專(zhuān)利名稱(chēng)：轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，該轉(zhuǎn) 矩轉(zhuǎn)速傳感器能夠經(jīng)由現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)向外界傳輸數(shù)字測(cè)量信號(hào)。
背景技術(shù)：
目前，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器在電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、風(fēng)機(jī)、攪拌機(jī)、巻 揚(yáng)機(jī)、鉆探機(jī)械等眾多的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力測(cè)試系統(tǒng)中及數(shù)控機(jī)械加工中心、自動(dòng)機(jī) 床等機(jī)電一體化設(shè)備中已獲得廣泛的應(yīng)用。
在現(xiàn)有技術(shù)中，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器由測(cè)量轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩傳感器和測(cè)量轉(zhuǎn)速的 轉(zhuǎn)速傳感器兩部分組成。轉(zhuǎn)矩傳感器通常以電阻應(yīng)變片為敏感元件，在轉(zhuǎn)軸 或與轉(zhuǎn)軸串接的彈性軸上安裝四片精密電阻應(yīng)變片，并把它們連接成惠思頓 電橋。軸的變形會(huì)引起應(yīng)變片的阻值發(fā)生變化，電橋輸出信號(hào)與轉(zhuǎn)矩成比例， 并采用導(dǎo)電滑環(huán)來(lái)耦合電源輸入及應(yīng)變信號(hào)輸出。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速傳感器有采用 齒輪的方式測(cè)量轉(zhuǎn)速的，也有采用在旋轉(zhuǎn)軸上安裝加工有柵槽的齒盤(pán)，通過(guò) 發(fā)光晶體管產(chǎn)生光源以及光敏電阻接收光信號(hào)來(lái)輸出脈沖式電壓或者電流脈 沖信號(hào)測(cè)量轉(zhuǎn)速的。
現(xiàn)有技術(shù)的缺陷是無(wú)論是轉(zhuǎn)矩傳感器還是轉(zhuǎn)速傳感器，其輸出信號(hào)均 為模擬信號(hào)，而隨著用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)集成化程度的要求不斷提高，模擬信號(hào)的輸 出已經(jīng)不能滿(mǎn)足測(cè)量電路設(shè)計(jì)的需求。而且，隨著大規(guī)模集成電路以及自動(dòng) 控制技術(shù)的不斷發(fā)展，將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器獲取的測(cè)量信號(hào)通過(guò)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) 進(jìn)行傳輸已經(jīng)成為迫切需求
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器， 以實(shí)現(xiàn)經(jīng)由現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)向外界傳輸數(shù)字測(cè)量數(shù)據(jù)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，包括
轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器以及信號(hào)處理器，所述信號(hào)處理器與所述轉(zhuǎn)矩 傳感器和所述轉(zhuǎn)速傳感器連接，所述信號(hào)處理器將所述轉(zhuǎn)矩傳感器和所述轉(zhuǎn) 速傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并經(jīng)由現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)輸出。
由上述技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型通過(guò)信號(hào)處理器能夠?qū)⑥D(zhuǎn)矩傳感器和 轉(zhuǎn)速傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成適用于經(jīng)由現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)傳輸?shù)臄?shù)字轉(zhuǎn)矩信號(hào) 和數(shù)字轉(zhuǎn)速信號(hào)并傳輸，滿(mǎn)足了用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)集成化程度的要求不斷提高以及 能夠通過(guò)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)接口傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)的技術(shù)需求。
下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1為本實(shí)用新型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖2為本實(shí)用新型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖3為本實(shí)用新型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器第二實(shí)施例轉(zhuǎn)矩傳感器的結(jié)構(gòu)圖4為本實(shí)用新型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖5為本實(shí)用新型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器第三實(shí)施例信號(hào)預(yù)處理單元的輸入波
形圖6為本實(shí)用新型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器第三實(shí)施例信號(hào)預(yù)處理單元的輸出波 形圖。
具體實(shí)施方式
圖1為本實(shí)用新型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。如圖l所示， 該轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器包括轉(zhuǎn)矩傳感器l、轉(zhuǎn)速傳感器2以及信號(hào)處理器3。 具體地，轉(zhuǎn)矩傳感器1用于測(cè)量轉(zhuǎn)矩，并輸出與轉(zhuǎn)矩成數(shù)學(xué)關(guān)系的轉(zhuǎn)矩頻率信號(hào)。轉(zhuǎn)速傳感器2用于測(cè)量轉(zhuǎn)速，并輸出與轉(zhuǎn)速成數(shù)學(xué)關(guān)系的轉(zhuǎn)速頻 率信號(hào)。該數(shù)學(xué)關(guān)系可以為具有一定斜率的線(xiàn)性關(guān)系，也可以為先在某段時(shí) 間內(nèi)具有一定斜率，再轉(zhuǎn)變?yōu)樾甭蕿榱愕木€(xiàn)性關(guān)系，同樣也可以為非線(xiàn)性關(guān) 系，依據(jù)測(cè)量需求，該數(shù)學(xué)關(guān)系可以自行選擇。信號(hào)處理器3與轉(zhuǎn)矩傳感器 1和轉(zhuǎn)速傳感器2連接，用于對(duì)轉(zhuǎn)矩頻率信號(hào)和轉(zhuǎn)速頻率信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理， 獲取轉(zhuǎn)矩參數(shù)和轉(zhuǎn)速參數(shù)，輸出與轉(zhuǎn)矩參數(shù)對(duì)應(yīng)的;f莫擬轉(zhuǎn)矩信號(hào)、與轉(zhuǎn)速參 數(shù)對(duì)應(yīng)的模擬轉(zhuǎn)速信號(hào)，并將模擬轉(zhuǎn)矩信號(hào)和模擬轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字轉(zhuǎn)矩 信號(hào)和數(shù)字轉(zhuǎn)速信號(hào)并經(jīng)由現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)輸出。
本實(shí)施例轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器通過(guò)信號(hào)處理器對(duì)轉(zhuǎn)矩傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器測(cè) 得的轉(zhuǎn)矩頻率信號(hào)和轉(zhuǎn)速頻率信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，從而獲取相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩參數(shù) 和轉(zhuǎn)速參數(shù)。同時(shí)，將^t擬轉(zhuǎn)矩信號(hào)和模擬轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成適用于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) 接口傳輸?shù)臄?shù)字轉(zhuǎn)矩信號(hào)和數(shù)字轉(zhuǎn)速信號(hào)并經(jīng)由現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)輸出。該轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速 傳感器的輸出信號(hào)包括模擬轉(zhuǎn)矩信號(hào)、模擬轉(zhuǎn)速信號(hào)、數(shù)字轉(zhuǎn)矩信號(hào)以及數(shù) 字轉(zhuǎn)速信號(hào)，因此，該轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器能夠滿(mǎn)足不同用戶(hù)對(duì)測(cè)量結(jié)果的需求， 同時(shí)兼容傳統(tǒng)產(chǎn)品的信號(hào)接口 ，滿(mǎn)足了用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)集成化程度的要求不斷提 高以及能夠通過(guò)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)接口傳輸數(shù)字測(cè)量數(shù)據(jù)的技術(shù)需求。
圖2為本實(shí)用新型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。如圖2所示， 該轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器包括轉(zhuǎn)矩傳感器l、轉(zhuǎn)速傳感器2以及信號(hào)處理器3。轉(zhuǎn) 矩傳感器1能夠測(cè)量轉(zhuǎn)矩，并輸出與轉(zhuǎn)矩成數(shù)學(xué)關(guān)系的轉(zhuǎn)矩頻率信號(hào)。轉(zhuǎn)速 傳感器2能夠測(cè)量轉(zhuǎn)速，并輸出與轉(zhuǎn)速成數(shù)學(xué)關(guān)系的轉(zhuǎn)速頻率信號(hào)。該數(shù)學(xué) 關(guān)系可以為具有一定斜率的線(xiàn)性關(guān)系，也可以為先在某段時(shí)間內(nèi)具有一定斜 率，再轉(zhuǎn)變?yōu)樾甭蕿榱愕木€(xiàn)性關(guān)系，同樣也可以為非線(xiàn)性關(guān)系，依據(jù)測(cè)量需 求，該數(shù)學(xué)關(guān)系可以自行選擇。信號(hào)處理器3與轉(zhuǎn)矩傳感器1和轉(zhuǎn)速傳感器 2連接，對(duì)轉(zhuǎn)矩頻率信號(hào)和轉(zhuǎn)速頻率信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，獲取轉(zhuǎn)矩參數(shù)和轉(zhuǎn) 速參數(shù)，輸出與轉(zhuǎn)矩參數(shù)對(duì)應(yīng)的模擬轉(zhuǎn)矩信號(hào)、與轉(zhuǎn)速參數(shù)對(duì)應(yīng)的模擬轉(zhuǎn)速 信號(hào)，并將模擬轉(zhuǎn)矩信號(hào)和模擬轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成能夠用于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)接口傳輸?shù)臄?shù)字轉(zhuǎn)矩信號(hào)和數(shù)字轉(zhuǎn)速信號(hào)并輸出。
轉(zhuǎn)矩傳感器l可以包括能源部件IO和功能部件11。功能部件ll用于 測(cè)量轉(zhuǎn)矩并輸出與轉(zhuǎn)矩成數(shù)學(xué)關(guān)系的轉(zhuǎn)矩頻率信號(hào)；能源部件IO為該功能部 件11提供電源。進(jìn)一步地，該能源部件IO可以包括輸入能源耦合器100 和穩(wěn)壓器101。該功能部件11可以包括應(yīng)變橋110、放大器111、電壓頻 率轉(zhuǎn)換器112以及輸出信號(hào)耦合器113。
圖3為本實(shí)用新型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器第二實(shí)施例轉(zhuǎn)矩傳感器的結(jié)構(gòu)圖。如 圖3所示，轉(zhuǎn)矩參數(shù)的測(cè)量是采用應(yīng)變電測(cè)原理。應(yīng)變軸12感應(yīng)因扭力而產(chǎn) 生的機(jī)械變形，該變形與轉(zhuǎn)矩的變化相關(guān)；輸入能源耦合器100將外部提供 的電源耦合到應(yīng)變軸12上，向位于應(yīng)變軸12上的電子器件提供電源。能源 的無(wú)接觸耦合方式解決了旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下測(cè)量轉(zhuǎn)矩參數(shù)的能源提供問(wèn)題。穩(wěn)壓器 101與輸入能源耦合器100連接，將耦合得到的電源轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定電壓并提供 給功能部件11中的應(yīng)變橋110、放大器111、電壓頻率轉(zhuǎn)換器112以及輸出 信號(hào)耦合器113。通過(guò)該穩(wěn)壓器101能夠保證給功能部件11提供的電壓為穩(wěn) 定值。應(yīng)變橋110設(shè)置于應(yīng)變軸12上，該應(yīng)變橋110由具有相同應(yīng)變特性的 應(yīng)變計(jì)組成測(cè)量電橋，當(dāng)應(yīng)變軸12受到扭力影響而產(chǎn)生微小的機(jī)械變形后， 應(yīng)變橋110的應(yīng)變計(jì)阻值就會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，進(jìn)而影響到其上的電壓發(fā)生變 化，從而將應(yīng)變軸12的變形轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。放大器111在穩(wěn)壓器 101提供的穩(wěn)定電壓下將應(yīng)變橋110中測(cè)得的電壓信號(hào)進(jìn)行放大處理。在經(jīng) 過(guò)放大器111的放大處理后，電壓頻率轉(zhuǎn)換器112就在穩(wěn)壓器101提供的穩(wěn) 定電壓下將放大處理后的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)矩頻率信號(hào)。輸出信號(hào)耦合器113 在穩(wěn)壓器101提供的穩(wěn)定電壓下將電壓頻率轉(zhuǎn)換器112中獲取的轉(zhuǎn)矩頻率信 號(hào)耦合輸出。信號(hào)的無(wú)接觸耦合方式解決了旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下轉(zhuǎn)矩參數(shù)的測(cè)量問(wèn)題。
本實(shí)施例的轉(zhuǎn)矩傳感器通過(guò)應(yīng)變橋測(cè)量轉(zhuǎn)矩，獲取與轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的電壓信 號(hào)，并通過(guò)電壓頻率轉(zhuǎn)換器將該電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，進(jìn)而獲取轉(zhuǎn)矩頻 率信號(hào)以供后續(xù)處理，同時(shí)能源的輸入以及信號(hào)的輸出均采用無(wú)接觸耦合方式，因此解決了旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下轉(zhuǎn)矩參數(shù)的測(cè)量問(wèn)題。
進(jìn)一步地，如圖2所示，轉(zhuǎn)速傳感器2包括碼盤(pán)20以及光電開(kāi)關(guān)21。 光電開(kāi)關(guān)21根據(jù)碼盤(pán)20的透光脈沖輸出轉(zhuǎn)速頻率信號(hào)。在實(shí)際應(yīng)用中，轉(zhuǎn) 速傳感器2的碼盤(pán)20上可以設(shè)置60條齒縫，光電開(kāi)關(guān)21可以是一只由發(fā)光 二極管及光敏三極管組成的槽型光電開(kāi)關(guān)架，碼盤(pán)20的每一個(gè)齒在將發(fā)光二 極管的光線(xiàn)遮擋住時(shí)，光敏三極管就輸出一個(gè)高電平，當(dāng)光線(xiàn)通過(guò)齒縫射到 光敏管的窗口時(shí)，光敏三極管就輸出一個(gè)低電平，碼盤(pán)20每轉(zhuǎn)一圈就可得到 60個(gè)脈沖，該脈沖就為與轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速頻率信號(hào)。因此，在信號(hào)處理器3 中即可根據(jù)該轉(zhuǎn)速頻率信號(hào)計(jì)算出轉(zhuǎn)速參數(shù)，即在使用具有60個(gè)齒的碼盤(pán)的 情況下脈沖數(shù)恰好等于每分鐘的轉(zhuǎn)速參數(shù)。
需要說(shuō)明是，本實(shí)施例僅給出了在碼盤(pán)上設(shè)置60條齒縫的結(jié)構(gòu)，在實(shí)際 應(yīng)用中可以根據(jù)被測(cè)目標(biāo)的轉(zhuǎn)速以及碼盤(pán)的尺寸設(shè)計(jì)不同數(shù)量的齒縫以滿(mǎn)足 不同測(cè)量需求，而且該齒縫也可以被諸如透光孔之類(lèi)的結(jié)構(gòu)替代，只要能夠 讓光電開(kāi)關(guān)感應(yīng)到透光脈沖即可。
信號(hào)處理器3將轉(zhuǎn)矩傳感器1中的輸出信號(hào)耦合器113中輸出的轉(zhuǎn)矩頻 率信號(hào)以及轉(zhuǎn)速傳感器2中的光電開(kāi)關(guān)21輸出的轉(zhuǎn)速頻率信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處 理，獲取轉(zhuǎn)矩參數(shù)和轉(zhuǎn)速參數(shù)，然后輸出與轉(zhuǎn)矩參數(shù)對(duì)應(yīng)的模擬轉(zhuǎn)矩信號(hào)、 與轉(zhuǎn)速參數(shù)對(duì)應(yīng)的模擬轉(zhuǎn)速信號(hào)，而且還通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)輸出可用于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) 傳輸?shù)臄?shù)字轉(zhuǎn)矩信號(hào)和數(shù)字轉(zhuǎn)速信號(hào)。
本實(shí)施例轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器通過(guò)轉(zhuǎn)矩傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器獲取轉(zhuǎn)矩頻率信 號(hào)和轉(zhuǎn)速頻率信號(hào)，信號(hào)處理器對(duì)該轉(zhuǎn)矩頻率信號(hào)和轉(zhuǎn)速頻率信號(hào)進(jìn)行信號(hào) 處理，從而獲取相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩參數(shù)和轉(zhuǎn)速參數(shù)。同時(shí)，信號(hào)處理器將模擬轉(zhuǎn)矩 信號(hào)和模擬轉(zhuǎn)速信號(hào)按照現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的接口協(xié)議轉(zhuǎn)換成適用于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)傳輸?shù)?br> 數(shù)字轉(zhuǎn)矩信號(hào)和數(shù)字轉(zhuǎn)速信號(hào)。因此，該轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器能夠滿(mǎn)足不同用戶(hù) 對(duì)測(cè)量結(jié)果的需求，同時(shí)兼容傳統(tǒng)產(chǎn)品的信號(hào)接口，滿(mǎn)足了用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)集成 化程度的要求不斷提高以及能夠通過(guò)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)接口傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)的技術(shù)需求。
圖4為本實(shí)用新型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。如圖4所示， 在本實(shí)施例中，轉(zhuǎn)矩傳感器1和轉(zhuǎn)速傳感器2與本實(shí)用新型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器 第二實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)相同，在本實(shí)施例中，信號(hào)處理器3可以包括信號(hào)預(yù) 處理模塊30、高速測(cè)量模塊31、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)模塊32以及供電模塊33。
具體地，信號(hào)預(yù)處理模塊30與轉(zhuǎn)矩傳感器1的輸出信號(hào)耦合器113以及 轉(zhuǎn)速傳感器2的光電開(kāi)關(guān)21連接，對(duì)輸出信號(hào)耦合器113輸出的轉(zhuǎn)矩頻率信 號(hào)和光電開(kāi)關(guān)21輸出的轉(zhuǎn)速頻率信號(hào)進(jìn)行整形和濾波處理。該信號(hào)預(yù)處理才莫 塊30可以進(jìn)一步包括整形單元300和濾波單元301。整形單元300與轉(zhuǎn)矩 傳感器1和轉(zhuǎn)速傳感器2連接，能夠?qū)D(zhuǎn)矩模擬信號(hào)和轉(zhuǎn)速模擬信號(hào)進(jìn)行整 形放大處理，具體地，整形單元300與轉(zhuǎn)矩傳感器1的輸出信號(hào)耦合器113 以及轉(zhuǎn)速傳感器2的光電開(kāi)關(guān)21連接，對(duì)輸出信號(hào)耦合器113輸出的轉(zhuǎn)矩頻 率信號(hào)和光電開(kāi)關(guān)21輸出的轉(zhuǎn)速頻率信號(hào)進(jìn)行整形處理。濾波單元301與整 形單元300連接，能夠?qū)φ翁幚砗蟮霓D(zhuǎn)矩模擬信號(hào)和轉(zhuǎn)速模擬信號(hào)進(jìn)行高 頻濾波處理。具體地，濾波單元301能夠?qū)φ翁幚砗蟮霓D(zhuǎn)矩頻率信號(hào)和轉(zhuǎn) 速頻率信號(hào)進(jìn)行高頻濾波處理，電路采用了電壓比較器的方式，通過(guò)電阻分 壓和設(shè)定用于信號(hào)比較的門(mén)限電壓，濾除信號(hào)里疊加的高頻干擾和毛刺，使 得后期處理的轉(zhuǎn)矩頻率信號(hào)和轉(zhuǎn)速頻率信號(hào)較為純凈。圖5為本實(shí)用新型轉(zhuǎn) 矩轉(zhuǎn)速傳感器第三實(shí)施例信號(hào)預(yù)處理單元的輸入波形圖；圖6為本實(shí)用新型 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器第三實(shí)施例信號(hào)預(yù)處理單元的輸出波形圖。通過(guò)比較可知， 經(jīng)過(guò)整形濾波后的波形為標(biāo)準(zhǔn)的脈沖波形，提高了后期頻率的測(cè)量以及轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速參數(shù)計(jì)算的準(zhǔn)確性。
高速測(cè)量模塊31與信號(hào)預(yù)處理模塊30連接，采用多周期同步計(jì)數(shù)法對(duì) 整形濾波處理后的模擬轉(zhuǎn)矩信號(hào)和模擬轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行頻率測(cè)量，獲取模擬轉(zhuǎn) 矩信號(hào)頻率和模擬轉(zhuǎn)速信號(hào)頻率，并根據(jù)模擬轉(zhuǎn)矩信號(hào)頻率和^莫擬轉(zhuǎn)速信號(hào) 頻率計(jì)算轉(zhuǎn)矩參數(shù)和轉(zhuǎn)速參數(shù)。此處采用多周期同步計(jì)數(shù)法能夠獲取較高精度的測(cè)量結(jié)果，比傳統(tǒng)的"測(cè)頻法"和"測(cè)周法"的精度高。在具體實(shí)現(xiàn)的
過(guò)程中，電路i殳計(jì)可以采用嵌入式32位CPU完成對(duì)信號(hào)的參數(shù)測(cè)量和數(shù)據(jù) 處理，由于被測(cè)量的模擬轉(zhuǎn)矩信號(hào)和模擬轉(zhuǎn)速信號(hào)均為頻率信號(hào)，對(duì)電路的 要求是必須能準(zhǔn)確的測(cè)量信號(hào)的時(shí)間周期，采用的32位CPU具有較高的工 作時(shí)鐘頻率，除具有數(shù)據(jù)處理、運(yùn)算速度快的特點(diǎn)外，可以形成高精度時(shí)鐘 對(duì)頻率信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，32位CPU具有豐富的定時(shí)器資源以及對(duì)外部信號(hào)捕獲 計(jì)數(shù)的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列(PCA)模塊，測(cè)量電路的設(shè)計(jì)可以充分利 用這些硬件資源，從而實(shí)現(xiàn)快速、高精度、寬范圍的頻率信號(hào)測(cè)量。
現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)接口模塊32與高速測(cè)量模塊31連接，將模擬轉(zhuǎn)矩信號(hào)和模擬 轉(zhuǎn)速信號(hào)按照現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換成數(shù)字轉(zhuǎn)矩信號(hào)和數(shù)字轉(zhuǎn)速信號(hào)。該現(xiàn)場(chǎng)總 線(xiàn)接口模塊32能夠按照標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議將測(cè)得的模擬轉(zhuǎn)矩信號(hào)和模擬 轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字轉(zhuǎn)矩信號(hào)和數(shù)字轉(zhuǎn)速信號(hào)，因此能夠提供符合現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) 傳輸?shù)囊蟮臄?shù)字轉(zhuǎn)矩信號(hào)和數(shù)字轉(zhuǎn)速信號(hào)，滿(mǎn)足了大規(guī)模集成電路的需求。 在具體實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，該現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)可以使用RS232、 RS485等標(biāo)準(zhǔn)接口。
供電模塊33為信號(hào)預(yù)處理模塊30、高速測(cè)量模塊31以及現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)接口 模塊32提供電源。
該信號(hào)處理器3還可以包括模擬輸出接口模塊34,該模擬輸出接口模塊 34與供電模塊33和高速測(cè)量模塊連接，將整形濾波處理后的模擬轉(zhuǎn)矩信號(hào)
和^:莫擬轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)矩的標(biāo)準(zhǔn)方波頻率信號(hào)和轉(zhuǎn)速的標(biāo)準(zhǔn)方波頻率信號(hào)
并輸出。該模擬輸出接口模塊34能夠兼容現(xiàn)有產(chǎn)品的信號(hào)接口，能夠?qū)⒛M 轉(zhuǎn)矩信號(hào)和才莫擬轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL電平標(biāo)準(zhǔn)的方波頻率信號(hào)，因此能夠滿(mǎn) 足用戶(hù)需要使用模擬轉(zhuǎn)矩信號(hào)和模擬轉(zhuǎn)速信號(hào)的需求。
進(jìn)一步地，該信號(hào)處理器3還可以包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊35,該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模 塊35與供電模塊33和高速測(cè)量模塊31連接，保存獲取轉(zhuǎn)矩參數(shù)和轉(zhuǎn)速參數(shù) 所需的數(shù)據(jù)以及測(cè)量參數(shù)。在高速測(cè)量模塊31進(jìn)行頻率測(cè)量的過(guò)程中，該數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)模塊35能夠存儲(chǔ)為測(cè)量所必需的測(cè)量參數(shù)以完成測(cè)量操作，同時(shí)，該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)才莫塊35還能夠保存計(jì)算獲取的轉(zhuǎn)矩參數(shù)和轉(zhuǎn)速參數(shù)。在具體實(shí)現(xiàn)過(guò) 程中，該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊35可以釆用EEPROM器件完成必要的數(shù)據(jù)保存，這 種器件具有壽命長(zhǎng)，掉電不丟失數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。
本實(shí)施例轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器通過(guò)信號(hào)處理器能夠?qū)υ撧D(zhuǎn)矩頻率信號(hào)和轉(zhuǎn)速 頻率信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，從而獲取相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩參數(shù)和轉(zhuǎn)速參數(shù)。同時(shí)，還能
夠通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)將模擬轉(zhuǎn)矩信號(hào)和模擬轉(zhuǎn)速信號(hào)按照現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的接口協(xié)議轉(zhuǎn) 換成適用于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)傳輸?shù)臄?shù)字轉(zhuǎn)矩信號(hào)和數(shù)字轉(zhuǎn)速信號(hào)，滿(mǎn)足了用戶(hù)對(duì)系 統(tǒng)集成化程度的要求不斷提高以及能夠通過(guò)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)的技 術(shù)需求。同時(shí)，通過(guò)模擬輸出接口模塊還能夠使本實(shí)用新型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器 兼容傳統(tǒng)產(chǎn)品的信號(hào)接口，滿(mǎn)足不同用戶(hù)對(duì)測(cè)量結(jié)果的需求，通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 模塊能夠存儲(chǔ)測(cè)量的轉(zhuǎn)矩參數(shù)和轉(zhuǎn)速參數(shù)，而且通過(guò)更改保存在其中的測(cè)量 所必需的參數(shù)還能夠調(diào)整測(cè)量方法和測(cè)量精度，進(jìn)而滿(mǎn)足不同的測(cè)量需求。
最后應(yīng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對(duì) 其進(jìn)行限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或 者等同替換，而這些修改或者等同替換亦不能使修改后的技術(shù)方案脫離本實(shí) 用新型技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求1、一種轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，其特征在于，包括轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器以及信號(hào)處理器，所述信號(hào)處理器與所述轉(zhuǎn)矩傳感器和所述轉(zhuǎn)速傳感器連接，所述信號(hào)處理器將所述轉(zhuǎn)矩傳感器和所述轉(zhuǎn)速傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并經(jīng)由現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)輸出。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)矩傳感 器包括功能部件以及為所述功能部件提供電源的能源部件。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，其特征在于，所述能源部件 包括輸入能源耦合器、穩(wěn)壓器，所述穩(wěn)壓器與所述輸入能源耦合器連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，其特征在于，所述功能部件 包括依次連接的應(yīng)變橋、放大器、電壓頻率轉(zhuǎn)換器以及輸出信號(hào)耦合器，所 述應(yīng)變橋"^殳置于應(yīng)變軸上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)速傳感 器包括碼盤(pán)和光電開(kāi)關(guān)，所述光電開(kāi)關(guān)與所述碼盤(pán)連^l妄。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，其特征在于，所述信號(hào)處理 器包括依次連接的信號(hào)預(yù)處理模塊、高速測(cè)量模塊以及現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)接口模塊，所 述信號(hào)預(yù)處理才莫塊與所述轉(zhuǎn)矩傳感器和所述轉(zhuǎn)速傳感器連^r，所述信號(hào)處理 器還包括供電模塊，所述供電模塊與所述信號(hào)預(yù)處理模塊、高速測(cè)量模塊以 及現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)接口模塊連接。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，其特征在于，所述信號(hào)處理 器還包括模擬輸出接口模塊，所述模擬輸出接口模塊與所述供電模塊和所述高速 測(cè)量模塊連接。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，其特征在于，所述信號(hào)處理 器還包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊與所述供電模塊和所述高速測(cè)量模塊 連接。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，其特征在于，所述信號(hào)預(yù)處 理模塊包括整形單元和濾波單元，所述整形單元與所述轉(zhuǎn)矩傳感器和所述轉(zhuǎn)速傳感 器連接，所述濾波單元與所述整形單元連接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，包括轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器以及信號(hào)處理器，信號(hào)處理器與轉(zhuǎn)矩傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器連接，信號(hào)處理器將轉(zhuǎn)矩傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并經(jīng)由現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)輸出。信號(hào)處理器包括依次連接的信號(hào)預(yù)處理模塊、高速測(cè)量模塊以及現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)接口模塊，所述信號(hào)預(yù)處理模塊與所述轉(zhuǎn)矩傳感器和所述轉(zhuǎn)速傳感器連接，所述信號(hào)處理器還包括供電模塊，所述供電模塊與所述信號(hào)預(yù)處理模塊、高速測(cè)量模塊以及現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)接口模塊連接。本實(shí)用新型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器滿(mǎn)足了用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)集成化程度的要求不斷提高以及能夠通過(guò)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)傳輸數(shù)字測(cè)量數(shù)據(jù)的技術(shù)需求。
文檔編號(hào)G01L3/04GK201233290SQ200820109218
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月14日
發(fā)明者力 張, 郝藏之 申請(qǐng)人:北京新宇航世紀(jì)科技有限公司;張 力