[发明专利]一种基于频率转换的应变式扭矩传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器，具体是指一种基于频率转换的应变式扭矩传感器。

背景技术

随着现代科学技术的迅猛发展，扭矩测量技术已经成为测试技术的新分支。扭矩测量的应用领域越来越广泛，大到飞机、般舶、钻井、发电设备和冶金矿山设备等，小到微电机、家用电器和钟表等。扭矩测量是各种机械新产品开发、质量检验、优化控制、工况监测和故障诊断等必不可少的内容。准确的扭矩测量对缩短现代机械设备的研制周期、提高设备性能、降低研制费用具有重要的作用。

随着经济实力和技术不平的大幅提升，在民用和国防方面的设备技术越来越先进，这对应变式扭矩传感器的要求则更高。在工作中被测设备会根据不同的工况而改变扭矩输出，在这种情况下，传统的应变式扭矩传感器所采集到的扭矩信号其信号频率会有很大的波动，这就给扭矩信号处理带来较大的影响，从而降低了应变式扭矩传感器的测量精度。因此，如何解决扭矩信号频率波动大的问题则是目前的当务之急。

发明内容

本发明的目的在于克服传统应变式扭矩传感器其扭矩测量精度低的缺陷，提供一种基于频率转换的应变式扭矩传感器。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于频率转换的应变式扭矩传感器，主要由扭力轴、显示仪，与显示仪相连接的信号锁相处理系统，设置在扭力轴上的集流环，粘贴在扭力轴上且与集流环相连接的应变片，以及与集流环相连接的振荡器，在集流环与信号锁相处理系统之间还设置有频率转换模块；所述的频率转换模块由处理芯片U1，三极管VT7，三极管VT8，N极经电阻R18后与三极管VT7的发射极相连接、P极则顺次经电感L5、电阻R13、电阻R14以及二极管D8后与三极管VT7的基极相连接的二极管D7，正极与处理芯片U1的LBD管脚相连接、负极则与二极管D8和电阻R14的连接点相连接的极性电容C6，正极与处理芯片U1的CX管脚相连接、负极与极性电容C6的负极相连接的极性电容C7，一端与二极管D7的N极相连接、另一端则经电阻R15后与极性电容C7的负极相连接的电阻R16，一端与处理芯片U1的VFB管脚相连接、另一端则与三极管VT7的基极相连接的电阻R17，正极与三极管VT8的发射极相连接、负极接地的极性电容C9，一端与三极管VT7的发射极相连接、另一端则经电阻R20后与极性电容C9的负极相连接的电阻R19，以及与电阻R19相并联的极性电容C8组成；所述处理芯片U1的LX管脚与二极管D7的P极相连接、其LBR管脚与电感L5和电阻R13的连接点一起作为电路的输入端、GND管脚接地、VS管脚和IC管脚均与二极管D7的N极相连接；所述三极管VT8的基极与电阻R19和电阻R20的连接点相连接、其发射极则与三极管VT7的集电极连接、集电极则与二极管D7的N极相连接。

进一步的，所述信号锁相处理系统由前端输入电路，与前端输入电路相连接的锁相电路，与锁相电路相连接的信号放大电路，与信号放大电路相连接的转换电路组成。

所述的前端输入电路包括电阻R1，电阻R2，电感L1，电感L2，二极管D1，二极管D2，二极管D3以及电容C1；所述二极管D1的P极接地、N极则经极性电容C1后与二极管D2的N极相连接，电阻R1的一端与二极管D1的N极相连接、另一端则作为电路的一个输入极，电阻R2的一端与二极管D1的N极相连接、另一端则与锁相电路相连接，电感L2的一端经电阻R2后与二极管D1的N极相连接、另一端则与二极管D2的p极相连接，所述二极管D2的N极经电感L1后作为电路的另一输入极、P极与锁相电路相连接，二极管D3的N极与二极管D2的P极相连接、P极则与锁相电路相连接的同时接地。

所述的锁相电路由场效应管Q1，三极管VT1，三极管VT2，正极经电阻R3后与三极管VT1的发射极相连接、负极则与三极管VT1的基极相连接的极性电容C2，一端与三极管VT1的集电极相连接、另一端经电感L4后与三极管VT2的集电极相连接的电阻R4，一端与三极管VT2的基极相连接、另一端与信号放大电路相连接的电阻R6，以及一端经电感L3后与三极管VT2的基极相连接、另一端接地的电阻R5组成；所述场效应管Q1的栅极与二极管D3的N极相连接、源极与三极管VT2的基极相连接、其漏极则与三极管VT1的集电极相连接，所述三极管VT1的集电极与电阻R2和电感L2的连接点相连接、其基极则与信号放大电路相连接，所述三极管VT2的集电极分别与二极管D3的P极以及信号放大电路相连接、其发射极接地。