扭矩傳感器的核心技術經歷了從傳統應變片到現代光纖傳感的重大原理突破,推動了測量精度與適用環境的根本性變革。
應變片技術的成熟與局限
傳統應變片扭矩傳感器基于金屬或半導體材料的應變效應。當彈性軸受扭矩作用產生剪切應變時,粘貼在軸表面的應變片電阻值隨之變化,通過惠斯通電橋轉換為電信號。此項技術成熟可靠,但易受電磁干擾、溫度漂移影響,且長期穩定性有限,難以滿足環境下的高精度需求。
光纖傳感的原理突破
光纖扭矩傳感器的出現標志著原理層面的突破。其主要采用光纖光柵(FBG)技術:在光纖纖芯內制作周期性折射率調制柵區,當扭矩作用于粘貼有光柵的轉軸時,應變導致光柵周期或有效折射率改變,從而使反射/透射的中心波長發生漂移。通過解調波長位移量,即可精確反演出扭矩值。
技術優勢與跨越
相較于應變片,光纖傳感實現了多重跨越:其一,抗干擾能力躍升,光纖本身為絕緣介質,免疫電磁干擾,適用于強電磁環境(如電機、發電機內部);其二,精度與穩定性突破,波長編碼信號不受光源波動影響,溫度與應變可分離測量,顯著降低漂移;其三,結構創新,傳感器體積小、質量輕,可實現分布式測量或嵌入復合材料內部,為旋轉機械狀態監測與智能結構設計開辟新途徑。
從應變片的電信號測量到光纖的波長調制,扭矩傳感的核心技術已從模擬電子時代邁向光子學時代。這一原理突破不僅提升了測量性能,更推動了傳感器向微型化、集成化、網絡化方向發展,成為裝備智能化的關鍵環節。