采用动变压器耦合供电的旋转扭矩传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种采用动变压器耦合供电的旋转扭矩传感器，包括弹性旋转轴，其轴身上粘贴应变片，信号调理及红外光电发射电路板、动变压器的次级线圈均固设在弹性旋转轴的轴体上，F/V及V/I转换电路板、动变压器的初级线圈均固设在外壳的壳体上，动变压器的初级线圈和动变压器的次级线圈耦合，外壳的两端分别固设端盖，弹性旋转轴通过轴承安装在端盖上，动变压器初级振荡驱动电路板、红外接收及脉冲整形电路板均固设在端盖上。本实用新型专利技术有效地解决了纯光电式旋转扭矩传感器用光电池供电时带来的温升大等问题，同样有效地解决了纯粹磁电式旋转扭矩传感器的抗干扰问题，可以输出多种类型的信号如频率、电流和电压信号等，扩大了应用范围。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及旋转扭矩传感器领域，尤其是一种采用动变压器耦合供电的旋转扭矩传感器。
技术介绍
有别于一般性的扭矩传感器，旋转扭矩传感器最重要的环节是要实现对旋转设备的动态载荷进行非接触式测量，这就要解决在旋转扭矩测量过程中动态供电和非接触传输信号等一系列问题。目前，旋转设备的扭矩测量主要采用纯粹磁电式、光电式及金属滑环式三种方式，其中，金属滑环式旋转扭矩传感器属于接触式测量，对于高速旋转的设备而言，电刷与滑环间的摩擦损耗大，不利于长时间使用；纯粹磁电式测量扭矩装置采用磁耦合方式实现对扭矩应变计的信号传输，其调制和解调电路相对较为复杂，并且容易受到旋转设备尤其是大型旋转设备磁场干扰，造成测量误差较大和工作的不可靠；纯粹式光电编码器给旋转的应变计供电，采用转换效率低的单晶硅或多晶硅光电池供电，小环境温升大，造成光电发射和接收器件的发射和接收特性发生改变，从而造成电路故障，另一方面由于小环境温升大，造成旋转扭矩传感器的输出温漂大。此外，目前各类型的旋转式扭矩传感器输出类型也较为单一：金属滑环式一般输出为模拟信号；纯粹磁电式和纯粹光电式旋转扭矩传感器一般输出为频率信号。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种由动变压器耦合供电、实现动扭矩信号的非接触式传输和信号类型输出多样化的采用动变压器耦合供电的旋转扭矩传感器。为实现上述目的，本技术采用了以下技术方案：一种采用动变压器耦合供电的旋转扭矩传感器，包括弹性旋转轴，其轴身上粘贴应变片，用于安装信号调理及红外光电发射电路板的支撑板、动变压器的次级线圈均固设在弹性旋转轴的轴体上，F/V及V/I转换电路板、动变压器的初级线圈均固设在外壳的壳体上，动变压器的初级线圈和动变压器的次级线圈耦合，外壳的两端分别固设端盖，弹性旋转轴通过轴承安装在端盖上，动变压器初级振荡驱动电路板、红外接收及脉冲整形电路板均固设在端盖上，支撑板的边沿处均匀间隔布置多个齿，红外接收及脉冲整形电路板上与齿相对应的位置处安装多个光电开关，信号调理及红外光电发射电路板和红外接收及脉冲整形电路板光电耦合。所述外壳的两端分别固设第一、二端盖，动变压器初级振荡驱动电路板固设在第一端盖上，红外接收及脉冲整形电路板固设在第二端盖上；所述第一、二端盖上均开设凹槽，弹簧垫嵌入在凹槽内。所述应变片采用金属箔式应变片，其个数为四个。所述外壳为金属外壳，所述弹性旋转轴为金属轴，金属外壳、轴承和弹性旋转轴形成封闭的耦合磁路。所述动变压器初级振荡驱动电路板上焊接动变压器初级振荡驱动电路，该电路包括用于接动变压器初级线圈的接口P1，其第2引脚接24V直流电，其第1引脚与MOS管Q5的漏极相连，MOS管Q5的源极接地，MOS管Q5的栅极与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端分别与电阻R5、稳压二极管D6的阴极相连，稳压二极管D6的阳极接地，电阻R5的另一端分别与三极管Q1的发射极、三极管Q4的发射极相连，三极管Q4的集电极与稳压二极管D5的阴极相连，稳压二极管D5的阳极与二极管D4的阳极相连，二极管D4的阴极与三极管Q2的基极相连，三极管Q2的集电极分别与三极管Q3的集电极、三极管Q1的基极相连，三极管Q3的基极与运放U1的输出端相连，运放U1的反相输入端分别与电阻R3、电容C5相连，电阻R3的另一端与运放U1的输出端相连，电容C5的另一端接地，运放U1的正相输入端分别与电阻R9、R10、R11相连，电阻R9的另一端接地，电阻R10的另一端与运放U1的输出端相连，电阻R11的另一端接+12V直流电。所述信号调理及红外光电发射电路板上焊接信号调理及红外光电发射电路，该电路由信号调理电路和红外光电发射电路组成；所述信号调理电路包括用于接动变压器次级线圈的接口P2，其通过由肖特基二极管D1、D2、D3、D4组成的整流桥与三端稳压器U2的输入端相连，三端稳压器U2的输出端与稳压电源芯片U3的第2、4引脚相连，芯片U3的第6引脚分别与运放U1A的正相输入端、精密电阻R1的一端相连，精密电阻R1分别与运放U1B的正相输入端、精密电阻R2相连，精密电阻R2的另一端与热敏电阻R5相连；所述红外光电发射电路包括仪表放大器U4，其第5引脚与运放U1B的输出端相连，运放U1A的输出端依次通过电阻R3、调节电阻R16、电阻R10、电阻R12与仪表放大器U4的第2引脚相连，仪表放大器U4的第6引脚通过电阻R13与V/F转换芯片U5的第2引脚相连，V/F转换芯片U5的第9引脚分别与电阻R8、R9相连，电阻R9与三极管Q4的基极相连，三极管Q4的集电极与红外发射管DS1的阴极相连，红外发射管DS1、DS2、DS3、DS4、DS5、DS6、DS7串联，红外发射管DS7的阳极通过电阻R15接地。所述红外接收及脉冲整形电路板上焊接红外接收及脉冲整形电路，该电路包括相互并联的红外接收管DS1～DS12，其并联端一端接+12V直流电，另一端通过滤波电容C8接地，红外接收管DS11的阴极与二极管D3的阳极相连，红外接收管DS12的阴极与二极管D4的阳极相连，二极管D3、D4的阴极并联后接跟随比较器U3A的正相输入端，跟随比较器U3A的反相输入端与其输出端相连后接单稳态触发器U8的第8引脚，单稳态触发器U8的第9、11引脚并联后接运放U3B的正相输入端，运放U3B的反相输入端与其输出端相连后接防反接二极管D2的阳极，防反接二极管D2的阴极与过流保护电阻R3的一端相连。所述F/V及V/I转换电路板上焊接F/V及V/I转换电路，该电路包括F/V转换芯片U9，其第6引脚与耦合电容C10相连，其第1引脚与跟随比较器U5B的正相输入端相连，跟随比较器U5B的反相输入端与其输出端相连，跟随比较器U5B的输出端依次通过电阻R29、电阻R3接放大器U5D的正相输入端，放大器U5D的输出端依次通过电阻R8、电阻R9与接口P3的第2引脚相连，放大器U5D的反相输入端通过电阻器R26与放大器U5C的反相输入端相连，放大器U5C的输出端与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端分别与V/I转换芯片U10的反相输入端相连，V/I转换芯片U10的正相输入端接在电阻R8、R9之间，V/I转换芯片U10的输出端通过电阻R19接三极管Q3的基极，接口P3的第3引脚与放大器U5A的正相输入端相连，放大器U5A的输出端通过过流保护电阻R28与防反接二极管D2的阳极相连，防反接二极管D2的阴极作为输出端。由上述技术方案可知，本技术可以有效地实现旋转扭矩较高精度的非接触式测量，由于采用效率较高的动变压器供电，有效地解决了纯光电式旋转扭矩传感器用光电池供电时带来的温升大等问题，同时采用光耦合方式实现旋转扭矩的非接触式传输，同样有效地解决了纯粹磁电式旋转扭矩传感器的抗干扰问题。本技术的旋转扭矩式传感线性度可达0.1%，温漂系数小，全工作温度范围内，由于温度变化造成的传感器输出漂移为4Hz/1MHz，性能指标均高于纯磁电式和纯光电式旋转扭矩传感器的性能，同时可以输出多种类型的信号如频率、电流和电压信号等，可以扩大其应用范围。附图说明<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用动变压器耦合供电的旋转扭矩传感器，其特征在于：包括弹性旋转轴（1），其轴身上粘贴应变片（2），用于安装信号调理及红外光电发射电路板（3）的支撑板（14）、动变压器的次级线圈（4）均固设在弹性旋转轴（1）的轴体上，F/V及V/I转换电路板（6）、动变压器的初级线圈（5）均固设在外壳（7）的壳体上，动变压器的初级线圈（5）和动变压器的次级线圈（4）耦合，外壳（7）的两端分别固设端盖，弹性旋转轴（1）通过轴承（10）安装在端盖上，动变压器初级振荡驱动电路板（11）、红外接收及脉冲整形电路板（12）均固设在端盖上，支撑板（14）的边沿处均匀间隔布置多个齿，红外接收及脉冲整形电路板（12）上与齿相对应的位置处安装多个光电开关（15），信号调理及红外光电发射电路板（3）和红外接收及脉冲整形电路板（12）光电耦合。

【技术特征摘要】
1.一种采用动变压器耦合供电的旋转扭矩传感器，其特征在于：包括弹性旋转轴（1），其轴身上粘贴应变片（2），用于安装信号调理及红外光电发射电路板（3）的支撑板（14）、动变压器的次级线圈（4）均固设在弹性旋转轴（1）的轴体上，F/V及V/I转换电路板（6）、动变压器的初级线圈（5）均固设在外壳（7）的壳体上，动变压器的初级线圈（5）和动变压器的次级线圈（4）耦合，外壳（7）的两端分别固设端盖，弹性旋转轴（1）通过轴承（10）安装在端盖上，动变压器初级振荡驱动电路板（11）、红外接收及脉冲整形电路板（12）均固设在端盖上，支撑板（14）的边沿处均匀间隔布置多个齿，红外接收及脉冲整形电路板（12）上与齿相对应的位置处安装多个光电开关（15），信号调理及红外光电发射电路板（3）和红外接收及脉冲整形电路板（12）光电耦合。
2.根据权利要求1所述的采用动变压器耦合供电的旋转扭矩传感器，其特征在于：所述外壳（7）的两端分别固设第一、二端盖（8、9），动变压器初级振荡驱动电路板（11）固设在第一端盖（8）上，红外接收及脉冲整形电路板（12）固设在第二端盖（9）上；所述第一、二端盖（8、9）上均开设凹槽，弹簧垫（13）嵌入在凹槽内。
3.根据权利要求1所述的采用动变压器耦合供电的旋转扭矩传感器，其特征在于：所述应变片（2）采用金属箔式应变片，其个数为四个。
4.根据权利要求1所述的采用动变压器耦合供电的旋转扭矩传感器，其特征在于：所述外壳（7）为金属外壳，所述弹性旋转轴（1）为金属轴，金属外壳、轴承（10）和弹性旋转轴（1）形成封闭的耦合磁路。
5.根据权利要求1所述的采用动变压器耦合供电的旋转扭矩传感器，其特征在于：所述动变压器初级振荡驱动电路板（11）上焊接动变压器初级振荡驱动电路，该电路包括用于接动变压器初级线圈的接口P1，其第2引脚接24V直流电，其第1引脚与MOS管Q5的漏极相连，MOS管Q5的源极接地，MOS管Q5的栅极与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端分别与电阻R5、稳压二极管D6的阴极相连，稳压二极管D6的阳极接地，电阻R5的另一端分别与三极管Q1的发射极、三极管Q4的发射极相连，三极管Q4的集电极与稳压二极管D5的阴极相连，稳压二极管D5的阳极与二极管D4的阳极相连，二极管D4的阴极与三极管Q2的基极相连，三极管Q2的集电极分别与三极管Q3的集电极、三极管Q1的基极相连，三极管Q3的基极与运放U1的输出端相连，运放U1的反相输入端分别与电阻R3、电容C5相连，电阻R3的另一端与运放U1的输出端相连，电容C5的另一端接地，运放U1的正相输入端分别与电阻R9、R10、R11相连，电阻R9的另一端接地，电阻R10的另一端与运放U1的输出端相连，电阻R11的另一端接+12V直流电。
6.根据权利要求1所述的采用动变压器耦合供电的旋转扭矩传感器，其特征在于：所述信号调理及红外光电发射电路板（3）上焊接信号调理及红外光电发射电路，该电路由信号调理电...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔爱民，张炜，罗少轩，何建新，张新庭，
申请(专利权)人：蚌埠传感器系统工程有限公司，
类型：实用新型
国别省市：