CN104655340B - 基于无线供电与无线信号传输的转矩传感器模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线供电与无线信号传输的转矩传感器模块，其使用由应变片构成的电桥将力矩变化转换为电压变化，采用电磁耦合线圈进行无线供电，使用低成本无线信号近场传输技术。本发明通过上述技术方案提高了转矩传感器模块的寿命和可靠性，降低了维护成本。

Description

基于无线供电与无线信号传输的转矩传感器模块

技术领域

本发明属于传感器领域，特别涉及一种基于无线供电与无线信号传输的转矩传感器模块。

背景技术

转矩传感器是在各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测，转矩传感器将力矩的大小转换成精确的电信号供测量或处理，其应用范围广泛，地位重要。但是转矩传感器中存在旋转件，对旋转件的测量一直都是技术难题，目前的转矩传感器存在诸多问题。

现有技术中，存在转矩传感器分为接触式与非接触式两种。接触式转矩传感器旋转件的供电与信号传输大多使用滑环进行，而滑环存在固有缺点，其制造成本高昂、工作不可靠、寿命有限需要定期维护，不适宜高速旋转时的传输。而非接触式转矩传感器虽然回避了旋转件的问题，但是其体积庞大，技术复杂，成本高昂，难以大规模推广。此外，目前的转矩传感器产品大多着眼于大测量范围、高精度，对于成本的控制较为宽松，使得在低要求低成本情况下的使用受到极大的限制。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种基于无线供电与无线信号传输的转矩传感器模块，其包括：电压供给模块，用于提供工作电压；应变片平衡电桥，与所述电压供给模块连接，用于在力矩发生变化时，在所述应变片平衡电桥的两中点处输出电压差信号；信号放大电路，与所述应变片平衡电桥连接，用于对所述电压差信号进行放大，得到放大信号；信号调制电路，与所述信号放大电路连接，用于对所述放大信号进行调制处理，并发送出去；以及信号解调电路，与所述信号调制电路连接，用于对所述信号调制电路发送的信号进行解调得到用于表征所述电压差信号的模拟量信号。

根据如上所述的转矩传感器模块中，优选，所述电压供给模块包括：第一正弦信号生成电路，用于将直流信号生成第一正弦信号；第一线圈，与所述第一正弦信号生成电路连接，第二线圈，与所述第一线圈耦合，以产生第二正弦信号，所述第二正弦信号与所述第一正弦信号同频且相位差为90°；整流电路，与所述第二线圈连接，用于对所述第二正弦信号进行整流，产生整流信号；以及稳压电路，与所述整流电路连接，用于对所述整流电路产生的整流信号进行处理得到所述工作电压。

根据如上所述的转矩传感器模块中，优选，所述信号放大电路为差分放大电路。

根据如上所述的转矩传感器模块中，优选，所述信号调制电路包括：第三正弦信号生成电路，用于生成第三正弦信号；调制单元，与所述信号放大电路连接，还与所述第三正弦信号生成电路连接，用于通过所述第三正弦信号对所述放大信号进行调制，得到调制信号；以及第三线圈，与所述调制单元连接，用于产生所述调制信号。

根据如上所述的转矩传感器模块中，优选，所述信号解调电路包括：第四线圈，与所述第三线圈耦合，用于接收所述第三线圈产生的调制信号；以及解调单元，与所述第四线圈连接，用于对所述第四线圈接收到的调制信号进行解调以得到用于表征所述电压差信号的模拟量信号。

本发明实施例带来的有益效果如下：

使用应变片将力矩变化转换为电压变化，采用电磁耦合线圈进行无线供电，使用低成本无线信号近场传输技术，寿命长、工作可靠成本低。

采用应变片将力矩变化转化为电压信号，具有很多优点：分辨力高、误差小、尺寸小重量轻、测量范围大、可测快速交变应力、测量结果便于传送、记录和处理、能在各种严酷环境中工作、价格低廉便于选择和大量使用。

采用无线供电技术，避免了滑环的使用，增加了使用寿命，增强了系统可靠性，降低了维护成本。

采用低成本信号无线传输技术，使用耦合线圈进行磁感应传输，可靠性高，抗干扰能力强，价格低廉。

传感器可使用电位器进行调零，增强了系统的稳定性与使用寿命，降低了维修的可能性，消除了定期保养的需求。

传感器的放大倍数可根据实际需求调整，有较为宽泛的适用范围。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于无线供电与无线信号传输的转矩传感器模块的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，本发明实施例提供了一种基于无线供电与无线信号传输的转矩传感器模块矩传感器模块，其包括：电压供给模块，应变片平衡电桥，信号放大电路，信号调制电路以及信号解调电路。

其中，电压供给模块用于提供工作电压，其包括：用于将直流信号生成第一正弦信号的第一正弦信号生成电路1；与第一正弦信号生成电路连接的第一线圈2；与第一线圈2耦合的第二线圈3，用于产生第二正弦信号，第二正弦信号与第一正弦信号同频且相位差为90°；与第二线圈3连接的整流电路4，用于对第二正弦信号进行整流以产生整流信号；以及与整流电路4连接的稳压电路5，用于对整流电路4产生的整流信号进行处理得到工作电压。基于第一线圈2和第二线圈3耦合的方式，第一正弦信号生成电路1也可称为无线供电模块发射端，第一线圈2也可称为发射线圈，第二线圈3也可称为接收线圈，整流电路4和稳压电路5两者也可统称为无线供电接收端。

应变片平衡电桥6，与电压供给模块连接，用于在力矩发生变化时，在应变片平衡电桥的两中点处输出电压差信号；

信号放大电路7，与应变片平衡电桥连接，用于对电压差信号进行放大，得到放大信号。信号放大电路优选为差分放大电路。

信号调制电路，与信号放大电路7连接，用于对放大信号进行调制处理，并发送出去；信号解调电路，与信号调制电路连接，用于对信号调制电路发送的信号进行解调得到用于表征电压差信号的模拟量信号。信号调制电路包括：第三正弦信号生成电路9，用于生成第三正弦信号；调制单元8，与信号放大电路7连接，还与第三正弦信号生成电路9连接，用于通过第三正弦信号对放大信号进行调制，得到调制信号；以及第三线圈10，与调制单元8连接，用于产生调制信号。信号解调电路包括：第四线圈11，与第三线圈10耦合，用于接收第三线圈10产生的调制信号；以及解调单元12，与第四线圈11连接，用于对第四线圈11接收到的调制信号进行解调以得到用于表征电压差信号的模拟量信号。

下面对本发明提供的转矩传感器模块的工作原理进行详细介绍：

首先通过第一正弦信号生成电路将直流信号转换为一定频率的正弦信号，传送到发射线圈(即第一线圈)，发射线圈与接收线圈(即第二线圈)耦合，接收线圈上产生于前述正弦波同频(相位偏差90度)的正弦波，通过整流电路、稳压电路得到所需电压的直流供电，也就是为应变片平衡电桥提供工作电压。

应变片平衡电桥通过使用应变片构成应变片平衡电桥，力矩发生变化时应变片发生形变，应变片电阻改变，电桥平衡打破，电桥两中点出现电压差，得到微小电压信号。然后通过信号放大电路对得到的微小电压信号通过差分放大电路进行放大，得到模拟输出信号。

通过第三正弦信号生成电路生成一定频率的正弦载波，使用正弦载波对经信号放大电路处理得到的模拟输出信号进行调制，得到的已调信号，在第三线圈中产生带有转矩信息的已调信号。

第四线圈与第三线圈耦合，接收到第三线圈发出的已调信号，之后对已调信号进行滤波、解调处理，得到转矩传感器输出的模拟量信号。

综上所述，本发明实施例带来的有益效果如下：

使用应变片将力矩变化转换为电压变化，采用电磁耦合线圈进行无线供电，使用低成本无线信号近场传输技术，寿命长、工作可靠成本低。

采用应变片将力矩变化转化为电压信号，具有很多优点：分辨力高、误差小、尺寸小重量轻、测量范围大、可测快速交变应力、测量结果便于传送、记录和处理、能在各种严酷环境中工作、价格低廉便于选择和大量使用。

采用无线供电技术，避免了滑环的使用，增加了使用寿命，增强了系统可靠性，降低了维护成本。

采用低成本信号无线传输技术，使用耦合线圈进行磁感应传输，可靠性高，抗干扰能力强，价格低廉。

传感器可使用电位器进行调零，增强了系统的稳定性与使用寿命，降低了维修的可能性，消除了定期保养的需求。

传感器的放大倍数可根据实际需求调整，有较为宽泛的适用范围。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (4)

1.一种基于无线供电与无线信号传输的转矩传感器模块，所述转矩传感器模块包括：

电压供给模块，用于提供工作电压，

所述电压供给模块具有：第一正弦信号生成电路，用于将直流信号生成第一正弦信号，第一线圈，与所述第一正弦信号生成电路连接，第二线圈，与所述第一线圈耦合，以产生第二正弦信号，所述第二正弦信号与所述第一正弦信号同频且相位差为90°，整流电路，与所述第二线圈连接，用于对所述第二正弦信号进行整流，产生整流信号，和稳压电路，与所述整流电路连接，用于对所述整流电路产生的整流信号进行处理得到所述工作电压；

应变片平衡电桥，与所述电压供给模块连接，用于在力矩发生变化时，在所述应变片平衡电桥的两中点处输出电压差信号；

信号放大电路，与所述应变片平衡电桥连接，用于对所述电压差信号进行放大，得到放大信号；

信号调制电路，与所述信号放大电路连接，用于对所述放大信号进行调制处理，并发送出去；以及

信号解调电路，与所述信号调制电路连接，用于对所述信号调制电路发送的信号进行解调得到用于表征所述电压差信号的模拟量信号。

2.根据权利要求1所述的转矩传感器模块，其特征在于，所述信号放大电路为差分放大电路。

3.根据权利要求1所述的转矩传感器模块，其特征在于，所述信号调制电路包括：

第三正弦信号生成电路，用于生成第三正弦信号；

调制单元，与所述信号放大电路连接，还与所述第三正弦信号生成电路连接，用于通过所述第三正弦信号对所述放大信号进行调制，得到调制信号；以及

第三线圈，与所述调制单元连接，用于产生所述调制信号。

4.根据权利要求3所述的转矩传感器模块，其特征在于，所述信号解调电路包括：

第四线圈，与所述第三线圈耦合，用于接收所述第三线圈产生的调制信号；以及

解调单元，与所述第四线圈连接，用于对所述第四线圈接收到的调制信号进行解调以得到用于表征所述电压差信号的模拟量信号。