Drehmomentmeßsystem mit Oberflächenwellen-Resonatoren:
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| Published: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1994
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| adam_text | Titel: Drehmomentmeßsystem mit Oberflächenwellen-Resonatoren
Autor: Baldauf, Wilhelm
Jahr: 1994
Inhaltsverzeichnis V Inhaltsverzeichnis Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen VIII Einführung 1 1 Grundlagen, Stand der Technik 2 1.1 Grundlagen der Drehmomentmessung 2 12 Stand der Technik 5 1.2.1 Allgemeines 5 Einbau der Meßwelle in den Antriebsstrang 5 Bauformen von Meßkörpern 6 1.2.2 Messung von Dehnungen auf der Wellenoberfläche 9 Resistive Aufnehmer, Dehnungsmeßstreifen 9 Frequenzliefernde Aufnehmer, OFW-Bauelemente 11 1.2.3 Messung des Torsionswinkels 14 Optische Aufnehmer 14 Induktive Aufnehmer 15 Wirbelstromaufnehmer 16 Phasendifferenz zwischen zwei Zahnkränzen 16 1.2.4 Messung von Schubkräften und mechanischen Spannungen 16 Piezoelektrische Aufnehmer 16 Magnetostriktive Aufnehmer 17 1.3 Aufgabenstellung 19 2 Komponenten des Meßsystems 20 2.1 Übersicht 20 2.1.1 Drehmomentaufnehmer mit Elektronik auf der Welle 20 2.1.2 Drehmomentaufnehmer mit ortsfester Elektronik 22 2.2 OFW-Resonator als dehnungsempfindliches Sensorelement 24 2.2.1 Ausbreitung von Oberflächenwellen 24 2.2.2 Aufbau und Prinzip von OFW-Resonatoren 26 Interdigitalwandler 26 Reflektorfelder 28 Elektrisches Ersatzschaltbild 29 Daten der verwendeten Resonatoren 31 2.2.3 Dehnungsabhängigkeit 32
VI Inhaltsverzeichnis 2.2.4 Temperaturabhängigkeit 33 Nichtapplizierter OFW-Resonator 33 Applizierter OFW-Resonator 37 Temperaturabhängigkeit der Dehnungsempfindlichkeit 38 2.2.5 Temperaturkompensationsverfahren 39 Differenzfrequenzprinzip 39 Temperaturabhängige Oszillatorbeschaltung 41 Temperaturbestimmung aus der OFW-Resonator-Dämpfung 42 2.2.6 Sensorapplikation 46 Applikation mit Schutzcoating 46 Beschreibung der untersuchten DMS-Kleber 47 Einfluß der Kleber auf Linearität, Hysterese und Kriechen 48 2.3 Oszillatorelektronik 52 2.3.1 Grundlagen von Oszillatoren 52 Amplitudensteilheit 53 Phasensteilheit 54 2.3.2 Oszillatorkreis mit OFW-Resonator 55 2.3.3 Anforderungen an den Oszillatorkreis 57 2.3.4 Beschreibung der verwendeten Oszillatorschaltungen 58 Einstufiger Oszillator 58 Zweistufiger Oszillator 60 2.3.5 Stabilität 62 Einstufiger Oszillator 62 Differenzfrequenz zweistufiger Oszillatoren 63 2.4 Übertrager 65 2.4.1 Anforderungen und Aufbau 65 2.4.2 Verkopplung von Streifenleitern 68 Ersatzschaltbild der verkoppelten Streifenleiter 68 Partielles Differentialgleichungssystem 69 Lösung des Differentialgleichungssystems 71 Übertragerauslegung 73 2.4.3 Simulationen und Messungen des Übertragerverhaltens 75 Beschreibung des ortsdiskreten Netzwerkmodells 75 Versuchsaufbau 77 Eigenschaften eines Ringpaares 79 Eigenschaften des Rückkoppelzweiges mit OFWR und Übertrager 81 Frequenzgang des offenen Oszillatorkreises 84 Oszillatorausgangsfrequenz und Amplitude 85 Maßnahmen zur Verringerung des Rotationseinflusses 86 Rundlaufabweichung und axiale Verschiebung 87
Inhaltsverzeichnis VII 2.4.4 Gleichzeitiger Betrieb von zwei OFW-Resonatoren 89 Übertrageranordnung 89 Rotationsabhängigkeit der Differenzfrequenz 90 Wellensynchrone Abtastung 91 Beeinflussung benachbarter Oszillatoren 92 2.5 Frequenzzähler 94 2.5.1 Anforderungen an den Frequenzzähler 94 Auswirkung des integrierenden Umsetzverfahrens bei dynamischen Signalen 95 Multiperiodendauermessung mit Korrektur der Start-/Stoppfehlerzeiten 97 Einfluß überlagerter Störspannungen auf die Frequenzauflösung 98 2.5.2 Realisierung des Frequenzzählers 99 Zeitmessung im Nanosekundenbereich mit einem LCA 99 Temperaturkompensation 102 Aufbau und Meßergebnisse 102 3 Drehmomentmessung 105 3.1 Beschreibung der eingesetzten Meßwellen 105 3.1.1 Konstruktion 105 3.1.2 Dehnung der Resonatoren bei Torsion 106 3.2 Statische Messungen 108 3.2.1 Beschreibung des Meßaufbaus 108 3.2.2 Signalverläufe bei sinusförmiger Aussteuerung 110 3.2.3 Referenzmessungen 111 Meßwelle mit integrierter Elektronik 111 Referenzmeßwelle 113 3.3 Dynamische Messungen 117 3.4 Bestimmung der Wellentemperatur bei rotierender Welle 120 4 Zusammenfassung 124 Anhang: Waage mit OFW-Resonator-Biegebalken 127 Literaturverzeichnis 131
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