CN214149648U - 一种智能动态扭矩传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能动态扭矩传感器，包括旋转轴，所述旋转轴表面一侧设置有第一轴承，所述旋转轴外侧表面中部固定设置有隔磁环，所述隔磁环靠近第一轴承的一侧固定设置有柔性电路板，所述隔磁环远离柔性电路板的一侧固定设置有电路板，所述柔性电路板内部一侧固定设置有受电环，所述柔性电路板内部远离受电环的一侧固定设置有输电环，所述电路板内部一侧固定设置有射频发射环，所述电路板内部远离射频发射环一侧固定设置有射频接受环，所述旋转轴外侧表面远离第一轴承的一端设置有第二轴承，所述旋转轴靠近第二轴承的一端固定设置有应变区。本实用新型体积及重量小于传统滑环式动态扭矩传感器，转动惯量更低，使用效果更好。

Description

一种智能动态扭矩传感器

技术领域

本实用新型涉及扭矩传感器技术领域，具体为一种智能动态扭矩传感器。

背景技术

扭矩是在旋转动力系统中最频繁涉及到的参数，扭矩测试比较成熟的检测手段为应变电测技术，它具有精度高、频响快、可靠性好、寿命长等优点。将专用的测扭应变片用应变胶粘贴在被测弹性轴上，并组成应变桥，若向应变桥提供工作电源即可测试该弹性轴受扭的电信号。这就是基本的扭矩传感器模式。

但是在旋转动力传递系统中，最棘手的问题是旋转体上的应变桥的桥压输入及检测到的应变信号输出如何可靠地在旋转部分与静止部分之间传递，通常的做法是用导电滑环来完成。由于导电滑环属于磨擦接触，因此不可避免地存在着磨损并发热，因而限制了旋转轴的转速及导电滑环的使用寿命。并且由于接触不可靠引起信号波动，从而造成测量误差大甚至测量不成功。为了克服导电滑环的缺陷，另一个办法就是采用变压器遥测的方法:将扭矩应变信号在旋转轴上放大并进行V/F转换成频率信号，通过中低频变压器的方法从旋转轴上输送到轴外，读取变压器输出频率变化，就可以得到旋转轴受扭的信号。旋转轴上的能源供应同样采用变压器输送方式。

现有的技术中，导电环式动态扭矩传感器接触磨损转速低，寿命短；变压器遥测方式因使用到变压器，其体积、重量大幅提升，是同规格滑环式动扭的3倍以上，转动惯量也得到提升，安装使用很不方便，同时，高速动态变化的扭矩无法测量，同时因输出信号为频率信号，再次精确测量频率对后段处理电路及处理器要求极高,而且极容易收到干扰，一般测量信号精度只能到0.1％。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种智能动态扭矩传感器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种智能动态扭矩传感器，包括旋转轴，所述旋转轴表面一侧设置有第一轴承，所述旋转轴外侧表面中部固定设置有隔磁环，所述隔磁环靠近第一轴承的一侧固定设置有柔性电路板，所述隔磁环远离柔性电路板的一侧固定设置有电路板，所述柔性电路板内部一侧固定设置有受电环，所述柔性电路板内部远离受电环的一侧固定设置有输电环，所述电路板内部一侧固定设置有射频发射环，所述电路板内部远离射频发射环一侧固定设置有射频接受环，所述旋转轴外侧表面远离第一轴承的一端设置有第二轴承，所述旋转轴靠近第二轴承的一端固定设置有应变区。

优选的，所述旋转轴外侧通过第一轴承与第二轴承活动设置有壳体，通过壳体可以起到保护装置整体的作用。

优选的，所述壳体上端固定设置有插头，所述插头和柔性电路板、电路板之间电性连接，通过插头可以为装置通电。

优选的，所述柔性电路板与受电环和输电环电性连接。

优选的，所述电路板与射频发射环和射频接受环之间电性连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型解决电压传输和信号传输之间的信号干扰问题，受电环3、输电环4，和射频发射环8、射频接受环9之间有隔磁环6，这样电压和信号之间处于两个独立的空间内，提高了扭矩信号的准确性。

2、本实用新型通过第一轴承与第二轴承和壳体之间活动连接，其旋转轴转动时磨损较低，寿命长，并且装置体积较小便于安装。

附图说明

图1为本实用新型一种智能动态扭矩传感器整体结构示意图；

图2为本实用新型一种智能动态扭矩传感器剖视图；

图3为本实用新型一种智能动态扭矩传感器旋转轴与壳体的安装视图。

图中：1、旋转轴；2、第一轴承；3、受电环；4、输电环；5、柔性电路板；6、隔磁环；7、电路板；8、射频发射环；9、射频接受环；10、第二轴承；11、应变区；12、壳体；13、插头。

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，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做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。

请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：一种智能动态扭矩传感器，包括旋转轴1，所述旋转轴1表面一侧设置有第一轴承2，所述旋转轴1外侧表面中部固定设置有隔磁环6，所述隔磁环6靠近第一轴承2的一侧固定设置有柔性电路板5，所述隔磁环6远离柔性电路板5的一侧固定设置有电路板7，所述柔性电路板5内部一侧固定设置有受电环3，所述柔性电路板5内部远离受电环3的一侧固定设置有输电环4，所述电路板7内部一侧固定设置有射频发射环8，所述电路板7内部远离射频发射环8一侧固定设置有射频接受环9，所述旋转轴1外侧表面远离第一轴承2的一端设置有第二轴承10，所述旋转轴1靠近第二轴承10的一端固定设置有应变区11。

所述旋转轴1外侧通过第一轴承2与第二轴承10活动设置有壳体12，通过壳体12可以起到保护装置整体的作用，所述壳体12上端固定设置有插头13，所述插头13和柔性电路板5、电路板7之间电性连接，通过插头13可以为装置通电，所述柔性电路板5与受电环3和输电环4电性连接，所述电路板7与射频发射环8和射频接受环9之间电性连接。

上述结构中，柔性电路板5上集成了超对称信号放大电路，ADC芯片，FPGA处理器，FPGA射频发送电路，开关电源电路,FPC从受电环3接收电源，将应变片的信号转换为数字信号后经射频发送线圈发送出去；扭矩传感器信号直接在此处原始信号端进行处理，转换为数字信号(数字信号抗干扰)，不要经过导电滑环或变压器V/F变换，转化为数字信号时模拟传输路径最短，可以更高精度更抗干扰，有效精度18bits；元器件全部采用最小封装，做到尺寸仅为8*40mm长度的FPC柔性电路板5上，直接敷在弹性体外表面，节省空间；

电路板7同样集成FPGA处理器，FPGA射频接收电路，开关电源电路，高频空气变压器发射电路，数模转换电路及差分输出电路；电路板7接收射频信号后经FPGA解码输出至DAC或直接数字信号差分输出至连接器，因为是数字信号传输，其精度及动态频率与FPC上的精度一样高。

工作原理：旋转轴1的应变区11贴应变片，按照惠斯通桥形成输出电路连接到电路板7，应变区11的电信号由电路板7的信号处理电路进行放大、A/D转换之后，将数字量传送给射频发射环8进行发送，射频接受环9接收到数据后，交由外部设备处理后显示得到扭矩数据值，外部的电压输入到输电环4，输电环4与受电环3之间采用无线充电技术进行电压的传送，受电环3得到的电压经过柔性电路板5处理后提供给应变区11的应变片，这样就形成了旋转系统的应变片的能量和信号的无线传输，同时为了解决电压传输和信号传输之间的信号干扰问题，受电环3、输电环4，和射频发射环8、射频接受环9之间有隔磁环6，这样电压和信号之间处于两个独立的空间内，提高了扭矩信号的准确性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种智能动态扭矩传感器，包括旋转轴(1)，其特征在于：所述旋转轴(1)表面一侧设置有第一轴承(2)，所述旋转轴(1)外侧表面中部固定设置有隔磁环(6)，所述隔磁环(6)靠近第一轴承(2)的一侧固定设置有柔性电路板(5)，所述隔磁环(6)远离柔性电路板(5)的一侧固定设置有电路板(7)，所述柔性电路板(5)内部一侧固定设置有受电环(3)，所述柔性电路板(5)内部远离受电环(3)的一侧固定设置有输电环(4)，所述电路板(7)内部一侧固定设置有射频发射环(8)，所述电路板(7)内部远离射频发射环(8)一侧固定设置有射频接受环(9)，所述旋转轴(1)外侧表面远离第一轴承(2)的一端设置有第二轴承(10)，所述旋转轴(1)靠近第二轴承(10)的一端固定设置有应变区(11)。

2.根据权利要求1所述的一种智能动态扭矩传感器，其特征在于：所述旋转轴(1)外侧通过第一轴承(2)与第二轴承(10)活动设置有壳体(12)。

3.根据权利要求2所述的一种智能动态扭矩传感器，其特征在于：所述壳体(12)上端固定设置有插头(13)，所述插头(13)和柔性电路板(5)、电路板(7)之间电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种智能动态扭矩传感器，其特征在于：所述柔性电路板(5)与受电环(3)和输电环(4)电性连接。

5.根据权利要求1所述的一种智能动态扭矩传感器，其特征在于：所述电路板(7)与射频发射环(8)和射频接受环(9)之间电性连接。

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