CN111623912B - 一种无线扭矩传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线扭矩传感器，属于传感器领域。本发明针为了解决现有技术中的扭矩传感器数据传输精度低的问题。本发明包括内部中空的柱状外壳，所述柱状外壳的外部设有两条金属环，所述金属环的中心轴线与所述柱状外壳的中心轴线共线，两条金属环上安装有若干沿所述金属环周向布置的红外二极管，所述红外二极管的两个引脚分别连接所述两条金属环；本发明解决了无线传输过程中因同频率波或载波在传输过程中反弹造成的传输不准确的问题。
Description
技术领域
本发明涉及传感器领域，特别是涉及一种无线扭矩传感器。
背景技术
扭矩是在旋转动力系统中最频繁涉及到的参数，测量方法也多种多样，但无论用哪种方法测量，如何将测量到的扭矩值传输给接收装置都是影响测量精确度的关键因素。
数据传输主要分为有线传输和无线传输两种方式。
有线传输依靠导电滑环将旋转体上检测到的应变信号从旋转部分传递到静止部分，但是导电滑环必须与旋转体摩擦接触，摩擦接触必然伴随着发热与磨损的问题，因此造成的接触不可靠引起信号波动很容易造成测量误差大甚至测量失败，旋转体转速越高，磨损和发热情况就越严重，导电滑环的寿命锐减，因此使用导电滑环的有线传输方式不适合高速旋转状态下的测量。
无线传输将传感器与无线通信技术结合在一起，实现了数据的无线传输。无线传输一般由信号处理模块，A/D转换模块，无线发射模块等几个主要模块组成，各个模块统一由单片机进行控制，扭矩电信号经过信号处理，编码器编码传送给发射模块进行发送，接收模块接收后进行解码并可显示在LED屏等显示设备上。
常用的无线模块有wifi发射模块，蓝牙发射模块。其中wifi模块开发简单，连接能力强，受众范围大，但是存在着价格贵，安全性低，功耗高等问题，且易受同频段信号干扰造成数据出现误差；蓝牙模块功耗低，安全性高，价格便宜但是连接能力有限、难兼容，搭载设备普及率低。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种无线扭矩传感器，缩小了装置的整体体积，实现测量数据的高精度传输。
本发明提供了一种无线扭矩传感器，包括内部中空的柱状外壳，所述柱状外壳的外部设有两条金属环，所述金属环的中心轴线与所述柱状外壳的中心轴线共线，两条金属环上安装有若干沿所述金属环周向布置的红外二极管，所述红外二极管的两个引脚分别连接所述两条金属环。
进一步的，所述柱状外壳内部包括以超级电容为核心的供电模块。
进一步的，所述壳体由至少两块壳体对合拼接而成。
更进一步的，所述第一壳体内设有卡槽，卡槽内安装有控制板。
进一步的，所述柱状外壳上开设有信号接收孔。
更进一步的，所述控制板上设有红外接收二极管，所述接收孔位置与所述红外接收二极管的位置对应。
进一步的，所述控制板包括单片机、数据处理模块和驱动电路。
进一步的，所述柱状外壳的外壁形状呈圆柱形。
如上所述，本发明提供的一种无线扭矩传感器，具有如下效果：
1、本发明采用红外传输的发射方式，相比于有线传输，红外传输方式避免了与旋转体接触，不存在因磨损，发热而导致的测量误差，保证了数据的准确性，而且省去了每次使用都要布线的环节，使用起来方便快捷；相比于wifi和蓝牙传输，红外传输不存在被同频段波干扰的情况，解决了无线传输过程中因同频率波或载波在传输过程中反弹造成的传输不准确的问题，并且继承了无线传输过程中传感器与上位机之间无线连接的优点，传输效率高，可靠性高；
2、采用红外传输装置本发明在柱状外壳外部周向安装均匀阵列的红外发射二极管，通过360°红外发射管的布局，形成了360°全覆盖，在旋转过程中不会出现由于红外发射光方向不断改变和遮挡而造成的接收不到载波或信息接收不全导致丢失数据的情况；
3、本申请结构简单、体积小巧、拆卸安装方便。
附图说明
图1为本发明具体实施例的扭矩测试系统的整体结构示意图；
图2为本发明具体实施例的第一壳体的内部结构示意图；
图3为本发明具体实施例的第二壳体的外部结构示意图；
图4为本发明具体实施例采用的NEC红外发射协议格式说明图；
图5为本发明具体实施例的超级电容充电装置原理图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1-3所示，本实施例的一种无线扭矩传感器包括内部中空的圆柱状外壳，所述柱状外壳由第一壳体9和第二壳体10对合拼接而成，本实施例中的第一壳体9和第二壳体10以圆柱形壳体的中轴线所在的平面镜像对称，第一壳体9和第二壳体10通过螺钉组件14固定连接。
在应用过程中，第一壳体9和第二壳体10的形状和大小可以根据实际需要进行调整，在保持壳体整体外部结构不变的情况下，第一壳体9和第二壳体10可以选择所述中轴线所在平面垂直的截径向对称布置，或在保证第一壳体9和第二壳体10对合拼接成为一个圆柱形壳体的前提下变化第一壳体9和第二壳体10的体积，或使第一壳体9和第二壳体10的拼接面呈一定形状，或第一壳体9或第二壳体10均可以有多块壳片拼接形成，并不仅限于本实施例附图中结构所示。
所述柱状外壳的外部设有第一金属环11和第二金属环12，所述两条金属环平行布置，第一金属环11和第二金属环12的中心轴线与所述柱状外壳的中心轴线共线，两条金属环通过螺钉固定在柱状外壳的外部，响应的外壳内部设有螺母，不仅用以固定两条金属环上的螺钉，还起到导电的作用，第一金属环11和第二金属环12上均匀阵列布置有若干焊点，若干红外二极管的两个引脚分别通过所述焊点连接所述两条金属环，两个金属环相当于红外二极管的正负极引脚，本实施例采用成本低和功耗低的红外传输方式可以根据红外传输协议自行对数据进行编译并且以光为载波不容易收到信号干扰，保证了数据传输的准确性，红外发射二极管等距分布在圆柱体一周，整个轴体360度均可设置红外发射二极管，在高速旋转的任意过程中，这些红外发射二极管会一直一起工作，向外发射信号传输数据，在轴转向任意位置处都可以进行传输数据，。本申请采用的360度红外发射二极管设计解决了接收时间不够的问题，避免了数据乱码，数据传输不全等情况发生。
保证了测试过程中任意时刻，任意位置数据接收端都能接收到数据，有效提升了信息传输准确性。
外壳内部设有控制板，所述控制板为PCB，其上集成了红外接收二极管、供电模块、数据采集模块、数据处理模块和驱动模块；
本申请中的圆柱状外壳在工作时，其内部为密封结构，因此外部电源的有线连接不适于密封旋转结构，因此电池作为供电源的首选，但电池的供电能力有限需要经常更换且不支持电路中有电流突变情况发生，因此本实施例中的供电模块为以超级电容为核心的无源供电模式为整个PCB板供电，所述供电模块由充电装置和直流稳压器两部分构成，用以应对电路中电流突变的情况，超级电容的使用增大了电路中电流大小的波动范围，并且以超级电容为核心的电路配有充电电路，超级电容本身具有储存电荷量大的优点，只要不超过充放电次数，超级电容电源均可反复使用，而超级电容的充放电次数额定数值非常大，使用寿命长，用直流电源就可以为超级电容充电，根据充电方式不同，充电完成时间在10秒至10分钟之间。所述供电模块为绿色能源，符合环保理念，在使用过程中没有任何的化学反应，对环境没有污染；并且适用于电路中电流的突变，适应性更强，检测控制方便，配合检测电路只需要检测端电压就可以确定所储存的能量，荷电状态的计算简单准确，因此易于能量管理与控制，解决电源经常需要更换的问题，也省略了有线传输装置里大量的线缆，在使用过程中大大降低了因线缆损坏造成的测量失败概率，提高了设备可靠性和环保型。
本实施例在测量过程中可根据实际情况需要接若干个红外发射二极管，通常情况下轴体一周设置的红外发射二极管为6～8个，根据实际测试情况可适当增减发射二极管，二极管是否工作由所述驱动模块驱动实现。按下遥控器不同按键则装置自动调整实现传感器的开始与停止的控制，再次接收到同样的红外信号后停止当前工作。
第一壳体9上开设信号接收孔16，所述信号接收孔16的位置与红外接收二极管的位置对应，在本实施例中，信号接收孔16的中心轴线与所述PCB板的板面平行，用以实现内部红外接收二极管能接收到遥控信号，第一壳体9内壁上设有卡槽15，所述控制板嵌装在卡槽15内，所述控制板与卡槽15的边缘可以通过螺丝固定，所述卡槽位置可以需要进行选择，例如可以安装在第二壳体10上，在旋转过程中不会影响测量结果。
在扭矩测试过程时，首先将控制板固定在所述卡槽15内，按照图1组装扭矩测试系统，驱动电机1的输出轴2通过联轴器3连接本实施例的无线扭矩传感器，无线扭矩传感器的另一端通过联轴器5连接驱动轴5，所述驱动轴5与负载建立连接，将应变片8紧密贴附在所述圆柱形外壳内部的弾性轴4上，所述弾性轴4的两端分别通过联轴器3和5与电机输出轴2和驱动轴6建立连接，开始测量过程中，通过遥控装置发射遥控指令，控制板通过信号接收孔接收控制指令，实现传感器的工作开始与停止的控制，控制板上的红外接收二极管接收到开始遥控指令后，整个电路接通，应变片两端电压由采集器采集并经过放大传输给单片机，单片机得到数据的同时控制驱动模块驱动各个红外发射二极管工作，红外发射二极管正负极分别接10，11两个金属环，红外发射二极管开始以调制的方式发射数据，即把数据和一定频率的载波实现“与”操作，本实施例采用NEC协议，该协议是红外遥控协议中的一种，协议构成由码，地址码，地址反码，命令码以及命令反码构成，由于该协议使用过程中是以不停输出高低电平控制红外发射二极管通断的方式来传输数据，不同的通断频率即表示不同的数据，所以驱动电路的通断采用一个PNP型三极管作为开关，单片机将采集到的数据编译成高低电平，三极管接收高低电平以自身的通断来控制红外发射二极管的通断，将数据发送出去。具体协议格式由图4可见，因为其应用广泛所以为装置增加了适用性，而且这种“与”操作既可以提高发射效率又可以降低电源功耗，同时，位于壳体外部的红外接收装置便可以接收载波，所述红外接收装置以红外接收二极管为接收端并内置解码芯片用来解析数据并传输至PC端得到实时扭矩值，该装置是一块独立部分不与壳体和内部PCB接触，只与PC端相连，整个发射与接收的过程中，接收端与发射端是依靠红外为载体。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (4)
1.一种无线扭矩传感器，其特征在于：包括内部中空的柱状外壳，所述柱状外壳的外部设有两条金属环，所述金属环的中心轴线与所述柱状外壳的中心轴线共线，两条金属环上安装有若干沿所述金属环周向布置的红外二极管，所述红外二极管的两个引脚分别连接所述两条金属环；
所述柱状外壳由至少两块壳体对合拼接而成；所述壳体内设有卡槽，卡槽内安装有控制板；所述柱状外壳上开设有信号接收孔；所述控制板上设有红外接收二极管，所述接收孔位置与所述红外接收二极管的位置对应。
2.根据权利要求1所述一种无线扭矩传感器，其特征在于：所述柱状外壳内部包括以超级电容为核心的供电模块。
3.根据权利要求1所述一种无线扭矩传感器，其特征在于：所述控制板包括单片机、数据处理模块和驱动电路。
4.根据权利要求1所述一种无线扭矩传感器，其特征在于：所述柱状外壳的外壁形状呈圆柱形。
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