一種基于頻率轉(zhuǎn)換的應(yīng)變式扭矩傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種傳感器，具體是指一種基于頻率轉(zhuǎn)換的應(yīng)變式扭矩傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，扭矩測量技術(shù)已經(jīng)成為測試技術(shù)的新分支。扭矩測量的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，大到飛機、般舶、鉆井、發(fā)電設(shè)備和冶金礦山設(shè)備等，小到微電機、家用電器和鐘表等。扭矩測量是各種機械新產(chǎn)品開發(fā)、質(zhì)量檢驗、優(yōu)化控制、工況監(jiān)測和故障診斷等必不可少的內(nèi)容。準確的扭矩測量對縮短現(xiàn)代機械設(shè)備的研制周期、提高設(shè)備性能、降低研制費用具有重要的作用。
[0003]隨著經(jīng)濟實力和技術(shù)不平的大幅提升，在民用和國防方面的設(shè)備技術(shù)越來越先進，這對應(yīng)變式扭矩傳感器的要求則更高。在工作中被測設(shè)備會根據(jù)不同的工況而改變扭矩輸出，在這種情況下，傳統(tǒng)的應(yīng)變式扭矩傳感器所采集到的扭矩信號其信號頻率會有很大的波動，這就給扭矩信號處理帶來較大的影響，從而降低了應(yīng)變式扭矩傳感器的測量精度。因此，如何解決扭矩信號頻率波動大的問題則是目前的當務(wù)之急。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)應(yīng)變式扭矩傳感器其扭矩測量精度低的缺陷，提供一種基于頻率轉(zhuǎn)換的應(yīng)變式扭矩傳感器。
[0005]本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):一種基于頻率轉(zhuǎn)換的應(yīng)變式扭矩傳感器，主要由扭力軸、顯示儀，與顯示儀相連接的信號鎖相處理系統(tǒng)，設(shè)置在扭力軸上的集流環(huán)，粘貼在扭力軸上且與集流環(huán)相連接的應(yīng)變片，以及與集流環(huán)相連接的振蕩器，在集流環(huán)與信號鎖相處理系統(tǒng)之間還設(shè)置有頻率轉(zhuǎn)換模塊；所述的頻率轉(zhuǎn)換模塊由處理芯片U1，三極管TH’三極管VT8，N極經(jīng)電阻R18后與三極管VT7的發(fā)射極相連接、P極則順次經(jīng)電感L5、電阻R13、電阻R14以及二極管D8后與三極管VT7的基極相連接的二極管D7，正極與處理芯片Ul的LBD管腳相連接、負極則與二極管D8和電阻R14的連接點相連接的極性電容C6，正極與處理芯片Ul的CX管腳相連接、負極與極性電容C6的負極相連接的極性電容C7，一端與二極管D7的N極相連接、另一端則經(jīng)電阻R15后與極性電容C7的負極相連接的電阻R16，一端與處理芯片Ul的VFB管腳相連接、另一端則與三極管VT7的基極相連接的電阻R17，正極與三極管VT8的發(fā)射極相連接、負極接地的極性電容C9，一端與三極管VT7的發(fā)射極相連接、另一端則經(jīng)電阻R20后與極性電容C9的負極相連接的電阻R19，以及與電阻R19相并聯(lián)的極性電容C8組成；所述處理芯片Ul的LX管腳與二極管D7的P極相連接、其LBR管腳與電感L5和電阻R13的連接點一起作為電路的輸入端、GND管腳接地、VS管腳和IC管腳均與二極管D7的N極相連接；所述三極管VT8的基極與電阻R19和電阻R20的連接點相連接、其發(fā)射極則與三極管VT7的集電極連接、集電極則與二極管D7的N極相連接。
[0006]進一步的，所述信號鎖相處理系統(tǒng)由前端輸入電路，與前端輸入電路相連接的鎖相電路，與鎖相電路相連接的信號放大電路，與信號放大電路相連接的轉(zhuǎn)換電路組成。
[0007]所述的前端輸入電路包括電阻R1，電阻R2，電感LI，電感L2，二極管D1，二極管D2，二極管D3以及電容Cl ;所述二極管Dl的P極接地、N極則經(jīng)極性電容Cl后與二極管D2的N極相連接，電阻Rl的一端與二極管Dl的N極相連接、另一端則作為電路的一個輸入極，電阻R2的一端與二極管Dl的N極相連接、另一端則與鎖相電路相連接，電感L2的一端經(jīng)電阻R2后與二極管Dl的N極相連接、另一端則與二極管D2的P極相連接，所述二極管D2的N極經(jīng)電感LI后作為電路的另一輸入極、P極與鎖相電路相連接，二極管D3的N極與二極管D2的P極相連接、P極則與鎖相電路相連接的同時接地。
[0008]所述的鎖相電路由場效應(yīng)管Q1，三極管VT1，三極管VT2，正極經(jīng)電阻R3后與三極管VTl的發(fā)射極相連接、負極則與三極管VTl的基極相連接的極性電容C2，一端與三極管VTl的集電極相連接、另一端經(jīng)電感L4后與三極管VT2的集電極相連接的電阻R4，一端與三極管VT2的基極相連接、另一端與信號放大電路相連接的電阻R6，以及一端經(jīng)電感L3后與三極管VT2的基極相連接、另一端接地的電阻R5組成；所述場效應(yīng)管Ql的柵極與二極管D3的N極相連接、源極與三極管VT2的基極相連接、其漏極則與三極管VTl的集電極相連接，所述三極管VTl的集電極與電阻R2和電感L2的連接點相連接、其基極則與信號放大電路相連接，所述三極管VT2的集電極分別與二極管D3的P極以及信號放大電路相連接、其發(fā)射極接地。
[0009]所述的信號放大電路由放大器P1，三極管VT3，三極管VT4，正極經(jīng)電阻R7后與三極管VTl的基極相連接、負極則與放大器Pl的正極相連接的極性電容C4，正極經(jīng)電阻R8后與放大器Pl的負極相連接、負極則經(jīng)電阻R6后與三極管VT2的基極相連接的極性電容C3，正極與極性電容C3的負極相連接、負極與轉(zhuǎn)換電路相連接的電極電容C5，一端與三極管VT4的發(fā)射極相連接、另一端與放大器Pl的負極相連接的電阻R9，一端與三極管VT4的基極相連接、另一端與三極管VTl的基極相連接的電阻R10，以及N極與三極管VTl的基極相連接、P極接地的穩(wěn)壓二極管D4組成；所述三極管VT3的基極與三極管VT2的集電極相連接、其發(fā)射極與極性電容C3的負極相連接、集電極與三極管VTl的基極相連接，所述三極管VT4的集電極和放大器Pl的輸出端分別與轉(zhuǎn)換電路相連接。
[0010]所述的轉(zhuǎn)換電路由轉(zhuǎn)換芯片U，場效應(yīng)管Q2，三極管VT5，三極管VT6，或非門A，P極與或非門A的負極相連接、N極與轉(zhuǎn)換芯片U的IN+管腳相連接的二極管D5，N極與場效應(yīng)管Q2的漏極相連接、P極則經(jīng)電阻R12后與轉(zhuǎn)換芯片U的OUT管腳相連接的二極管D6，一端與三極管VT5的基極相連接、另一端則與場效應(yīng)管Q2的源極相連接的電阻Rll組成；所述或非門A的正極與三極管VT4的集電極相連接、輸出端則與三極管VT5的發(fā)射極相連接，所述轉(zhuǎn)換芯片U的IN+管腳與放大器Pl的輸出端相連接、其IN-管腳則與極性電容C5的負極相連接、GND管腳接地、OUT管腳還與場效應(yīng)管Q2的柵極相連接、VCC管腳接15V電壓，所述三極管VT5的基極與或非門A的輸出端相連接、集電極與三極管VT6的基極相連接，三極管VT6的集電極與三極管VT5的發(fā)射極相連接、其發(fā)射極則與二極管D6的P極相連接。
[0011]所述的轉(zhuǎn)換芯片U為LM393型集成芯片，而處理芯片Ul為MAX630集成芯片。
[0012]本發(fā)明較現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及有益效果:
(I)本發(fā)明可以對信號頻率進行轉(zhuǎn)換，把波動大的信號抑制在一定的頻率范圍，從而可以提高應(yīng)變式扭矩傳感器的測量精度。
[0013](2)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，適于推廣。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的信號鎖相處理系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明的頻率轉(zhuǎn)換模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]以上附圖中的附圖標記名稱為:
I一扭力軸，2—應(yīng)變片，3—集流環(huán)，4一振蕩器，5—信號鎖相處理系統(tǒng)，6—顯示儀，7-頻率轉(zhuǎn)換模塊，51—前端輸入電路，52—鎖相電路，53—信號放大電路，54—轉(zhuǎn)換電路。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式并不限于此。
實施例
[0017]如圖1所示，本發(fā)明主要由安裝在被測設(shè)備轉(zhuǎn)軸上且作為機械轉(zhuǎn)換元件的扭力軸1，顯示儀6，與顯示儀6相連接的信號鎖相處理系統(tǒng)5，設(shè)置在扭力軸I上的集流環(huán)3，粘貼在扭力軸I上且與集流環(huán)3相連接的應(yīng)變片2，與集流環(huán)3相連接的振蕩器4 ;為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明在集流環(huán)3與信號鎖相處理系統(tǒng)5之間還設(shè)置有頻率轉(zhuǎn)換模塊7。
[0018]當被測設(shè)備轉(zhuǎn)動時，扭力軸I則被帶動，再通過應(yīng)變片2的變形來測量扭力軸I的扭矩信號，并把信號輸送給集流環(huán)3。集流環(huán)3的作用是將應(yīng)變片2的引線從旋轉(zhuǎn)著的扭力軸I上引出，即應(yīng)變片2所采集到的扭矩信號由集流環(huán)3傳輸給振蕩器4和頻率轉(zhuǎn)換模塊7 ;顯示儀6用于顯示被測設(shè)備的扭矩值。而信號鎖相處理系統(tǒng)5用于對扭矩信號進行相位處理，而頻率轉(zhuǎn)換模塊7則用于對扭矩信號的頻率進行轉(zhuǎn)換，使信號頻率更加穩(wěn)定。
[0019]其中，顯示儀6、扭力軸1、應(yīng)變片2、集流環(huán)3以及振蕩器4均采用現(xiàn)有的技術(shù)即可實現(xiàn)。
[0020]如圖2所示，該信號鎖相處理系統(tǒng)5由前端輸入電路51，與前端輸入電路51相連接的鎖相電路52，與鎖相電路52相連接的信號放大電路53，與信號放大電路53相連接的轉(zhuǎn)換電路54組成。
[0021]所述的前端輸入電路51包括電阻R1，電阻R2，電感LI，電感L2，二極管D1，二極管D2，二極管D3以及電容Cl。連接時，所述二極管Dl的P極接地、N極則經(jīng)極性電容Cl后與二極管D2的N極相連接，電阻Rl的一端與二極管Dl的N極相連接、另一端則作為電路的一個輸入極，電阻R2的一端與二極管Dl的N極相連接、另一端則與鎖相電路52相連接，電感L2的一端經(jīng)電阻R2后與二極管Dl的N極相連接、另一端則與二極管D2的p極相連接，所述二極管D2的N極經(jīng)電感LI后作為電路的另一輸入極、P極與鎖相電路52相連接，二極管D3的N極與二極管D2的P極相連接、P極則與鎖相電路52相連接的同時接地。
[0022]鎖相電路52可以對扭矩信號進行相位處理，處理后的相位更加穩(wěn)定，其由場效應(yīng)管Ql，三極管VTl，三極管VT2，正極經(jīng)電阻R3后與三極管VTl的發(fā)射極相連接、負極則與三極管VTl的基極相連接的極性電容C2，一端與三極管VTl的集電極相連接、另一端經(jīng)電感L4后與三極管VT2的集電極相連接的電阻R4，一端與三極管VT2的基極相連接、另一端與信號放大電路53相連接的電阻R6，以及一端經(jīng)電感L3后與三極管VT2的基極相連接、另一端接地的電阻R5組成。所述場效應(yīng)管Ql的柵極與二極管D3的N極相連接、源極與三極管VT2的基極相連接、其漏極則與三極管VTl的集電極相連接，所述三極管VTl的集電極與電阻R2和電感L2的連接點相連接、其基極則與信號放大電路53相連接，所述三極管VT2的集電極分別與二極管D3的P極以及信號放大電路53相連接、其發(fā)射極接地。
[0023]信號放大電路53由放大器P