一种数字力矩检测电路的制作方法

本实用新型属于检测电路技术领域，特别涉及一种数字力矩检测电路。

背景技术：

仪器仪表及工业自动化系统中，普遍需要对温度、压力、速度、角度、密度等各类非电物理量进行测量，这些非电物理量需要先转换成模拟量电信号、才能传输到远距离的集控室内，从而进行采集和监控。然而，现有技术中对执行器的负载进行监控时，多是先输出其他物理量、通过计算间接获得模拟量，尚不能直接输出执行器的实时力矩，无法准确估算特定负载环境下的力矩范围，对负载范围的设定也无法精确量化，因此在实际的监控工作中存在不便。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种数字力矩检测电路。

本实用新型具体技术方案如下：

本实用新型提供了一种数字力矩检测电路，包括电流分量输出电路、电压分量输出电路以及功率信号输出电路，所述电流分量输出电路将施加的电压转换为弱电流信号、作为有功功率计算的电流分量，所述电压分量输出电路将施加的电压转换成弱电流后进一步转换为电压信号、作为有功功率计算的电压分量，所述功率信号输出电路对所述电流分量和所述电压分量进行数字化处理和乘法运算后得到有功功率，并将所述有功功率转换成频率信号后进行输出。

进一步地，所述电流分量输出电路包括电流互感器jn2，所述电流互感器jn2的输出端分别连接相互并联的跨接电阻r7和跨接电阻r14，所述跨接电阻r7和所述跨接电阻r14分别接入所述功率信号输出电路的电流输入通道；所述跨接电阻r7上并联有二极管d1、并通过电容c10并联接地，所述跨接电阻r14上并联有二极管d3、并通过电容c15并联接地。

进一步地，所述电压分量输出电路包括电流型电压互感器u10，所述电流型电压互感器u10的输入端连接三相电，其中引脚1连接phaseu和phasew，引脚2连接phasev，引脚3通过采样电阻r24接入所述功率信号输出电路的电压输入通道，引脚4接地、并连接有与所述采样电阻r24并联的采样电阻r22；所述引脚1与所述引脚2之间并联有限流电阻r23，所述采样电阻r24通过电容c18并联接地。

进一步地，所述功率信号输出电路包括ad芯片，所述ad芯片上设有电流输入通道、电压输入通道、电源通道、标准电压通道、复位通道、校验频率选择通道以及校验频率输出通道，所述电流输入通道连接所述电流分量输出电路的输出端，所述电压输入通道连接所述电压分量输出电路的输出端，所述电源通道接入电源正极、并通过电容c8串联接地；所述复位通道通过电阻r10串联接入电源正极，所述标准电压通道连接有与所述电阻r10并联的电阻r12、并通过电容c13并联接地；所述校验频率选择通道通过电阻r4接入电源正极、并通过电容c17并联接地，所述校验频率输出通道连接有相互串联的电阻r4和二极管d2，所述二极管d2的负极连接频率输出接头，所述二极管d2并联有电容c6和电阻r2，所述电容c6与所述电阻r2之间以及所述校验频率选择通道均通过电阻r1接入电源正极。

进一步地，所述ad芯片上还设有数字/频率转换系数选择通道、电流增益选择通道以及时钟通道，所述数字/频率转换系数选择通道的两个接头分别通过电阻r15和电阻r16接入电源正极、并分别通过电容c14和电容c16并联接地；所述电流增益选择通道的两个接头分别通过电阻r6和电阻r9接入电源正极、并分别通过电阻r11和电阻r13并联接地；所述时钟通道的两个接头分别通过相互并联的电容c5和电容c7并联接地，且两个接头之间连接有滤波器。

本实用新型的有益效果如下：本实用新型提供了一种数字力矩检测电路，电流分量输出电路输出弱电流信号、作为有功功率计算的电流分量，电压分量输出电路产生弱电流后进一步转换成电压信号进行输出、作为有功功率计算的电压分量，功率信号输出电路对上述电流分量和电压分量进行数字化处理和乘法运算后得到有功功率，并将该有功功率转换成频率信号后进行输出。通过上述方法可以在执行器中对引进数字力矩作为负载力矩的测量方案，输出的频率信号可以作为功率仪表检测、校验的测量信号使用，可以准确估算特定负载环境下的力矩范围，对过力矩保护的负载范围设定可以进行精确量化，从而进一步提高执行器的运行可靠性。

附图说明

图1为实施例所述的数字力矩检测电路的结构示意图；

图2为实施例所述的数字力矩检测电路中电流分量输出电路的电路结构图；

图3为实施例所述的数字力矩检测电路中电压分量输出电路的电路结构图；

图4为实施例所述的数字力矩检测电路中功率信号输出电路的电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图和以下实施例对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，本实用新型实施例1提供了一种数字力矩检测电路，包括电流分量输出电路1、电压分量输出电路2以及功率信号输出电路3，电流分量输出电路1将施加的电压转换为弱电流信号、作为有功功率计算的电流分量，电压分量输出电路2将施加的电压转换成弱电流后进一步转换为电压信号、作为有功功率计算的电压分量，功率信号输出电路3对电流分量和电压分量进行数字化处理和乘法运算后得到有功功率，并将有功功率转换成频率信号后进行输出。

如图2所示，电流分量输出电路1包括电流互感器jn2，电流互感器jn2的输出端分别连接相互并联的跨接电阻r7和跨接电阻r14，跨接电阻r7和跨接电阻r14分别接入功率信号输出电路3的电流输入通道；跨接电阻r7上并联有二极管d1(选用1n4148型号)、并通过电容c10(0.1u/16v)并联接地，跨接电阻r14上并联有二极管d3(选用1n4148型号)、并通过电容c15(0.1u/16v)并联接地。

如图3所示，电压分量输出电路2包括电流型电压互感器u10，电流型电压互感器u10的输入端连接三相电，其中引脚1连接phaseu和phasew，引脚2连接phasev，引脚3通过采样电阻r24(2kω)接入功率信号输出电路3的电压输入通道，引脚4接地、并连接有与采样电阻r24并联的采样电阻r22(2kω)；引脚1与引脚2之间并联有限流电阻r23(1kω)，采样电阻r24通过电容c18(10u/16v)并联接地。

如图4所示，功率信号输出电路功率信号输出电路3包括ad芯片(本实施例中具体选用ad7755型号)，ad芯片上设有电流输入通道(v1p、v1n引脚)、电压输入通道(v2n、v2p引脚)、电源通道(dvdd、ac/dc、avdd引脚)、标准电压通道(refin/out引脚)、复位通道(reset引脚)、校验频率选择通道(scf引脚)以及校验频率输出通道(cf引脚)，v1p引脚和v1n引脚分别连接电阻r7和r14，v2p引脚接入采样电阻r22和r24的连接处，v2n引脚连接有电阻r8(1kω)、并通过电容c11(0.1u/16v)并联接地；dvdd、ac/dc、avdd引脚相互并联接入电源正极，并通过电容c8(0.1u/16v)串联接地；reset引脚通过电阻r10(2kω)串联接入电源正极，refin/out引脚连接有与电阻r10并联的电阻r12(2kω)、并通过电容c13(0.1u/16v)并联接地；scf引脚通过电阻r19(1kω)接入电源正极、并通过电容c17(10u/16v)并联接地，cf引脚连接有相互串联的电阻r4(10kω)和二极管d2(选用1n4148型号)，二极管d2的负极连接频率输出接头(pic-lj-input)，二极管d2并联有电容c6(10u/16v)和电阻r2(10kω)，电容c6与电阻r2之间以及scf引脚均通过电阻r1(10kω)接入电源正极。

ad芯片上还设有数字/频率转换系数选择通道(s1、s0引脚)、电流增益选择通道(g1、g0引脚)以及时钟通道(clkin、clkout引脚)，s1引脚和s0引脚分别通过电阻r15(1kω)和电阻r16(1kω)接入电源正极、并分别通过电容c14(10u/16v)和电容c16(10u/16v)并联接地；g1引脚和g0引脚分别通过电阻r6(1kω)和电阻r9(1kω)接入电源正极、并分别通过电阻r11(1kω)和电阻r13(1kω)并联接地；clkin引脚和clkout引脚分别通过相互并联的电容c5(22p/16v)和电容c7(22p/16v)并联接地，且两个接头之间连接有滤波器。

本电路在工作时，首先将三相/两相电中的一相穿过电流互感器jn2的中心孔，用来感应流过导线的电流，导线中的电流以1000:1的比例感应到电流互感器的次级线圈，次级线圈输出感应电流作为有功功率计算的电流分量部分，并输入到ad芯片u3的v1p和v1n引脚(电流传感器的模拟输入端)；另一方面，电流型电压互感器u10的输入端(引脚1和2)接入三相电，通过限流电阻r23将初级线圈(即眼角1和引脚2之间的线圈)的电流限制在ma级、从而将电压信号转换为弱电流信号，并通过次级线圈(即引脚3和4之间的线圈)将弱电流信号输出，该弱电流信号经过采样电阻r22和r24转换为电压信号，作为有功功率计算的电压分量部分，并输入到ad芯片u3的v2p和v2n引脚(电压传感器的模拟输入端)。u3中的两个adc(模拟数字转换器)分别将输入的交流电流和交流电压采样的电压信号由模拟信号转换呈数字信号；数字化后的电压信号和电流信号相乘后得到负载瞬时，经过低通滤波等处理后得到有功功率，再转换成频率信号输出到u3的cf引脚。输出的频率信号可以作为功率仪表检测、校验的测量信号使用。

该方法可以在执行器中对引进数字力矩作为负载力矩的测量方案，可以准确估算特定负载环境下的力矩范围，对过力矩保护的负载范围设定可以进行精确量化，从而进一步提高执行器的运行可靠性。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。