基于信号变换的射极耦合放大式数字化应变式扭矩传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及传感器技术领域，具体是指基于信号变换的射极耦合放大式数字化应变式扭矩传感器。
【背景技术】
[0002]现有应变式扭矩传感器技术中，通常采用模拟电路处理应变片输出的电信号，将其转换为成比例的线性模拟量输出信号，如电压、电流或频率脉冲信号。然而，模拟信号在传输时会出现削弱的情况，在很大程度上影响了模拟信号的正常使用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有应变式扭矩传感器的模拟信号在传输时会出现削弱的缺陷，提供一种基于信号变换的射极耦合放大式数字化应变式扭矩传感器。
[0004]本发明的目的通过下述技术方案实现:基于信号变换的射极耦合放大式数字化应变式扭矩传感器，包括齿盘U，光电开关S，定子系统，旋转变压器Tl，旋转变压器T2，以及转子系统；所述光电开关S的一端与齿盘U相连接、另一端则与定子系统相连接，旋转变压器Tl的原边与定子系统相连接、其副边则与转子系统相连接，旋转变压器T2的原边与转子系统相连接、其副边则与定子系统相连接。
[0005]进一步的，所述的定子系统由DC/DC单元，与DC/DC单元相连接的功率放大器P1，与功率放大器Pl相连接的ARM微控制器，分别与ARM微控制器相连接的RS485通信接口、信号转换电路以及转速信号调理单元组成；所述的功率放大器Pl还与旋转变压器Tl的原边相连接，信号转换电路还与旋转变压器T2的副边相连接，转速信号调理单元还与光电开关S相连接。
[0006]所述信号转换电路由三极管VT5，三极管VT6，三极管VT7，正极经二极管D3后与三极管VT5的基极相连接、负极则形成该信号转换电路的输入端的极性电容C6，与极性电容C6相并联的电阻R9，负极与极性电容C6的负极相连接、正极则经二极管D4后与三极管VT6的基极相连接的极性电容C7，与极性电容C7相并联的电阻R10，串接在三极管VT6的基极和发射极之间的电容CS，正极顺次经电阻R14、电阻R15以及电阻Rll后与三极管VT5的发射极相连接、负极则经电阻R13后与三极管VT6的集电极相连接的电容C9，N极与三极管VT7的发射极相连接、P极则与三极管VT5的发射极相连接的二极管D5，以及一端与电阻Rll和电阻R15的连接点相连接、另一端则与三极管VT5的集电极相连接的电阻R12组成；所述三极管VT5的集电极与三极管VT7的基极相连接，其发射极则形成该信号转换电路的输出端；所述三极管VT7的集电极与电阻R15和电阻R14的连接点相连接。
[0007]进一步的，所述转子系统由整流器K，与整流器K相连接的应变电阻电桥，与应变电阻电桥相连接的信号变换单元，以及同时与整流器K和信号变换单元相连接的射极耦合放大单元组成；所述整流器K还与旋转变压器Tl的副边相连接，射极親合放大单元还与旋转变压器T2的原边相连接。
[0008]所述的射极耦合放大单元由三极管VTl，三极管VT2，三极管VT3，三极管VT4，串接在三极管VTl的发射极和三极管VT3的基极之间的电阻R4，负极顺次经电阻R5和电阻R3后与三极管VT2的集电极相连接、正极接地的电容C2，正极与电容C2的正极相连接、负极与三极管VT4的集电极相连接的极性电容C3，一端与三极管VT3的集电极相连接、另一端则经电阻R8后形成该射极耦合放大单元的输出端的电阻R7，一端与三极管VT4的发射极相连接、另一端则与电阻R7和电阻R8的连接点相连接的电阻R6，正极与三极管VT3的发射极相连接、负极则与三极管VT2的发射极相连接的同时接地的极性电容C5，与极性电容C5相并联的电容C4组成；所述三极管VTl的基极与三极管VT2的基极相连接的同时作为该射极耦合放大单元的输入端，其集电极则与三极管VT4的集电极相连接；所述三极管VT4的基极与电阻R3和电阻R5的连接点相连接。
[0009]所述信号变换单元由放大器P2，与非门Al，与非门A2，N极与放大器P2的正极相连接、P极则形成该信号变换单元的输入端的二极管Dl，正极与二极管Dl的P极相连接、负极则经电位器R2后与放大器P2的负极相连接的电容Cl，与电容Cl相并联的电阻Rl，以及N极与放大器P2的负极相连接、P极则经倒相放大器A3后与与非门Al的正极相连接的二极管D2组成；所述电容Cl的负极与电位器R2的控制端相连接；所述与非门A2的负极与放大器P2的输出端相连接，其正极则与与非门Al的输出端相连接，其输出端则与与非门Al的负极相连接的同时形成该信号变换单元的输出端。
[0010]所述的放大器P2为LF356BI型运算放大器。
[0011]本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果:
[0012](I)本发明的RS485通信接口可以直接与外部设备相连接，无需使用二次仪表。
[0013](2)本发明采用ARM微控制器其可以对测量输出的信号进行数字化处理，方便校准、标定及参数调整，同时还可以提高测量数据输出的抗干扰能力及传输距离。
[0014](3)本发明采用信号变换单元，其可以把电压信号变换成频率脉冲信号，当在不同工况时其所变换的脉冲信号的频率不同，从而使其在不同工况下仍然能够保持很好的适用性。
[0015](4)本发明通过射极耦合放大单元对模拟信号进行不失真的放大处理，从而避免模拟信号在输送过程中出现削弱的现像。
[0016](5)本发明信号转换效率高，因此其信号处理时间比传统的应变式扭矩传感器节约 20%o
【附图说明】
[0017]图1为本发明的结构框图。
[0018]图2为本发明的信号变换单元电路结构图。
[0019]图3为本发明的射极耦合放大单元电路结构图。
[0020]图4为本发明的信号转换电路结构图。
【具体实施方式】
[0021]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。
[0022]实施例
[0023]如图1所示，本发明基于信号变换的射极耦合放大式的数字化应变式扭矩传感器，由齿盘U，光电开关S，定子系统，旋转变压器Tl，旋转变压器T2，以及转子系统组成。该齿盘U固定在传感器的转子上，而光电开关S的一端与齿盘U相连接、另一端则与定子系统相连接。同时，旋转变压器Tl的原边与定子系统相连接、其副边则与转子系统相连接，旋转变压器T2的原边与转子系统相连接、其副边则与定子系统相连接。光电开关S配合齿盘U可检测转子旋转的速度，并向定子系统输出相应的频率脉冲信号。
[0024]为了能够更好的对光电开关S输送来的频率脉冲信号进行处理，该定子系统设置有DC/DC单元，与DC/DC单元相连接的功率放大器Pl，与功率放大器Pl相连接的ARM微控制器，分别与ARM微控制器相连接的RS485通信接口、信号转换电路以及转速信号调理单元组成。同时，该功率放大器Pl还与旋转变压器Tl的原边相连接，信号转换电路还与旋转变压器T2的副边相连接，转速信号调理单元还与光电开关S相连接。光电开关S通过齿盘U检测转子旋转速度，并输出相应的频率脉冲信号，该频率脉冲信号经转速信号调理单元后输送给ARM微控制器。
[0025]外部电源通过DC/DC单元后转换为可供定子系统和转子系统使用的电压。ARM微控制器通过其内部的PWM单元产生400Hz脉冲信号，再经过功率放大器Pl放大后驱动旋转变压器Tl，并通过旋转变压器Tl传输给转子系统，由转子系统进行处理。
[0026]为了更好的实施本发明，该转子系统由整流器K，与整流器K相连接的应变电阻电桥，与应变电阻电桥相连接的信号变换单元，以及同时与整流器K和信号变换单元相连接的射极耦合放大单元组成。同时，整流器K还与旋转变压器Tl的副边相连接，射极耦合放大单元还与旋转变压器T2的原边相连接。
[0027]从旋转变压器Tl输送过来的信号经整流器K整流稳压后，可以提供给转子系统工作电源。同时，信号变换单元可以将应变电阻电桥产生的电压信号变换为1KHz的频率脉冲信号。
[0028]该信号变换单元的结构如图2所示，其包括放大器P2，与非门Al，与非门A2，电阻Rl，电位器R2，电容Cl，二极管Dl，二极管D2以及倒相放大器A3。
[0029]其中，二极管D2的N极与放大器P2的负极相连接、其P极则经倒相放大器A3后与与非门Al的正极相连接。与非门A2的负极与放大器P2的输出端相连接，其正极则与与非门Al的输出端相连接，其输出端则与与非门Al的负极相连接的同时形成该信号变换单元的输出端。由此结构二极管D2，倒相放大器A3，放大器P2，与非门Al以及与非门A2则构成一个信号转换器，当电压信号输入进来后，该转换器则把电压信号转换成为频率脉冲信号。
[0030]另外，二极管Dl的N极与放大器P