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車用光電式轉(zhuǎn)矩傳感器的制作方法

文檔序號(hào):6107225閱讀:212來源:國(guó)知局
專利名稱:車用光電式轉(zhuǎn)矩傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型涉及汽車專用電子設(shè)備,特別涉及一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的光電式轉(zhuǎn)矩傳感器。
背景技術(shù)
目前,汽車的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中采用的光電式轉(zhuǎn)矩傳感器是通過檢測(cè)受光面積得到轉(zhuǎn)矩信號(hào)。專利號(hào)為01264328的實(shí)用新型公開了一種車用光電式轉(zhuǎn)矩傳感器,該車用光電式轉(zhuǎn)矩傳感器的結(jié)構(gòu)如圖2所示,它包括扭桿、光源、兩個(gè)碼盤、光電傳感器、和兩個(gè)帶有導(dǎo)光槽孔的導(dǎo)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(gè)光電池19和20各分得光斑的一半。當(dāng)對(duì)扭桿施加順時(shí)針方向的轉(zhuǎn)矩時(shí),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(duì)扭桿施加逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)矩時(shí),情況正好相反,如圖3(c)所示。利用電路檢測(cè)出兩個(gè)光電轉(zhuǎn)換器的信號(hào)差,即可獲知轉(zhuǎn)矩的大小。
該光電傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、精度適中的特點(diǎn),但同時(shí)具有如下缺陷1)由于光電池脆性大,因此經(jīng)受振動(dòng)沖擊和溫度變化的能力較弱。
2)安裝光電池時(shí),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(hào)放大電路都各需要一個(gè)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(zhuǎn)軸上,需要通過特制的繞線來交換信號(hào),因此該傳感器旋轉(zhuǎn)圈數(shù)有限,而且在安裝時(shí)需要尋找中間位置。
5)繞線經(jīng)常和轉(zhuǎn)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(duì)檢測(cè)結(jié)果有干擾,影響了傳感器的魯棒性。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型車用光電式轉(zhuǎn)矩傳感器要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有光電轉(zhuǎn)矩式傳感器的光電池經(jīng)受振動(dòng)沖擊和溫度變化的能力較弱、安裝困難繁瑣,傳感器旋轉(zhuǎn)圈數(shù)有限,繞線耐久性差的實(shí)際問題,提供一種可靠耐用、安裝簡(jiǎn)便的傳感器。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種車用光電式轉(zhuǎn)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(gè)偏振片,所述兩個(gè)偏振片分別固定在上下套筒上,并位于上下套筒的結(jié)合部,所述光電檢測(cè)器固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸外部的靜止殼體上,位于所述兩個(gè)偏振片的外側(cè)。
所述上下套筒上位于上下套筒的結(jié)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(cè)器為一個(gè)集成元件,內(nèi)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(duì)平行放置。
本實(shí)用新型車用光電式轉(zhuǎn)矩傳感器還包括一個(gè)檢測(cè)電路,所述檢測(cè)電路中包括一個(gè)與所述光電檢測(cè)器相同的光電檢測(cè)器,兩個(gè)放大器和一個(gè)減法器,所述兩個(gè)偏振片發(fā)出的光信號(hào)分別由兩個(gè)光電檢測(cè)器接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)分別輸入至兩個(gè)放大器,經(jīng)兩個(gè)放大器輸出的放大信號(hào)分別輸入減法器的兩個(gè)輸入端。
所述檢測(cè)電路固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸外部的靜止殼體上。
本實(shí)用新型利用兩片偏振片以不同角度疊放會(huì)產(chǎn)生不同的消光比的原理對(duì)扭桿扭轉(zhuǎn)角度進(jìn)行測(cè)量,即測(cè)量轉(zhuǎn)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(dāng)扭桿受扭導(dǎo)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(qiáng)減小,如圖4(b)所示;當(dāng)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(qiáng)增加。該光強(qiáng)在扭桿安全形變量(±5°)內(nèi)和相對(duì)轉(zhuǎn)角保持極好的線性,直接和扭矩相關(guān)。
所述光電檢測(cè)器為一個(gè)集成元件,其內(nèi)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(duì)平行放置。發(fā)光二極管12發(fā)射某一波長(zhǎng)的紅外線,而光電二極管11僅對(duì)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(kuò)大該傳感器的工作溫度范圍,減小環(huán)境溫度變化對(duì)檢測(cè)信號(hào)的影響,本實(shí)用新型車用光電式轉(zhuǎn)矩傳感器還包括一個(gè)檢測(cè)電路,如圖6所示,所述檢測(cè)電路中包括一個(gè)與所述光電檢測(cè)器相同的光電檢測(cè)器,兩個(gè)放大器和一個(gè)減法器,所述兩個(gè)偏振片發(fā)出的光信號(hào)分別由兩個(gè)光電檢測(cè)器接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)分別輸入至兩個(gè)放大器,經(jīng)兩個(gè)放大器輸出的放大信號(hào)分別輸入減法器的兩個(gè)輸入端。利用兩個(gè)放大器分別對(duì)兩個(gè)光電檢測(cè)器的輸出信號(hào)分別進(jìn)行放大,再經(jīng)減法器求差,其結(jié)果作為轉(zhuǎn)矩信號(hào)輸出。當(dāng)轉(zhuǎn)矩為0時(shí),調(diào)節(jié)放大器的增益,使兩個(gè)放大器的輸出電壓相等,求差后的結(jié)果就為0。這樣,溫度變化會(huì)在兩個(gè)光電檢測(cè)器上產(chǎn)生相同的信號(hào)變化。通過減法器求差,可以抵消溫度對(duì)轉(zhuǎn)矩信號(hào)的影響,使該傳感器的工作溫度范圍適應(yīng)汽車要求。
由于檢測(cè)電路和光電檢測(cè)器不是固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上,而是固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸外部的靜止殼體上,該殼體起到支撐轉(zhuǎn)動(dòng)軸和檢測(cè)裝置的作用。當(dāng)該傳感器應(yīng)用在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中測(cè)量方向盤轉(zhuǎn)矩時(shí),檢測(cè)電路和光電檢測(cè)器則固定在轉(zhuǎn)向管柱的外殼上,相對(duì)于車身靜止,因此轉(zhuǎn)動(dòng)軸上不帶有任何有源器件,可以任意旋轉(zhuǎn)。
本實(shí)用新型的有益效果是1、由于轉(zhuǎn)動(dòng)軸上沒有有源器件,因此轉(zhuǎn)動(dòng)軸不受轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)限制,真正實(shí)現(xiàn)了非接觸檢測(cè)轉(zhuǎn)矩,大大提高了壽命和可靠性,簡(jiǎn)化了裝配程序。
2、采用光電開關(guān)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(jiǎn)化了傳感器的裝配工藝。
3、傳感器只有一個(gè)電路板,檢測(cè)裝置和放大電路都在一個(gè)電路板上,安裝操作簡(jiǎn)便。
4、采用紅外光電檢測(cè)器(紅外發(fā)光二極管和紅外光電管),大大降低了可見光對(duì)檢測(cè)結(jié)果的干擾,提高了傳感器的魯棒性。
5、由于采用了溫度補(bǔ)償技術(shù),降低了系統(tǒng)的溫度敏感性,提高了傳感器的溫度適應(yīng)范圍。


圖1是本實(shí)用新型車用光電式轉(zhuǎn)矩傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)中車用光電式轉(zhuǎn)矩傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是現(xiàn)有技術(shù)中車用光電式轉(zhuǎn)矩傳感器的工作原理圖。
圖4是本實(shí)用新型車用光電式轉(zhuǎn)矩傳感器的工作原理示意圖。
圖5是本實(shí)用新型車用光電式轉(zhuǎn)矩傳感器中光電檢測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6本實(shí)用新型車用光電式轉(zhuǎn)矩傳感器中溫度補(bǔ)償信號(hào)處理電路工作原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
如圖1所示,本實(shí)用新型車用光電式轉(zhuǎn)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(cè)器3和上下兩個(gè)偏振片9、8,所述兩個(gè)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(jié)合部,所述光電檢測(cè)器3固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸外部的靜止殼體上,位于所述兩個(gè)偏振片9、8的外側(cè)。上、下套筒5、1的結(jié)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(cè)器3為一個(gè)集成元件,型號(hào)為HOA0825-001。如圖5所示,其內(nèi)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(duì)平行放置。
圖6所示為檢測(cè)電路,所述檢測(cè)電路中包括一個(gè)與所述光電檢測(cè)器3相同的光電檢測(cè)器,兩個(gè)放大器14、15和一個(gè)減法器16,所述兩個(gè)偏振片8、9發(fā)出的光信號(hào)分別由兩個(gè)光電檢測(cè)器接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)分別輸入至兩下放大器14、15,經(jīng)兩個(gè)放大器輸出的放大信號(hào)分別輸入減法器的兩個(gè)輸入端,由減法器輸出轉(zhuǎn)矩信號(hào)。檢測(cè)電路固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸外部的靜止殼體上。
權(quán)利要求1.一種車用光電式轉(zhuǎn)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(gè)偏振片,所述兩個(gè)偏振片分別固定在上下套筒上,并位于上下套筒的結(jié)合部,所述光電檢測(cè)器固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸外部的靜止殼體上,位于所述兩個(gè)偏振片的外側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的車用光電式轉(zhuǎn)矩傳感器,其特征在于所述上下套筒上位于上下套筒的結(jié)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(quán)利要求2所述的車用光電式轉(zhuǎn)矩傳感器,其特征在于所述偏振片支架呈直角形。
4.如權(quán)利要求1所述的車用光電式轉(zhuǎn)矩傳感器,其特征在于所述光電檢測(cè)器為一個(gè)集成元件,內(nèi)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(duì)平行放置。
5.如權(quán)利要求1所述的車用光電式轉(zhuǎn)矩傳感器,其特征在于還包括一個(gè)檢測(cè)電路,所述檢測(cè)電路中包括一個(gè)與所述光電檢測(cè)器相同的光電檢測(cè)器,兩個(gè)放大器和一個(gè)減法器,所述兩個(gè)偏振片發(fā)出的光信號(hào)分別由兩個(gè)光電檢測(cè)器接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)分別輸入至兩個(gè)放大器,經(jīng)兩個(gè)放大器輸出的放大信號(hào)分別輸入減法器的兩個(gè)輸入端。
6.如權(quán)利要求5所述的車用光電式轉(zhuǎn)矩傳感器,其特征在于所述檢測(cè)電路固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸外部的靜止殼體上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種車用光電式轉(zhuǎn)矩傳感器,涉及一種汽車專用電子設(shè)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(gè)偏振片,所述兩個(gè)偏振片分別固定在上、下套筒上,并位于上、下套筒的結(jié)合部,所述光電檢測(cè)器固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸外部的靜止殼體上,位于所述兩個(gè)偏振片的外側(cè)。本實(shí)用新型安裝簡(jiǎn)便,可靠性強(qiáng),適用于測(cè)量汽車轉(zhuǎn)矩。
文檔編號(hào)G01L3/12GK2837807SQ200520108808
公開日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2005年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月7日
發(fā)明者周含露, 徐赫陽 申請(qǐng)人:徐赫陽
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