隨著傳感器技術的迅速發展，扭矩傳感器成為其中一個重要的研究方向。扭矩測量作為各種反映機械轉動系統運行狀態和檢測的主要參數，對扭矩的檢測關系到整個轉動系統性能，表現在其所輸出的功率、能耗、使用壽命、安全性和穩定性等方面。

扭矩測量已經在石油、汽車、船舶、航空航天、工程機械、交通運輸、口腔醫學、醫療器械、電機、機器人及仿生機械等各個領域應用。隨著全球資源的減少和國家戰略的需求，原有的接觸式扭矩測量易磨損，易受環境因素影響的弊端被日益放大，為了提高扭矩傳感器的測量精度，降低使用成本和提高抗干擾能力，非接觸式的電磁式扭矩應運而生。

(扭矩傳感器)

自從80年代起開始，美國、日本等發達國家研制出了電磁式扭矩傳感器后，科技界對其進行了深入的研究。各式各樣的新型電磁式扭矩傳感器接踵而至。其中主要的幾款傳感器如下，他們分別從結構，制作工藝和測量方式上進行了創新和改進，對該領域貢獻較大。

1. 立式電磁扭矩傳感器

該型傳感器主級用于測量，從級用于校對。通過 Maxwell 軟件對輸出電壓、激勵線圈匝數、轉子的厚度等參數進行電磁仿真，將上述多組參數的數據利用線性減慣性權重粒子群算法與有限元方法相結合的方法優化設計傳感器的結構參數，除去電壓波動較大及結構參數差的組別，找到一組傳感器設計參數能使傳感器的非線性度產生誤差，用以指導傳感器的加工，為立式結構電磁扭矩 。

2. 霍爾式扭矩傳感器

該傳感器使用成本較低的永磁體(N35 釹鐵硼) 作為激勵來產生磁場，將其外形設計成片狀，排列方式為相鄰兩片的 N、S 極，極性相反排列在轉動軸的徑向上，從而形成繞軸一圈的磁環。當旋轉軸轉動時，由軸兩端的磁環產生周期性的交變磁場，在該磁場中霍爾元件將在其內部產生的霍爾電壓，由于旋轉軸兩端存在著相位差，因此通過計算兩路電壓信號之間的相位差可得到軸兩端相對扭轉角大小。

3. 差動式電磁感應轉矩傳感器

傳感器軸的輸出鐵芯一端與轉動軸同心固定在轉動軸上，另一端使用軸承將其傳感器軸相連且可以轉動，將輸出繞組布置在輸出鐵芯槽內。勵磁鐵心固定在勵磁套管上，勵磁繞組安裝在勵磁鐵心上。該傳感器的工作原理是將扭矩的轉角信號轉化成傳感器的閉合磁路磁通，其中磁通是由勵磁鐵芯，氣隙和輸出鐵芯所形成的磁路產生。由于負載扭矩的原因，此時輸出繞組的兩路磁通不再相同，產生的電動勢也不再相等，經過差動輸出后的輸出繞組將產生與該轉角成線性關系的電動勢，再經過電磁耦合得到電動勢與負載扭矩 T 成正比的關系。在結構上取得創新的同時，同時實現了對測量動態及靜態扭矩的測量。

4. 環型球柵式電磁扭矩傳感

通過將光柵扭矩傳感器的測量原理和電磁式進行了結合，研究出來一個新型電磁式扭矩傳感，命名為環型球柵扭矩傳感。其原理還是應用的電磁感應現象，填補了光柵和電磁式結合的領域空白。

傳感器是由環型空間的磁性鋼球和電磁式探測器陣列組成，主要是對上述的結構進行了創新，將環型球柵引入其中，同時保留有電磁式測量頭，由此將二者完美的結合。由于傳感器的球柵圓環是固定的，因此當傳動軸旋轉時，通過環型球珊內的金屬小球，小球和空氣的磁阻不同，由于磁阻得變化，就可以轉化為讀數頭和球柵之間相對位移，測得扭矩。該傳感器具有物理性質穩定、結構可靠的優點。

在工業中，電磁扭矩傳感器已經應用在傳統汽車的助力轉向、變速器與傳動軸之間、船舶及飛機的發動機、試驗臺和電機等傳動系中需要進行扭矩測量和功率計算的場合。

在進入 21 世紀以來，隨著科技進步和材料的發展，此類型的傳感器已經突破了傳統行業應用的局限，已經開始在機器人、生物醫學中嶄露頭角。

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審核編輯 黃宇