CN211602245U - 一种扭矩测量设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开一种扭矩测量设备。该设备包括：无线供电装置、电压转换装置、模数转换装置、单片机、以及无线数据发送装置；无线供电装置与电压转换装置相连；电压转换装置包括：第一电压转换模块、第二电压转换模块、以及第三电压转换模块；模数转换装置包括：与第二电压转换模块的第二电压输出端相连的模数转换器AD7190以及接应变传感器接口；模数转换器的串行数据输出/数据就绪输出管脚与单片机相连，用于将处理后的数据发送给单片机；接应变传感器接口，用于将应变片产生的电压差发送给模数转换器；单片机，用于将数据发送给无线数据发送装置。应用本实用新型实施例提供的方案，能够提高扭矩测量结果的准确性。

Description

一种扭矩测量设备

技术领域

本实用新型涉及扭矩测量技术领域，具体而言，涉及一种扭矩测量设备。

背景技术

随着国内汽车工业的发展，新款车型层出不穷，汽车台架及道路测试越来越重要。现代发动机需要提高转速来改善机械性能，提高效率，而扭矩是电动机、发动机性能的重要指标，因此需要高精度、高可靠的扭矩测量。

现有的扭矩测量方法，主要有电阻应变片式的传递测量法。扭矩会使待测产品产生一定的应变，而且这种应变与扭矩的大小存在着比例关系，因此可以通过会发生扭转变形的电阻应变片来检测相应扭矩的大小。当待测产品受到扭矩作用时，最大应变产生在与轴线成45°角的方向上，因此，在此方向上粘贴电阻应变片能够检测到传动轴所受扭矩的大小。

已知的方法中，主要通过滑环和电刷把把测量电桥的输出电压信号引出。滑环一般用铜制成，电刷分为碳刷和金属刷。由于测量电桥输出的电压信号非常微弱，为了保证输出信号的准确，要求滑环与电刷之间的接触电阻非常稳定。而在实际应用中，滑环与电刷之间的接触电阻不可靠，这将引起信号波动，从而造成扭矩测量结果不准确。

实用新型内容

本实用新型提供了一种扭矩测量设备，以提高扭矩测量结果的准确性。具体的技术方案如下。

一种扭矩测量设备，包括：无线供电装置、电压转换装置、模数转换装置、单片机、以及无线数据发送装置；

所述无线供电装置包括：输电发射模块，用于产生第一交流电压；发射线圈，与所述输电发射模块相连，用于接收所述第一交流电压；与所述发射线圈平行设置的接收线圈，用于产生第二交流电压；与所述接收线圈连接的输入接口，通过第一电压输入管脚与整流桥的第一管脚相连，通过第二电压输入管脚与所述整流桥的第二管脚相连；用于将所述第二交流电压发送给所述整流桥；所述整流桥的第三管脚，与第一二极管的正极相连；所述整流桥的第四管脚，与所述第一二极管的负极相连；所述第一二极管的负极，还与第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容一端相连；所述第一二极管的正极接地，并与所述第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容另一端相连；

所述电压转换装置包括：第一电压转换模块、第二电压转换模块、以及第三电压转换模块；所述第一电压转换模块的第一电压输入端与所述第一二极管的负极相连；所述第一电压转换模块的第一电压输出端与所述第二电压转换模块的第二电压输入端以及所述第三电压转换模块的第三电压输入端相连；

所述模数转换装置包括：与所述第二电压转换模块的第二电压输出端相连的模数转换器AD7190的第一电压输入管脚、第九电容、第十电容、第十一电容一端、接应变传感器接口的反馈信号正极管脚、以及所述模数转换器的正参考输入管脚；所述第九电容、第十电容、第十一电容，另一端均接地；与所述第三电压转换模块的第三电压输出端相连的所述模数转换器的第二电压输入管脚、第十二电容以及第十三电容一端相连；所述第十二电容、第十三电容，另一端均接地；所述接应变传感器接口的供电正极管脚，与第十四电容、第一电阻、第十五电容一端、以及所述模数转换器的负参考输入管脚、桥接低电压转换到地管脚相连；所述第十四电容、第一电阻，另一端均接地；所述第十五电容，另一端与第十六电容一端、以及所述模数转换器的正参考输入管脚相连；所述第十六电容，另一端接地；所述接应变传感器接口的反馈信号负极管脚，与第二电阻一端相连；所述第二电阻，另一端与第十七电容、第十八电容一端、以及所述模数转换器的第一模拟输入管脚相连；所述第十七电容，另一端接地；所述第十八电容，另一端与第三电阻、第十九电容一端、以及所述模数转换器的第二模拟输入管脚相连；所述第三电阻，另一端与所述接应变传感器接口的电源负极管脚相连；所述第十九电容，另一端接地；所述模数转换器的串行数据输出/数据就绪输出管脚，与所述单片机相连，用于将处理后的数据发送给所述单片机；所述接应变传感器接口，用于将应变片产生的电压差发送给所述模数转换器；

所述单片机，用于将所述数据发送给所述无线数据发送装置。

可选的，所述第一二极管的负极，电压为35V；

所述第一电压转换模块的第一电压输出端电压为5.1V；

所述第二电压转换模块的第二电压输出端电压为5V；

所述第三电压转换模块的第三电压输出端电压为3.3V。

可选的，所述第一电压转换模块，包括：

所述第一电压输入端，与第二十电容、第二十一电容、第四电阻一端、以及转换器的电压输入管脚相连；

所述第二十电容、第二十一电容另一端均接地；所述第四电阻，另一端与第五电阻一端、以及所述转换器的使能管脚相连；所述转换器的模式/同步管脚接地；所述第五电阻另一端接地；

所述第一电压输出端与所述转换器的电压输出管脚、第六电阻、第二十二电容、第二十三电容一端相连；

所述第二十二电容、第二十三电容另一端均接地；所述第六电阻另一端与所述转换器的反馈管脚、以及第七电阻一端相连；所述第七电阻另一端接地；

所述转换器的地面管脚和导热垫管脚，接地。

可选的，所述第二十电容为10微法；所述第二十一电容为100纳法；所述第二十二电容为22微法；所述第二十三电容为100纳法；

所述第四电阻为220千欧；所述第五电阻为143千欧；所述第六电阻为 33千欧；所述第七电阻为8.06千欧。

可选的，所述第二电压转换模块，包括：

所述第二电压输入端，与第二十四电容、第二十五电容、第八电阻一端、以及稳压器的第一电压输入管脚、第二电压输入管脚、以及软启动控制管脚相连；

所述第二十四电容、第二十五电容，另一端接地；所述第八电阻，另一端与所述稳压器的使能管脚相连；

所述稳压器的降噪管脚，与第二十六电容一端相连；所述第二十六电容，另一端接地；

所述稳压器的第一输出管脚和第二输出管脚，与第九电阻、第二十七电容、第二十八电容、第二十九电容、第十电阻、第十一电阻一端相连；

所述第九电阻，另一端与所述第二十七电容另一端、所述稳压器的反馈管脚、第十二电阻一端相连；所述第十二电阻、所述第二十八电容、第二十九电容，另一端均接地；所述第十电阻，另一端与所述稳压器的电源良好指示器管脚相连；所述第十一电阻，另一端与第三十电容一端、以及所述第二电压输出端相连；所述第三十电容，另一端接地；

所述稳压器的地面管脚接地。

可选的，所述第二十四电容为10微法；所述第二十五电容为100纳法；所述第二十六电容为100纳法；所述第二十七电容为10纳法；所述第二十八电容为10微法；所述第二十九电容为100纳法；所述第三十电容为100纳法；

所述第八电阻为100千欧；所述第九电阻为10.5千欧；所述第十电阻为 20千欧；所述第十一电阻为1-2欧；所述第十二电阻为2千欧。

可选的，所述第三电压转换模块，包括：

所述第三电压输入端，与第三十一电容、第三十二电容、第十三电阻一端、以及开关稳压器的电压输入管脚相连；

所述第三十一电容、第三十二电容，另一端均接地；所述第十三电阻，另一端与所述开关稳压器的使能管脚相连；

所述开关稳压器的电压选择管脚与第十四电阻一端相连；所述第十四电阻另一端接地；

所述第三电压输出端与第一电感、第三十三电容、第三十四电容一端、以及所述开关稳压器的检测管脚相连；所述第一电感另一端与所述开关稳压器的开关管脚相连；所述第三十三电容、第三十四电容，另一端均接地；

所述开关稳压器的地面管脚接地；

所述第三十一电容为4.7微法；所述第三十二电容为100纳法；所述第三十三电容为10微法；所述第三十四电容为100纳法；所述第十三电阻为 100千欧；所述第十四电阻为249千欧；所述第一电感为470纳亨利。

可选的，所述无线数据发送装置包括：

与所述第三电压输出端相连的数据发送芯片的芯片供电电压管脚以及第十五电阻一端；

所述第十五电阻，另一端与第十六电阻一端以及所述数据发送芯片的使能管脚相连；

所述第十六电阻，另一端与所述数据发送芯片的复位管脚相连；

第十七电阻，一端与所述数据发送芯片的第一输入管脚相连，另一端与第十八电阻一端以及所述第三电压输出端相连，所述第十八电阻的另一端与所述数据发送芯片的第二输入管脚相连；

第十九电阻，一端与所述数据发送芯片的第三输入管脚相连，另一端与所述数据发送芯片的地面管脚相连，并接地；

所述数据发送芯片的数据接收管脚和数据发送管脚，均与所述单片机相连，用于接收所述单片机发送的数据；

所述第十五电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻均为1兆欧。

可选的，所述第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容均为10微法；所述第九电容为4.7微法；所述第十电容为100纳法；所述第十一电容为100纳法；所述第十二电容为4.7 微法；所述第十三电容为100纳法；所述第十四电容为10纳法；所述第十五电容为1微法；所述第十六电容为10纳法；所述第十七电容为10纳法；所述第十八电容为1微法；所述第十九电容为10纳法；

所述第二电阻为100欧；所述第三电阻为100欧。

可选的，所述输电发射模块，包括：

直流电输入端，与第三十五电容、第三十六电容、第二电感一端、以及稳压器的电压输入管脚和使能管脚相连；所述第三十五电容、第三十六电容，另一端接地；所述稳压器的地面管脚接地；

所述第二电感，另一端与第三十七电容、第三十八电容一端、以及所述稳压器的第一开关节点管脚和第二开关节点管脚相连；

所述第三十七电容和所述第三十八电容，另一端均与第三电感一端、第二二极管正极相连；所述第三电感，另一端接地；所述第二二极管的负极与第二十电阻、第三十九电容、第四十电容、第四十一电容一端、以及直流转交流模块的第二管脚相连；

所述第三十九电容、第四十电容、第四十一电容，另一端均接地；所述第二十电阻，另一端与第二十一电阻、第二十二电阻一端、以及所述稳压器的反馈管脚相连；所述第二十一电阻，另一端接地；所述第二十二电阻，另一端与晶体管第三引脚相连；所述晶体管，第二引脚接地；

所述直流转交流模块的第一管脚接地；所述直流转交流模块的第三管脚和第四管脚，均与所述发射线圈相连；

所述第三十五电容为220微法；所述第三十六电容为1微法；所述第三十七电容为10微法；所述第三十八电容为22微法；所述第三十九电容为100 微法；所述第四十电容为100微法；所述第四十一电容为1微法；所述第二十电阻为7.15千欧；所述第二十一电阻为1千欧；所述第二十二电阻为4.99 千欧。

由上述内容可知，本实用新型实施例提供的扭矩测量设备，包括：无线供电装置、电压转换装置、模数转换装置、单片机、以及无线数据发送装置；无线供电装置包括：输电发射模块，用于产生第一交流电压；发射线圈，与输电发射模块相连，用于接收第一交流电压；与发射线圈平行设置的接收线圈，用于产生第二交流电压；与接收线圈连接的输入接口，通过第一电压输入管脚与整流桥的第一管脚相连，通过第二电压输入管脚与整流桥的第二管脚相连；用于将第二交流电压发送给整流桥；整流桥的第三管脚，与第一二极管的正极相连；整流桥的第四管脚，与第一二极管的负极相连；第一二极管的负极，还与第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容一端相连；第一二极管的正极接地，并与第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容另一端相连；电压转换装置包括：第一电压转换模块、第二电压转换模块、以及第三电压转换模块；第一电压转换模块的第一电压输入端与二极管的负极相连；第一电压转换模块的第一电压输出端与第二电压转换模块的第二电压输入端以及第三电压转换模块的第三电压输入端相连；模数转换装置包括：与第二电压转换模块的第二电压输出端相连的模数转换器AD7190 的第一电压输入管脚、第九电容、第十电容、第十一电容一端、接应变传感器接口的反馈信号正极管脚、以及模数转换器的正参考输入管脚；第九电容、第十电容、第十一电容，另一端均接地；与第三电压转换模块的第三电压输出端相连的模数转换器的第二电压输入管脚、第十二电容以及第十三电容一端相连；第十二电容、第十三电容，另一端均接地；接应变传感器接口的供电正极管脚，与第十四电容、第一电阻、第十五电容一端、以及模数转换器的负参考输入管脚、桥接低电压转换到地管脚相连；第十四电容、第一电阻，另一端均接地；第十五电容，另一端与第十六电容一端、以及模数转换器的正参考输入管脚相连；第十六电容，另一端接地；接应变传感器接口的反馈信号负极管脚，与第二电阻一端相连；第二电阻，另一端与第十七电容、第十八电容一端、以及模数转换器的第一模拟输入管脚相连；第十七电容，另一端接地；第十八电容，另一端与第三电阻、第十九电容一端、以及模数转换器的第二模拟输入管脚相连；第三电阻，另一端与接应变传感器接口的电源负极管脚相连；第十九电容，另一端接地；模数转换器的串行数据输出/数据就绪输出管脚，与单片机相连，用于将处理后的数据发送给单片机；接应变传感器接口，用于将应变片产生的电压差发送给模数转换器；单片机，用于将数据发送给无线数据发送装置，因此能够通过接应变传感器接口，直接将应变片产生的电压信号引出，该引出电压信号的过程不会引起任何信号波动，从而可以提高扭矩测量结果的准确性。并且，模数转换器AD7190具有较高的计算精度，通过该模数转换器将应变片产生的电压信号转换为数字信号输出，能够进一步提高最终得到的扭矩测量结果的准确性。通过无线供电装置为扭矩测量设备供电，与已知的有线供电方式相比，能够减小信号波动，从而提高扭矩测量结果的准确性。通过无线数据发送装置可以实现数据的无线传输，与已知的通过导电滑环进行有线数据传输的方式相比，能够减小由于滑环摩擦接触引起的信号波动，从而提高扭矩测量结果的准确性。当然，实施本实用新型的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

本实用新型实施例的创新点包括：

1、通过接应变传感器接口，直接将应变片产生的电压信号引出，该引出电压信号的过程不会引起任何信号波动，从而可以提高扭矩测量结果的准确性。并且，模数转换器AD7190具有较高的计算精度，通过该模数转换器将应变片产生的电压信号转换为数字信号输出，能够进一步提高最终得到的扭矩测量结果的准确性。通过无线供电装置为扭矩测量设备供电，与已知的有线供电方式相比，能够减小信号波动，从而提高扭矩测量结果的准确性。通过无线数据发送装置可以实现数据的无线传输，与已知的通过导电滑环进行有线数据传输的方式相比，能够减小由于滑环摩擦接触引起的信号波动，从而提高扭矩测量结果的准确性。

2、通过电压转换模块能够转换得到适合扭矩测量设备中各装置工作的电压值，保证扭矩测量设备正常工作。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的扭矩测量设备的一种结构示意图；

图2为本实用新型实施例的无线供电装置的一种结构示意图；

图3为本实用新型实施例的模数转换装置的一种结构示意图；

图4为本实用新型实施例的一种电压转换模块的结构示意图；

图5为本实用新型实施例的另一种电压转换模块的结构示意图；

图6为本实用新型实施例的另一种电压转换模块的结构示意图；

图7为本实用新型实施例的无线数据发送装置的结构示意图；

图8为本实用新型实施例的输电发射模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含的一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

本实用新型实施例公开了一种扭矩测量设备，能够提高扭矩测量结果的准确性。

在本实用新型实施例中，可以通过在传动轴上粘贴电阻应变片的方式来测量传动轴所受扭矩的大小。并且，为了保证扭矩测量结果的准确性，减小供电过程和应变片产生电压信号的传输过程对扭矩测量结果产生的影响，可以通过无线的方式进行供电，通过接应变传感器接口，直接将应变片产生的电压信号引出。下面对本实用新型实施例进行详细说明。

图1为本实用新型实施例提供的扭矩测量设备的一种结构示意图。该扭矩测量设备，可以包括：无线供电装置110、电压转换装置120、模数转换装置130、单片机140、以及无线数据发送装置150。

无线供电装置110可以通过无线的方式为扭矩测量设备供电。无线供电装置110供电后，由于扭矩测量设备中各装置所需的电压值不同，因此，可以通过电压转换装置120将无线供电装置110产生的电压变换为不同的电压值，为对应的各装置供电。模数转换装置130可以将应变片产生的电压差转换为数字信号，并通过单片机140传输至无线数据发送装置150，通过无线数据发送装置150将数字信号发送至信号接收端。

具体的，如图2所示，无线供电装置110可以包括：输电发射模块，用于产生第一交流电压；发射线圈，与输电发射模块相连，用于接收第一交流电压；与发射线圈平行设置的接收线圈，用于产生第二交流电压；与接收线圈连接的输入接口P3，通过第一电压输入管脚与整流桥D2的第一管脚相连，通过第二电压输入管脚与整流桥D2的第二管脚相连；用于将第二交流电压发送给整流桥D2；整流桥D2的第三管脚，与第一二极管D4的正极相连；整流桥D2的第四管脚，与第一二极管D4的负极相连；第一二极管D4的负极，还与第一电容C8、第二电容C9、第三电容C10、第四电容C11、第五电容C12、第六电容C13、第七电容C14、第八电容C15一端相连；第一二极管D4的正极接地，并与第一电容C8、第二电容C9、第三电容C10、第四电容C11、第五电容C12、第六电容C13、第七电容C14、第八电容C15另一端相连。

输电发射模块将直流转换为交流给发射线圈供电，根据电磁理论，接收线圈会产生交流电。由接收线圈产生的交流电压通过整流桥、第一二极管以及各电容变为35V直流电压，即可为扭矩测量设备供电。由于发射线圈和接收线圈之间为无线连接，因此，该供电装置属于无线供电装置。

上述第一二极管D4，也即瞬态电压抑制管SMAJ33A，它的工作峰值反向电压为33V，击穿电压最小为36.7V，击穿电压最大为40.6V。各电容的作用是滤波，还可以起到储能的作用。D2的作用是整流桥的作用，是交流转直流。D4是瞬态抑制二极管，将电压钳位在33V，也启到保护器件的作用。

上述第一电容C8、第二电容C9、第三电容C10、第四电容C11、第五电容C12、第六电容C13、第七电容C14、第八电容C15均为10微法。

电压转换装置120可以包括：第一电压转换模块、第二电压转换模块、以及第三电压转换模块；第一电压转换模块的第一电压输入端与第一二极管 D4的负极相连；第一电压转换模块的第一电压输出端与第二电压转换模块的第二电压输入端以及第三电压转换模块的第三电压输入端相连。

也就是说，通过第一电压转换模块与无线供电装置110相连，获取到无线供电模块110产生的电压，并分别通过第一电压转换模块、第二电压转换模块、以及第三电压转换模块转换得到不同的电压值。

如图3所示，模数转换装置130可以包括：与第二电压转换模块的第二电压输出端相连的模数转换器AD7190的管脚20，即第一电压输入管脚、第九电容C26、第十电容C27、第十一电容C23一端、接应变传感器接口P2的管脚3，即反馈信号正极管脚、以及模数转换器的管脚15，即REFIN1(+) (Reference Input，正参考输入)管脚相连；第九电容C26、第十电容C27、第十一电容C23，另一端均接地；与第三电压转换模块的第三电压输出端相连的模数转换器的管脚21，即第二电压输入管脚、第十二电容C28以及第十三电容C29一端相连；第十二电容C28、第十三电容C29，另一端均接地；接应变传感器接口P2的管脚4，即供电正极管脚，与第十四电容C33、第一电阻R17、第十五电容C32一端、以及模数转换器的管脚16，即REFIN1(-) (Reference Input，负参考输入)管脚、管脚17，即BPDSW(Bridge Power-Down Switchto AGND，桥接低电压转换到地)管脚相连；第十四电容C33、第一电阻R17，另一端均接地；第十五电容C32，另一端与第十六电容C25一端、以及模数转换器的管脚15，即REFIN1(+)(Reference Input，正参考输入) 管脚相连；第十六电容C25，另一端接地；接应变传感器接口P2的管脚2，即反馈信号负极管脚，与第二电阻R15一端相连；第二电阻R15，另一端与第十七电容C24、第十八电容C30一端、以及模数转换器的管脚13，即AIN3 (Analog Input，模拟输入)管脚相连；第十七电容C24，另一端接地；第十八电容C30，另一端与第三电阻R16、第十九电容C31一端、以及模数转换器的管脚14，即AIN4管脚相连；第三电阻R16，另一端与接应变传感器接口P2的管脚1，即电源负极管脚相连；第十九电容C31，另一端接地；模数转换器的管脚23，即DOUT/RDY(Serial Data Output/Data Ready Output，串行数据输出/数据就绪输出)管脚，与单片机140相连，用于将处理后的数据发送给单片机140；接应变传感器接口P2，用于将应变片产生的电压差发送给模数转换器。

本实用新型实施例中，应变片形变产生的电压差可以通过P2发送给模数转换器AD7190，模数转换器AD7190也可以称为放大器，放大器将信号放大后再发送给单片机140。单片机140可以通过SPI发送命令到放大器的G1、 G0口来控制其放大倍数。

AD7190是一款低噪声、可完整模拟前端的放大器，适用于高端精密测量应用。AD7190还具有零延迟功能，它输出数据的速率范围为4.7Hz-4.8kHz。该芯片可在零下40度到105度的范围内工作。

当管脚AIN3与管脚AIN4一起使用时，管脚AIN3可以配置为全差分输入对的正输入，管脚AIN4可以配置为全差分输入对的负输入。

上述第九电容C26为4.7微法；第十电容C27为100纳法；第十一电容 C23为100纳法；第十二电容C28为4.7微法；第十三电容C29为100纳法；第十四电容C33为10纳法；第十五电容C32为1微法；第十六电容C25为 10纳法；第十七电容C24为10纳法；第十八电容C30为1微法；第十九电容C31为10纳法；第二电阻R15为100欧；第三电阻R16为100欧。

模数转换装置130中各电容的作用均为滤除杂波，第二电阻R15、第三电阻R16的作用是滤共模杂波，保证模数转换结果的准确性，进而提高扭矩测量结果的准确性。

单片机140，用于将数据发送给无线数据发送装置150，从而可以通过无线数据发送装置150将数据发送给接收端。

由上述内容可知，本实用新型实施例提供的扭矩测量设备，能够通过接应变传感器接口，直接将应变片产生的电压信号引出，该引出电压信号的过程不会引起任何信号波动，从而可以提高扭矩测量结果的准确性。并且，模数转换器AD7190具有较高的计算精度，通过该模数转换器将应变片产生的电压信号转换为数字信号输出，能够进一步提高最终得到的扭矩测量结果的准确性。通过无线供电装置为扭矩测量设备供电，与已知的有线供电方式相比，能够减小信号波动，从而提高扭矩测量结果的准确性。通过无线数据发送装置可以实现数据的无线传输，与已知的通过导电滑环进行有线数据传输的方式相比，能够减小由于滑环摩擦接触引起的信号波动，从而提高扭矩测量结果的准确性。

作为本实用新型实施例的一种实施方式，上述第一二极管D4的负极，电压为35V，也即无线供电装置的输出电压为35V。第一电压转换模块的第一电压输出端电压为5.1V；第二电压转换模块的第二电压输出端电压为5V；第三电压转换模块的第三电压输出端电压为3.3V。

在一种实现方式中，如图4所示，第一电压转换模块，包括：

第一电压输入端，与第二十电容C39、第二十一电容C40、第四电阻R29 一端、以及转换器的管脚3，即VIN(Voltage Input，电压输入)管脚相连；

第二十电容C39、第二十一电容C40另一端均接地；第四电阻R29，另一端与第五电阻R2一端、以及转换器的管脚4，即EN(enable，使能)管脚相连；转换器的管脚2，即MODE/SYNC(模式/同步)管脚接地；第五电阻 R2另一端接地；

第一电压输出端与转换器的管脚6，即VOUT(Voltage Output，电压输出)管脚、第六电阻R30、第二十二电容C41、第二十三电容C42一端相连；

第二十二电容C41、第二十三电容C42另一端均接地；第六电阻R30另一端与转换器的管脚7，即FB(Feedback，反馈)管脚、以及第七电阻R31 一端相连；第七电阻R31另一端接地；

转换器的管脚1，即GND(Ground，地面)管脚，和管脚11，即PAD (Thermal Pad，导热垫)管脚，接地。

上述转换器可以为LMZM23601SILR。35V电压通过非隔离式DC/DC转换器LMZM23601SILR转换为5.1V的电压。该芯片LMZM23601SILR具备 1.4V至36V宽工作输入电压，输出电压2.5V到15V可调节。

其中，上述第二十电容C39为10微法；第二十一电容C40为100纳法；第二十二电容C41为22微法；第二十三电容C42为100纳法。

第二十电容C39、第二十一电容C40、第二十二电容C41、第二十三电容C42的作用均为滤波，得到更准确稳定的电压。电容越小，滤高频能力越强，电容越大，滤低频能力越强。其中第二十电容C39和第二十二电容C41 还具有储能的作用。

第四电阻R29为220千欧；第五电阻R2为143千欧；第六电阻R30为 33千欧；第七电阻R31为8.06千欧。

FB管脚电压为1V，因此可以用第六电阻R30、第七电阻R31两个电阻来配比输出5.1V的电压。LMZM23601SILR芯片的使能电压为1.8V，加入外置分压器是为了设置稳压器开始电压转换的输入电压。

在一种实现方式中，如图5所示，第二电压转换模块，包括：

第二电压输入端，与第二十四电容C16、第二十五电容C17、第八电阻 R9一端、以及稳压器的管脚10，即VIN(Input，电压输入)管脚、管脚9，即VIN管脚、以及管脚6，即SS_CTRL(软启动控制)管脚相连；

第二十四电容C16、第二十五电容C17，另一端接地；第八电阻R9，另一端与稳压器的管脚7，即EN(enable，使能)管脚相连；

稳压器的管脚8，即NR/SS(降噪)管脚，与第二十六电容C18一端相连；第二十六电容C18，另一端接地；

稳压器的管脚1和管脚2，即OUT(输出)管脚，与第九电阻R11、第二十七电容C19、第二十八电容C20、第二十九电容C21、第十电阻R12、第十一电阻R13一端相连；

第九电阻R11，另一端与第二十七电容C19另一端、稳压器的管脚3，即FB(FeedBack，反馈)管脚、第十二电阻R10一端相连；第十二电阻R10、第二十八电容C20、第二十九电容C21，另一端均接地；第十电阻R12，另一端与稳压器的管脚5，即PG(power-good，电源良好指示器)管脚相连；第十一电阻R13，另一端与第三十电容C22一端、以及第二电压输出端相连；第三十电容C22，另一端接地；

稳压器的管脚4，即GND(Ground，地面)管脚接地。

FB管脚，用于设置器件的输出电压。PG管脚，用于LDO输出电压的漏极开路。SS_CTRL管脚，将此管脚连接到GND或IN，以更改NR/SS电容充电电流。NR/SS管脚，将此管脚连接到外部电容，以降低内部带隙基准产生的噪声。外部电容将输出噪声降低到非常低的水平，并设置输出斜率以限制浪涌电流。

上述稳压器可以为TPS7A9001DSKR。TPS7A9001DSKR芯片是一款低噪声(4.7μVRMS)、低压差(LDO)稳压器，能够提供500mA电流，最大压差仅为100mV至5V和200mV至5.7V。它的输出可通过0.8V至5.7V 的外部电阻进行调节。它的输入电压范围支持低至1.4V和高达6.5V的工作电压。它还具有1％的输出电压精度(超线，负载和温度)和软启动功能。它非常适合供电敏感的模拟低压器件。

上述第二十四电容C16为10微法；第二十五电容C17为100纳法；第二十六电容C18为100纳法；第二十七电容C19为10纳法；第二十八电容 C20为10微法；第二十九电容C21为100纳法；第三十电容C22为100纳法。

第二十四电容C16、第二十五电容C17、第二十八电容C20、第三十电容C22的作用是滤波，得到更准确稳定的电压。电容越小，滤高频能力越强，电容越大，滤低频能力越强。第二十四电容C16、第二十八电容C20还具有储能的作用。第二十七电容C19的功能是削尖波。

上述第八电阻R9为100千欧；第九电阻R11为10.5千欧；第十电阻R12 为20千欧；第十一电阻R13为1-2欧；第十二电阻R10为2千欧。

在一种实现方式中，如图6所示，第三电压转换模块，包括：

第三电压输入端，与第三十一电容C35、第三十二电容C36、第十三电阻R029一端、以及开关稳压器的管脚3，即VIN(Voltage Input，电压输入) 管脚相连；

第三十一电容C35、第三十二电容C36，另一端均接地；第十三电阻R029，另一端与开关稳压器的管脚6，即EN(enable，使能)管脚相连；

开关稳压器的管脚5，即VSEL/MODE管脚与第十四电阻R32一端相连；第十四电阻R32另一端接地；

第三电压输出端与第一电感L1、第三十三电容C37、第三十四电容C38 一端、以及开关稳压器的管脚2，即VOS(检测)管脚相连；第一电感L1 另一端与开关稳压器的管脚4，即SW(switch，开关)管脚相连；第三十三电容C37、第三十四电容C38，另一端均接地；

开关稳压器的管脚1，即GND(Ground，地面)管脚接地。

上述开关稳压器可以为TPS62802YKAR。5.1V电压通过开关稳压器 TPS62802YKAR转换为3.3V电压。VOS管脚为内部反馈分压器网络和调节环路的输出电压检测管脚。

第三十一电容C35为4.7微法；第三十二电容C36为100纳法；第三十三电容C37为10微法；第三十四电容C38为100纳法。第十三电阻R029为 100千欧；第十四电阻R32为249千欧。第一电感L1为470纳亨利。

第十三电阻R029的作用是限流，保证芯片不被烧坏。第一电感L1的作用是储能。

第三十一电容C35、第三十二电容C36、第三十三电容C37、第三十四电容C38的作用均为滤波，得到更准确稳定的电压。电容越小，滤高频能力越强；电容越大，滤低频能力越强。其中第三十一电容C35、第三十三电容 C37还具有储能的作用。

通过电压转换模块能够转换得到适合扭矩测量设备中各装置工作的电压值，保证扭矩测量设备正常工作。

在一种实现方式中，如图7所示，无线数据发送装置150包括：

与第三电压输出端相连的数据发送芯片的管脚8，即VCC(Volt CurrentCondenser，芯片供电电压)管脚以及第十五电阻R20一端；

第十五电阻R20，另一端与第十六电阻R19一端以及数据发送芯片的管脚3，即EN(enable，使能)管脚相连；

第十六电阻R19，另一端与数据发送芯片的管脚1，即RST(RESET，复位)管脚相连；

第十七电阻R21，一端与数据发送芯片的管脚12，即第一输入管脚(IO0) 相连，另一端与第十八电阻R22一端以及第三电压输出端相连，第十八电阻 R22的另一端与数据发送芯片的管脚11，即第二输入管脚(IO2)相连；

第十九电阻R23，一端与数据发送芯片的管脚10，即第三输入管脚(IO15) 相连，另一端与数据发送芯片的管脚9，即GND(Ground，地面)相连，并接地；

数据发送芯片的数据接收管脚15，即RXD0管脚，和数据发送管脚16，即TXD0管脚，均与单片机140相连，用于接收单片机140发送的数据；

第十五电阻R20、第十七电阻R21、第十八电阻R22、第十九电阻R23 均为1兆欧。

上述无线数据发送装置150也可以称为WIFI模块。其中，数据发送芯片可以为ESP-07S，ESP-07S中包括多个子芯片，最重要的为ESP8266芯片。ESP8266芯片串口WIFI_IN_TX和WIFI_IN_RX与单片机串口UART2_RX、 UART2_TX连接，单片机通过串口将数据发送给WIFI模块，WIFI模块将数据发送给接受WIFI信号的接收器，然后再显示出来测量出的扭矩值。

ESP8266芯片的工作温度范围为零下45到80度。上述R21、R22、R23 的作用是模式选择。本实用新型实施例中，使用数据发送模式。

管脚10、11、12，分别为GPIO15、GPIO0、GPIO2。此三个引脚用于设置不同的模式，其中，串口模式对应为：GPIO15、GPIO0设置为低，GPIO2 设置为高；闪存启动对应为：GPIO15设置为低，GPIO2、GPIO0设置为高。

在一种实现方式中，如图8所示，输电发射模块包括：

直流电输入端，与第三十五电容C29、第三十六电容C30、第二电感L5 一端、以及稳压器的管脚4，即VIN(Voltage Input，电压输入)管脚，和管脚2，即EN(enable，使能)管脚相连；第三十五电容C29、第三十六电容 C30，另一端接地；稳压器的管脚1，即GND(Ground，地面)管脚接地；

第二电感L5，另一端与第三十七电容C40、第三十八电容C1一端、以及稳压器的管脚3和6，即SW(开关节点)管脚相连；

第三十七电容C40和第三十八电容C1，另一端均与第三电感L4一端、第二二极管D20正极相连；第三电感L4，另一端接地；第二二极管D20的负极与第二十电阻R6、第三十九电容C31、第四十电容C91、第四十一电容 C92一端、以及直流转交流模块的第二管脚相连；

第三十九电容C31、第四十电容C91、第四十一电容C92，另一端均接地；第二十电阻R6，另一端与第二十一电阻R60、第二十二电阻R10一端、以及稳压器的管脚5，即FB(FeedBack，反馈)管脚相连；第二十一电阻R60，另一端接地；第二十二电阻R10，另一端与晶体管Q2第三引脚相连；晶体管 Q2，第二引脚接地；

直流转交流模块的第一管脚接地；直流转交流模块的第三管脚和第四管脚，均与发射线圈相连。

上述稳压器可以为XL6009E1。输入的直流电压通过XL6009E1稳压器输出线圈所需要的电压，此稳压器是一个宽输入范围、可产生正负电压的稳压器。

上述第三十五电容C29为220微法；第三十六电容C30为1微法；第三十七电容C40为10微法；第三十八电容C1为22微法；第三十九电容C31 为100微法；第四十电容C91为100微法；第四十一电容C92为1微法；第二十电阻R6为7.15千欧；第二十一电阻R60为1千欧；第二十二电阻R10 为4.99千欧。

第三电感L4、第二电感L5、以及第三十八电容C1的作用是储能。第二十电阻R6、第二十一电阻R60、第二十二电阻R10、以及晶体管Q2的作用是调节电压输出的幅值。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种扭矩测量设备，其特征在于，包括：无线供电装置、电压转换装置、模数转换装置、单片机、以及无线数据发送装置；

所述无线供电装置包括：输电发射模块，用于产生第一交流电压；发射线圈，与所述输电发射模块相连，用于接收所述第一交流电压；与所述发射线圈平行设置的接收线圈，用于产生第二交流电压；与所述接收线圈连接的输入接口(P3)，通过第一电压输入管脚与整流桥(D2)的第一管脚相连，通过第二电压输入管脚与所述整流桥(D2)的第二管脚相连；用于将所述第二交流电压发送给所述整流桥(D2)；所述整流桥(D2)的第三管脚，与第一二极管(D4)的正极相连；所述整流桥(D2)的第四管脚，与所述第一二极管(D4)的负极相连；所述第一二极管(D4)的负极，还与第一电容(C8)、第二电容(C9)、第三电容(C10)、第四电容(C11)、第五电容(C12)、第六电容(C13)、第七电容(C14)、第八电容(C15)一端相连；所述第一二极管(D4)的正极接地，并与所述第一电容(C8)、第二电容(C9)、第三电容(C10)、第四电容(C11)、第五电容(C12)、第六电容(C13)、第七电容(C14)、第八电容(C15)另一端相连；

所述电压转换装置包括：第一电压转换模块、第二电压转换模块、以及第三电压转换模块；所述第一电压转换模块的第一电压输入端与所述第一二极管(D4)的负极相连；所述第一电压转换模块的第一电压输出端与所述第二电压转换模块的第二电压输入端以及所述第三电压转换模块的第三电压输入端相连；

所述模数转换装置包括：与所述第二电压转换模块的第二电压输出端相连的模数转换器AD7190的第一电压输入管脚、第九电容(C26)、第十电容(C27)、第十一电容(C23)一端、接应变传感器接口(P2)的反馈信号正极管脚、以及所述模数转换器的正参考输入管脚；所述第九电容(C26)、第十电容(C27)、第十一电容(C23)，另一端均接地；与所述第三电压转换模块的第三电压输出端相连的所述模数转换器的第二电压输入管脚、第十二电容(C28)以及第十三电容(C29)一端相连；所述第十二电容(C28)、第十三电容(C29)，另一端均接地；所述接应变传感器接口(P2)的供电正极管脚，与第十四电容(C33)、第一电阻(R17)、第十五电容(C32)一端、以及所述模数转换器的负参考输入管脚、桥接低电压转换到地管脚相连；所述第十四电容(C33)、第一电阻(R17)，另一端均接地；所述第十五电容(C32)，另一端与第十六电容(C25)一端、以及所述模数转换器的正参考输入管脚相连；所述第十六电容(C25)，另一端接地；所述接应变传感器接口(P2)的反馈信号负极管脚，与第二电阻(R15)一端相连；所述第二电阻(R15)，另一端与第十七电容(C24)、第十八电容(C30)一端、以及所述模数转换器的第一模拟输入管脚相连；所述第十七电容(C24)，另一端接地；所述第十八电容(C30)，另一端与第三电阻(R16)、第十九电容(C31)一端、以及所述模数转换器的第二模拟输入管脚相连；所述第三电阻(R16)，另一端与所述接应变传感器接口(P2)的电源负极管脚相连；所述第十九电容(C31)，另一端接地；所述模数转换器的串行数据输出/数据就绪输出管脚，与所述单片机相连，用于将处理后的数据发送给所述单片机；所述接应变传感器接口(P2)，用于将应变片产生的电压差发送给所述模数转换器；

所述单片机，用于将所述数据发送给所述无线数据发送装置。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，

所述第一二极管(D4)的负极，电压为35V；

所述第一电压转换模块的第一电压输出端电压为5.1V；

所述第二电压转换模块的第二电压输出端电压为5V；

所述第三电压转换模块的第三电压输出端电压为3.3V。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述第一电压转换模块，包括：

所述第一电压输入端，与第二十电容(C39)、第二十一电容(C40)、第四电阻(R29)一端、以及转换器的电压输入管脚相连；

所述第二十电容(C39)、第二十一电容(C40)另一端均接地；所述第四电阻(R29)，另一端与第五电阻(R2)一端、以及所述转换器的使能管脚相连；所述转换器的模式/同步管脚接地；所述第五电阻(R2)另一端接地；

所述第一电压输出端与所述转换器的电压输出管脚、第六电阻(R30)、第二十二电容(C41)、第二十三电容(C42)一端相连；

所述第二十二电容(C41)、第二十三电容(C42)另一端均接地；所述第六电阻(R30)另一端与所述转换器的反馈管脚、以及第七电阻(R31)一端相连；所述第七电阻(R31)另一端接地；

所述转换器的地面管脚和导热垫管脚，接地。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，

所述第二十电容(C39)为10微法；所述第二十一电容(C40)为100纳法；所述第二十二电容(C41)为22微法；所述第二十三电容(C42)为100纳法；

所述第四电阻(R29)为220千欧；所述第五电阻(R2)为143千欧；所述第六电阻(R30)为33千欧；所述第七电阻(R31)为8.06千欧。

5.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述第二电压转换模块，包括：

所述第二电压输入端，与第二十四电容(C16)、第二十五电容(C17)、第八电阻(R9)一端、以及稳压器的第一电压输入管脚、第二电压输入管脚、以及软启动控制管脚相连；

所述第二十四电容(C16)、第二十五电容(C17)，另一端接地；所述第八电阻(R9)，另一端与所述稳压器的使能管脚相连；

所述稳压器的降噪管脚，与第二十六电容(C18)一端相连；所述第二十六电容(C18)，另一端接地；

所述稳压器的第一输出管脚和第二输出管脚，与第九电阻(R11)、第二十七电容(C19)、第二十八电容(C20)、第二十九电容(C21)、第十电阻(R12)、第十一电阻(R13)一端相连；

所述第九电阻(R11)，另一端与所述第二十七电容(C19)另一端、所述稳压器的反馈管脚、第十二电阻(R10)一端相连；所述第十二电阻(R10)、所述第二十八电容(C20)、第二十九电容(C21)，另一端均接地；所述第十电阻(R12)，另一端与所述稳压器的电源良好指示器管脚相连；所述第十一电阻(R13)，另一端与第三十电容(C22)一端、以及所述第二电压输出端相连；所述第三十电容(C22)，另一端接地；

所述稳压器的地面管脚接地。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，

所述第二十四电容(C16)为10微法；所述第二十五电容(C17)为100纳法；所述第二十六电容(C18)为100纳法；所述第二十七电容(C19)为10纳法；所述第二十八电容(C20)为10微法；所述第二十九电容(C21)为100纳法；所述第三十电容(C22)为100纳法；

所述第八电阻(R9)为100千欧；所述第九电阻(R11)为10.5千欧；所述第十电阻(R12)为20千欧；所述第十一电阻(R13)为1-2欧；所述第十二电阻(R10)为2千欧。

7.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述第三电压转换模块，包括：

所述第三电压输入端，与第三十一电容(C35)、第三十二电容(C36)、第十三电阻(R029)一端、以及开关稳压器的电压输入管脚相连；

所述第三十一电容(C35)、第三十二电容(C36)，另一端均接地；所述第十三电阻(R029)，另一端与所述开关稳压器的使能管脚相连；

所述开关稳压器的电压选择管脚与第十四电阻(R32)一端相连；所述第十四电阻(R32)另一端接地；

所述第三电压输出端与第一电感(L1)、第三十三电容(C37)、第三十四电容(C38)一端、以及所述开关稳压器的检测管脚相连；所述第一电感(L1)另一端与所述开关稳压器的开关管脚相连；所述第三十三电容(C37)、第三十四电容(C38)，另一端均接地；

所述开关稳压器的地面管脚接地；

所述第三十一电容(C35)为4.7微法；所述第三十二电容(C36)为100纳法；所述第三十三电容(C37)为10微法；所述第三十四电容(C38)为100纳法；所述第十三电阻(R029)为100千欧；所述第十四电阻(R32)为249千欧；所述第一电感(L1)为470纳亨利。

8.根据权利要求1-7任一项所述的设备，其特征在于，所述无线数据发送装置包括：

与所述第三电压输出端相连的数据发送芯片的芯片供电电压管脚以及第十五电阻(R20)一端；

所述第十五电阻(R20)，另一端与第十六电阻(R19)一端以及所述数据发送芯片的使能管脚相连；

所述第十六电阻(R19)，另一端与所述数据发送芯片的复位管脚相连；

第十七电阻(R21)，一端与所述数据发送芯片的第一输入管脚相连，另一端与第十八电阻(R22)一端以及所述第三电压输出端相连，所述第十八电阻(R22)的另一端与所述数据发送芯片的第二输入管脚相连；

第十九电阻(R23)，一端与所述数据发送芯片的第三输入管脚相连，另一端与所述数据发送芯片的地面管脚相连，并接地；

所述数据发送芯片的数据接收管脚和数据发送管脚，均与所述单片机相连，用于接收所述单片机发送的数据；

所述第十五电阻(R20)、第十七电阻(R21)、第十八电阻(R22)、第十九电阻(R23)均为1兆欧。

9.根据权利要求1-7任一项所述的设备，其特征在于，

所述第一电容(C8)、第二电容(C9)、第三电容(C10)、第四电容(C11)、第五电容(C12)、第六电容(C13)、第七电容(C14)、第八电容(C15)均为10微法；所述第九电容(C26)为4.7微法；所述第十电容(C27)为100纳法；所述第十一电容(C23)为100纳法；所述第十二电容(C28)为4.7微法；所述第十三电容(C29)为100纳法；所述第十四电容(C33)为10纳法；所述第十五电容(C32)为1微法；所述第十六电容(C25)为10纳法；所述第十七电容(C24)为10纳法；所述第十八电容(C30)为1微法；所述第十九电容(C31)为10纳法；

所述第二电阻(R15)为100欧；所述第三电阻(R16)为100欧。

10.根据权利要求1-7任一项所述的设备，其特征在于，所述输电发射模块，包括：

直流电输入端，与第三十五电容(C29)、第三十六电容(C30)、第二电感(L5)一端、以及稳压器的电压输入管脚和使能管脚相连；所述第三十五电容(C29)、第三十六电容(C30)，另一端接地；所述稳压器的地面管脚接地；

所述第二电感(L5)，另一端与第三十七电容(C40)、第三十八电容(C1)一端、以及所述稳压器的第一开关节点管脚和第二开关节点管脚相连；

所述第三十七电容(C40)和所述第三十八电容(C1)，另一端均与第三电感(L4)一端、第二二极管(D20)正极相连；所述第三电感(L4)，另一端接地；所述第二二极管(D20)的负极与第二十电阻(R6)、第三十九电容(C31)、第四十电容(C91)、第四十一电容(C92)一端、以及直流转交流模块的第二管脚相连；

所述第三十九电容(C31)、第四十电容(C91)、第四十一电容(C92)，另一端均接地；所述第二十电阻(R6)，另一端与第二十一电阻(R60)、第二十二电阻(R10)一端、以及所述稳压器的反馈管脚相连；所述第二十一电阻(R60)，另一端接地；所述第二十二电阻(R10)，另一端与晶体管(Q2)第三引脚相连；所述晶体管(Q2)，第二引脚接地；

所述直流转交流模块的第一管脚接地；所述直流转交流模块的第三管脚和第四管脚，均与所述发射线圈相连；

所述第三十五电容(C29)为220微法；所述第三十六电容(C30)为1微法；所述第三十七电容(C40)为10微法；所述第三十八电容(C1)为22微法；所述第三十九电容(C31)为100微法；所述第四十电容(C91)为100微法；所述第四十一电容(C92)为1微法；所述第二十电阻(R6)为7.15千欧；所述第二十一电阻(R60)为1千欧；所述第二十二电阻(R10)为4.99千欧。

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