扭矩傳感器,(又稱力矩傳感器、扭力傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、扭矩儀)分為動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩大類,其中動(dòng)態(tài)扭矩傳感器又可叫做轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、非接觸扭矩傳感器、旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器等。 扭矩傳感器是對(duì)各種旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件上對(duì)扭轉(zhuǎn)力矩感知的檢測(cè)。扭矩傳感器將扭力的物理變化轉(zhuǎn)換成精確的電信號(hào)。扭矩傳感器可以應(yīng)用在制造粘度計(jì),電動(dòng)(氣動(dòng),液力)扭力扳手,它具有精度高,頻響快,可靠性好,壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
扭矩傳感器系統(tǒng)的硬件電路一般分為模擬和數(shù)字兩大部分:模擬部分主要由傳感器接口電路、信號(hào)放大與處理電路、信號(hào)變換電路,以及信號(hào)源和精密電源等部分組成;數(shù)字部分以微要為核心,包括數(shù)字輸出接口、人機(jī)界面(鍵盤、顯示器、開(kāi)關(guān)等)和通信電路等。在扭矩傳感器硬件電路的具體設(shè)計(jì)盡可能采用集成度高、功能強(qiáng)大、技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)的新器件,以達(dá)到 簡(jiǎn)化硬件電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu),提高硬件電路整電氣性能、工藝性能、可靠性和可維護(hù)性,同時(shí)降低硬件電路成本的目的。
1、傳感器接口電源
隨首微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)的測(cè)量的電路正在向傳感器與測(cè)量電路一體化、測(cè)量電路與信號(hào)處理電路一體化的方向發(fā)展。具有以上特征的測(cè)量電路稱為“傳感器接口電路”。傳感器接口電路一般到如下要求:
1)可提高傳感器和接口電路的整體工作效率。
2)具有一定的信號(hào)處理能力
3)能夠提供傳感器所需的驅(qū)動(dòng)信號(hào)源。
4)有較完善抗干擾和抗高壓沖擊保護(hù)機(jī)制。
2、信號(hào)處理電路
信號(hào)處理電路的任務(wù)是對(duì)電信號(hào)進(jìn)行各種加工處理,如信號(hào)的放在和濾波、信號(hào)之間運(yùn)算,信號(hào)特征的恢復(fù)、噪聲和干擾抑制等。信號(hào)處理電路之中的一大類是信號(hào)比較電路及由比較電路所構(gòu)成的功能更多、更復(fù)雜的電路。
3、信號(hào)變換電路
在扭矩傳感器的測(cè)量電路中,經(jīng)常需要設(shè)計(jì)信號(hào)變換電路,對(duì)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的變換。例如,對(duì)電壓的測(cè)量及處理比較容易,測(cè)量精度也比較高。因此,常需要設(shè)計(jì)將電流或其它形式的電信號(hào)變換成電壓信號(hào)的電路(I/V轉(zhuǎn)換、F/V轉(zhuǎn)換等),在電信號(hào)遠(yuǎn)距離傳送中,電流信號(hào)不易被干擾,因此,常需要把電壓信號(hào)變換成電流信號(hào)傳送(V/I轉(zhuǎn)換電路),在強(qiáng)干擾或有奶高共模電壓的場(chǎng)合,隔離放大器對(duì)于抑制干擾很有效,在隔離放大器中,往往需要在前級(jí)將電壓信號(hào)變換成頻率信號(hào)(V/F轉(zhuǎn)換),經(jīng)過(guò)光電或磁隔離之后,在后級(jí)再把頻率信號(hào)變換成電壓信號(hào)(F/V轉(zhuǎn)換)諸如此類的信號(hào)變技術(shù)是扭矩傳感器系統(tǒng)精密測(cè)量電路中的重要組成部分。
線性關(guān)系是信號(hào)變換中最基本的最重要的關(guān)系。除此之外,還有滿足變換靈敏度、輸入和輸出信號(hào)運(yùn)態(tài)范圍等方面的基本要求;滿足A/D轉(zhuǎn)換速度、I/V變換電路中的輸入阻抗和V/I轉(zhuǎn)換電路中的輸出阻抗與驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力等特殊要求。
4、信號(hào)源和精密電源
許多扭矩傳感器系統(tǒng)需要為傳感器提供精密的直流和交流電壓源或電流源,在不少測(cè)量中還需要有諸如階梯或鋸齒波的信號(hào)泊。信號(hào)源的精度和穩(wěn)定性通常是由精密基準(zhǔn)電壓源保證的。精密基準(zhǔn)電壓源最重要的技術(shù)指標(biāo)是電壓溫度系統(tǒng),它表示溫度變化引起的輸出電壓漂移量(亦稱溫漂)。
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