專利名稱：光電式扭矩傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種力矩測量傳感裝置，特別是用于高精度伺服系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩在線測量。
背景技術(shù)：
英國盧卡斯(Lucas)公司于1992年生產(chǎn)的汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS，Electric Power Steering)專用光電式轉(zhuǎn)矩傳感器，具有電磁兼容性好、抗干擾能力強等特點，該傳感器的結(jié)構(gòu)如


圖1所示，主要由扭桿(6)、光源(4)與光電轉(zhuǎn)換器(1)和(1’)等組成，碼盤(2)和(3)分別固定在殼體上，在每個碼盤上均有沿圓周方向的兩圈導光孔和遮光區(qū)，如圖2a和圖2b所示，二者交替布置，碼盤(2)上的兩圈透光孔相差一個相位角(圖2a)，碼盤(3)上的兩圈透光孔相位相同(圖2b)，來自光源(4)的光線穿過碼盤(3)和碼盤(2)的兩圈透光孔，分別投射到光電轉(zhuǎn)換器(1)和(1’)上。碼盤(2)和(3)上兩圈透光孔的重疊度隨扭桿(6)兩端的相對轉(zhuǎn)角而變化，因而由光電轉(zhuǎn)換器(1)和(1’)轉(zhuǎn)換成的輸出電壓也隨之變化。該傳感器存在如下問題其一，兩個碼盤的安裝精度要求很高，容易形成非單值誤差；其二，扭桿長期使用會產(chǎn)生塑性變形，造成初值誤差；其三，光電轉(zhuǎn)換器固定在扭桿上，其信號線要通過機殼送出，導致扭桿旋轉(zhuǎn)角不能太大(720度以下)，否則會被拉斷；其四，該傳感器的精度約為10％，如此低的精度難以提高電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)系統(tǒng)的控制水平。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、測量精度高的光電式扭矩傳感器，特別是用于高精度伺服系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩在線測量。本實用新型的技術(shù)方案一種光電式扭矩傳感器，主要包括扭桿、光源、導光板、碼盤、光電轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)處理器以及固定連接部件，光源采用一個聚光燈泡或激光器，固定在機殼上，導光板上刻有三個導光孔，置于光源的兩側(cè)，固定在機殼上，碼盤上刻有三圈透光孔，置于導光板的外側(cè)并固定在扭桿兩端，隨扭桿旋轉(zhuǎn)，光電傳感器置于碼盤外側(cè)并固定在機殼上。碼盤的透光孔由內(nèi)到外分別是零位道、內(nèi)道、外道，其中零位道由4個扇形透光孔正交分布，內(nèi)道由480線小扇形透光孔等距均勻分布，外道由920線微扇形透光孔等距均勻分布，三者的初始相位相同。導光板的導光孔由內(nèi)到外分別為零位孔，內(nèi)道孔，外道孔，三者形狀和面積分別與碼盤透光孔對應位置的扇形相同，且三者中心線重合。數(shù)據(jù)處理器采用ECU16bit芯片進行數(shù)字處理，通過軟件分頻技術(shù)提高測量精度，測量精度為0.1％。扭桿旋轉(zhuǎn)圈數(shù)完全不受限制，轉(zhuǎn)矩測量范圍大。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點采用數(shù)字式光電脈沖計數(shù)測量，比采用透光面積測量更容易提高精度，由判斷光強大小變?yōu)橹恍枧袛喙馐袩o，降低了對光電傳感器分辨率的要求，從而降低了成本；其次，通過產(chǎn)生的兩個脈沖的差值來測量，無需精確安裝，降低了安裝成本；再次，本發(fā)明無需利用相位差值，可完全避免長期使用引起扭桿塑性變形所造成的誤差，這是現(xiàn)有技術(shù)所無法避免的，另外，通過軟件分頻可以進一步提高測量精度，并且可根據(jù)測量范圍，選用相應剛度的扭桿(包括軟剛性扭桿和彈簧扭桿)；兩個碼盤固定在扭桿上，隨扭桿旋轉(zhuǎn)，其它裝置全部固定在機殼上，避免了繞線問題，扭桿旋轉(zhuǎn)圈數(shù)不受限制，可用于靜態(tài)扭矩測量和動態(tài)扭矩測量。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1為現(xiàn)有的一種光電式轉(zhuǎn)矩傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2a為
圖1碼盤(2)的結(jié)構(gòu)圖。
圖2b為
圖1碼盤(3)的結(jié)構(gòu)圖。
圖3為碼盤結(jié)構(gòu)示意圖。圖中6.零位道孔，7.內(nèi)道孔，8.外道孔，9.盤體。
圖4為本實用新型總體結(jié)構(gòu)的示意圖。圖中1.輸入軸，2.輸入端花鍵，3.輸入端軸承，4(4’).光電轉(zhuǎn)換器，5(5’).碼盤，6(6’).導光板，7.光源，8.軟剛性扭桿(或彈簧扭桿)，9.殼體，10.輸出軸，11.輸出端花鍵，12.輸出端軸承。
具體實施方式
實施例一種光電式扭矩傳感器(如圖4所示)，輸入軸(1)通過輸入端軸承(2)裝在殼體(9)的一端，輸出軸(10)通過輸出端軸承(12)裝在殼體(9)的另一端，扭桿(8)通過輸入端花鍵(2)和輸出端花鍵(11)分別與輸入軸(1)及輸出軸(10)一端的花鍵槽配合連接，裝在殼體(9)中，光源(7)采用一個聚光燈泡或激光器，固定在殼體(9)上；導光板(6)(6’)刻有三個導光孔，由內(nèi)到外分別為零位孔，內(nèi)道孔，外道孔，三者形狀和面積分別與碼盤透光孔對應位置的扇形相同，且三者中心線重合，導光板置于光源(7)的兩側(cè)，固定在殼體(9)上；碼盤(5)(5’)刻有三圈透光孔，置于導光板(6)(6’)的外側(cè)并固定在扭桿(8)兩端，隨扭桿旋轉(zhuǎn)；光電轉(zhuǎn)換器(4)(4’)置于碼盤(5)(5’)外側(cè)并固定在殼體(9)上。碼盤(5)(5’)的透光孔(如圖3所示)由內(nèi)到外分別是零位道、內(nèi)道、外道，其中零位道由4個扇形透光孔正交分布，內(nèi)道由480線小扇形透光孔等距均勻分布，其單孔寬度為零位孔的1/2，外道由920線微扇形透光孔等距均勻分布，其單孔寬度為內(nèi)道孔的1/2，三者的初始相位相同，本發(fā)明的工作原理分靜態(tài)和動態(tài)兩種工作方式，1.靜態(tài)測量方式時，光源(7)透過導光板(6)(6’)形成三道光束，扭桿(8)輸入端靜止，碼盤(5)靜止，光束透過碼盤(5)照射在光電轉(zhuǎn)換器(4)上形成的脈沖數(shù)為0；輸出端因為扭力產(chǎn)生微小變形，碼盤(5’)有微小轉(zhuǎn)動，光束通過旋轉(zhuǎn)的碼盤(5’)照射在光電轉(zhuǎn)換器(4’)上形成三條脈沖曲線，計算外道脈沖數(shù)，乘以外道分辨率得出碼盤(5)相對于碼盤(5’)旋轉(zhuǎn)的角度，即扭桿輸入端相對輸出端的旋轉(zhuǎn)角度，該角度和扭桿(8)所受扭矩呈線性關(guān)系，通過函數(shù)關(guān)系可以計算出扭矩。2.動態(tài)測量方式時，光源(7)透過導光板(6)(6’)形成三道光束，，碼盤(5)(5’)都隨扭桿(8)旋轉(zhuǎn)，光束透過碼盤(5)(5’)照射在光電轉(zhuǎn)換器(4)(4’)上形成各自的脈沖曲線，但由于扭矩產(chǎn)生扭桿兩端相對轉(zhuǎn)動，造成兩邊的脈沖數(shù)不同，兩個脈沖數(shù)的差值乘以分辨率，得出碼盤(5)相對碼盤(5’)旋轉(zhuǎn)的角度，同理可以計算出扭矩。
權(quán)利要求1.一種光電式扭矩傳感器，輸入軸(1)通過輸入端軸承(2)裝在殼體(9)的一端，輸出軸(10)通過輸出端軸承(12)裝在殼體(9)的另一端，扭桿(8)通過輸入端花鍵(2)和輸出端花鍵(11)分別與輸入軸(1)及輸出軸(10)一端的花鍵槽配合連接，裝在殼體(9)中，光源(7)采用一個聚光燈泡或激光器，固定在殼體(9)上，其特征是，導光板置于光源(7)的兩側(cè)，固定在殼體(9)上，碼盤(5)(5’)刻有三圈透光孔，置于導光板(6)(6’)的外側(cè)并固定在扭桿(8)兩端，光電轉(zhuǎn)換器(4)(4’)置于碼盤(5)(5’)外側(cè)并固定在殼體(9)上。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的光電式扭矩傳感器，其特征是，碼盤(5)(5’)的透光孔由內(nèi)到外分別是零位道、內(nèi)道、外道，其中零位道由4個扇形透光孔正交分布，內(nèi)道由480線小扇形透光孔等距均勻分布，其單孔寬度為零位孔的1/2，外道由920線微扇形透光孔等距均勻分布，其單孔寬度為內(nèi)道孔的1/2，三者的初始相位相同。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的光電式扭矩傳感器，其特征是，導光板(6)(6’)上有3個導光孔，其形狀和面積分別與碼盤透光孔對應位置的扇形相同，且3個導光孔的中心線重合。
專利摘要本實用新型公開了一種結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高的光電式扭矩傳感器，特別是用于高精度伺服系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩在線測量，它包括扭桿、光源、碼盤、導光板、光電傳感器、以及固定連接部件，光源(7)采用聚光燈泡或激光器，固定在殼體(9)上，導光板(6)(6’)置于光源(7)的兩側(cè)，固定在殼體(9)上，碼盤(5)(5’)刻有三圈透光孔，置于導光板(6)(6’)的外側(cè)并固定在扭桿(8)兩端，隨扭桿旋轉(zhuǎn)，光電轉(zhuǎn)換器(4)(4’)置于碼盤(5)(5’)外側(cè)并固定在殼體(9)上，碼盤(5)(5’)的透光孔由內(nèi)到外分別是零位道、內(nèi)道、外道，其中零位道由4個扇形透光孔正交分布，內(nèi)道由480線小扇形透光孔等距均勻分布，其單孔寬度為零位孔的1/2，外道由920線微扇形透光孔等距均勻分布，其單孔寬度為內(nèi)道孔的1/2，三者的初始相位相同。
文檔編號B60P3/00GK2755582SQ20042006822
公開日2006年2月1日 申請日期2004年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月26日
發(fā)明者周云山, 薛殿倫, 李凡, 劉杰 申請人:周云山