基于數(shù)字化的應變式扭矩傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及傳感器技術領域，具體是指基于數(shù)字化的應變式扭矩傳感器。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有應變式扭矩傳感器技術中，通常采用模擬電路處理應變片輸出的電信號，將其轉(zhuǎn)換為成比例的線性模擬量輸出信號，如電壓、電流或頻率脈沖信號。然而，模擬信號在使用時存在以下缺陷，其一:不利于在強電磁干擾的環(huán)境以及遠距離的傳輸，而且在人體接觸時會帶入靜電干擾，難以操作。其二:在對校準、標定及參數(shù)調(diào)整時均需要對電路的參數(shù)進行調(diào)整。其三:模擬信號需要使用二次儀表處理后才能與計算機等設備連接。如何克服以上缺陷是人們所急需解決的。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有應變式扭矩傳感器存在的以上缺陷，提供一種基于數(shù)字化的應變式扭矩傳感器。
[0004]本實用新型的目的通過下述技術方案實現(xiàn):基于數(shù)字化的應變式扭矩傳感器，包括齒盤U，光電開關S，定子系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)變壓器T1，旋轉(zhuǎn)變壓器T2，以及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)；所述光電開關S的一端與齒盤U相連接、另一端則與定子系統(tǒng)相連接，旋轉(zhuǎn)變壓器T1的原邊與定子系統(tǒng)相連接、其副邊則與轉(zhuǎn)子系統(tǒng)相連接，旋轉(zhuǎn)變壓器T2的原邊與轉(zhuǎn)子系統(tǒng)相連接、其副邊則與定子系統(tǒng)相連接。
[0005]進一步的，所述轉(zhuǎn)子系統(tǒng)由整流器K，與整流器K相連接的應變電阻電橋，與應變電阻電橋相連接的信號變換單元，以及同時與整流器K和信號變換單元相連接的信號放大器P2組成；所述整流器K還與旋轉(zhuǎn)變壓器T1的副邊相連接，信號放大器P2還與旋轉(zhuǎn)變壓器T2的原邊相連接。
[0006]所述信號變換單元由放大器P3，與非門A1，與非門A2，N極與放大器P3的正極相連接、P極則形成該信號變換單元的輸入端的二極管D1，正極與二極管D1的P極相連接、負極則經(jīng)電位器R2后與放大器P3的負極相連接的電容C1，與電容C1相并聯(lián)的電阻R1，以及N極與放大器P3的負極相連接、P極則經(jīng)倒相放大器A3后與與非門A1的正極相連接的二極管D2組成；所述電容C1的負極與電位器R2的控制端相連接；所述與非門A2的負極與放大器P3的輸出端相連接，其正極則與與非門A1的輸出端相連接，其輸出端則與與非門A1的負極相連接的同時形成該信號變換單元的輸出端。
[0007]所述的定子系統(tǒng)由DC/DC單元，與DC/DC單元相連接的功率放大器P1，與功率放大器P1相連接的ARM微控制器，分別與ARM微控制器相連接的RS485通信接口、信號調(diào)制解調(diào)單元以及轉(zhuǎn)速信號調(diào)理單元組成；所述的功率放大器P1還與旋轉(zhuǎn)變壓器T1的原邊相連接，信號調(diào)制解調(diào)單元還與旋轉(zhuǎn)變壓器T2的副邊相連接，轉(zhuǎn)速信號調(diào)理單元還與光電開關S相連接。
[0008]所述的放大器P3為LF356BI型運算放大器。
[0009]本實用新型較現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點及有益效果:
[0010](1)本實用新型的RS485通信接口可以直接與外部設備相連接，無需使用二次儀表。
[0011](2)本實用新型采用ARM微控制器其可以對測量輸出的信號進行數(shù)字化處理，方便校準、標定及參數(shù)調(diào)整，同時還可以提高測量數(shù)據(jù)輸出的抗干擾能力及傳輸距離。
[0012](3)本實用新型采用信號變換單元，其可以把電壓信號變換成頻率脈沖信號，當在不同工況時其所變換的脈沖信號的頻率不同，從而使其在不同工況下仍然能夠保持很好的適用性。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
[0014]圖2為本實用新型的信號變換單元電路結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合實施例對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實施方式并不限于此。
[0016]實施例
[0017]如圖1所示，本實用新型基于數(shù)字化的應變式扭矩傳感器，由齒盤U，光電開關S，定子系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)變壓器T1，旋轉(zhuǎn)變壓器T2，以及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)組成。該齒盤U固定在傳感器的轉(zhuǎn)子上，而光電開關S的一端與齒盤U相連接、另一端則與定子系統(tǒng)相連接。同時，旋轉(zhuǎn)變壓器T1的原邊與定子系統(tǒng)相連接、其副邊則與轉(zhuǎn)子系統(tǒng)相連接，旋轉(zhuǎn)變壓器T2的原邊與轉(zhuǎn)子系統(tǒng)相連接、其副邊則與定子系統(tǒng)相連接。光電開關S配合齒盤U可檢測轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度，并向定子系統(tǒng)輸出相應的頻率脈沖信號。
[0018]為了能夠更好的對光電開關S輸送來的頻率脈沖信號進行處理，該定子系統(tǒng)設置有DC/DC單元，與DC/DC單元相連接的功率放大器P1，與功率放大器P1相連接的ARM微控制器，分別與ARM微控制器相連接的RS485通信接口、信號調(diào)制解調(diào)單元以及轉(zhuǎn)速信號調(diào)理單元組成。同時，該功率放大器P1還與旋轉(zhuǎn)變壓器T1的原邊相連接，信號調(diào)制解調(diào)單元還與旋轉(zhuǎn)變壓器T2的副邊相連接，轉(zhuǎn)速信號調(diào)理單元還與光電開關S相連接。光電開關S通過齒盤U檢測轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度，并輸出相應的頻率脈沖信號，該頻率脈沖信號經(jīng)轉(zhuǎn)速信號調(diào)理單元后輸送給ARM微控制器。
[0019]外部電源通過DC/DC單元后轉(zhuǎn)換為可供定子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)使用的電壓。ARM微控制器通過其內(nèi)部的PWM單元產(chǎn)生400Hz脈沖信號，再經(jīng)過功率放大器P1放大后驅(qū)動旋轉(zhuǎn)變壓器T1，并通過旋轉(zhuǎn)變壓器T1傳輸給轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，由轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進行處理。
[0020]為了更好的實施本實用新型，該轉(zhuǎn)子系統(tǒng)由整流器K，與整流器K相連接的應變電阻電橋，與應變電阻電橋相連接的信號變換單元，以及同時與整流器K和信號變換單元相連接的信號放大器P2組成。同時，整流器K還與旋轉(zhuǎn)變壓器T1的副邊相連接，信號放大器P2還與旋轉(zhuǎn)變壓器T2的原邊相連接。
[0021]從旋轉(zhuǎn)變壓器T1輸送過來的信號經(jīng)整流器K整流穩(wěn)壓后，可以提供給轉(zhuǎn)子系統(tǒng)工作電源。同時，信號變換單元可以將應變電阻電橋產(chǎn)生的電壓信號變換為ΙΟΚΗζ的頻率脈沖信號。
[0022]該信號變換單元的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其包括放大器P3，與非門A1，與非門A2，電阻R1，電位器R2，電容C1，二極管D1，二極管D2以及倒相放大器A3。
[0023]其中，二極管D2的N極與放大器P3的負極相連接、其P極則經(jīng)倒相放大器A3后與與非門A1的正極相連接。與非門A2的負極與放大器P3的輸出端相連接，其正極則與與非門A1的輸出端相連接，其輸出端則與與非門A1的負極相連接的同時形成該信號變換單元的輸出端。由此結(jié)構(gòu)二極管D2，倒相放大器A3，放大器P3，與非門A1以及與非門A2則構(gòu)成一個信號轉(zhuǎn)換器，當電壓信號輸入進來后，該轉(zhuǎn)換器則把電壓信號轉(zhuǎn)換成為頻率脈沖信號。
[0024]另外，二極管D1的N極與放大器P3的正極相連接、其P極則形成該信號變換單元的輸入端，電容C1的正極與二極管D1的P極相連接、其負極則經(jīng)電位器R2后與放大器P3的負極相連接，電阻R1則與電容C1相并聯(lián)。所述電容C1的負極與電位器R2的控制端相連接。為了達到更好的實施效果，該放大器P3優(yōu)先選用LF356BI型運算放大器。
[0025]與此同時，轉(zhuǎn)換后的頻率脈沖信號由信號放大器P2放大后，通過旋轉(zhuǎn)變壓器T2輸送給信號調(diào)制解調(diào)單元，再由信號調(diào)制解調(diào)單元傳輸給ARM微控制器。這時，ARM微控制器對采集來自轉(zhuǎn)子的脈沖頻率信號以及光電開關S傳輸過來的轉(zhuǎn)速信號進行數(shù)字濾波、線性校準、數(shù)字補償?shù)忍幚砗?，再通過RS485通信接口輸出給外部設備，而無需再使用二次儀表。該RS485通信接口可以接收校準后的對應于扭矩大小及轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)，也可向扭矩傳感器發(fā)送指令修改其內(nèi)部參數(shù)，包括采樣頻率、濾波系數(shù)、線性校準參數(shù)及通信參數(shù)等。并且由于ARM微控制器可以實現(xiàn)量通信及信號的數(shù)字化處理，因此出廠校準及標定均可以采用通信接口遠距離進行，不需要采用人工接觸來調(diào)整電路、電阻的參數(shù)。
[0026]如上所述，便可很好的實施本實用新型。
【主權項】
1.基于數(shù)字化的應變式扭矩傳感器，包括齒盤U，光電開關S，定子系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)變壓器T1，旋轉(zhuǎn)變壓器T2，以及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)；所述光電開關S的一端與齒盤U相連接、另一端則與定子系統(tǒng)相連接，旋轉(zhuǎn)變壓器T1的原邊與定子系統(tǒng)相連接、其副邊則與轉(zhuǎn)子系統(tǒng)相連接，旋轉(zhuǎn)變壓器T2的原邊與轉(zhuǎn)子系統(tǒng)相連接、其副邊則與定子系統(tǒng)相連接；所述轉(zhuǎn)子系統(tǒng)由整流器K，與整流器K相連接的應變電阻電橋，與應變電阻電橋相連接的信號變換單元，以及同時與整流器K和信號變換單元相連接的信號放大器P2組成；所述整流器K還與旋轉(zhuǎn)變壓器T1的副邊相連接，信號放大器P2還與旋轉(zhuǎn)變壓器T2的原邊相連接；其特征在于，所述信號變換單元由放大器P3，與非門A1，與非門A2，N極與放大器P3的正極相連接、P極則形成該信號變換單元的輸入端的二極管D1，正極與二極管D1的P極相連接、負極則經(jīng)電位器R2后與放大器P3的負極相連接的電容C1，與電容C1相并聯(lián)的電阻R1，以及N極與放大器P3的負極相連接、P極則經(jīng)倒相放大器A3后與與非門A1的正極相連接的二極管D2組成；所述電容C1的負極與電位器R2的控制端相連接；所述與非門A2的負極與放大器P3的輸出端相連接，其正極則與與非門A1的輸出端相連接，其輸出端則與與非門A1的負極相連接的同時形成該信號變換單元的輸出端。2.根據(jù)權利要求1所述的基于數(shù)字化的應變式扭矩傳感器，其特征在于:所述的定子系統(tǒng)由DC/DC單元，與DC/DC單元相連接的功率放大器P1，與功率放大器P1相連接的ARM微控制器，分別與ARM微控制器相連接的RS485通信接口、信號調(diào)制解調(diào)單元以及轉(zhuǎn)速信號調(diào)理單元組成；所述的功率放大器P1還與旋轉(zhuǎn)變壓器T1的原邊相連接，信號調(diào)制解調(diào)單元還與旋轉(zhuǎn)變壓器T2的副邊相連接，轉(zhuǎn)速信號調(diào)理單元還與光電開關S相連接。3.根據(jù)權利要求2所述的基于數(shù)字化的應變式扭矩傳感器，其特征在于:所述的放大器P3為LF356BI型運算放大器。
【專利摘要】本實用新型公開了基于數(shù)字化的應變式扭矩傳感器，其特征在于：包括齒盤U，光電開關S，定子系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)變壓器T1，旋轉(zhuǎn)變壓器T2，以及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)；而轉(zhuǎn)子系統(tǒng)則包括整流器K，應變電阻電橋，信號變換單元，信號放大器P2；該信號變換單元則由放大器P3，與非門A1，與非門A2，N極與放大器P3的正極相連接、P極則形成該信號變換單元的輸入端的二極管D等組成；本實用新型采用ARM微控制器其可以對測量輸出的信號進行數(shù)字化處理，方便校準、標定及參數(shù)調(diào)整，本實用新型采用信號變換單元，其可以把電壓信號變換成頻率脈沖信號，當在不同工況時其所變換的脈沖信號的頻率不同，從而使其在不同工況下仍然能夠保持很好的適用性。
【IPC分類】G01L3/00
【公開號】CN204964085
【申請?zhí)枴緾N201520657850
【發(fā)明人】程社林, 劉陳, 程振寰, 董治兵
【申請人】成都誠邦動力測試儀器有限公司
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年8月28日