專利名稱：車用光電式轉矩傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及汽車專用電子設備，特別涉及一種電動助力轉向系統(tǒng)中的光電式轉矩傳感器。
背景技術：
目前，汽車的助力轉向系統(tǒng)中采用的光電式轉矩傳感器是通過檢測受光面積得到轉矩信號。專利號為01264328的實用新型公開了一種車用光電式轉矩傳感器，該車用光電式轉矩傳感器的結構如圖2所示，它包括扭桿、光源、兩個碼盤、光電傳感器、和兩個帶有導光槽孔的導光盤。
如圖3所示，光源發(fā)出的光線被圖2中碼盤18上的扇環(huán)狀缺口約束成圖3中的21所示光斑，所說的兩個光電池19和20各分得光斑的一半。當對扭桿施加順時針方向的轉矩時，光電池受光情況如圖3(b)所示，光電池19受光面積減少，光電池20受光面積增大；對扭桿施加逆時針方向轉矩時，情況正好相反，如圖3(c)所示。利用電路檢測出兩個光電轉換器的信號差，即可獲知轉矩的大小。
該光電傳感器具有結構簡單、成本低廉、精度適中的特點，但同時具有如下缺陷1)由于光電池脆性大，因此經(jīng)受振動沖擊和溫度變化的能力較弱。
2)安裝光電池時，需要委托專門的光電池廠家將光電池裸片焊在專門固定光電池的電路板上，固定難度較高。
3)光電池、發(fā)光管和信號放大電路都各需要一個電路板固定，安裝操作繁瑣。
4)由于光電池和光源固定在旋轉軸上，需要通過特制的繞線來交換信號，因此該傳感器旋轉圈數(shù)有限，而且在安裝時需要尋找中間位置。
5)繞線經(jīng)常和轉向管柱管壁摩擦，因此耐久性欠佳。
6)由于采用普通光源，可見光對檢測結果有干擾，影響了傳感器的魯棒性。

發(fā)明內容
本實用新型車用光電式轉矩傳感器要解決的技術問題是針對現(xiàn)有光電轉矩式傳感器的光電池經(jīng)受振動沖擊和溫度變化的能力較弱、安裝困難繁瑣，傳感器旋轉圈數(shù)有限，繞線耐久性差的實際問題，提供一種可靠耐用、安裝簡便的傳感器。
本實用新型的技術方案如下一種車用光電式轉矩傳感器，包括扭桿，與扭桿兩端相連的輸出軸和輸入軸，包在扭桿外部的上下套筒，以及將套筒固定在輸入和輸出軸上的定位銷，其特征在于還包括光電檢器和兩個偏振片，所述兩個偏振片分別固定在上下套筒上，并位于上下套筒的結合部，所述光電檢測器固定在轉動軸外部的靜止殼體上，位于所述兩個偏振片的外側。
所述上下套筒上位于上下套筒的結合部固定有上下偏振片支架，所述偏振片固定于偏振片支架上。
所述偏振片支架呈直角形。
所述光電檢測器為一個集成元件，內部一端鑲有發(fā)光二極管，另一端鑲有光電二極管，發(fā)光二極管和光電二極管相對平行放置。
本實用新型車用光電式轉矩傳感器還包括一個檢測電路，所述檢測電路中包括一個與所述光電檢測器相同的光電檢測器，兩個放大器和一個減法器，所述兩個偏振片發(fā)出的光信號分別由兩個光電檢測器接收并轉換成電信號分別輸入至兩個放大器，經(jīng)兩個放大器輸出的放大信號分別輸入減法器的兩個輸入端。
所述檢測電路固定在轉動軸外部的靜止殼體上。
本實用新型利用兩片偏振片以不同角度疊放會產生不同的消光比的原理對扭桿扭轉角度進行測量，即測量轉矩。將兩片偏振片的偏振方向互成夾角θ安裝在上、下套筒上(θ＝45°)，如圖4(a)所示，當扭桿受扭導致兩偏振片A和B的夾角增大Δθ后，消光比增加，通過的光強減小，如圖4(b)所示；當扭桿受到另一方向的扭矩后，情況正好相反，透過偏振片A和B的光強增加。該光強在扭桿安全形變量(±5°)內和相對轉角保持極好的線性，直接和扭矩相關。
所述光電檢測器為一個集成元件，其內部一端鑲有發(fā)光二極管，另一端鑲有光電二極管，發(fā)光二極管和光電二極管相對平行放置。發(fā)光二極管12發(fā)射某一波長的紅外線，而光電二極管11僅對該頻段紅外線敏感，這樣可以最大限度的排除可見光的干擾。
為了擴大該傳感器的工作溫度范圍，減小環(huán)境溫度變化對檢測信號的影響，本實用新型車用光電式轉矩傳感器還包括一個檢測電路，如圖6所示，所述檢測電路中包括一個與所述光電檢測器相同的光電檢測器，兩個放大器和一個減法器，所述兩個偏振片發(fā)出的光信號分別由兩個光電檢測器接收并轉換成電信號分別輸入至兩個放大器，經(jīng)兩個放大器輸出的放大信號分別輸入減法器的兩個輸入端。利用兩個放大器分別對兩個光電檢測器的輸出信號分別進行放大，再經(jīng)減法器求差，其結果作為轉矩信號輸出。當轉矩為0時，調節(jié)放大器的增益，使兩個放大器的輸出電壓相等，求差后的結果就為0。這樣，溫度變化會在兩個光電檢測器上產生相同的信號變化。通過減法器求差，可以抵消溫度對轉矩信號的影響，使該傳感器的工作溫度范圍適應汽車要求。
由于檢測電路和光電檢測器不是固定在轉動軸上，而是固定在轉動軸外部的靜止殼體上，該殼體起到支撐轉動軸和檢測裝置的作用。當該傳感器應用在汽車轉向系統(tǒng)中測量方向盤轉矩時，檢測電路和光電檢測器則固定在轉向管柱的外殼上，相對于車身靜止，因此轉動軸上不帶有任何有源器件，可以任意旋轉。
本實用新型的有益效果是1、由于轉動軸上沒有有源器件，因此轉動軸不受轉動圈數(shù)限制，真正實現(xiàn)了非接觸檢測轉矩，大大提高了壽命和可靠性，簡化了裝配程序。
2、采用光電開關替代光電池作為敏感元件，可靠性和集成度都大大改善，并簡化了傳感器的裝配工藝。
3、傳感器只有一個電路板，檢測裝置和放大電路都在一個電路板上，安裝操作簡便。
4、采用紅外光電檢測器(紅外發(fā)光二極管和紅外光電管)，大大降低了可見光對檢測結果的干擾，提高了傳感器的魯棒性。
5、由于采用了溫度補償技術，降低了系統(tǒng)的溫度敏感性，提高了傳感器的溫度適應范圍。


圖1是本實用新型車用光電式轉矩傳感器的結構示意圖。
圖2是現(xiàn)有技術中車用光電式轉矩傳感器的結構示意圖。
圖3是現(xiàn)有技術中車用光電式轉矩傳感器的工作原理圖。
圖4是本實用新型車用光電式轉矩傳感器的工作原理示意圖。
圖5是本實用新型車用光電式轉矩傳感器中光電檢測器結構示意圖。
圖6本實用新型車用光電式轉矩傳感器中溫度補償信號處理電路工作原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。
如圖1所示，本實用新型車用光電式轉矩傳感器包括扭桿4，與扭桿4兩端相連的輸出軸和輸入軸，包在扭桿4外部的上套筒5、下套筒1，以及將套筒5、1固定在輸入軸和輸出軸上的定位銷6，還包括光電檢測器3和上下兩個偏振片9、8，所述兩個偏振片9、8分別固定在上下套筒5、1上，并位于上、下套筒5、1的結合部，所述光電檢測器3固定在轉動軸外部的靜止殼體上，位于所述兩個偏振片9、8的外側。上、下套筒5、1的結合部固定有呈直角形的上、下偏振片支架10、7，所述偏振片9、8分別固定于偏振片支架10、7上。其中光電檢測器3為一個集成元件，型號為HOA0825-001。如圖5所示，其內部一端鑲有發(fā)光二極管12，另一端鑲有光電二極管11，發(fā)光二極管12和光電二極管11相對平行放置。
圖6所示為檢測電路，所述檢測電路中包括一個與所述光電檢測器3相同的光電檢測器，兩個放大器14、15和一個減法器16，所述兩個偏振片8、9發(fā)出的光信號分別由兩個光電檢測器接收并轉換成電信號分別輸入至兩下放大器14、15，經(jīng)兩個放大器輸出的放大信號分別輸入減法器的兩個輸入端，由減法器輸出轉矩信號。檢測電路固定在轉動軸外部的靜止殼體上。
權利要求1.一種車用光電式轉矩傳感器，包括扭桿，與扭桿兩端相連的輸出軸和輸入軸，包在扭桿外部的上下套筒，以及將套筒固定在輸入和輸出軸上的定位銷，其特征在于還包括光電檢器和兩個偏振片，所述兩個偏振片分別固定在上下套筒上，并位于上下套筒的結合部，所述光電檢測器固定在轉動軸外部的靜止殼體上，位于所述兩個偏振片的外側。
2.如權利要求1所述的車用光電式轉矩傳感器，其特征在于所述上下套筒上位于上下套筒的結合部固定有上下偏振片支架，所述偏振片固定于偏振片支架上。
3.如權利要求2所述的車用光電式轉矩傳感器，其特征在于所述偏振片支架呈直角形。
4.如權利要求1所述的車用光電式轉矩傳感器，其特征在于所述光電檢測器為一個集成元件，內部一端鑲有發(fā)光二極管，另一端鑲有光電二極管，發(fā)光二極管和光電二極管相對平行放置。
5.如權利要求1所述的車用光電式轉矩傳感器，其特征在于還包括一個檢測電路，所述檢測電路中包括一個與所述光電檢測器相同的光電檢測器，兩個放大器和一個減法器，所述兩個偏振片發(fā)出的光信號分別由兩個光電檢測器接收并轉換成電信號分別輸入至兩個放大器，經(jīng)兩個放大器輸出的放大信號分別輸入減法器的兩個輸入端。
6.如權利要求5所述的車用光電式轉矩傳感器，其特征在于所述檢測電路固定在轉動軸外部的靜止殼體上。
專利摘要本實用新型公開了一種車用光電式轉矩傳感器，涉及一種汽車專用電子設備。包括扭桿，與扭桿兩端相連的輸出軸和輸入軸，包在扭桿外部的上、下套筒，以及將套筒固定在輸入和輸出軸上的定位銷，還包括光電檢器和兩個偏振片，所述兩個偏振片分別固定在上、下套筒上，并位于上、下套筒的結合部，所述光電檢測器固定在轉動軸外部的靜止殼體上，位于所述兩個偏振片的外側。本實用新型安裝簡便，可靠性強，適用于測量汽車轉矩。
文檔編號G01L3/12GK2837807SQ200520108808
公開日2006年11月15日 申請日期2005年6月7日 優(yōu)先權日2005年6月7日
發(fā)明者周含露, 徐赫陽 申請人:徐赫陽