專利名稱：數(shù)字式扭矩傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型為一種數(shù)字式扭矩傳感器，屬于機(jī)電儀表領(lǐng)域，用于動力旋轉(zhuǎn)軸的輸出扭矩或負(fù)載輸入扭矩的測量。
在傳統(tǒng)方式中以應(yīng)變橋?yàn)槊舾性y量旋轉(zhuǎn)軸扭矩值時(shí)，為解決應(yīng)變橋四根引線從旋轉(zhuǎn)軸引向靜止外殼，一般采用電刷導(dǎo)電環(huán)動磨擦連接，在此方式中由于存在機(jī)械摩擦，所以不可避免地存在著摩擦零件發(fā)熱、壽命低、限制轉(zhuǎn)速的缺陷，并且信號波動大，只適用于短期低精度測量，不可能形成定型產(chǎn)品，為改善此缺陷曾研究過水銀電刷和感應(yīng)電刷兩種方式。
水銀電刷易揮發(fā)而且污染環(huán)境。
感應(yīng)電刷由于對應(yīng)變片采用交流電供橋壓在信號端易產(chǎn)生不可控的相位漂移，信號為mv級無法向外傳遞，再則交流供橋電壓隨轉(zhuǎn)速而變化，無法給應(yīng)變橋提供一個(gè)穩(wěn)定供橋電壓。
上述兩種方式無實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
本實(shí)用新型的目的是提供一種數(shù)字式扭矩傳感器，它是一種將測量單元與信號處理單元、指示單元組合在一起的機(jī)電一體化裝置。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型以貫通應(yīng)變軸為彈性體，以附著在軸上的應(yīng)變片電橋?yàn)槊舾性?，以功率環(huán)形變壓器為能源傳遞部件，通過應(yīng)變軸上的電子電路建立穩(wěn)定的應(yīng)變橋電壓，將檢測到的扭矩應(yīng)變電信號經(jīng)過放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再通過信號環(huán)形變壓器耦合到儀表外部的二次儀表中，經(jīng)過處理后直接顯示出扭矩值。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本實(shí)用新型的電路框圖。圖2中虛線內(nèi)為旋轉(zhuǎn)部分，虛線外為靜止部分。
圖3是本實(shí)用新型的信號放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的線路圖。
圖4是本實(shí)用新型的整流二次穩(wěn)壓電路圖。
圖5是本實(shí)用新型的交流放大整形電路圖。
本實(shí)用新型的數(shù)字式扭矩傳感器以貫通軸(或稱應(yīng)變軸)1為彈性體，以兩只軸承10和11為支承元件，以附著在軸1上的應(yīng)變橋2為敏感元件，在軸1的一端裝有一個(gè)功率環(huán)形變壓器，該變壓器是由高導(dǎo)磁率軟磁合金鐵芯與靜環(huán)初級圈3和動環(huán)次級線圈4組成的帶有間隙的閉環(huán)磁路裝置，其功能為傳遞電磁能量，是本傳感器的能源傳遞部件。在軸1的另一端裝有一個(gè)信號環(huán)形變壓器，該變壓器是由動環(huán)初級線圈7與靜環(huán)次級線圈8組成的帶有間隙的空心閉環(huán)磁路裝置，其功能為傳遞數(shù)字信號，是本傳感器的信號輸出單元。動環(huán)線圈4和7均固定安裝在貫通軸1上。附著在貫通軸1上的整流二次穩(wěn)壓電源5與動環(huán)次級線圈4相連，該電源5輸出直流電源，一方面提供應(yīng)變橋2的橋壓，另一方面給貫通軸1上的所有電路提供工作電源。附著在軸1上的放大電路12和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路13與應(yīng)變橋2相連接。信號環(huán)形變壓器的動環(huán)初級線圈7與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路13相連。放大電路12和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路13將應(yīng)變橋輸出的電信號放大后變換成脈沖數(shù)字信號輸入到信號環(huán)形變壓器的初級動環(huán)線圈7。交流放大整形電路9一端與信號環(huán)形變壓器的靜環(huán)次級線圈8相連接，另一端與計(jì)數(shù)顯示器10相連接。放大整形電路9將貫通軸1上傳出的數(shù)字信號處理成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號，再由經(jīng)過調(diào)零和標(biāo)定后的計(jì)數(shù)顯示器將實(shí)測到的扭矩值顯示出來。
本實(shí)用新型的工作原理如下激磁正弦波功率電源11通過功率環(huán)形變壓器的初級環(huán)形繞組3將正弦波能源信號無接觸地耦合到次級動環(huán)繞組4中，再送入整流二次穩(wěn)壓電源5，該直流電源一方面提供應(yīng)變橋電壓，另一方面提供貫通軸上所有電路的工作電源。貼在貫通軸上的應(yīng)變橋2檢測出貫通軸1受扭時(shí)的應(yīng)變量的電量信號Vi，該信號是只有mv級的直流信號，Vi經(jīng)過高精度的放大電路12放大后得到－2V±1V之間的與扭矩成正比的模擬電壓信號Vo，該信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路13變換成為脈沖數(shù)字信號，再經(jīng)過信號環(huán)形變壓器初級動環(huán)繞組7，傳遞到次級靜環(huán)繞組8中，至此完成了靜－動－動－靜的能源－－信號非接觸傳遞環(huán)節(jié)，由貫通軸上傳出的數(shù)字信號Vs經(jīng)過儀表外部的交流放大整形電路9處理成為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號，該信號送出供用戶輸出計(jì)算機(jī)處理，同時(shí)在儀表中設(shè)置一計(jì)數(shù)顯示器10，經(jīng)過調(diào)零和標(biāo)定后，在計(jì)數(shù)顯示器10中顯示的就是實(shí)測的扭矩值。
上述的整流二次穩(wěn)壓電源5包括由整流橋CL100、集成穩(wěn)壓器7812及電容濾波器組成的標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓電路和由基準(zhǔn)電源MC1403、運(yùn)放OP07及三極管8050組成的二次穩(wěn)壓電源。該電源向應(yīng)變橋2及貫通軸1上的電路提供工作電壓。
上述的信號放大電路12采用由三只運(yùn)放IC1、IC2和IC3集成在一體的差動儀表放大器，例如AD625及其類似集成電路。
上述的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路13采用LF331集成電壓／頻率轉(zhuǎn)換器，將AD625放大后的信號轉(zhuǎn)換成為與扭矩量成正比的頻率數(shù)字信號，送給信號環(huán)形變壓器。
上述的交流放大整形電路9是由進(jìn)行交流放大器OP07和進(jìn)行整形的4069非門組成。從信號環(huán)形變壓器的次級靜環(huán)線圈8輸出的信號Vs先由放大器OP07進(jìn)行交流放大，再由4069非門進(jìn)行整形，輸出一串標(biāo)準(zhǔn)脈沖，該脈沖在頻率上正比于扭矩量，在幅度上符合計(jì)算機(jī)輸入信號要求(0～5V)。
上述的計(jì)數(shù)顯示器10采用大規(guī)格集成頻率計(jì)MC7255。經(jīng)過調(diào)零校正后，頻率顯示的數(shù)字就是實(shí)測的扭矩量值。
本實(shí)用新型由于能源傳遞及信號傳遞都是通過兩組環(huán)形變壓器進(jìn)行的無接觸運(yùn)行，因此不存在摩擦問題。
權(quán)利要求1.一種數(shù)字式扭矩傳感器，以貫通軸(1)為彈性體，以軸承(10)和(11)為支承元件，以附著在軸(1)上的應(yīng)變橋(2)為敏感元件，其特征在于在貫通軸(1)的一端裝有一個(gè)功率環(huán)形變壓器，該變壓器是由高導(dǎo)磁率軟磁合金鐵芯與靜環(huán)初級線圈(3)和動環(huán)次級線圈(4)組成的帶有間隙的閉環(huán)磁路裝置，在軸(1)的另一端裝有一個(gè)信號環(huán)形變壓器，該變壓器是由動環(huán)初級線圈(7)和靜環(huán)次級線圈(8)組成的帶間隙的空心閉環(huán)磁路裝置，動環(huán)次級線圈(4)和(7)均固定安裝在軸(1)上，附著在軸(1)上的向應(yīng)變橋(2)提供橋壓和給軸(1)上的所有電路提供工作電源的整流二次穩(wěn)壓電源(5)與動環(huán)次級線圈(4)相連，附著在軸(1)上的放大電路(12)和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(13)與應(yīng)變橋(2)相連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(13)與動環(huán)初級線圈(7)相連，交流放大整形電路(9)一端與靜環(huán)次級線圈(8)相連接，另一端與計(jì)數(shù)顯示器(10)相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所說的整流二次穩(wěn)壓電源(5)包括由整流橋CL100，集成穩(wěn)壓器7812及電容濾波器組成的標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓電路和由基準(zhǔn)電源MC1403，運(yùn)放OP07及三極管8050組成的二次穩(wěn)壓電源。
3.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所說的信號放大電路(12)采用由三只運(yùn)放IC1、IC2和IC3集成在一體的差動儀表放大器。
4.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所說的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(13)采用LF331集成電壓／頻率轉(zhuǎn)換器。
5.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所說的交流放大整形電路(9)由進(jìn)行交流放大的放大器OP07和進(jìn)行整形的4069非門組成。
6.如權(quán)利要求1、2、3、4和5所述的傳感器，其特征在于所說的計(jì)數(shù)顯示器(10)為大規(guī)模集成頻率計(jì)MC7225。
專利摘要本實(shí)用新型為一種數(shù)字式扭矩傳感器，屬于機(jī)電儀表領(lǐng)域。用于動力旋轉(zhuǎn)軸的扭矩的測量。本實(shí)用新型在貫通軸的一端裝有一個(gè)功率環(huán)形變壓器，另一端裝有一個(gè)信號環(huán)形變壓器，在軸上附著有整流二次穩(wěn)壓電源向應(yīng)變橋提供橋壓并給軸上各電路提供工作電源，在軸上附著的放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將應(yīng)變橋的扭矩應(yīng)變電信號放大并變換成數(shù)字信號，再通過信號環(huán)形變壓器耦合至放大整形電路，最后由計(jì)數(shù)顯示器將實(shí)測的扭矩值顯示出來。
文檔編號G01L3/10GK2163376SQ9324017
公開日1994年4月27日 申請日期1993年9月25日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月25日
發(fā)明者李國林 申請人:李國林