基于信號(hào)變換的帶阻濾波式數(shù)字化應(yīng)變式扭矩傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體是指基于信號(hào)變換的帶阻濾波式數(shù)字化應(yīng)變式扭矩傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有應(yīng)變式扭矩傳感器技術(shù)中，通常采用模擬電路處理應(yīng)變片輸出的電信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為成比例的線性模擬量輸出信號(hào)，如電壓、電流或頻率脈沖信號(hào)。然而，模擬信號(hào)在使用時(shí)存在以下缺陷，其一:不利于在強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境以及遠(yuǎn)距離的傳輸，而且在人體接觸時(shí)會(huì)帶入靜電干擾，難以操作。其二:在對(duì)校準(zhǔn)、標(biāo)定及參數(shù)調(diào)整時(shí)均需要對(duì)電路的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。其三:模擬信號(hào)需要使用二次儀表處理后才能與計(jì)算機(jī)等設(shè)備連接。如何克服以上缺陷是人們所急需解決的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有應(yīng)變式扭矩傳感器存在的以上缺陷，提供基于信號(hào)變換的帶阻濾波式數(shù)字化應(yīng)變式扭矩傳感器。
[0004]本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):基于信號(hào)變換的帶阻濾波式數(shù)字化應(yīng)變式扭矩傳感器，包括齒盤(pán)U，光電開(kāi)關(guān)S，定子系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)變壓器Tl，旋轉(zhuǎn)變壓器T2，以及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)；所述光電開(kāi)關(guān)S的一端與齒盤(pán)U相連接、另一端則與定子系統(tǒng)相連接，旋轉(zhuǎn)變壓器Tl的原邊與定子系統(tǒng)相連接、其副邊則與轉(zhuǎn)子系統(tǒng)相連接，旋轉(zhuǎn)變壓器T2的原邊與轉(zhuǎn)子系統(tǒng)相連接、其副邊則與定子系統(tǒng)相連接。
[0005]進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)子系統(tǒng)由整流器K，與整流器K相連接的應(yīng)變電阻電橋，與應(yīng)變電阻電橋相連接的信號(hào)變換單元，與信號(hào)變換單元相連接的帶阻濾波單元，以及同時(shí)與整流器K和帶阻濾波單元相連接的信號(hào)放大器P2組成；所述整流器K還與旋轉(zhuǎn)變壓器Tl的副邊相連接，信號(hào)放大器P2還與旋轉(zhuǎn)變壓器T2的原邊相連接。
[0006]所述帶阻濾波單元由三極管VTl，三極管VT2，放大器P4，放大器P5，一端與三極管VTl的集電極相連接、另一端則順次經(jīng)電位器R4和電阻R5后與三極管VT2的基極相連接的電阻R3，與電位器R4相并聯(lián)的電容C4，正極與電位器R4的控制端相連接、負(fù)極則與三極管VTl的基極相連接的電容C2，一端與三極管VTl的基極相連接、另一端則與三極管VT2的基極相連接的電阻R6，一端與三極管VTl的發(fā)射極相連接、另一端則與放大器P5的負(fù)極相連接的同時(shí)接地的電阻R7，負(fù)極經(jīng)電阻R8后與放大器P4的輸出端相連接、正極則與放大器P5的正極相連接的電容C3，以及串接在放大器P5的正極和輸出端之間的電阻R9組成；所述三極管VTl的集電極形成該帶阻濾波單元的輸入端，其基極和發(fā)射極則均與放大器P4的正極相連接；所述放大器P4的輸出端與三極管VT2的基極相連接，其負(fù)極則與放大器P5的負(fù)極相連接；所述三極管VT2的集電極接地，其發(fā)射極則與放大器P5的正極相連接；所述放大器P5的輸出端則形成該帶阻濾波單元的輸出端。
[0007]所述信號(hào)變換單元由放大器P3，與非門(mén)Al，與非門(mén)A2，N極與放大器P3的正極相連接、P極則形成該信號(hào)變換單元的輸入端的二極管Dl，正極與二極管Dl的P極相連接、負(fù)極則經(jīng)電位器R2后與放大器P3的負(fù)極相連接的電容Cl，與電容Cl相并聯(lián)的電阻Rl，以及N極與放大器P3的負(fù)極相連接、P極則經(jīng)倒相放大器A3后與與非門(mén)Al的正極相連接的二極管D2組成；所述電容Cl的負(fù)極與電位器R2的控制端相連接；所述與非門(mén)A2的負(fù)極與放大器P3的輸出端相連接，其正極則與與非門(mén)Al的輸出端相連接，其輸出端則與與非門(mén)Al的負(fù)極相連接的同時(shí)形成該信號(hào)變換單元的輸出端。
[0008]所述的定子系統(tǒng)由DC/DC單元，與DC/DC單元相連接的功率放大器Pl，與功率放大器Pl相連接的ARM微控制器，分別與ARM微控制器相連接的RS485通信接口、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路以及轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理單元組成；所述的功率放大器Pl還與旋轉(zhuǎn)變壓器Tl的原邊相連接，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路還與旋轉(zhuǎn)變壓器T2的副邊相連接，轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理單元還與光電開(kāi)關(guān)S相連接。
[0009]所述信號(hào)轉(zhuǎn)換電路由三極管VT3，三極管VT4，三極管VT5，正極經(jīng)二極管D3后與三極管VT3的基極相連接、負(fù)極則形成該信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的輸入端的極性電容C8，與極性電容CS相并聯(lián)的電阻R10，負(fù)極與極性電容CS的負(fù)極相連接、正極則經(jīng)二極管D4后與三極管VT4的基極相連接的極性電容C7，與極性電容C7相并聯(lián)的電阻R11，串接在三極管VT4的基極和發(fā)射極之間的電容C6，正極順次經(jīng)電阻R15、電阻R14以及電阻R12后與三極管VT3的發(fā)射極相連接、負(fù)極則經(jīng)電阻R16后與三極管VT4的集電極相連接的電容C5，N極與三極管VT5的發(fā)射極相連接、P極則與三極管VT3的發(fā)射極相連接的二極管D5，以及一端與電阻R12和電阻R14的連接點(diǎn)相連接、另一端則與三極管VT3的集電極相連接的電阻R13組成；所述三極管VT3的集電極與三極管VT5的基極相連接，其發(fā)射極則形成該信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的輸出端；所述三極管VT5的集電極與電阻R14和電阻R15的連接點(diǎn)相連接。
[0010]所述的放大器P3為L(zhǎng)F356BI型運(yùn)算放大器。
[0011]本發(fā)明較現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0012](I)本發(fā)明的RS485通信接口可以直接與外部設(shè)備相連接，無(wú)需使用二次儀表。
[0013](2)本發(fā)明采用ARM微控制器其可以對(duì)測(cè)量輸出的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，方便校準(zhǔn)、標(biāo)定及參數(shù)調(diào)整，同時(shí)還可以提高測(cè)量數(shù)據(jù)輸出的抗干擾能力及傳輸距離。
[0014](3)本發(fā)明采用信號(hào)變換單元，其可以把電壓信號(hào)變換成頻率脈沖信號(hào)，當(dāng)在不同工況時(shí)其所變換的脈沖信號(hào)的頻率不同，從而使其在不同工況下仍然能夠保持很好的適用性。
[0015](4)本發(fā)明通過(guò)帶阻濾波單元的作用可以對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾，避免干擾信號(hào)對(duì)脈沖信號(hào)造成影響。
[0016](5)本發(fā)明信號(hào)轉(zhuǎn)換效率高，因此其信號(hào)處理時(shí)間比傳統(tǒng)的應(yīng)變式扭矩傳感器節(jié)約 20%o
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
[0018]圖2為本發(fā)明的信號(hào)變換單元電路結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖3為本發(fā)明的帶阻濾波單元電路結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖4為本發(fā)明的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于此。
[0022]實(shí)施例
[0023]如圖1所示，本發(fā)明的基于帶阻濾波電路的數(shù)字化應(yīng)變式扭矩傳感器，其由齒盤(pán)U，光電開(kāi)關(guān)S，定子系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)變壓器Tl，旋轉(zhuǎn)變壓器T2，以及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)組成。該齒盤(pán)U固定在傳感器的轉(zhuǎn)子上，而光電開(kāi)關(guān)S的一端與齒盤(pán)U相連接、另一端則與定子系統(tǒng)相連接。同時(shí)，旋轉(zhuǎn)變壓器Tl的原邊與定子系統(tǒng)相連接、其副邊則與轉(zhuǎn)子系統(tǒng)相連接，旋轉(zhuǎn)變壓器T2的原邊與轉(zhuǎn)子系統(tǒng)相連接、其副邊則與定子系統(tǒng)相連接。光電開(kāi)關(guān)S配合齒盤(pán)U可檢測(cè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度，并向定子系統(tǒng)輸出相應(yīng)的頻率脈沖信號(hào)。
[0024]為了能夠更好的對(duì)光電開(kāi)關(guān)S輸送來(lái)的頻率脈沖信號(hào)進(jìn)行處理，該定子系統(tǒng)設(shè)置有DC/DC單元，與DC/DC單元相連接的功率放大器Pl，與功率放大器Pl相連接的ARM微控制器，分別與ARM微控制器相連接的RS485通信接口、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路以及轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理單元組成。同時(shí)，該功率放大器Pl還與旋轉(zhuǎn)變壓器Tl的原邊相連接，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路還與旋轉(zhuǎn)變壓器T2的副邊相連接，轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理單元還與光電開(kāi)關(guān)S相連接。光電開(kāi)關(guān)S通過(guò)齒盤(pán)U檢測(cè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度，并輸出相應(yīng)的頻率脈沖信號(hào)，該頻率脈沖信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理單元后輸送給ARM微控制器。
[0025]外部電源通過(guò)DC/DC單元后轉(zhuǎn)換為可供定子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)使用的電壓。ARM微控制器通過(guò)其內(nèi)部的PWM單元產(chǎn)生400Hz脈沖信號(hào)，再經(jīng)過(guò)功率放大器Pl放大后驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)變壓器Tl，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)變壓器Tl傳輸給轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，由轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行處理。
[0026]為了更好的實(shí)施本發(fā)明，該轉(zhuǎn)子系統(tǒng)由整流器K，與整流器K相連接的應(yīng)變電阻電橋，與應(yīng)變電阻電橋相連接的信號(hào)變換單元，與信號(hào)變換單元相連接的帶阻濾波單元，以及同時(shí)與整流器K和帶阻濾波單元相連接的信號(hào)放大器P2組成。同時(shí)，整流器K還與旋轉(zhuǎn)變壓器Tl的副邊相連接，信號(hào)放大器P2還與旋轉(zhuǎn)變壓器T2的原邊相連接。
[0027]從旋轉(zhuǎn)變壓器Tl輸送過(guò)來(lái)的信號(hào)經(jīng)整流器K整流穩(wěn)壓后，可以提供給轉(zhuǎn)子系統(tǒng)工作電源。同時(shí)，信號(hào)變換單元可以將應(yīng)變電阻電橋產(chǎn)生的電壓信號(hào)變換為1KHz的頻率脈沖信號(hào)。
[0028]該信號(hào)變換單元的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其包括放大器P3，與非門(mén)Al，與非門(mén)A2，電阻Rl，電位器R2，電容Cl，二極管Dl，二極管D2以及倒相放大器A3。
[0029]其中，二極管D2的N極與放大器P3的負(fù)極相連接、其P極則經(jīng)倒相放大器A3后與與非門(mén)Al的正極相連接。與非門(mén)A2的負(fù)極與放大器P3的輸出端相連接，其正極則與與非門(mén)Al的輸出端相連接，其輸出端則與與非門(mén)Al的負(fù)極相連接的同時(shí)形成該信號(hào)變換單元的輸出端。由此結(jié)構(gòu)二極管D2，倒相放大器A3，放大器P3，與非門(mén)Al以及與非門(mén)A2則構(gòu)成一