一种基于频率转换的应变式扭矩传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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】
[0004]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。
[0005]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TH’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Ul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Ul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Ul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Ul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。
[0006]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。
[0007]所述的前端输入电路包括电阻R1，电阻R2，电感LI，电感L2，二极管D1，二极管D2，二极管D3以及电容Cl ;所述二极管Dl的P极接地、N极则经极性电容Cl后与二极管D2的N极相连接，电阻Rl的一端与二极管Dl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Dl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Dl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LI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。
[0008]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VTl的发射极相连接、负极则与三极管VTl的基极相连接的极性电容C2，一端与三极管VTl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Ql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VTl的集电极相连接，所述三极管VTl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。
[0009]所述的信号放大电路由放大器P1，三极管VT3，三极管VT4，正极经电阻R7后与三极管VTl的基极相连接、负极则与放大器Pl的正极相连接的极性电容C4，正极经电阻R8后与放大器Pl的负极相连接、负极则经电阻R6后与三极管VT2的基极相连接的极性电容C3，正极与极性电容C3的负极相连接、负极与转换电路相连接的电极电容C5，一端与三极管VT4的发射极相连接、另一端与放大器Pl的负极相连接的电阻R9，一端与三极管VT4的基极相连接、另一端与三极管VTl的基极相连接的电阻R10，以及N极与三极管VTl的基极相连接、P极接地的稳压二极管D4组成；所述三极管VT3的基极与三极管VT2的集电极相连接、其发射极与极性电容C3的负极相连接、集电极与三极管VTl的基极相连接，所述三极管VT4的集电极和放大器Pl的输出端分别与转换电路相连接。
[0010]所述的转换电路由转换芯片U，场效应管Q2，三极管VT5，三极管VT6，或非门A，P极与或非门A的负极相连接、N极与转换芯片U的IN+管脚相连接的二极管D5，N极与场效应管Q2的漏极相连接、P极则经电阻R12后与转换芯片U的OUT管脚相连接的二极管D6，一端与三极管VT5的基极相连接、另一端则与场效应管Q2的源极相连接的电阻Rll组成；所述或非门A的正极与三极管VT4的集电极相连接、输出端则与三极管VT5的发射极相连接，所述转换芯片U的IN+管脚与放大器Pl的输出端相连接、其IN-管脚则与极性电容C5的负极相连接、GND管脚接地、OUT管脚还与场效应管Q2的栅极相连接、VCC管脚接15V电压，所述三极管VT5的基极与或非门A的输出端相连接、集电极与三极管VT6的基极相连接，三极管VT6的集电极与三极管VT5的发射极相连接、其发射极则与二极管D6的P极相连接。
[0011]所述的转换芯片U为LM393型集成芯片，而处理芯片Ul为MAX630集成芯片。
[0012]本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果:
(I)本发明可以对信号频率进行转换，把波动大的信号抑制在一定的频率范围，从而可以提高应变式扭矩传感器的测量精度。
[0013](2)本发明结构简单，操作简便，适于推广。
【附图说明】
[0014]图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的信号锁相处理系统电路结构示意图；
图3为本发明的频率转换模块结构示意图。
[0015]以上附图中的附图标记名称为:
I一扭力轴，2—应变片，3—集流环，4一振荡器，5—信号锁相处理系统，6—显示仪，7-频率转换模块，51—前端输入电路，52—锁相电路，53—信号放大电路，54—转换电路。
【具体实施方式】
[0016]下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式并不限于此。
实施例
[0017]如图1所示，本发明主要由安装在被测设备转轴上且作为机械转换元件的扭力轴1，显示仪6，与显示仪6相连接的信号锁相处理系统5，设置在扭力轴I上的集流环3，粘贴在扭力轴I上且与集流环3相连接的应变片2，与集流环3相连接的振荡器4 ;为了实现本发明的目的，本发明在集流环3与信号锁相处理系统5之间还设置有频率转换模块7。
[0018]当被测设备转动时，扭力轴I则被带动，再通过应变片2的变形来测量扭力轴I的扭矩信号，并把信号输送给集流环3。集流环3的作用是将应变片2的引线从旋转着的扭力轴I上引出，即应变片2所采集到的扭矩信号由集流环3传输给振荡器4和频率转换模块7 ;显示仪6用于显示被测设备的扭矩值。而信号锁相处理系统5用于对扭矩信号进行相位处理，而频率转换模块7则用于对扭矩信号的频率进行转换，使信号频率更加稳定。
[0019]其中，显示仪6、扭力轴1、应变片2、集流环3以及振荡器4均采用现有的技术即可实现。
[0020]如图2所示，该信号锁相处理系统5由前端输入电路51，与前端输入电路51相连接的锁相电路52，与锁相电路52相连接的信号放大电路53，与信号放大电路53相连接的转换电路54组成。
[0021]所述的前端输入电路51包括电阻R1，电阻R2，电感LI，电感L2，二极管D1，二极管D2，二极管D3以及电容Cl。连接时，所述二极管Dl的P极接地、N极则经极性电容Cl后与二极管D2的N极相连接，电阻Rl的一端与二极管Dl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Dl的N极相连接、另一端则与锁相电路52相连接，电感L2的一端经电阻R2后与二极管Dl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LI后作为电路的另一输入极、P极与锁相电路52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52相连接的同时接地。
[0022]锁相电路52可以对扭矩信号进行相位处理，处理后的相位更加稳定，其由场效应管Ql，三极管VTl，三极管VT2，正极经电阻R3后与三极管VTl的发射极相连接、负极则与三极管VTl的基极相连接的极性电容C2，一端与三极管VTl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53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Ql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VTl的集电极相连接，所述三极管VTl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53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53相连接、其发射极接地。
[0023]信号放大电路53由放大器P