专利名称：车用光电式转矩传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及汽车专用电子设备，特别涉及一种电动助力转向系统中的光电式转矩传感器。
背景技术：
目前，汽车的助力转向系统中采用的光电式转矩传感器是通过检测受光面积得到转矩信号。专利号为01264328的实用新型公开了一种车用光电式转矩传感器，该车用光电式转矩传感器的结构如图2所示，它包括扭杆、光源、两个码盘、光电传感器、和两个带有导光槽孔的导光盘。
如图3所示，光源发出的光线被图2中码盘18上的扇环状缺口约束成图3中的21所示光斑，所说的两个光电池19和20各分得光斑的一半。当对扭杆施加顺时针方向的转矩时，光电池受光情况如图3(b)所示，光电池19受光面积减少，光电池20受光面积增大；对扭杆施加逆时针方向转矩时，情况正好相反，如图3(c)所示。利用电路检测出两个光电转换器的信号差，即可获知转矩的大小。
该光电传感器具有结构简单、成本低廉、精度适中的特点，但同时具有如下缺陷1)由于光电池脆性大，因此经受振动冲击和温度变化的能力较弱。
2)安装光电池时，需要委托专门的光电池厂家将光电池裸片焊在专门固定光电池的电路板上，固定难度较高。
3)光电池、发光管和信号放大电路都各需要一个电路板固定，安装操作繁琐。
4)由于光电池和光源固定在旋转轴上，需要通过特制的绕线来交换信号，因此该传感器旋转圈数有限，而且在安装时需要寻找中间位置。
5)绕线经常和转向管柱管壁摩擦，因此耐久性欠佳。
6)由于采用普通光源，可见光对检测结果有干扰，影响了传感器的鲁棒性。
发明内容
本实用新型车用光电式转矩传感器要解决的技术问题是针对现有光电转矩式传感器的光电池经受振动冲击和温度变化的能力较弱、安装困难繁琐，传感器旋转圈数有限，绕线耐久性差的实际问题，提供一种可靠耐用、安装简便的传感器。
本实用新型的技术方案如下一种车用光电式转矩传感器，包括扭杆，与扭杆两端相连的输出轴和输入轴，包在扭杆外部的上下套筒，以及将套筒固定在输入和输出轴上的定位销，其特征在于还包括光电检器和两个偏振片，所述两个偏振片分别固定在上下套筒上，并位于上下套筒的结合部，所述光电检测器固定在转动轴外部的静止壳体上，位于所述两个偏振片的外侧。
所述上下套筒上位于上下套筒的结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。
所述光电检测器为一个集成元件，内部一端镶有发光二极管，另一端镶有光电二极管，发光二极管和光电二极管相对平行放置。
本实用新型车用光电式转矩传感器还包括一个检测电路，所述检测电路中包括一个与所述光电检测器相同的光电检测器，两个放大器和一个减法器，所述两个偏振片发出的光信号分别由两个光电检测器接收并转换成电信号分别输入至两个放大器，经两个放大器输出的放大信号分别输入减法器的两个输入端。
所述检测电路固定在转动轴外部的静止壳体上。
本实用新型利用两片偏振片以不同角度叠放会产生不同的消光比的原理对扭杆扭转角度进行测量，即测量转矩。将两片偏振片的偏振方向互成夹角θ安装在上、下套筒上(θ＝45°)，如图4(a)所示，当扭杆受扭导致两偏振片A和B的夹角增大Δθ后，消光比增加，通过的光强减小，如图4(b)所示；当扭杆受到另一方向的扭矩后，情况正好相反，透过偏振片A和B的光强增加。该光强在扭杆安全形变量(±5°)内和相对转角保持极好的线性，直接和扭矩相关。
所述光电检测器为一个集成元件，其内部一端镶有发光二极管，另一端镶有光电二极管，发光二极管和光电二极管相对平行放置。发光二极管12发射某一波长的红外线，而光电二极管11仅对该频段红外线敏感，这样可以最大限度的排除可见光的干扰。
为了扩大该传感器的工作温度范围，减小环境温度变化对检测信号的影响，本实用新型车用光电式转矩传感器还包括一个检测电路，如图6所示，所述检测电路中包括一个与所述光电检测器相同的光电检测器，两个放大器和一个减法器，所述两个偏振片发出的光信号分别由两个光电检测器接收并转换成电信号分别输入至两个放大器，经两个放大器输出的放大信号分别输入减法器的两个输入端。利用两个放大器分别对两个光电检测器的输出信号分别进行放大，再经减法器求差，其结果作为转矩信号输出。当转矩为0时，调节放大器的增益，使两个放大器的输出电压相等，求差后的结果就为0。这样，温度变化会在两个光电检测器上产生相同的信号变化。通过减法器求差，可以抵消温度对转矩信号的影响，使该传感器的工作温度范围适应汽车要求。
由于检测电路和光电检测器不是固定在转动轴上，而是固定在转动轴外部的静止壳体上，该壳体起到支撑转动轴和检测装置的作用。当该传感器应用在汽车转向系统中测量方向盘转矩时，检测电路和光电检测器则固定在转向管柱的外壳上，相对于车身静止，因此转动轴上不带有任何有源器件，可以任意旋转。
本实用新型的有益效果是1、由于转动轴上没有有源器件，因此转动轴不受转动圈数限制，真正实现了非接触检测转矩，大大提高了寿命和可靠性，简化了装配程序。
2、采用光电开关替代光电池作为敏感元件，可靠性和集成度都大大改善，并简化了传感器的装配工艺。
3、传感器只有一个电路板，检测装置和放大电路都在一个电路板上，安装操作简便。
4、采用红外光电检测器(红外发光二极管和红外光电管)，大大降低了可见光对检测结果的干扰，提高了传感器的鲁棒性。
5、由于采用了温度补偿技术，降低了系统的温度敏感性，提高了传感器的温度适应范围。
图1是本实用新型车用光电式转矩传感器的结构示意图。
图2是现有技术中车用光电式转矩传感器的结构示意图。
图3是现有技术中车用光电式转矩传感器的工作原理图。
图4是本实用新型车用光电式转矩传感器的工作原理示意图。
图5是本实用新型车用光电式转矩传感器中光电检测器结构示意图。
图6本实用新型车用光电式转矩传感器中温度补偿信号处理电路工作原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，本实用新型车用光电式转矩传感器包括扭杆4，与扭杆4两端相连的输出轴和输入轴，包在扭杆4外部的上套筒5、下套筒1，以及将套筒5、1固定在输入轴和输出轴上的定位销6，还包括光电检测器3和上下两个偏振片9、8，所述两个偏振片9、8分别固定在上下套筒5、1上，并位于上、下套筒5、1的结合部，所述光电检测器3固定在转动轴外部的静止壳体上，位于所述两个偏振片9、8的外侧。上、下套筒5、1的结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分别固定于偏振片支架10、7上。其中光电检测器3为一个集成元件，型号为HOA0825-001。如图5所示，其内部一端镶有发光二极管12，另一端镶有光电二极管11，发光二极管12和光电二极管11相对平行放置。
图6所示为检测电路，所述检测电路中包括一个与所述光电检测器3相同的光电检测器，两个放大器14、15和一个减法器16，所述两个偏振片8、9发出的光信号分别由两个光电检测器接收并转换成电信号分别输入至两下放大器14、15，经两个放大器输出的放大信号分别输入减法器的两个输入端，由减法器输出转矩信号。检测电路固定在转动轴外部的静止壳体上。
权利要求1.一种车用光电式转矩传感器，包括扭杆，与扭杆两端相连的输出轴和输入轴，包在扭杆外部的上下套筒，以及将套筒固定在输入和输出轴上的定位销，其特征在于还包括光电检器和两个偏振片，所述两个偏振片分别固定在上下套筒上，并位于上下套筒的结合部，所述光电检测器固定在转动轴外部的静止壳体上，位于所述两个偏振片的外侧。
2.如权利要求1所述的车用光电式转矩传感器，其特征在于所述上下套筒上位于上下套筒的结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.如权利要求2所述的车用光电式转矩传感器，其特征在于所述偏振片支架呈直角形。
4.如权利要求1所述的车用光电式转矩传感器，其特征在于所述光电检测器为一个集成元件，内部一端镶有发光二极管，另一端镶有光电二极管，发光二极管和光电二极管相对平行放置。
5.如权利要求1所述的车用光电式转矩传感器，其特征在于还包括一个检测电路，所述检测电路中包括一个与所述光电检测器相同的光电检测器，两个放大器和一个减法器，所述两个偏振片发出的光信号分别由两个光电检测器接收并转换成电信号分别输入至两个放大器，经两个放大器输出的放大信号分别输入减法器的两个输入端。
6.如权利要求5所述的车用光电式转矩传感器，其特征在于所述检测电路固定在转动轴外部的静止壳体上。
专利摘要本实用新型公开了一种车用光电式转矩传感器，涉及一种汽车专用电子设备。包括扭杆，与扭杆两端相连的输出轴和输入轴，包在扭杆外部的上、下套筒，以及将套筒固定在输入和输出轴上的定位销，还包括光电检器和两个偏振片，所述两个偏振片分别固定在上、下套筒上，并位于上、下套筒的结合部，所述光电检测器固定在转动轴外部的静止壳体上，位于所述两个偏振片的外侧。本实用新型安装简便，可靠性强，适用于测量汽车转矩。
文档编号G01L3/12GK2837807SQ200520108808
公开日2006年11月15日 申请日期2005年6月7日 优先权日2005年6月7日
发明者周含露, 徐赫阳 申请人:徐赫阳