在新能源汽车充电系统的运行中，存在一系列物理量的精确测量需求，这些测量直接关系到充电过程的安全、效率与设备寿命。其中，机械力的监测是一个基础但关键的环节。充电枪与车辆充电口的插拔过程会产生轴向的插入力与拔出力，充电线缆的布设与固定需要承受特定的张力，充电设备内部某些机械结构也可能需要监控其受力状态。对这些力的量化感知，是实现智能化、高可靠性充电操作的前提。东莞南力生产的扭力传感器与测力传感器，便是应用于此类场景的精密测量元件。
从测量原理的物理本质切入，可以更清晰地理解这两类传感器在充电系统中的作用。力本身是一个矢量，其作用效果可以表现为使物体发生形变或产生旋转趋势。测力传感器，通常基于应变效应，其核心是一个弹性体。当外力作用于弹性体时，会导致其发生微小的形变，粘贴于弹性体上的应变计电阻值随之改变。通过测量电桥电路将这种电阻变化转换为电压信号，即可精确推算出所施加力的大小。这种传感器主要测量的是拉压力或压力，其力作用方向与传感器轴线方向一致。
扭力传感器，则专门用于测量旋转轴所传递的扭矩。其工作原理同样基于应变测量，但结构设计针对扭转形变。当转轴受到扭矩作用时，会产生剪切应力，安装在轴上的应变计感知此应力引起的形变。另一种常见原理是相位差测量：在转轴两端安装齿轮盘和磁电或光电传感器，当轴受扭力产生微小扭转角时，两端传感器输出的脉冲信号会产生相位差，通过测量该相位差即可计算扭矩值。在充电系统中，需要旋转动作的机械部件，如自动对接机构，其驱动电机的输出扭矩监控就可能用到此类传感器。
将“充电系统监测”这一功能需求进行拆解，可以将其分解为连接可靠性验证、线缆管理状态感知、机械部件寿命预警三个递进的层次。传感器的测量数据服务于这三个层次的具体判断。
01连接可靠性验证中的力感知
充电枪与车辆充电口的物理连接是电能传输的高质量步，其可靠性至关重要。手动插拔时，过大的插入力可能导致端口磨损或用户操作困难，过小的拔出力则可能意味着连接器磨损、锁止机构失效，存在意外断开的风险。在自动充电机器人应用中，插拔过程完全由机器执行，力的精确控制更是必不可少。
在此环节，测力传感器被集成于充电枪手柄内部或自动机械臂的末端执行器上，实时监测插拔过程中的轴向力曲线。一个标准的插拔力曲线具有特征峰值和平台区间。系统通过比对实时力曲线与预设的标准曲线，可以判断连接是否到位、锁止是否成功。例如，当插入过程中力峰值异常升高，可能提示端口内有异物或对位不准；当拔出时所需的力低于阈值，则系统可预警“连接器锁止异常”，并建议进行检查，从而在发生充电中断或安全事故前排除隐患。
02线缆管理状态感知与自适应调整
充电线缆是连接充电桩与车辆的活动部件，其管理状态影响设备安全与用户体验。尤其是大功率直流充电线缆，因其重量和刚度较大，收放、拖拽过程中的受力情况更为复杂。线缆长期受到不当拉力或反复弯折，会加速其外皮和内导体的老化，甚至引发内部短路。
在自动收放线机构中，集成测力传感器可以实时监测线缆张力。系统依据张力数据动态调整收放电机的扭矩输出，实现“柔顺”收放，避免突然的拉扯。当检测到线缆被外力意外拖拽（如车辆移动未断开充电枪）导致张力骤增时，系统可立即触发紧急停止并锁紧线缆，防止设备损坏或事故发生。通过长期监测张力数据的变化趋势，可以评估线缆的机械疲劳状态，为预防性维护提供依据。
03机械部件寿命预警与健康管理
充电设备，特别是大功率充电桩和自动充电设备，包含电机、齿轮箱、丝杠、轴承等多种机械运动部件。这些部件的健康状态直接影响整个系统的长期运行稳定性。单纯依靠运行时间或次数进行维护，往往不够精准，可能造成过度维护或维护不及时。
扭力传感器在此层面发挥作用。以驱动充电枪移动的伺服电机为例，在其输出轴集成扭力传感器，可以持续监测其工作扭矩。在相同动作指令下，驱动机械部件所需的扭矩若呈现缓慢上升趋势，往往意味着传动机构摩擦增大、润滑失效或出现轻微形变。例如，导轨润滑不足会导致移动阻力增加，电机需要输出更大扭矩才能完成插拔动作，这一变化会被传感器捕捉。系统通过分析扭矩的历史数据，建立各部件的“力指纹”模型，当实时数据偏离正常模型时，即可提前发出维护预警，指明潜在故障点，从而实现预测性维护，降低非计划停机风险。
传感器的测量精度、长期稳定性与环境适应性是其在充电场景可靠工作的基础。充电桩工作环境复杂，可能面临温度变化、湿度、电磁干扰等挑战。应用于此领域的传感器通常需要具备温度补偿功能，以抵消温度变化对测量信号的影响；其电路设计需考虑电磁兼容性，防止充电过程中强电流切换产生的电磁噪声干扰信号传输；外壳防护等级也需满足户外或特定工业环境的要求。
从数据流向与应用闭环来看，传感器产生的原始模拟或数字信号，经由信号调理电路进行放大、滤波后，被主控制器采集。控制器内的算法程序将这些力数据与位置、电流、状态开关量等其他传感器信息进行融合分析，从而做出精确的逻辑判断与控制决策。例如，结合力传感器与视觉或位置传感器的数据，自动充电系统可以更精准地修正机械臂的运动轨迹，实现“力位混合控制”，在遇到轻微阻力时自适应调整，完成鲁棒的插接操作。
在新能源汽车充电系统的监测体系中，扭力与测力传感器扮演着“神经末梢”的角色，将关键的机械力信息转化为可量化、可分析的电信号。其价值并非孤立存在，而是嵌入于从连接验证、状态感知到寿命预测的完整监控链条中。通过提供精确、可靠的力数据，这些传感器为充电操作的自动化、安全管理的精细化以及设备维护的预测化提供了不可或缺的数据基础，是提升充电基础设施智能化水平与长期运行可靠性的底层技术要素之一。其应用体现了现代工业设备通过多维度传感与数据融合，实现从被动响应到主动感知与预警的演进方向。
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