基于信號變換的射極耦合放大式數字化應變式扭矩傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及傳感器技術領域，具體是指基于信號變換的射極耦合放大式數字化應變式扭矩傳感器。
【背景技術】
[0002]現有應變式扭矩傳感器技術中，通常采用模擬電路處理應變片輸出的電信號，將其轉換為成比例的線性模擬量輸出信號，如電壓、電流或頻率脈沖信號。然而，模擬信號在傳輸時會出現削弱的情況，在很大程度上影響了模擬信號的正常使用。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于克服現有應變式扭矩傳感器的模擬信號在傳輸時會出現削弱的缺陷，提供一種基于信號變換的射極耦合放大式數字化應變式扭矩傳感器。
[0004]本發明的目的通過下述技術方案實現:基于信號變換的射極耦合放大式數字化應變式扭矩傳感器，包括齒盤U，光電開關S，定子系統，旋轉變壓器Tl，旋轉變壓器T2，以及轉子系統；所述光電開關S的一端與齒盤U相連接、另一端則與定子系統相連接，旋轉變壓器Tl的原邊與定子系統相連接、其副邊則與轉子系統相連接，旋轉變壓器T2的原邊與轉子系統相連接、其副邊則與定子系統相連接。
[0005]進一步的，所述的定子系統由DC/DC單元，與DC/DC單元相連接的功率放大器P1，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、信號轉換電路以及轉速信號調理單元組成；所述的功率放大器Pl還與旋轉變壓器Tl的原邊相連接，信號轉換電路還與旋轉變壓器T2的副邊相連接，轉速信號調理單元還與光電開關S相連接。
[0006]所述信號轉換電路由三極管VT5，三極管VT6，三極管VT7，正極經二極管D3后與三極管VT5的基極相連接、負極則形成該信號轉換電路的輸入端的極性電容C6，與極性電容C6相并聯的電阻R9，負極與極性電容C6的負極相連接、正極則經二極管D4后與三極管VT6的基極相連接的極性電容C7，與極性電容C7相并聯的電阻R10，串接在三極管VT6的基極和發射極之間的電容CS，正極順次經電阻R14、電阻R15以及電阻Rll后與三極管VT5的發射極相連接、負極則經電阻R13后與三極管VT6的集電極相連接的電容C9，N極與三極管VT7的發射極相連接、P極則與三極管VT5的發射極相連接的二極管D5，以及一端與電阻Rll和電阻R15的連接點相連接、另一端則與三極管VT5的集電極相連接的電阻R12組成；所述三極管VT5的集電極與三極管VT7的基極相連接，其發射極則形成該信號轉換電路的輸出端；所述三極管VT7的集電極與電阻R15和電阻R14的連接點相連接。
[0007]進一步的，所述轉子系統由整流器K，與整流器K相連接的應變電阻電橋，與應變電阻電橋相連接的信號變換單元，以及同時與整流器K和信號變換單元相連接的射極耦合放大單元組成；所述整流器K還與旋轉變壓器Tl的副邊相連接，射極親合放大單元還與旋轉變壓器T2的原邊相連接。
[0008]所述的射極耦合放大單元由三極管VTl，三極管VT2，三極管VT3，三極管VT4，串接在三極管VTl的發射極和三極管VT3的基極之間的電阻R4，負極順次經電阻R5和電阻R3后與三極管VT2的集電極相連接、正極接地的電容C2，正極與電容C2的正極相連接、負極與三極管VT4的集電極相連接的極性電容C3，一端與三極管VT3的集電極相連接、另一端則經電阻R8后形成該射極耦合放大單元的輸出端的電阻R7，一端與三極管VT4的發射極相連接、另一端則與電阻R7和電阻R8的連接點相連接的電阻R6，正極與三極管VT3的發射極相連接、負極則與三極管VT2的發射極相連接的同時接地的極性電容C5，與極性電容C5相并聯的電容C4組成；所述三極管VTl的基極與三極管VT2的基極相連接的同時作為該射極耦合放大單元的輸入端，其集電極則與三極管VT4的集電極相連接；所述三極管VT4的基極與電阻R3和電阻R5的連接點相連接。
[0009]所述信號變換單元由放大器P2，與非門Al，與非門A2，N極與放大器P2的正極相連接、P極則形成該信號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、負極則經電位器R2后與放大器P2的負極相連接的電容Cl，與電容Cl相并聯的電阻Rl，以及N極與放大器P2的負極相連接、P極則經倒相放大器A3后與與非門Al的正極相連接的二極管D2組成；所述電容Cl的負極與電位器R2的控制端相連接；所述與非門A2的負極與放大器P2的輸出端相連接，其正極則與與非門Al的輸出端相連接，其輸出端則與與非門Al的負極相連接的同時形成該信號變換單元的輸出端。
[0010]所述的放大器P2為LF356BI型運算放大器。
[0011]本發明較現有技術相比，具有以下優點及有益效果:
[0012](I)本發明的RS485通信接口可以直接與外部設備相連接，無需使用二次儀表。
[0013](2)本發明采用ARM微控制器其可以對測量輸出的信號進行數字化處理，方便校準、標定及參數調整，同時還可以提高測量數據輸出的抗干擾能力及傳輸距離。
[0014](3)本發明采用信號變換單元，其可以把電壓信號變換成頻率脈沖信號，當在不同工況時其所變換的脈沖信號的頻率不同，從而使其在不同工況下仍然能夠保持很好的適用性。
[0015](4)本發明通過射極耦合放大單元對模擬信號進行不失真的放大處理，從而避免模擬信號在輸送過程中出現削弱的現像。
[0016](5)本發明信號轉換效率高，因此其信號處理時間比傳統的應變式扭矩傳感器節約 20%o
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的結構框圖。
[0018]圖2為本發明的信號變換單元電路結構圖。
[0019]圖3為本發明的射極耦合放大單元電路結構圖。
[0020]圖4為本發明的信號轉換電路結構圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合實施例對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式并不限于此。
[0022]實施例
[0023]如圖1所示，本發明基于信號變換的射極耦合放大式的數字化應變式扭矩傳感器，由齒盤U，光電開關S，定子系統，旋轉變壓器Tl，旋轉變壓器T2，以及轉子系統組成。該齒盤U固定在傳感器的轉子上，而光電開關S的一端與齒盤U相連接、另一端則與定子系統相連接。同時，旋轉變壓器Tl的原邊與定子系統相連接、其副邊則與轉子系統相連接，旋轉變壓器T2的原邊與轉子系統相連接、其副邊則與定子系統相連接。光電開關S配合齒盤U可檢測轉子旋轉的速度，并向定子系統輸出相應的頻率脈沖信號。
[0024]為了能夠更好的對光電開關S輸送來的頻率脈沖信號進行處理，該定子系統設置有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、信號轉換電路以及轉速信號調理單元組成。同時，該功率放大器Pl還與旋轉變壓器Tl的原邊相連接，信號轉換電路還與旋轉變壓器T2的副邊相連接，轉速信號調理單元還與光電開關S相連接。光電開關S通過齒盤U檢測轉子旋轉速度，并輸出相應的頻率脈沖信號，該頻率脈沖信號經轉速信號調理單元后輸送給ARM微控制器。
[0025]外部電源通過DC/DC單元后轉換為可供定子系統和轉子系統使用的電壓。ARM微控制器通過其內部的PWM單元產生400Hz脈沖信號，再經過功率放大器Pl放大后驅動旋轉變壓器Tl，并通過旋轉變壓器Tl傳輸給轉子系統，由轉子系統進行處理。
[0026]為了更好的實施本發明，該轉子系統由整流器K，與整流器K相連接的應變電阻電橋，與應變電阻電橋相連接的信號變換單元，以及同時與整流器K和信號變換單元相連接的射極耦合放大單元組成。同時，整流器K還與旋轉變壓器Tl的副邊相連接，射極耦合放大單元還與旋轉變壓器T2的原邊相連接。
[0027]從旋轉變壓器Tl輸送過來的信號經整流器K整流穩壓后，可以提供給轉子系統工作電源。同時，信號變換單元可以將應變電阻電橋產生的電壓信號變換為1KHz的頻率脈沖信號。
[0028]該信號變換單元的結構如圖2所示，其包括放大器P2，與非門Al，與非門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P2的負極相連接、其P極則經倒相放大器A3后與與非門Al的正極相連接。與非門A2的負極與放大器P2的輸出端相連接，其正極則與與非門Al的輸出端相連接，其輸出端則與與非門Al的負極相連接的同時形成該信號變換單元的輸出端。由此結構二極管D2，倒相放大器A3，放大器P2，與非門Al以及與非門A2則構成一個信號轉換器，當電壓信號輸入進來后，該轉換器則把電壓信號轉換成為頻率脈沖信號。
[0030]另外，二極管Dl的N極與放大器P