CN105115639A - 基于数字化的应变式扭矩传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于数字化的应变式扭矩传感器，其特征在于：包括齿盘U，光电开关S，定子系统，旋转变压器T1，旋转变压器T2，以及转子系统；而转子系统则包括整流器K，应变电阻电桥，信号变换单元，信号放大器P2；该信号变换单元则由放大器P3，与非门A1，与非门A2，N极与放大器P3的正极相连接、P极则形成该信号变换单元的输入端的二极管D等组成；本发明采用ARM微控制器其可以对测量输出的信号进行数字化处理，方便校准、标定及参数调整，本发明采用信号变换单元，其可以把电压信号变换成频率脉冲信号，当在不同工况时其所变换的脉冲信号的频率不同，从而使其在不同工况下仍然能够保持很好的适用性。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体是指基于数字化的应变式扭矩传感器。
背景技术
现有应变式扭矩传感器技术中，通常采用模拟电路处理应变片输出的电信号，将其转换为成比例的线性模拟量输出信号，如电压、电流或频率脉冲信号。然而，模拟信号在使用时存在以下缺陷，其一：不利于在强电磁干扰的环境以及远距离的传输，而且在人体接触时会带入静电干扰，难以操作。其二：在对校准、标定及参数调整时均需要对电路的参数进行调整。其三：模拟信号需要使用二次仪表处理后才能与计算机等设备连接。如何克服以上缺陷是人们所急需解决的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有应变式扭矩传感器存在的以上缺陷，提供一种基于数字化的应变式扭矩传感器。
本发明的目的通过下述技术方案实现：基于数字化的应变式扭矩传感器，包括齿盘U，光电开关S，定子系统，旋转变压器T1，旋转变压器T2，以及转子系统；所述光电开关S的一端与齿盘U相连接、另一端则与定子系统相连接，旋转变压器T1的原边与定子系统相连接、其副边则与转子系统相连接，旋转变压器T2的原边与转子系统相连接、其副边则与定子系统相连接。
进一步的，所述转子系统由整流器K，与整流器K相连接的应变电阻电桥，与应变电阻电桥相连接的信号变换单元，以及同时与整流器K和信号变换单元相连接的信号放大器P2组成；所述整流器K还与旋转变压器T1的副边相连接，信号放大器P2还与旋转变压器T2的原边相连接。
所述信号变换单元由放大器P3，与非门A1，与非门A2，N极与放大器P3的正极相连接、P极则形成该信号变换单元的输入端的二极管D1，正极与二极管D1的P极相连接、负极则经电位器R2后与放大器P3的负极相连接的电容C1，与电容C1相并联的电阻R1，以及N极与放大器P3的负极相连接、P极则经倒相放大器A3后与与非门A1的正极相连接的二极管D2组成；所述电容C1的负极与电位器R2的控制端相连接；所述与非门A2的负极与放大器P3的输出端相连接，其正极则与与非门A1的输出端相连接，其输出端则与与非门A1的负极相连接的同时形成该信号变换单元的输出端。
所述的定子系统由DC/DC单元，与DC/DC单元相连接的功率放大器P1，与功率放大器P1相连接的ARM微控制器，分别与ARM微控制器相连接的RS485通信接口、信号调制解调单元以及转速信号调理单元组成；所述的功率放大器P1还与旋转变压器T1的原边相连接，信号调制解调单元还与旋转变压器T2的副边相连接，转速信号调理单元还与光电开关S相连接。
所述的放大器P3为LF356BI型运算放大器。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明的RS485通信接口可以直接与外部设备相连接，无需使用二次仪表。
(2)本发明采用ARM微控制器其可以对测量输出的信号进行数字化处理，方便校准、标定及参数调整，同时还可以提高测量数据输出的抗干扰能力及传输距离。
(3)本发明采用信号变换单元，其可以把电压信号变换成频率脉冲信号，当在不同工况时其所变换的脉冲信号的频率不同，从而使其在不同工况下仍然能够保持很好的适用性。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
图2为本发明的信号变换单元电路结构图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式并不限于此。
实施例
如图1所示，本发明基于数字化的应变式扭矩传感器，由齿盘U，光电开关S，定子系统，旋转变压器T1，旋转变压器T2，以及转子系统组成。该齿盘U固定在传感器的转子上，而光电开关S的一端与齿盘U相连接、另一端则与定子系统相连接。同时，旋转变压器T1的原边与定子系统相连接、其副边则与转子系统相连接，旋转变压器T2的原边与转子系统相连接、其副边则与定子系统相连接。光电开关S配合齿盘U可检测转子旋转的速度，并向定子系统输出相应的频率脉冲信号。
为了能够更好的对光电开关S输送来的频率脉冲信号进行处理，该定子系统设置有DC/DC单元，与DC/DC单元相连接的功率放大器P1，与功率放大器P1相连接的ARM微控制器，分别与ARM微控制器相连接的RS485通信接口、信号调制解调单元以及转速信号调理单元组成。同时，该功率放大器P1还与旋转变压器T1的原边相连接，信号调制解调单元还与旋转变压器T2的副边相连接，转速信号调理单元还与光电开关S相连接。光电开关S通过齿盘U检测转子旋转速度，并输出相应的频率脉冲信号，该频率脉冲信号经转速信号调理单元后输送给ARM微控制器。
外部电源通过DC/DC单元后转换为可供定子系统和转子系统使用的电压。ARM微控制器通过其内部的PWM单元产生400Hz脉冲信号，再经过功率放大器P1放大后驱动旋转变压器T1，并通过旋转变压器T1传输给转子系统，由转子系统进行处理。
为了更好的实施本发明，该转子系统由整流器K，与整流器K相连接的应变电阻电桥，与应变电阻电桥相连接的信号变换单元，以及同时与整流器K和信号变换单元相连接的信号放大器P2组成。同时，整流器K还与旋转变压器T1的副边相连接，信号放大器P2还与旋转变压器T2的原边相连接。
从旋转变压器T1输送过来的信号经整流器K整流稳压后，可以提供给转子系统工作电源。同时，信号变换单元可以将应变电阻电桥产生的电压信号变换为10KHz的频率脉冲信号。
该信号变换单元的结构如图2所示，其包括放大器P3，与非门A1，与非门A2，电阻R1，电位器R2，电容C1，二极管D1，二极管D2以及倒相放大器A3。
其中，二极管D2的N极与放大器P3的负极相连接、其P极则经倒相放大器A3后与与非门A1的正极相连接。与非门A2的负极与放大器P3的输出端相连接，其正极则与与非门A1的输出端相连接，其输出端则与与非门A1的负极相连接的同时形成该信号变换单元的输出端。由此结构二极管D2，倒相放大器A3，放大器P3，与非门A1以及与非门A2则构成一个信号转换器，当电压信号输入进来后，该转换器则把电压信号转换成为频率脉冲信号。
另外，二极管D1的N极与放大器P3的正极相连接、其P极则形成该信号变换单元的输入端，电容C1的正极与二极管D1的P极相连接、其负极则经电位器R2后与放大器P3的负极相连接，电阻R1则与电容C1相并联。所述电容C1的负极与电位器R2的控制端相连接。为了达到更好的实施效果，该放大器P3优先选用LF356BI型运算放大器。
与此同时，转换后的频率脉冲信号由信号放大器P2放大后，通过旋转变压器T2输送给信号调制解调单元，再由信号调制解调单元传输给ARM微控制器。这时，ARM微控制器对采集来自转子的脉冲频率信号以及光电开关S传输过来的转速信号进行数字滤波、线性校准、数字补偿等处理后，再通过RS485通信接口输出给外部设备，而无需再使用二次仪表。该RS485通信接口可以接收校准后的对应于扭矩大小及转速的数据，也可向扭矩传感器发送指令修改其内部参数，包括采样频率、滤波系数、线性校准参数及通信参数等。并且由于ARM微控制器可以实现量通信及信号的数字化处理，因此出厂校准及标定均可以采用通信接口远距离进行，不需要采用人工接触来调整电路、电阻的参数。
如上所述，便可很好的实施本发明。
Claims (3)
1.基于数字化的应变式扭矩传感器，包括齿盘U，光电开关S，定子系统，旋转变压器T1，旋转变压器T2，以及转子系统；所述光电开关S的一端与齿盘U相连接、另一端则与定子系统相连接，旋转变压器T1的原边与定子系统相连接、其副边则与转子系统相连接，旋转变压器T2的原边与转子系统相连接、其副边则与定子系统相连接；所述转子系统由整流器K，与整流器K相连接的应变电阻电桥，与应变电阻电桥相连接的信号变换单元，以及同时与整流器K和信号变换单元相连接的信号放大器P2组成；所述整流器K还与旋转变压器T1的副边相连接，信号放大器P2还与旋转变压器T2的原边相连接；其特征在于，所述信号变换单元由放大器P3，与非门A1，与非门A2，N极与放大器P3的正极相连接、P极则形成该信号变换单元的输入端的二极管D1，正极与二极管D1的P极相连接、负极则经电位器R2后与放大器P3的负极相连接的电容C1，与电容C1相并联的电阻R1，以及N极与放大器P3的负极相连接、P极则经倒相放大器A3后与与非门A1的正极相连接的二极管D2组成；所述电容C1的负极与电位器R2的控制端相连接；所述与非门A2的负极与放大器P3的输出端相连接，其正极则与与非门A1的输出端相连接，其输出端则与与非门A1的负极相连接的同时形成该信号变换单元的输出端。
2.根据权利要求1所述的基于数字化的应变式扭矩传感器，其特征在于：所述的定子系统由DC/DC单元，与DC/DC单元相连接的功率放大器P1，与功率放大器P1相连接的ARM微控制器，分别与ARM微控制器相连接的RS485通信接口、信号调制解调单元以及转速信号调理单元组成；所述的功率放大器P1还与旋转变压器T1的原边相连接，信号调制解调单元还与旋转变压器T2的副边相连接，转速信号调理单元还与光电开关S相连接。
3.根据权利要求2所述的基于数字化的应变式扭矩传感器，其特征在于：所述的放大器P3为LF356BI型运算放大器。
Priority Applications (1)
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| CN201510540444.9A CN105115639A (zh) | 2015-08-28 | 2015-08-28 | 基于数字化的应变式扭矩传感器 |
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| CN201510540444.9A CN105115639A (zh) | 2015-08-28 | 2015-08-28 | 基于数字化的应变式扭矩传感器 |
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| CN201510540444.9A Pending CN105115639A (zh) | 2015-08-28 | 2015-08-28 | 基于数字化的应变式扭矩传感器 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN105115639A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105424250A (zh) * | 2015-11-16 | 2016-03-23 | 江苏大学 | 一种转轴瞬时转矩检测装置及方法 |
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2015
- 2015-08-28 CN CN201510540444.9A patent/CN105115639A/zh active Pending
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| CN105424250A (zh) * | 2015-11-16 | 2016-03-23 | 江苏大学 | 一种转轴瞬时转矩检测装置及方法 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20151202 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |