

37、那些要求长时间工作、不易更换、不易标定的情况下，对其稳定性要求更高。传感元件的准确度是整个测量系统的重要组成部分。在只需要满足全测试的条件下，可以选择价格低廉、结构简单的传感器，并不一定要选择高精度的传感器。对于需要准确测量数据的定量分析，必须选用符合要求的传感器。在一些特定的情况下，如果不能选择适当的传感器，就需要对其进行设计、制作，以保证其性能满足要求。4. 3应变式扭矩传感器应变式扭力传感器的工作原理是利用扭力轴将转矩转化为扭力，进而转化为与转矩有一定关系的传感器。测量电桥是通过使用弹性轴和添加应变测量计来构造的，其微小的电桥电阻值会在弹性轴受到力矩的作用后发生改变，进而改变电信号，从而

38、达到测量力矩的目的。本次设计选用了JN338传感器，该传感器既简单又可靠，可以测量扭矩数值。我们采用应变电测原理来测量传感器的扭矩数值。当应变轴体受到扭力作用时会发生微小变形，应变计会贴在其上，应变计的阻值也会随之改变。我们将应变测量仪组成测量桥，以求测量扭力数值。该方法简便易行，信得过。应变电阻计具有一个应变电阻值，与应变电阻值成正比，可将其变化转换成电压信号，供测量之用。图4-1扭矩测量原理图1 .输入能源福合器2 .稳压电路3 .应变桥4 .放大器5 .WF变换器6 .摘出信号耦合器7 .信号摘出电路电源经过处理后送，经耦合将能源送到应变轴上，由变成稳定电压供给应变轴上各电子器件，将应变

39、轴的微小变形转换成电信号，经过放大送到，经输出，通过整形后输出调频方波信号。技术参数：图4-2外型图转矩准确度：0.5%FS过载能力：150%FS工作温度：-20-6Oc信号输出：频率信号，幅值为5v外型结构：=I传=盒测量传感器的轴径和中心高度首先需要进行安装工作。然后，在动力设备和负载之间可以使用两组联轴器来安装传感器。中心高度和同轴高度都需要对动力装置、载重轮和传感器进行调整，以保证在0.05毫米以下的同轴高度。之后要固定好它们，并紧扣起来，才能保证它的牢靠，不会有松垮的情况发生。当使用较小范围或较高转速的感测器时，若可能导致测量误差及感测器损坏，所连接的中心高度及同轴度必须得到严格的保

40、证。连接时可选用刚性联轴器，也可选用弹性联轴器如果振动较大或同轴度未达到安装要求（0.05毫米以上至0.2毫米以下），建议选择弹性联轴器。若同轴度超过0.2毫米，禁止使用。安装底部台面时，应确保其稳定性，以避免产生过度震动。同时需具备足够的强度，否则可能导致测量数据不稳定，从而影响测量精度。联轴器必须完全贴合传感器两端的轴肩。建议在使用感应器时，由于感应器不能承受过大的轴向力或弯矩，因此在水平安装时应慎重考虑其他安装角度，否则可能会影响其正常使用。传感器连接方式：1 W：地 色）图4-3传感器接线方式4H：转速体。给出灰色5脚：信号修出白色4.4电流传感器电流传感器可由半导体的霍尔效应来量测不

41、同种类的电流。霍尔效应是指电流I通过荷电液体时，由于电场B的存在，会使荷电液体在电场中发生电动势。在电流与磁场平行时，其电动势值与电流、磁场大小成比例，且作用在两层表面层间。一般的电流传感器包括：原边电路，聚磁环，霍尔元件，放大器。在本次设计中，我们选用了AHBC-LTA型传感器。技术指标：工作温度：-2570响应时间：lug测量频率:DClOOkHz准确度:0.5级额定输出：200MA供电电压：15V图4-4外型图传感器连接方式:15V-15V M 去负载图4-5接线方式辅助电源梗拟石输出注意：模拟量输出地需要和电源地连接。请选择正确的电流流入方向。4.5声音传感器声音感应器是一种可以把语音

42、讯号转变为电子讯号的设备。现在常用的声学感应器，都是采用了对声音非常敏感的电容式话筒，在声学和电学方面，分成了上、下两个部分。在这些元件中，传声器膜片被认为是最关键的一个环节。麦克风内的极板薄膜开始受到声波的影响而震动，从而改变了的电容值，产生了微小的电压。然后转换为0-5V电压，再由数据采集器接受A/D的转换,最后再将其传送至计算机。设计选用了AnaIogSOUndSenSOrVLl声音传感器。图4-6传感器外型图产品参数PRODUCTPARAMETERS产品名称符号标识M3定位孔接口标识：S:信号 +:VCC -:GND信号标识：D表示数字 A表示模拟小型驻极体麦克风M3定位孔 防插反接头

43、技术指标：外接电源输入电压：512V外接电源输入电流：1A（持续）接口方式：GraVity系列标准接口接口引出：12组数字口、8组模拟口、1组串口、2组I2C口接口信号电平：高电平3.3V,低电平OV模拟量输入范围：03.3V板载LDO输出电压：3.3V板载LDO输出电流：500mA尺寸：33mm*42.6mm传感器连接方式:GPIO 3V3 , 1 . OK Y12X123V3 GND TX6 RX6O OO O3V3 GNDfecn SDA1GPlO 3胃 GND说明：Pyboardl/O扩展板是一款兼容Gravity系列各种传感器和电子模块的多功能扩展板，专为PybOardVLI而设计，

44、即插即用，无需焊接。此扩展板设有外接电源介面及开关，可切换3.3VVlN电源，可支援高电流元件，如马达、舵机等。Pyboard的管脚已经最大限度的引出，包括12组数字口，8组模拟口，1组串口，2组I2C,很方便的把很多模块连接起来。此电路板具有以下功能：内建3.3VLD0,可满足同时使用多个模组时所需的电量；同时还带有RST按键和USR按键，重置等操作起来比较方便。GraVity系列的数位感应器或模组可接入数位口，此口供电电压为3.3V,导出管脚为Y3Y1002、外部电源使用外部电源的电源端口，电源电压（POWerVoltage）。512VPYBOARD主板的三个复位按键都是复位的，按一下就能

45、实现复位操作了。4USR按键与主板的USR按键功能一致5电源切换开关这个开关可以选择供电电压为3.3V的XX4这四个端口，还是外接电源的VIN该设备支持模拟传感器或模块的外接，使用GraVity系列接口，提供3.3V电源,从X5X8、XlkX12、YU、Y12的管脚中引出管脚。GRAVITY系列的I2C传感器或模块，可通过1个I2C端口中的一个进行外接；该端口可通过引出管脚X9和XIo（12C1端口）,向传感器或模块提供3.3V电压并连接。Gravity系列的串口感应器或模组可透过8个UART端口外接，其导出管脚包括供电电压为3.3V的Yl、Y2（UART6）.9数码口（大电流）专门用来驱动端

46、口供电电压：3.3V或VIN等大功率元件，如马达、舵机等，可由电源切换开关选择*引出管脚。XX4连接好后，用数据线连接ARDUINo开发板和电脑。阿都诺IDE同时开启。输入代码。然后保存文件。连接好后，用数据线连接ARDUINO开发板和电脑。同时打开ArdUinOIDE0输入代码。然后保存文件。选择ArdUinOUno开发板。编译上传到开发板。选择COM口信息。然后选择端口监控工具,查看该程序的操作信息。串口监听资讯，以上资料为REDLED回复目前状态（ON表示开启，OFF表示关闭）。4.6压力传感器压力传感器是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置。本次选用SCYG318型传感器。压力感应器使用过程中的要点，关于被测介质安装位置正确的工艺管道上的变送器，要得到最好的测量结果，掌握正