CN216695362U - 扭力采集系统以及脚踏式传感器 - Google Patents

Abstract

一种扭力采集系统以及脚踏式传感器，扭力采集系统包括：第一全桥电路，第一全桥电路被配置为根据第一应变单元的阻值和第二应变单元的阻值大小输出相应的第一应变电压；第二全桥电路，被配置为根据第三应变单元的阻值和第四应变单元的阻值大小输出相应的第二应变电压；第一应变单元、第三应变单元、第二应变单元和第四应变单元依次沿脚踏传动轴表面的周向固定在脚踏传动轴上；信号处理电路，被配置为根据第一应变电压和第二应变电压输出采集数据，以及根据采集数据和预设比对程序计算脚踏传动轴传输至自行车的曲柄的扭力。本申请可以计算出更加准确的脚踏传动轴传输至自行车的曲柄的扭力，实现高精度的扭力无缝采集。

Description

扭力采集系统以及脚踏式传感器

技术领域

本申请属于自行车电子配件技术领域，尤其涉及扭力采集系统以及脚踏式传感器。

背景技术

近几年，自行车运动越来越受到大众青睐，曾经只有专业运动员才用到功率计，现在已经越来越受到业余玩家的关注。而且功率计对普通爱好者的提升，甚至会比职业选手更大。因为功率计测量骑者的实时输出功能率，能够让业余选手更好的分配体力。

目前，市面上的功率计大致有牙盘式功率计、花鼓式功率计、曲柄式功率计、脚踏式功率计等，其中脚踏式功率计因其方便安装更加受到业务爱好者的青睐。脚踏式功率计的原理是当骑行者施力于自行车脚踏时，通过传感器的电桥电路采集到电压大小，再计算得到相应的扭力参数以及输出功率，虽然这类产品能够较好的监测骑行者功率输出，但在设计中仍存在一些缺陷。

传统的脚踏式功率计所使用的脚踏式传感器通常采用单全桥电路的方法，组桥方式为是一对可变电阻连接于一对固定电阻。这种方法只能在骑行者向脚踏施加的力与应变电阻位置垂直时，输出最大的电压值，而采集力的区域点较少，不能精确的反映出骑行者施加的扭力以及功率输出。

实用新型内容

本申请的目的在于提供扭力采集系统以及脚踏式传感器，旨在解决传统的脚踏式传感器存在的扭力采集不准确的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种扭力采集系统，所述扭力采集系统包括：第一全桥电路，包括第一应变单元和第二应变单元，所述第一应变单元的阻值和所述第二应变单元的阻值跟随自行车的脚踏传动轴表面所受力变化而变化，所述第一全桥电路被配置为根据所述第一应变单元的阻值和所述第二应变单元的阻值大小输出相应的第一应变电压；第二全桥电路，包括第三应变单元和第四应变单元，所述第三应变单元的阻值和所述第四应变单元的阻值跟随自行车的脚踏传动轴表面所受力变化而变化，所述第二全桥电路被配置为根据所述第三应变单元的阻值和所述第四应变单元的阻值大小输出相应的第二应变电压；所述第一应变单元、所述第三应变单元、所述第二应变单元和所述第四应变单元依次沿所述脚踏传动轴表面的周向固定在所述脚踏传动轴上；信号处理电路，与所述第一全桥电路和所述第二全桥电路连接，所述信号处理电路被配置为根据所述第一应变电压和所述第二应变电压输出采集数据，所述信号处理电路还被配置为根据所述采集数据和预设比对程序计算所述脚踏传动轴传输至自行车的曲柄的扭力。

其中一实施例中，所述第一应变单元、所述第三应变单元、所述第二应变单元、所述第四应变单元依次中心对称地设置在所述脚踏传动轴表面；所述第一应变单元与所述第二应变单元的中心连线与所述曲柄的轴线平行，所述第三应变单元与所述第四应变单元的中心连线与所述曲柄的轴线垂直。

其中一实施例中，所述第一应变单元、所述第三应变单元、所述第二应变单元和所述第四应变单元中分别包括两个相互垂直布置的应变电阻。

其中一实施例中，所述第一应变单元包括第一应变电阻和第二应变电阻，所述第二应变单元包括第三应变电阻和第四应变电阻，所述第三应变单元包括第五应变电阻和第六应变电阻，所述第四应变单元包括第七应变电阻和第八应变电阻；所述第一应变电阻、所述第二应变电阻、所述第三应变电阻和所述第四应变电阻依次串联成所述第一全桥电路，所述第一应变电阻和所述第二应变电阻的连接点以及所述第三应变电阻和所述第四应变电阻的连接点均连接到电源；所述第一应变电阻与所述第四应变电阻的连接点以及所述第二应变电阻与所述第三应变电阻的连接点为所述第一全桥电路的应变电压输出端；所述第五应变电阻、所述第六应变电阻、所述第七应变电阻和所述第八应变电阻依次串联成所述第二全桥电路，所述第五应变电阻与所述第六应变电阻的连接点以及所述第七应变电阻与所述第八应变电阻的连接点均连接到所述电源；所述第五应变电阻与所述第八应变电阻的连接点以及所述第六应变电阻与所述第七应变电阻的连接点为所述第二全桥电路的应变电压输出端。

其中一实施例中，所述第一应变电阻、所述第四应变电阻、所述第五应变电阻和所述第八应变电阻相互平行并均与所述脚踏传动轴的轴向垂直；且同一应变单元的两个应变电阻相互垂直。

其中一实施例中，所述信号处理电路包括第一运算放大器、第二运算放大器；所述第一运算放大器被配置为根据所述第一应变电压生成第一运放电压，所述第二运算放大器被配置为根据所述第二应变电压生成第二运放电压，所述采集数据包括所述第一运放电压和所述第二运放电压。

其中一实施例中，所述信号处理电路还包括处理器，所述处理器被配置为根据所述采集数据和所述预设比对程序计算得到所述脚踏传动轴传输至所述曲柄的扭力。

其中一实施例中，还包括若干补充全桥电路，每个所述补充全桥电路均分别包括两个呈轴心对称的设置在脚踏传动轴的两侧的补充应变单元；每个所述补充应变单元均与所述第一应变单元、所述第二应变单元、所述第三应变单元和所述第四应变单元沿所述脚踏传动轴表面的同一周向固定在所述脚踏传动轴上。

本申请实施例的第二方面提供了一种脚踏式传感器，包括踏板和脚踏传动轴，所述踏板可转动的套设在所述脚踏传动轴上，所述脚踏传动轴还包括：电源模块、通信模块和如上述的扭力采集系统，所述电源模块用于为所述通信模块和所述扭力采集系统供电，所述通信模块用于与外部设备连接以向所述外部设备传输所述扭力采集系统采集到的所述脚踏传动轴传输至曲柄的扭力。

其中一实施例中，所述脚踏传动轴的一端设有连接部，所述连接部用于与所述曲柄可拆卸的连接，所述第一应变单元、所述第二应变单元、所述第三应变单元和所述第四应变单元均在所述脚踏传动轴上紧靠所述连接部布置。

本实用新型实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过应变单元能够实现对脚踏传动轴的受力数据进行采集，同时相较于现有技术，本申请的应变单元更多，通过由第一全桥电路和第二全桥电路得到的第一应变电压和第二应变电压可以更加全面、准确地计算出脚踏传动轴传输至自行车的曲柄的扭力，实现高精度的扭力无缝采集。

附图说明

图1为本申请第一实施例的扭力采集系统的电路结构示意图；

图2为本申请第一实施例的脚踏传动轴结构的正视图；

图3为本申请第一实施例的脚踏传动轴结构的附视图；

图4为本申请第一实施例的脚踏传动轴结构的右视图；

图5为本申请第一实施例的扭力采集系统的另一电路结构示意图；

图6为本申请第二实施例的脚踏传动轴结构的正视图；

图7为本申请第二实施例的扭力采集系统的电路结构示意图；

图8为本申请第三实施例的脚踏传动轴结构的正视图；

图9为本申请第三实施例的扭力采集系统的电路结构示意图；

图10为本申请第四实施例的脚踏式传感器的电路原理示意图。

上述附图说明：100、扭力采集系统；110、第一全桥电路；111、第一应变单元；112、第二应变单元；120、第二全桥电路；121、第三应变单元；122、第四应变单元；200、信号处理电路；300、脚踏传动轴；400、曲柄；500、牙盘；600、第一补充全桥电路；610、第一补充应变单元；620、第二补充应变单元；700、第二补充全桥电路；710、第三补充应变单元；720、第四补充应变单元；800、电源模块；900、通信模块。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

图1示出了本申请第一实施例提供的扭力采集系统的电路结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

扭力采集系统100包括：第一全桥电路110、第二全桥电路120和信号处理电路200。

本实施例中，第一全桥电路110包括第一应变单元111和第二应变单元112，第一应变单元111的阻值和第二应变单元112的阻值跟随自行车的脚踏传动轴300所受力的变化而变化，第一全桥电路110被配置为根据第一应变单元111的阻值和第二应变单元112的阻值大小输出相应的第一应变电压VS1，实现对脚踏传动轴300所受力的采集，即对脚踏传动轴300的受力数据进行采集；第二全桥电路120包括第三应变单元121和第四应变单元122，第三应变单元121的阻值和第四应变单元122的阻值跟随自行车的脚踏传动轴300所受力的变化而变化，第二全桥电路120被配置为根据第三应变单元121的阻值和第四应变单元122的阻值大小输出相应的第二应变电压VS2，通过第一全桥电路110和第二全桥电路120实现对脚踏传动轴300的受力数据的高精度采集。

如图2、图3和图4所示，第一应变单元111、第三应变单元121、第二应变单元112和第四应变单元122依次沿脚踏传动轴300表面的周向固定在脚踏传动轴300上；脚踏传动轴300垂直固定在曲柄400的一端，曲柄400的另一端可与自行车的牙盘500的圆心连接，以用于通过脚踏传动轴300和曲柄400带动牙盘500转动。

需要说明的是，当应变单元直接受到力后会发生形变，其阻值会随之发生变化，导致第一应变电压VS1和第二应变电压VS2发生变化。此外，当脚踏传动轴300受力发生形变后，也会导致固定在脚踏传动轴300上的第一应变单元111、第二应变单元112、第三应变单元121和第四应变单元122发生对应形变并使第一应变单元111的阻值、第二应变单元112的阻值、第三应变单元121的阻值和第四应变单元122的阻值变化，使得第一应变电压VS1和第二应变电压VS2发生变化，第一应变电压VS1和第二应变电压VS2体现了脚踏传动轴300的受力情况，实现了对施加到脚踏传动轴300上的力的采集。

信号处理电路200，与第一全桥电路110和第二全桥电路120连接，信号处理电路200被配置为根据第一应变电压VS1和第二应变电压VS2输出采集数据，信号处理电路200还被配置为根据采集数据和预设比对程序计算脚踏传动轴300传输至自行车的曲柄400的扭力。

具体的，信号处理电路200包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2；第一运算放大器U1被配置为根据第一应变电压VS1生成第一运放电压VF1，第二运算放大器U2被配置为根据第二应变电压VS2生成第二运放电压VF2，采集数据包括第一运放电压VF1和第二运放电压VF2。信号处理电路200还包括处理器U3，处理器U3可以是单片机或微处理器，处理器U3被配置为根据采集数据和预设比对程序计算得到脚踏传动轴300传输至曲柄400的扭力。通过前期试验可得到采集数据与对应实际扭力的计算公式，进而可得到该预设比对程序。

本实施例中，第一运算放大器U1、第二运算放大器U2和处理器U3均设置在脚踏传动轴300内。

另一实施例中，第一运算放大器U1、第二运算放大器U2和处理器U3均设置在自行车的车架上。

由于第一应变电压VS1和第二应变电压VS2为差分电压，没有固定的基准电压，不便于对其进行处理、计算，因此通过第一运算放大器U1和第二运算放大器U2将第一应变电压VS1和第二应变电压VS2分别转化为第一运放电压VF1和第二运放电压VF2，即得到标准化的采集数据，以便于处理器U3再根据采集数据通过预设比对程序计算得到脚踏传动轴300传输至曲柄400的扭力。

本实施例中，第一应变单元111、第三应变单元121、第二应变单元112、第四应变单元122依次中心对称地设置在脚踏传动轴300表面。

本实施例中，由于脚踏传动轴300在带动曲柄400转动的过程中，脚踏传动轴300整体会以牙盘500为中心作圆周运行，脚踏传动轴300的表面也会相当于以自身的轴心为中心自传，即使往脚踏传动轴300施加的力的方向不变，但脚踏传动轴300受力的点也会跟着发生变化；在假设受力大小、方向恒定的情况下，由于应变单元正面的检测灵敏度高于应变单元背面或侧面的检测灵敏度，导致在脚踏传动轴300转动的过程中单个应变单元的检测灵敏度会不断波动，因此，在脚踏传动轴300上设置的应变单元的数量越多越能够得到准确的脚踏传动轴300的受力数据进而便于后续的扭力等参数的计算。

例如，当脚踏传动轴300的受力方向垂直于第一应变单元111和第二应变单元112的侧面时，第一应变单元111和第二应变单元112的检测灵敏度达到最低点，而此时脚踏传动轴300的受力方向垂直于第三应变单元121或第四应变单元122的正面，第三应变单元121或第四应变单元122的检测灵敏度达到最高点，因此可以通过第一应变电压VS1和第二应变电压VS2计算得到准确度高的采集数据。

进一步的，第一应变单元111与第二应变单元112的中心连线与曲柄400的轴线平行，第三应变单元121与第四应变单元122的中心连线与曲柄400的轴线垂直。

需要说明的是，当曲柄400竖直，脚踏传动轴300移动至最高点时，此时将第一应变单元111所在点位定义为脚踏传动轴300的上采样点，第二应变单元112所在点位定义为脚踏传动轴300的下采样点，第三应变单元121所在点位定义为脚踏传动轴300的前采样点，第四应变单元122所在点位定义为脚踏传动轴300的后采样点，其中上采样点为脚踏传动轴300的表面的最高点，下采样点为脚踏传动轴300表面的最低点。并以此时脚踏传动轴300所处位置定义为旋转起始点(即0°)。

传统的扭力采集装置通常仅在上采样点和下采样点设置应变单元，若脚踏传动轴300恒定受到向竖直下的力，当脚踏传动轴300转动90°时，此时受力方向为上采样点和下采样点的侧面，传统的扭力采集装置的灵敏度达到最低点，而在本实施例中，如图5所示，脚踏传动轴300从0°转动到90°的过程中，第三应变单元121和第四应变单元122的灵敏度不断升高，第一应变电压VS1和第二应变电压VS2可以互补，实现对脚踏传动轴300的受力数据的高精度全范围无缝采集，尤其是对脚踏传动轴300从0°转动到180°的转动过程的受力数据的采集，该转动过程也是脚踏传动轴300最主要的受力阶段。

本实施例中，第一应变单元111包括第一应变电阻R1和第二应变电阻R2，第二应变单元112包括第三应变电阻R3和第四应变电阻R4，第三应变单元121包括第五应变电阻R5和第六应变电阻R6，第四应变单元122包括第七应变电阻R7和第八应变电阻R8；

其中，第一应变单元111包括第一应变电阻R1和第二应变电阻R2，第二应变单元112包括第三应变电阻R3和第四应变电阻R4，第三应变单元121包括第五应变电阻R5和第六应变电阻R6，第四应变单元122包括第七应变电阻R7和第八应变电阻R8；

第一应变电阻R1、第二应变电阻R2、第三应变电阻R3和第四应变电阻R4依次串联成第一全桥电路110，第一应变电阻R1与第二应变电阻R2的连接点连接到电源的正极，第三应变电阻R3与第四应变电阻R4的连接点连接到电源的负极；第一应变电阻R1与第四应变电阻R4的连接点以及第二应变电阻R2与第三应变电阻R3的连接点为第一全桥电路110的应变电压输出端；

第五应变电阻R5、第六应变电阻R6、第七应变电阻R7和第八应变电阻R8依次串联成第二全桥电路120，第五应变电阻R5与第六应变电阻R6的连接点连接到电源的正极，第七应变电阻R7与第八应变电阻R8的连接点连接到电源的负极；第五应变电阻R5与第八应变电阻R8的连接点以及第六应变电阻R6与第七应变电阻R7的连接点为第二全桥电路120的应变电压输出端。

本实施例中，第一运放电压VF1和第一应变电压VS1的计算公式为：

第二运放电压VF2和第二应变电压VS2的计算公式为：

其中Vcc为电源的工作电压。

需要说明的是，在脚踏传动轴300未受力的情况下，第一全桥电路110和第二全桥电路120保持电桥平衡，第一应变电压VS1和第二应变电压VS2均为0，当脚踏传动轴300受力发生形变，应变电阻的阻值发生变化导致第一全桥电路110的两个输出端之间以及第二全桥电路120的两个输出端之间存在电压差，从而使第一全桥电路110和第二全桥电路120分别输出第一应变电压VS1和第二应变电压VS2，综合两个应变电压即可实现脚踏传动轴300的受力数据的采集。

以第一应变单元111和第二应变单元112为例，若脚踏传动轴300发生形变导致第一应变单元111所在的一侧拉伸，则第二应变单元112所在的一侧对应压缩，此时，第一应变电阻R1和第三应变电阻R3的阻值变小，第二应变单元112和第四应变单元122的阻值变大，则在第一全桥电路110中，第一应变电阻R1与第四应变电阻R4的连接点的电压升高，第二应变电阻R2与第三应变电阻R3的连接点的电压降低，两个连接点之间出现电压差，使得第一全桥电路110输出第一应变电压VS1。

相较于传统的使用一对应变电阻和一对固定电阻的全桥电路，在受力大小、受力方向等条件相同的情况下，本实施例可输出的应变电压的数值范围更大。例如，在第一应变电路中，若第一应变单元111被拉伸，第二应变单元112被压缩时，第一应变电阻R1和第四应变电阻R4会使得第一应变电阻R1与第四应变电阻R4的连接点的电压变得更高，第二应变电阻R2和第三应变电阻R3会使得第二应变电阻R2与第三应变电阻R3的连接点的电压变得更低，两个连接点的电压差更大，输出的第一应变电压VS1的数值更大。

本实施例的应变电路的灵敏度更高，四个应变单元中任一个发生阻值变化都会引起应变电压的变化，即使只有一个应变单元的阻值出现变化，也会输出较大的应变电压。例如，当脚踏传动轴300仅在第一应变单元111处发生轻微拉伸时，此时第一应变电阻R1的阻值减小，第二应变电阻R2的阻值增大，会导致第一应变电压VS1出现明显变化。

同时本实施例的准确度更高，单个应变电阻的误差对应变电压的影响更小，输出的应变电压的误差更小。

本实施例中，第一应变电阻R1、第四应变电阻R4、第五应变电阻R5和第八应变电阻R8相互平行并均与脚踏传动轴300的轴向垂直；第二应变电阻R2、第三应变电阻R3、第六应变电阻R6和第七应变电阻R7相互平行并分别与第一应变电阻R1、第四应变电阻R4、第五应变电阻R5和第八应变电阻R8垂直。

需要说明的是，当脚踏传动轴300发生形变，脚踏传动轴300的表面会被拉伸或压缩，通过上述的应变电阻的排列方式，结合上述的第一全桥电路110和第二全桥电路120的电路连接方式可以进一步提高受力数据的采集精度。例如，若第一应变单元111所处的脚踏传动轴300的表面被拉伸，则第二应变电阻R2的阻值将增大，第一应变电阻R1的阻值将变小，通过第一应变电阻R1和第二应变电阻R2可以相互对照，与仅在单个应变单元设置单个应变电阻相比具有更高的受力数据的采集精度，处理器U3从而可以计算得到更准确的扭力。

另一实施例中，同一应变单元的应变电阻之间可以相互平行，同时，应对应改变全桥电路中应变电阻的连接关系，可实现与第一实施例相似的效果。例如，如图5所示，所有应变电阻之间相互平行，此时，第一应变电阻R1、第三应变电阻R3、第二应变电阻R2和第四应变电阻R4依次串联成第一全桥电路110，第一应变电阻R1与第三应变电阻R3的连接点连接到电源的正极，第二应变电阻R2与第四应变电阻R4的连接点连接到电源的负极；第一应变电阻R1与第四应变电阻R4的连接点以及第二应变电阻R2与第三应变电阻R3的连接点为第一全桥电路110的应变电压输出端；第五应变电阻R5、第七应变电阻R7、第六应变电阻R6和第八应变电阻R8依次串联成第二全桥电路120，第五应变电阻R5与第七应变电阻R7的连接点连接到电源的正极，第六应变电阻R6与第八应变电阻R8的连接点连接到电源的负极；第五应变电阻R5与第八应变电阻R8的连接点以及第六应变电阻R6与第七应变电阻R7的连接点为第二全桥电路120的应变电压输出端。同样可实现根据脚踏传动轴300的形变生成第一应变电压VS1和第二应变电压VS2的效果。

图6示出了本申请第二实施例提供的脚踏传动轴结构的正视图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

与第一实施例不同的是，本实施例中，还包括第一补充全桥电路600，第一补充全桥电路600包括第一补充应变单元610和第二补充应变单元620，其中，如图7所示，第一补充应变单元610包括第九应变电阻R9和第十应变电阻R10，第二补充应变单元620包括第十一应变电阻R11和第十二应变电阻R12。

其中，第九应变电阻R9、第十应变电阻R10、第十一应变电阻R11和第十二应变电阻R12依次串联成第一补充全桥电路600，第九应变电阻R9与第十应变电阻R10的连接点连接到电源的正极，第十一应变电阻R11与第十二应变电阻R12的连接点连接到电源的负极；第九应变电阻R9与第十二应变电阻R12的连接点以及第十应变电阻R10与第十一应变电阻R11的连接点为第一补充全桥电路600的应变电压输出端；

第一补充全桥电路600与第一全桥电路110的电路结构对应相同，第一补充全桥电路600通过第三运算放大器U4与处理器U3连接。

本实施例中，第一应变单元111、第一补充应变单元610、第三应变单元121、第二应变单元112、第二补充应变单元620和第四应变单元122依次沿脚踏传动轴300表面的同一周向固定在脚踏传动轴300上，以用于进一步提高扭力采集系统100对脚踏传动轴300不同角度的受力检测的灵敏度，使处理器U3可以计算得到更准确的扭力。

图8示出了本申请第三实施例提供的脚踏传动轴结构的正视图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

与第二实施例不同的是，如图8、图9所示，本实施例中，还包括第二补充全桥电路700，第二补充全桥电路700包括第三补充应变单元710和第四补充应变单元720，其中，第三补充应变单元710包括第十三应变电阻R13和第十四应变电阻R14，第四补充应变单元720包括第十五应变电阻R15和第十六应变电阻R16。第十三应变电阻R13、第十四应变电阻R14、第十五应变电阻R15和第十六应变电阻R16依次串联成第二补充全桥电路700，第十三应变电阻R13与第十四应变电阻R14的连接点连接到电源的正极，第十五应变电阻R15与第十六应变电阻R16的连接点连接到电源的负极；第十三应变电阻R13与第十六应变电阻R16的连接点以及第十四应变电阻R14与第十五应变电阻R15的连接点为第二补充全桥电路700的应变电压输出端。

本实施例中，第二补充全桥电路700通过第四运算放大器U5与处理器U3连接，以用于处理器U3计算得到更准确的扭力。第一应变单元111、第一补充应变单元610、第三应变单元121、第三补充应变单元710、第二应变单元112、第二补充应变单元620、第四应变单元122和第四补充应变单元720依次沿脚踏传动轴300表面的同一周向固定在脚踏传动轴300上。

补充全桥电路的数量可根据实际需求适当增加，以进一步提高受力检测灵敏度。

图10示出了本申请第四实施例提供的脚踏式传感器的电路原理示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

如图1-4所示，一种脚踏式传感器，包括踏板和脚踏传动轴300，踏板可转动的套设在脚踏传动轴300上，还包括：电源模块800、通信模块900和如上述任一实施例的扭力采集系统100，电源模块800用于为通信模块900和扭力采集系统100供电，电源模块800即为第一实施例中的电源，通信模块900用于与外部设备连接以向外部设备传输扭力采集系统100采集到的脚踏传动轴300传输至曲柄400的扭力，通信模块900可以是蓝牙模块或WIFI发射模块。

进一步的，脚踏传动轴300的一端设有连接部，连接部用于与曲柄400可拆卸的连接。本实施例中，连接部为设置在脚踏传动轴300一端的具有外螺纹的螺纹杆，以用于与曲柄400螺纹连接。

进一步的，扭力采集系统100的第一应变单元111、第二应变单元112、第三应变单元121和第四应变单元122均在脚踏传动轴300上紧靠连接部布置，当脚踏传动轴300受力后，脚踏传动轴300紧靠连接部的部分为形变最为明显的部分，从而提高第一应变单元111、第二应变单元112、第三应变单元121和第四应变单元122的灵敏度，能够更加全面地采集脚踏传动轴300的受力数据。

进一步的，处理器U3可以根据得到的扭力计算自行车骑行者对该脚踏式传感器做功的功率。

本申请的第五实施例提供了一种自行车，包括车架以及两个安装在车架上的如上述实施例的脚踏式传感器。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种扭力采集系统，其特征在于，所述扭力采集系统包括：

第一全桥电路，包括第一应变单元和第二应变单元，所述第一应变单元的阻值和所述第二应变单元的阻值跟随自行车的脚踏传动轴表面所受力变化而变化，所述第一全桥电路被配置为根据所述第一应变单元的阻值和所述第二应变单元的阻值大小输出相应的第一应变电压；

第二全桥电路，包括第三应变单元和第四应变单元，所述第三应变单元的阻值和所述第四应变单元的阻值跟随自行车的脚踏传动轴表面所受力变化而变化，所述第二全桥电路被配置为根据所述第三应变单元的阻值和所述第四应变单元的阻值大小输出相应的第二应变电压；

所述第一应变单元、所述第三应变单元、所述第二应变单元和所述第四应变单元依次沿所述脚踏传动轴表面的周向固定在所述脚踏传动轴上；

信号处理电路，与所述第一全桥电路和所述第二全桥电路连接，所述信号处理电路被配置为根据所述第一应变电压和所述第二应变电压输出采集数据，所述信号处理电路还被配置为根据所述采集数据和预设比对程序计算所述脚踏传动轴传输至自行车的曲柄的扭力。

2.如权利要求1所述的扭力采集系统，其特征在于，所述第一应变单元、所述第三应变单元、所述第二应变单元、所述第四应变单元依次中心对称地设置在所述脚踏传动轴表面；

所述第一应变单元与所述第二应变单元的中心连线与所述曲柄的轴线平行，所述第三应变单元与所述第四应变单元的中心连线与所述曲柄的轴线垂直。

3.如权利要求1所述的扭力采集系统，其特征在于，所述第一应变单元、所述第三应变单元、所述第二应变单元和所述第四应变单元中分别包括两个相互垂直布置的应变电阻。

4.如权利要求1或3所述的扭力采集系统，其特征在于，所述第一应变单元包括第一应变电阻和第二应变电阻，所述第二应变单元包括第三应变电阻和第四应变电阻，所述第三应变单元包括第五应变电阻和第六应变电阻，所述第四应变单元包括第七应变电阻和第八应变电阻；

所述第一应变电阻、所述第二应变电阻、所述第三应变电阻和所述第四应变电阻依次串联成所述第一全桥电路，所述第一应变电阻和所述第二应变电阻的连接点以及所述第三应变电阻和所述第四应变电阻的连接点均连接到电源；所述第一应变电阻与所述第四应变电阻的连接点以及所述第二应变电阻与所述第三应变电阻的连接点为所述第一全桥电路的应变电压输出端；

所述第五应变电阻、所述第六应变电阻、所述第七应变电阻和所述第八应变电阻依次串联成所述第二全桥电路，所述第五应变电阻与所述第六应变电阻的连接点以及所述第七应变电阻与所述第八应变电阻的连接点均连接到所述电源；所述第五应变电阻与所述第八应变电阻的连接点以及所述第六应变电阻与所述第七应变电阻的连接点为所述第二全桥电路的应变电压输出端。

5.如权利要求4所述的扭力采集系统，其特征在于，所述第一应变电阻、所述第四应变电阻、所述第五应变电阻和所述第八应变电阻相互平行并均与所述脚踏传动轴的轴向垂直。

6.如权利要求1所述的扭力采集系统，其特征在于，所述信号处理电路包括第一运算放大器、第二运算放大器；所述第一运算放大器被配置为根据所述第一应变电压生成第一运放电压，所述第二运算放大器被配置为根据所述第二应变电压生成第二运放电压，所述采集数据包括所述第一运放电压和所述第二运放电压。

7.如权利要求1所述的扭力采集系统，其特征在于，所述信号处理电路还包括处理器，所述处理器被配置为根据所述采集数据和所述预设比对程序计算得到所述脚踏传动轴传输至所述曲柄的扭力。

8.如权利要求2所述的扭力采集系统，其特征在于，还包括若干补充全桥电路，每个所述补充全桥电路均分别包括两个呈轴心对称的设置在脚踏传动轴表面的两侧的补充应变单元；

每个所述补充应变单元均与所述第一应变单元、所述第二应变单元、所述第三应变单元和所述第四应变单元沿所述脚踏传动轴表面的同一周向固定在所述脚踏传动轴上。

9.一种脚踏式传感器，包括踏板和脚踏传动轴，所述踏板可转动的套设在所述脚踏传动轴上，其特征在于，所述脚踏传动轴还包括：电源模块、通信模块和如权利要求1-8任一项所述的扭力采集系统，所述电源模块用于为所述通信模块和所述扭力采集系统供电，所述通信模块用于与外部设备连接以向所述外部设备传输所述扭力采集系统采集到的所述脚踏传动轴传输至曲柄的扭力。

10.如权利要求9所述的脚踏式传感器，其特征在于，所述脚踏传动轴的一端设有连接部，所述连接部用于与所述曲柄可拆卸的连接，所述第一应变单元、所述第二应变单元、所述第三应变单元和所述第四应变单元均在所述脚踏传动轴上紧靠所述连接部布置。

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