ترانسدیوسر گشتاور

ترانسدیوسر گشتاور

ترانسدیوسر گشتاور حسگر یا ترانسدیوسر گشتاور (به انگلیسی: Torque sensor)، وسیله ایست برای تبدیل، اندازه گیری و ثبت گشتاور سیستم‌های گردنده، مثل میل لنگ موتور یا شفت ژنراتور و... دو مدل گشتاور به نام گشتاور استاتیکی و گشتاور دینامیکی وجود دارد. اندازه گیری گشتاور استاتیکی به طور نسبی ساده‌است اما اندازه گیری گشتاور دینامیکی به دلیل اینکه نیاز به انتقال اثراتی مثل الکتریسیته و مغناطیس از شفت تحت اندازه گیری، به یک سیستم استاتیک دارد بمراتب مشکل تر است. معمولا حسگرهایی که به عنوان حسگرگشتاور به کار می‌روند از نوع کرنش‌سنج هستند که روی شفت در حال چرخش سوار می‌شوند. به دلیل اینکه حسگر نیاز به تغذیه دارد و در ضمن سیگنال خروجی هم باید قرائت شود، اندازه گیری گشتاور دینامیکی کمی مشکلتر می‌شود. برای این کار معمولاً در سیستم‌های قدیمی تر از رینگ‌های لغزنندهٔ حلقوی استفاده می‌شد که در سیستم‌های نو از حسگرهای وایرلس استفاده می‌شود. بعلاوه با کمک روش‌های ارسال وایرلس اکنون حتی A/D converterو رکوردرهاراهم می‌توان روی شفت قرار داد و دقت اندازه گیری را به میزان زیادی افزایش داد. سنجش گشتاور با تکنیک [پیزوالکتریک http://en.wikipedia.org/wiki/Pizoelectric] بر اساس SAW وBAW قرار دارد. یکی از کاربردهای حسگر گشتاور در موتور اتومبیل منجر به کاهش مصرف سوخت می‌شود. که می‌توانید آن را در این مقاله [۱] مشاهده کنید. برای اینکه در مورد حسگرهای بر اساس اثر SAW بیشتر بدانید، نخست باید کمی در مورد تئوری امواج Rayleigh یا تئوری Acoustic Wave Surface مطالعه کنید. فرض کنید دو عدد شانه سر را طوری در هم فرو کنید که دندانه‌های آن‌ها هیچ تماسی با هم نداشته باشند. در این حالت شما ساختاری را درست کرده‌اید که به آن اصطلاحا مبدل اینتردیجیتال یا IDT می‌گویند. اکنون اگر این ساختار را با ماده‌ای مناسب روی یک زیر لایه از جنس پیزوالکتریک (مثلا کوارتز) پیاده کنید و به دو سر آن یک ولتاژ AC با فرکانسی مشخص اعمال کنید در سطح ماده زیر لایه موجی سطحی منتشر خواهد شد که به آن SAW می‌گویند. اگر در طرف دیگر زیر لایه یک ساختار IDT دیگر داشته باشیم پس از تولید موج سطحی توسط IDT اول، دو سر IDT دوم ولتاژی ایجاد خواهد شد که فرکانس آن با فرکانس موج ورودی در شرایط نرمال که هیچ اثر مکانیکی از خارج بر زیر لایه وارد نشده‌است تقریبا یکی است. اما با اعمال کمیتی نظیر فشار یا کشش یا دما و... بر زیر لایه فرکانس موج سطحی دو سر IDT خروجی با فرکانس تولیدی در IDT اول متناسب با تغییر مکانیکی اعمال شده (که آن را در قالب تغییرات جرم یا mass loading می‌شناسیم) تغییر خواهد کرد. فرکانس تولیدی در IDT اول بسته به فاصله دندانه‌های شانه‌ای شکل آن از یکدیگر، شکل و طول آن‌ها در راستای عمود بر سطح دندانه‌ها در سطح زیر لایه منتشر می‌شود. اما برای اندازه گیری گشتاور یک شفت با SAW دو عدد رزوناتور SAW را به صورت نصف پل (Half-Bridge) به هم متصل و روی شفت با زاویه ۴۵ درجه نسبت به محور شفت محکم می‌بندند.  اکنون با اعمال یک موج RF (معمولا ۲۰۰ مگاهرتزی) به صورت وایرلس به SAW، در طرف دیگر آن بسته به میزان دوران و گشتاور اعمال شده از شفت به SAW به عنوان اثر بار، فرکانس موج دریافتی تا یک مگاهرتز تغییر خواهد کرد. بر این مبنا، گشتاور اندازه گیری شده می‌تواند تا دقتی معادل 1rpm داشته باشد. این تکنیک توسط کمپانی حسگر تکنولوژی به کار گرفته شداست.

تاریخ: ۱۳۹۲/۴/۱۰