CN215573483U

CN215573483U - 扭矩传感器控制电路

Info

Publication number: CN215573483U
Application number: CN202121434466.4U
Authority: CN
Inventors: 陈兆仁; 雷卫武; 王广力; 广鹏
Original assignee: Songnuomeng Technology Co ltd
Current assignee: Songnuomeng Technology Co ltd
Priority date: 2021-06-25
Filing date: 2021-06-25
Publication date: 2022-01-18
Anticipated expiration: 2031-06-25

Abstract

本实用新型涉及一种扭矩传感器控制电路。扭矩传感器控制电路包括第一电桥、第二电桥、第一模数转换模块、第二模数转换模块及并行处理器。第一电桥及第二电桥均用于设置在扭矩传感器的扭矩结构体上。第一电桥及第二电桥分别与第一模数转换模块及第二模数转换模块电连接。第一模数转换模块具有两个第一输出端。第二模数转换模块具有两个第二输出模块。并行处理器具有两个第一接线端及两个第二接线端。两个第一接线端分别与两个第一输出端电连接。两个第二接线端分别与两个第二输出端电连接。上述扭矩传感器控制电路可减小采样信号的时延，提高扭矩传感器的响应速度。

Description

扭矩传感器控制电路

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，特别是涉及一种扭矩传感器控制电路。

背景技术

扭矩传感器作为一种扭矩检测器件，可应用在机器人关节、医疗设备、军用设备等对力或扭力要求紧密测量的应用场合。传统的扭矩传感器中，大多都是通过设置在连接于外轮和内轮之间力臂上的应变栅来检测伦力臂的应变信息，再通过应变信息获取扭矩值。但是，传统的扭矩传感器的控制电路都采用串行处理方式，存在时延大、速度慢的问题。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统的扭矩传感器控制电路存在时延长、速度慢的问题，提供一种可快速响应的扭矩传感器控制电路。

一种扭矩传感器控制电路，包括第一电桥、第二电桥、第一模数转换模块、第二模数转换模块及并行处理器；

所述第一电桥及所述第二电桥均用于设置在扭矩传感器的扭矩结构体上；

所述第一电桥及所述第二电桥分别与所述第一模数转换模块及所述第二模数转换模块电连接；

所述第一模数转换模块具有两个第一输出端；所述第二模数转换模块具有两个第二输出模块；

所述并行处理器具有两个第一接线端及两个第二接线端；两个所述第一接线端分别与两个所述第一输出端电连接；两个所述第二接线端分别与两个所述第二输出端电连接。

在其中一些实施例中，还包括用于与外部电源电连接的电子开关及与所述电子开关电连接的基准电源模块；

所述基准电源模块分别与所述第一电桥、所述第二电桥、所述第一模数转换模块及所述第二模数转换模块电连接；

所述电子开关与所述并行处理器电连接，用于在所述并行处理器检测到所述第一接线端的第一数字信号和/或所述第二接线端的第一数字信号出现信号异常时切断所述基准电源模块与所述外部电源之间的连接。

在其中一些实施例中，还包括报警模块；所述报警模块与所述并行处理器电连接，用于在所述并行处理器检测到所述第一接线端的第一数字信号和/或所述第二接线端的第二数字信号出现信号异常时发出报警信息。

在其中一些实施例中，还包括与所述并行处理器电连接的存储器；所述存储器中预存有一个预设阈值信号范围；

所述并行处理器与所述存储器电连接，用于在所述第一接线端的第一数字信号数值和/或所述第二接线端的第二数字信号数值未处于所述预设信号阈值范围内时确定所述第一接线端的第一数字信号和/或所述第二接线端的第二数字信号出现异常。

在其中一些实施例中，还包括第一一级低频滤波模块及第二一级低频滤波模块；所述第一电桥通过所述第一一级低频滤波模块与所述第一模数转换模块电连接；所述第二电桥通过所述第二一级低频滤波模块与所述第二模数转换模块电连接。

在其中一些实施例中，还包括第一二级低频滤波模块及第二二级低频滤波模块；所述第一一级低频滤波模块通过所述第一二级低频滤波模块与所述第一模数转换模块电连接；所述第二一级低频滤波模块通过所述第二二级低频滤波模块与所述第二模数转换模块电连接。

在其中一些实施例中，还包括第一差分放大模块及第二差分放大模块；所述第一二级低频滤波模块通过所述第一差分放大模块与所述第一模数转换模块电连接；所述第二二级低频滤波模块通过第二差分放大模块与所述第二模数转换模块电连接。

在其中一些实施例中，还包括第一低频滤波模块及第二低频滤波模块；所述第一差分放大模块通过所述第一低频滤波模块与所述第一模数转换模块电连接；所述第二差分放大模块通过所述第二低频滤波模块与所述第二模数转换模块电连接。

在其中一些实施例中，所述第一电桥包括四个第一应变电阻；所述第二电桥包括四个第二应变电阻；所述第一应变电阻及所述第二应变电阻均为通过溅射薄膜技术沉积于所述扭矩结构体表面的纳米薄膜电阻。

上述扭矩传感器控制电路，当扭转结构体发生扭转变形之后，第一电桥及第二电桥就会获得第一应变信号及第二应变信号；通过第一模数转换模块及第二模数转换模块分别将第一应变信号转换成第一数字信号及将第二应变信号转换为第二数字信号；并行处理器同时对采集到的第一数字信号及第二数字信号进行数据处理及分析，以获得扭矩值。由此，并行处理器可对第一电桥及第二电桥输出的信号进行同时采样，并根据采样的数字信号进行分析处理，以减小采样信号的时延，提高扭矩传感器的响应速度，以用于提高对机器臂等结构的快速、精准控制。

附图说明

图1为本实用新型较佳实施例中的扭矩传感器控制电路的电路示意图。

标号说明：100、扭矩传感器控制电路；200、扭矩结构体；300、外部电源；111、第一电桥；112、第二电桥；121、第一模数转换模块；1211、第一输出端；122、第二模数转换模块；1221、第二输出端；130、并行处理器；131、第一接线端；132、第二接线端；140、电子开关；150、基准电源模块；161、第一一级低频滤波模块；162、第二一级低频滤波模块；171、第一二级低频滤波模块；172、第二二级低频滤波模块；181、第一差分放大模块；182、第二差分放大模块；191、第一低频滤波模块；192、第二低频滤波模块。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在描述位置关系时，除非另有规定，否则当一元件被指为在另一元件“上”时，其能直接在其他元件上或亦可存在中间元件。亦可以理解的是，当元件被指为在两个元件“之间”时，其可为两个元件之间的唯一一个，或亦可存在一或多个中间元件。

在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由……组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。

此外，附图并不是1：1的比例绘制，并且各元件的相对尺寸在附图中仅以示例地绘制，而不一定按照真实比例绘制。

图1示出本实用新型一实施例中扭矩传感器控制电路的电路示意图。为了便于说明，仅示出与本实用新型实施例相关的部分。

请参阅图1，本实用新型较佳实施例中的扭矩传感器控制电路100包括第一电桥111、第二电桥112、第一模数转换模块121、第二模数转换模块122及并行处理器130。其中，扭矩传感器包括扭矩结构体200及扭矩传感器控制电路100。扭矩传感器控制电路100用于采集扭矩结构体200的形变量，并根据形变量获取扭矩值。

第一电桥111及第二电桥112均用于设置在扭矩传感器的扭矩结构体200上。其中，第一电桥111包括设置于扭矩结构体200上的四个第一应变电阻(图未示)。第二电桥112包括设置于扭矩结构体200上的四个第二应变电阻(图未示)。在实际应用过程中，当扭矩结构体200发生旋转时，第一应变电阻及第二应变电阻中的电阻值就会根据扭矩结构体200的变形量而发生变化，以使第一电桥111及第二电桥112获取扭矩结构体200的应变信息。

具体的，第一应变电阻及第二应变电阻均为通过溅射薄膜技术沉积于扭矩结构体200表面的纳米薄膜电阻。通过溅射薄膜技术，大大增强了第一应变电阻及第二应变电阻与扭矩结构体200之间的结合力，不但降低了第一应变电阻及第二应变电阻从扭矩结构体200上脱离的概率，有效延长了扭矩传感器的使用寿命，而且还提高了第一应变电阻及第二应变电阻在扭矩结构体200上的稳定性，有利于扭矩传感器测量精度的提高。

第一电桥111及第二电桥112分别与第一模数转换模块121及第二模数转换模块122电连接。

第一模数转换模块121具有两个第一输出端1211。第二模数转换模块122具有两个第二输出模块。并行处理器130具有两个第一接线端131及两个第二接线端132。两个第一接线端131分别与两个第一输出端1211电连接。两个第二接线端132分别与两个第二输出端1221电连接。

在实际使用过程中，第一模数转换模块121可将第一电桥111采集的应变信号转换为第一数字信号，并传递至并行处理器130，第二模数转换模块122可将第二电桥112采集的应变信号转换为第二数字信号并传递至并行处理器130，而并行处理器130则可同时对第一数字信号及第二数字信号进行数据处理及缝隙，以获得扭矩值。由此，并行处理器130可对第一电桥111及第二电桥112输出的应变信号进行同时采样，并根据采样的信号进行分析处理，以减少采样信号的时延，提高扭矩传感器的响应速度，以用于提高对机器臂等结构的快速、精准控制。

在一些实施例中，扭矩传感器控制电路100还包括用于与外部电源300电连接的电子开关140及与电子开关140电连接的基准电源模块150。由此，基准电源模块150通过电子开关140与外部电源300电连接。

基准电源模块150分别与第一电桥111、第二电桥112、第一模数转换模块121及第二模数转换模块122电连接。由此，基准电源模块150用于将外部电源300提供的分别向第一电桥111、第二电桥112、第一模数转换模块121及第二模数转换模块122提供符合要求的电源。

电子开关140与并行处理器130电连接，用于在并行处理器130检测到第一接线端131的第一数字信号和/或第二接线端132接收到的第二数字信号出现信号异常时切断基准电源模块150与外部电源300之间的连接。由此，电子开关140为一常开开关。

具体的，当并行处理器130检测到第一数字信号和/或第二数字信号出现信号异常时，说明第一电桥111和/或第二电桥112的电路工作异常，此时电子开关140关闭，以切断外部电源300与基准电源之间的连接，从而可使基准电源模块150停止向第一电桥111、第二电桥112、第一模数转换模块121及第二模数转换模块122供电，使得第一电桥111和第二电桥112不工作，第一模数转换模块121及第二模数转换模块122无信号输出，以在保证扭矩传感器控制电路100使用安全的同时，还可提高扭矩传感器的测量准确性。

在一些实施例中，扭矩传感器控制电路100还包括报警模块(图未示)。报警模块与并行处理器130电连接，用于在并行处理器130检测到第一接线端131的第一数字信号和/或第二接线端132的第二数字信号出现信号异常时发出报警信息。

具体的，当并行处理器130检测到第一接线端131的第一数字信号和或第二接线端132的第二数字信号出现信号异常，则说明第一电桥111和/或第二电桥112的电路工作异常，此时报警模块发出报警信息，以提醒工作人员扭矩传感器控制电路100出现工作异常，以便于工作人员能够及时、快速地发现异常并进行及时处理，以提高扭矩传感器的使用可靠性。

基于上述两个实施例中的任一实施例，扭矩传感器控制电路100还包括与并行处理器130电连接的存储器(图未示)。存储器中预存有一个预设阈值信号范围。

并行处理器130与存储器电连接，用于将第一接线端131的第一数字信号数值和/或第二接线端132的第二数字信号数值未处于预设信号阈值范围内时确定第一接线端131的第一数字信号和/或第二接线端132的第二数字信号出现异常。

由此，在实际使用过程中，并行处理器130会将接收到的每一个第一数字信号及第二数字信号的数值与预设信号阈值范围进行比较，若第一数字信号的数值及第二数字信号的数值均处于预设信号阈值范围内时，则确定第一接线端131的第二信号和第二接线端132的第一信号未出现信号异常，表示第一电桥111和第二电桥112的电路工作正常；若第二数字信号的数值和/或第二数字信号的数值不在预设信号阈值范围内时，则确定第一接线端131的第一数字信号和/或第二接线端132的第二数字信号出现信号异常，则表示第一电桥111和/或第二电桥112的电路工作不正常。

在一些实施例中，扭矩传感器还包括第一一级低频滤波模块161及第二一级低频滤波模块162。第一电桥111通过第一一级低频滤波模块161与第一模数转换模块121电连接。第二电桥112通过第二一级低频滤波模块162与第二模数转换模块122电连接。

由于第一电桥111和第二电桥112的电路输出的电压都是毫伏级电压，同时存在低频噪声，而第一一级低频滤波模块161及第二一级低频滤波模块162可滤除第一电桥111及第二电桥112输出的应变信号中的至少部分低频噪声，以提高扭矩传感器的测量准确性。

进一步地，在一些实施例中，扭矩传感器还包括第一二级低频滤波模块171及第二二级低频滤波模块172。第一一级低频滤波模块161通过第一二级低频滤波模块171与第一模数转换模块121电连接。第二一级低频滤波模块162通过第二二级低频滤波模块172与第二模数转换模块122电连接。

由此，第一电桥111电路输出的第一应变信号经过第一一级低频滤波模块161的一级过滤及第一二级底盘滤波模块171的二级过滤，以进一步减少或去除第一应变信号中的低频噪声，第二电桥112电路输出的第二应变信号则经过第二一级低频滤波模块162的一级过滤及第二二级低频滤波模块172的二级过滤，以进一步减少或去除第二应变信号中的低频噪声，以进一步提高扭矩传感器的测量准确性。

更进一步地，在一些实施例中，扭矩传感器还包括第一差分放大模块181及第二差分放大模块182。第一二级低频滤波模块171通过第一差分放大模块181与第一模数转换模块121电连接。第二二级低频滤波模块172通过第二差分放大模块182与第二模数转换模块122电连接。

由于第一电桥111及第二电桥112输出的电压均为毫伏级电压，而第一差分放大模块181可将第一二级底盘滤波模块171过滤后的应变信号进行放大，第二差分放大模块182可将第二二级底盘滤波模块172过滤后的应变信号进行放大，以方便后续第一模数转换模块121及第二模数转换模块122对应变信号进行模数转换，也方便并行处理器130对转换后的数字信号进行并行处理及分析，有利于扭矩传感器的测量灵敏度的提高。

具体的，第一差分放大模块181及第二差分放大模块182的放大量可根据不同的电桥电路输出端的输出信号进行调整。

更进一步地，在一些实施例中，扭矩传感器控制电路100还包括第一低频滤波模块191及第二低频滤波模块192。第一差分放大模块181通过第一低频滤波模块191与第一模数转换模块121电连接。第二差分放大模块182通过第二低频滤波模块192与第二模数转换模块122电连接。

在实际使用过程中，第一差分放大模块181及第二差分放大模块182在分别对第一应变信号及第二应变信号进行放大时也会产生噪音信号，而第一低频过滤模块及第二低频过滤模块可分别对第一差分放大模块181输出的第一应变信号及第二差分放大模块182输出的第二应变信号进行过滤，以减少进入第一模数转换模块121及第二模数转换模块122中的噪声信号，提高采样数据的准确性，以更进一步提高扭矩传感器的测量准确性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种扭矩传感器控制电路，其特征在于，包括第一电桥、第二电桥、第一模数转换模块、第二模数转换模块及并行处理器；

2.根据权利要求1所述的扭矩传感器控制电路，其特征在于，还包括用于与外部电源电连接的电子开关及与所述电子开关电连接的基准电源模块；

3.根据权利要求1所述的扭矩传感器控制电路，其特征在于，还包括报警模块；所述报警模块与所述并行处理器电连接，用于在所述并行处理器检测到所述第一接线端的第一数字信号和/或所述第二接线端的第二数字信号出现信号异常时发出报警信息。

4.根据权利要求2或3所述的扭矩传感器控制电路，其特征在于，还包括与所述并行处理器电连接的存储器；所述存储器中预存有一个预设阈值信号范围；

5.根据权利要求1所述的扭矩传感器控制电路，其特征在于，还包括第一一级低频滤波模块及第二一级低频滤波模块；所述第一电桥通过所述第一一级低频滤波模块与所述第一模数转换模块电连接；所述第二电桥通过所述第二一级低频滤波模块与所述第二模数转换模块电连接。

6.根据权利要求5所述的扭矩传感器控制电路，其特征在于，还包括第一二级低频滤波模块及第二二级低频滤波模块；所述第一一级低频滤波模块通过所述第一二级低频滤波模块与所述第一模数转换模块电连接；所述第二一级低频滤波模块通过所述第二二级低频滤波模块与所述第二模数转换模块电连接。

7.根据权利要求6所述的扭矩传感器控制电路，其特征在于，还包括第一差分放大模块及第二差分放大模块；所述第一二级低频滤波模块通过所述第一差分放大模块与所述第一模数转换模块电连接；所述第二二级低频滤波模块通过第二差分放大模块与所述第二模数转换模块电连接。

8.根据权利要求7所述的扭矩传感器控制电路，其特征在于，还包括第一低频滤波模块及第二低频滤波模块；所述第一差分放大模块通过所述第一低频滤波模块与所述第一模数转换模块电连接；所述第二差分放大模块通过所述第二低频滤波模块与所述第二模数转换模块电连接。

9.根据权利要求1所述的扭矩传感器控制电路，其特征在于，所述第一电桥包括四个第一应变电阻；所述第二电桥包括四个第二应变电阻；所述第一应变电阻及所述第二应变电阻均为通过溅射薄膜技术沉积于所述扭矩结构体表面的纳米薄膜电阻。