CN108332790B - 便携式电池供电单片机数字型无线转矩转速传感器 - Google Patents

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Abstract

一种便携式电池供电单片机数字型无线转矩转速传感器，包括：测量轴(1)、单片机(3)等；应变计(5)组成惠更斯电桥，通过专用贴片胶粘贴于测量轴(1)上，电池组(6)向单片机(3)供电，并由单片机通过高精度变压整流供电到电阻应变计(5)。在传感器外壳(4)上粘贴有激光反射膜(8)，激光漫反射传感器(9)向激光反射膜上发射激光，测量反射激光。当传感器随被测件旋转时激光漫反射传感器测得反射脉冲，可测得传感器转速。本传感器采用机械部分与转矩测量电路一体化制造。本发明的传感器结构合理，制造容易，携带方便，使用简单，检测精度高，并且有效解决了一些检测现场布线困难的问题。

Description

便携式电池供电单片机数字型无线转矩转速传感器
技术领域
本发明涉及一种转矩转速传感器。
背景技术
转矩传感器已发展几十年了，总的发展方向是高精度、小型化、简单化。各行各业对检测越来越重视，也提出了更多的发展要求。现有传感器采用信号线传输，远距离传输困难。多台传感器一起使用现场布线困难。一些场合不适合布线。
现有转矩转速传感器有如下缺陷：
(1)现有转矩传感器通过信号线传输，距离超过5米后就会衰减，衰减后更容易受干扰，并且现场如果传感器众多，信号线容易相互牵连，布线繁杂。
(2)现有转矩传感器需要二次仪表解读传感器测得的转矩信号，二次仪表需要专配，成本高。
(3)现有转矩传感器需要二次仪表专线供电，有时还需要三相电工作。在一些特殊场合(如在野外无电源)使用相当不便。
(4)现有转矩传感器外形及仪表较大较笨重。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供一种便携式电池供电单片机数字型无线转矩转速传感器，将检测仪表表微型化，与传感器制造成一体，并实现无线数据传输。本发明的传感器结构合理，制造容易，携带方便，使用简单，检测精度高，并且有效解决了一些检测现场布线困难的问题。
本发明所采用的技术方案是：一种便携式电池供电单片机数字型无线转矩转速传感器，包括：测量轴、单片机、单片机固定架、传感器外壳、电阻应变计、电池组、激光反射膜及激光漫反射传感器；传感器外壳安装在测量轴上，单片机固定架安装在传感器外壳端口，与传感器外壳形成腔体；电阻应变计组成惠更斯电桥，安装在测量轴上，测量轴上的电阻应变计安装区域位于传感器外壳内；单片机安装在单片机固定架上，电池组固定在传感器外壳内，电池组向单片机供电，并由单片机通过变压整流供电至电阻应变计；当测量轴受扭后发生角度扭转，电阻应变计组成的惠更斯电桥失衡，输出电压变化；单片机检测电压变化计算成对应转矩值，通过单片机上的无线发送端口输出；激光反射膜粘贴在传感器外壳上，激光漫反射传感器向激光反射膜上发射激光，测量反射激光，当激光漫反射传感器随被测件旋转时激光漫反射传感器通过测得的反射脉冲获得被测件的转速。
所述单片机包括变压整流模块、转矩测量及校准模块、无线数据收发模块；变压整流模块对电池组提供的电压进行变压整流后为电阻应变计及单片机供电；转矩测量及校准模块读取电阻应变计的电压变化，对应计算出相应转矩值，将转矩值发送到无线数据收发模块；无线数据收发模块输出转矩值数据。
所述无线数据收发模块为可拆换模块，可更换成蓝牙、WIFI或433无线模块。
还包括电池组保持架；电池组通过电池组保持架固定在传感器外壳内，电池组保持架通过螺钉固定在测量轴上。
所述电阻应变计安装区域的测量轴直径根据不同检测转矩及电阻应变计参数确定，电阻应变计参数包括：标称电阻、灵敏系数、敏感栅尺寸及栅距。
所述电池组包括4～8颗普通7#电池。
所述传感器外壳采用IP66防护等级。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明的传感器直接通过无线传输数字信号，避免信号衰减，无需专配二次仪表，可直接与上位机通讯，发送检测参数。还可远程通过手机读取检测参数。
(2)本发明传感器微电工作，4节7#电池就可驱动工作两天，非常方便。本发明的传感器高度集成，将传感器与仪表合并设计制造，将原来仪表中的对传感器供电、信号采集、分析处理及现在增加的信号发送功能均集成在一个约5cm2电路板完成，生产制造非常简单容易。并且便于携带。
附图说明
图1为本发明无线转矩转速传感器的结构剖视图；
图2为本发明无线转矩转速传感器的结构图。
具体实施方式
如图1、图2所示，一种便携式电池供电单片机数字型无线转矩转速传感器，包括：高精度转矩测量轴1、组成惠更斯电桥采用特殊工艺粘贴于测量轴应变检测区的电阻应变计5、单片机固定架2、结合高精度变压整流、转矩测量及校准、无线数据收发模块的微型单片机3、传感器外壳4、电池组6、电池组保持架7、激光反射膜8及激光漫反射传感器9。
传感器外壳4安装在测量轴1上，单片机固定架2安装在传感器外壳4端口，与传感器外壳4形成腔体；单片机3安装在单片机固定架2上，电池组6通过电池组保持架7固定在传感器外壳4内。
应变计5组成惠更斯电桥，通过专用贴片胶粘贴于测量轴1上，电池组6向单片机3供电，并由单片机通过高精度变压整流供电到电阻应变计5。当测量轴1受扭后发生角度扭转，电阻应变计5组成的惠更斯电桥失衡，输出电压变化。单片机3检测电压变化计算成对应转矩值，通过单片机上的无线发送端口发送到配套仪表或手持终端。
传感器外壳4采用IP66级防护，能防护油污等液体及灰尘进入传感器测量区。激光反射膜8贴附于传感器外壳4上，激光漫反射传感器9向激光反射膜上发射激光，测量反射激光。当激光漫反射传感器9随被测件旋转时激光漫反射传感器测得反射脉冲，可测得激光漫反射传感器9(被测件)转速。
电阻应变计5粘贴于测量轴1，单片机3安装于单片机固定架2，连接电阻应变计5与单片机3间信号线，将电池组保持架7安装到测量轴1，将电池组6安装到电池组保持架7。安装传感器外壳4。
激光反射膜8粘贴于传感器外壳4，在检测现场适当位置固定激光漫反射传感器9。传感器每旋转一转，产生一个脉冲。
高精度转矩测量轴1采用高弹性、低滞后、回零优秀、抗蠕变性能好的的合金材料，经多次相应热处理加工而成。根据不同检测转矩及电阻应变计5参数设计应变测量区的加工结构和尺寸，其中，电阻应变计5参数包括标称电阻、灵敏系数、敏感栅尺寸及栅距。为方便生产，将检测转矩分档设计制造。
组成惠更斯电桥的电阻应变计5具有温度自补偿、蠕变自补偿、弹性模量自补偿等特性。将电阻应变计5采用专用贴片胶按一定温度及压力并保持相应角度粘贴于高精度转矩测量轴1。本实施例中单片机3中采用如下工艺对电阻应变计5进行加工：将专用贴片胶均匀涂抹于电阻应变计5背面后将电阻应变计5粘贴于测量轴应变区，保持电阻应变计5纵向轴线与测量轴线呈45°角度，采用专用工装夹具对电阻应变计施加压力0.1～0.3MPa。将测量轴及工装夹具一并放置到烘箱加温到150°，随炉冷却。电阻应变计5加工完成。
本发明的传感器内置的微型单片机3包含了高精度变压整流、转矩测量及校准、无线数据收发模块。单片机3可接入的电压从DC6V～12V，为方便更换电池，电池组6采用弹性设计，任意接入4～8颗普通7#电池均可维持单片机3及电阻应变计5正常工作。转矩测量及校准模块读取电阻应变计5的变化对应计算出相应转矩值，将此值送到单片机3上的无线数据收发模块，由此模块将数据发送到上位机或手持终端。变适应不同的检测要求，无线数据收发模块为可拆换模块，可更换成蓝牙、WIFI、433无线模块等常用形式。另行开发有手机APP可远距离查阅检测数据。本实施例中单片机3中采用的芯片型号为STM32F103C8T6。
本发明可应用于如下场所：
1、油田在线检测转矩。
油田工作地点在一般在野外。工作场所有油淋有水淋，传感器信号线容易缠绕、损坏，现场供电不方便。采用本传感器可避免供电及信号线安全问题。
2、船舶机舱内在线检测。
船舶机舱内空间狭小，各类旋转件较大，信号线容易被碰损，甚至可能缠绕到其它旋转件内造成事故。采用本传感器可避免信号安全问题。
3、需要远距离检测转矩。
一些特殊场合人员要随时监控被测件转矩指标，并且人员需要多场合流动检测，采用本传感器可通过手机联接WIFI随时掌握参数。
4、工作现场临时检验校准转矩。
有些工作场所不定期需要检验校准转矩，现有转矩传感器拆卸困难，空间大，需要夹具多，安装不方便。可采用本传感器在现场做对比校准试验。夹具要求小，装拆方便。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (5)

1.一种便携式电池供电单片机数字型无线转矩转速传感器，其特征在于，包括：测量轴(1)、单片机(3)、单片机固定架(2)、传感器外壳(4)、电阻应变计(5)、电池组(6)、激光反射膜(8)及激光漫反射传感器(9)；传感器外壳(4)安装在测量轴(1)上，单片机固定架(2)安装在传感器外壳(4)端口，与传感器外壳(4)形成腔体；电阻应变计(5)组成惠更斯电桥，安装在测量轴(1)上，测量轴(1)上的电阻应变计(5)安装区域位于传感器外壳(4)内；单片机(3)安装在单片机固定架(2)上，电池组(6)固定在传感器外壳(4)内，电池组(6)向单片机(3)供电，并由单片机(3)通过变压整流供电至电阻应变计(5)；当测量轴(1）受扭后发生角度扭转，电阻应变计(5)组成的惠更斯电桥失衡，输出电压变化；单片机(3)检测电压变化计算成对应转矩值，通过单片机(3)上的无线发送端口输出；激光反射膜(8)粘贴在传感器外壳(4)上，激光漫反射传感器(9)向激光反射膜(8)上发射激光，测量反射激光，当激光漫反射传感器(9)随被测件旋转时激光漫反射传感器(9)通过测得的反射脉冲获得被测件的转速；
所述单片机(3)包括变压整流模块、转矩测量及校准模块、无线数据收发模块；变压整流模块对电池组(6)提供的电压进行变压整流后为电阻应变计(5)及单片机(3)供电；转矩测量及校准模块读取电阻应变计(5)的电压变化，对应计算出相应转矩值，将转矩值发送到无线数据收发模块；无线数据收发模块输出转矩值数据；
将电阻应变计(5)采用贴片胶按一定温度及压力并保持相应角度粘贴于测量轴(1)，方法如下：将贴片胶均匀涂抹于电阻应变计(5)背面后，将电阻应变计(5)粘贴于测量轴应变区，保持电阻应变计(5)纵向轴线与测量轴线呈45°角度，采用工装夹具对电阻应变计施加压力0.1～0.3MPa；将测量轴(1)及工装夹具一并放置到烘箱加温到150°，随炉冷却；
所述电池组(6)包括4～8颗普通7#电池。
2.根据权利要求1所述的一种便携式电池供电单片机数字型无线转矩转速传感器，其特征在于：所述无线数据收发模块为可拆换模块，可更换成蓝牙、WIFI或433无线模块。
3.根据权利要求1或2所述的一种便携式电池供电单片机数字型无线转矩转速传感器，其特征在于：还包括电池组保持架(7)；电池组(6)通过电池组保持架(7)固定在传感器外壳(4)内，电池组保持架(7)通过螺钉固定在测量轴(1)上。
4.根据权利要求1或2所述的一种便携式电池供电单片机数字型无线转矩转速传感器，其特征在于：所述电阻应变计(5)安装区域的测量轴直径根据不同检测转矩及电阻应变计(5)参数确定，电阻应变计(5)参数包括：标称电阻、灵敏系数、敏感栅尺寸及栅距。
5.根据权利要求4所述的一种便携式电池供电单片机数字型无线转矩转速传感器，其特征在于：所述传感器外壳(4)采用IP66防护等级。
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