來(lái)源：網(wǎng)絡(luò) 2012-07-10 關(guān)鍵詞：JN338 數(shù)字式 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器　　摘要：介紹了JN338智能數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的特性參數(shù)和工作塬理,該傳感器使用兩組旋轉(zhuǎn)變壓器實(shí)現(xiàn)了電源及信號(hào)的非接觸傳遞，同時(shí)其信號(hào)輸出為頻率量。文中給出了基于JN338的智能轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的硬件電路結(jié)構(gòu)框圖，同時(shí)指出了JN338的應(yīng)用注意事項(xiàng)。　　1　概述　　轉(zhuǎn)矩傳感器在電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、風(fēng)機(jī)、攪拌機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、鉆探機(jī)械等眾多的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力測(cè)試係統(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。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩傳感器通常采用電阻應(yīng)變橋來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)矩信號(hào)，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，由于導(dǎo)電滑環(huán)屬于磨擦接觸，因此不可避免地存在著磨損和發(fā)熱，這樣不但限製了旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速及導(dǎo)電滑環(huán)的使用壽命，同時(shí)由于接觸不可靠，也不可避免地會(huì)引起測(cè)量信號(hào)的波動(dòng)及誤差的增加。因此，如何在旋轉(zhuǎn)軸上進(jìn)行能源及信號(hào)的可靠耦合已成為轉(zhuǎn)矩傳感器最棘手的問(wèn)題，而JN338數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器則巧妙地解決了這個(gè)問(wèn)題?！　?center>
　　JN338是北京叁晶創(chuàng)業(yè)集團(tuán)公司的產(chǎn)品，該傳感器采用兩組特殊環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)能源的輸入及轉(zhuǎn)矩信號(hào)的輸出，從而解決了旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞係統(tǒng)中能源及信號(hào)可靠地在旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分之間的傳遞問(wèn)題。該傳感器還可同時(shí)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的測(cè)量，從而可方便地計(jì)算出軸輸出功率，因此，利用該傳感器可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及軸功率的多參數(shù)輸出?！　?　主要特性及參數(shù)　　2.1 JN338的主要特性　　JN338的主要特性如下：　　●檢測(cè)手段為應(yīng)變電測(cè)技術(shù);　　●測(cè)量精度高 信號(hào)檢出、處理均用數(shù)字技術(shù);　　●抗干擾能力強(qiáng)，無(wú)需調(diào)零即可工作;　　●可靠性高、信噪比高，工作壽命長(zhǎng);　　●既可以測(cè)量靜止扭矩，也可測(cè)量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩;　　●能夠測(cè)量穩(wěn)態(tài)扭矩，也能測(cè)量過(guò)渡過(guò)程的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩;　　●無(wú)需反復(fù)調(diào)零即可連續(xù)測(cè)量正反轉(zhuǎn)矩;　　●無(wú)集流環(huán)、電刷等磨損件，可高速超長(zhǎng)運(yùn)行;　　●轉(zhuǎn)矩信號(hào)的傳遞與是否旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速大小及旋轉(zhuǎn)方向無(wú)關(guān);　　●測(cè)量彈性體強(qiáng)度大，可承受150%過(guò)載;　　●體積小，重量輕，安裝方便，有套裝式、卡裝式、聯(lián)軸式等多種安裝方式;　　●輸出信號(hào)以頻率形式給出，便于和計(jì)算機(jī)進(jìn)行接口?！　?center>
　　2.2 傳感器的主要技術(shù)參數(shù)　　2.2 傳感器的主要技術(shù)參數(shù)　　傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如表1所列，表2所列是該傳感器產(chǎn)品的規(guī)格參數(shù)。　　表1 JN338傳感器主要技術(shù)參數(shù)
　　2.3 插座引腳及功能　　JN338轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器采用一隻5腳的航空插座做電源輸入及轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出，插座外形及引腳排列如圖1所示。各引腳功能說(shuō)明如下：　　1腳：接地端;　　2腳：+15V電源端;　　3腳：-15V電源端;　　4腳：轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出端;　　5腳：轉(zhuǎn)矩信號(hào)輸出端?！　?　工作塬理　　3.1 轉(zhuǎn)矩測(cè)量塬理　　該轉(zhuǎn)矩傳感器的檢測(cè)敏感元件是電阻應(yīng)變橋。將專(zhuān)用的測(cè)扭應(yīng)變片用應(yīng)變膠粘貼在被測(cè)彈性軸上以組成應(yīng)變電橋，隻要向應(yīng)變電橋提供電源即可測(cè)得該彈性軸受扭的電信號(hào)，然后將該應(yīng)變信號(hào)放大，再經(jīng)過(guò)壓/頻轉(zhuǎn)換變成與扭應(yīng)變成正比的頻率信號(hào)。傳感器的能源輸入及信號(hào)輸出是由兩組帶間隙的特殊環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器承擔(dān)的，因此可實(shí)現(xiàn)能源及信號(hào)的無(wú)接觸傳遞。該應(yīng)變傳感器測(cè)量塬理如圖2所示?！　≡谝欢翁匮u的彈性軸上粘貼專(zhuān)用的測(cè)扭應(yīng)變片并組成電橋，以形成基礎(chǔ)扭矩傳感器，然后在軸上再固定能源環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器的次級(jí)線圈、軸上印刷電路板和信號(hào)環(huán)旋轉(zhuǎn)變壓器的初級(jí)線圈。電路板上包含整流穩(wěn)壓電源、儀表放大電路及V/F變換電路。在傳感器的外殼上固定著激磁電路、能源環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器的初級(jí)線圈、信號(hào)環(huán)形變壓器的次級(jí)線圈及信號(hào)處理電路。　　傳感器電路部分在工作時(shí)，由外部電源向傳感器提供±15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產(chǎn)生400Hz的方波，經(jīng)過(guò)TDA2003功率放大即產(chǎn)生交流激磁功率電源，通過(guò)能源環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器從靜止的初級(jí)線圈T1傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級(jí)線圈T2，　　
　　然后將得到的交流電源通過(guò)軸上的整流、濾波電路處理后變成±5V的直流電源。再將該電源作為運(yùn)算放大器AD822的工作電源，并由基準(zhǔn)電源AD589與雙運(yùn)放AD822組成高精度穩(wěn)壓電源，以產(chǎn)生±4.5V的精密直流電源，該電源既可作為應(yīng)變電橋電源，又可作為儀表放大器及V/F轉(zhuǎn)換器的工作電源。當(dāng)彈性軸受扭時(shí)，應(yīng)變橋檢測(cè)到的mV級(jí)應(yīng)變信號(hào)通過(guò)儀表放大器AD620將其放大成1.5 V±1V的強(qiáng)信號(hào)，再通過(guò)V/F轉(zhuǎn)換器LM331變換成頻率信號(hào)，此信號(hào)通過(guò)信號(hào)環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器，從旋轉(zhuǎn)軸傳遞至靜止的次級(jí)線圈，再經(jīng)過(guò)傳感器外殼上的信號(hào)處理電路濾波、整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號(hào)輸出?！　?.2 轉(zhuǎn)速測(cè)量塬理　　轉(zhuǎn)矩傳感器在旋轉(zhuǎn)軸上安裝著60條齒縫的測(cè)速輪，在傳感器外殼上安裝的一隻由發(fā)光二極管及光敏叁極管組成的槽型光電開(kāi)關(guān)架，測(cè)速輪的每一個(gè)齒將發(fā)光二極管的光線遮擋住時(shí)，光敏叁極管就輸出一個(gè)高電平，當(dāng)光線通過(guò)齒縫射到光敏管的窗口時(shí)，光敏管就輸出一個(gè)低電平，旋轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一圈就可得到60個(gè)脈衝，因此，每秒鐘檢測(cè)到的脈衝數(shù)恰好等于每分鐘的轉(zhuǎn)速值?！　?.3 軸輸出功率　　軸輸出功率可由轉(zhuǎn)矩傳感器輸出的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速值經(jīng)運(yùn)算后得到，計(jì)算公式為：　　p=MN/9550　　式中，P為軸輸出功率(kW);M為轉(zhuǎn)矩(N.M);　　N為轉(zhuǎn)速(r/min)?！　?.4 轉(zhuǎn)矩傳感器信號(hào)輸出　　JN338轉(zhuǎn)矩傳感器信號(hào)輸出形式如下：　　●零轉(zhuǎn)矩：10kHz±50Hz;　　●正向旋轉(zhuǎn)滿量程：15kHz±50Hz;　　●反向旋轉(zhuǎn)滿量程：5kHz±50Hz;　　●信號(hào)幅值：0～8V;負(fù)載電流：40mA?！　≡谟行У牧砍坦?fàn)圍內(nèi)，傳感器的轉(zhuǎn)矩頻率輸出與對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩值基本上成線性關(guān)係，實(shí)際應(yīng)用中，如果測(cè)量準(zhǔn)確度要求不超過(guò)標(biāo)稱(chēng)值，一般不需要通過(guò)逐段參數(shù)標(biāo)定來(lái)完成計(jì)算?！　　褶D(zhuǎn)矩輸出　　下麵給出轉(zhuǎn)矩測(cè)量計(jì)算公式：　　正向轉(zhuǎn)矩輸出值為：Mp=N(f-f0)/(fp-f0)　　反向轉(zhuǎn)矩輸出值為：Mr=N(f0-f)/(f0-fr)　　上兩式中：Mp：正向轉(zhuǎn)矩;Mr：反向轉(zhuǎn)矩;N：轉(zhuǎn)矩滿量程;fp：正向滿量程輸出頻率值(kHz);fr：反向滿量程輸出頻率值(kHz);f：實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)矩輸出頻率值?！　　褶D(zhuǎn)速輸出　　該裝置的轉(zhuǎn)速輸出值為：　　N=60f/z　　式中，N為轉(zhuǎn)速(r/min);f為實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速輸出頻率值(kHz);Z為傳感器測(cè)速齒數(shù)，這里Z取60?！　∞D(zhuǎn)矩值與輸出頻率值的對(duì)應(yīng)曲線如圖3所示?！　?center>
　　4　具體應(yīng)用　　4.1 應(yīng)用電路設(shè)計(jì)　　由于JN338的輸出為頻率量的數(shù)字信號(hào)，故該傳感器可方便地與計(jì)算機(jī)或單片機(jī)接口。與計(jì)算機(jī)進(jìn)行接口需擴(kuò)展一塊基于ISA總線或PCI總線的多通道定時(shí)/計(jì)數(shù)器板卡，如“中泰” 光隔定時(shí)計(jì)數(shù)器板卡PC-6503、PC-6508等。圖4給出了與單片機(jī)接口構(gòu)成的智能轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的硬件電路結(jié)構(gòu)框圖。圖中，JN338轉(zhuǎn)矩傳感器輸出的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)光耦隔離后送入單片機(jī)的T0、T1計(jì)數(shù)器，然后由T0和T1完成測(cè)頻計(jì)數(shù)功能，秒脈衝閘門(mén)由T2提供。這其中光耦的作用，一是電平轉(zhuǎn)換，把轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成TTL電平，二是提高單片機(jī)的抗干擾能力并保護(hù)單片機(jī)?！　∮蓡纹瑱C(jī)完成相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速值的運(yùn)算后，即可將轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及軸功率等參數(shù)保存并顯示輸出。本係統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)為核心 由IMP813L構(gòu)成電源監(jiān)控及看門(mén)狗電路以提高係統(tǒng)工作的可靠性，係統(tǒng)中擴(kuò)展了一片I2C總線串行鐵電存儲(chǔ)器FM24256，它的主要作用是存儲(chǔ)參數(shù)設(shè)定值及采集的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速值。內(nèi)含GB2312中文漢字庫(kù)的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊OCMJ4X8C可用于構(gòu)成中文人機(jī)顯示界麵，ICL232的作用是將單片機(jī)的TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-232電平，以便于和上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信?！　?.2 安裝使用注意事項(xiàng)　　安裝使用JN338傳感器時(shí) 應(yīng)注意以下幾點(diǎn) 　　(1)應(yīng)使用兩組聯(lián)軸器將傳感器安裝在動(dòng)力源和負(fù)載之間;　　(2)建議使用撓性、彈性或方向聯(lián)軸器，以保證同心度小于0.1;　　(3)動(dòng)力及負(fù)載必須固定牢靠以避免振動(dòng);　　(4)應(yīng)將傳感器的基座與設(shè)備的基座固定牢靠，中心高度需調(diào)節(jié)合適，并應(yīng)避免產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩?！　?　結(jié)束語(yǔ)　　JN338數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器是一種采用磁場(chǎng)耦合來(lái)傳遞能源及信號(hào)的新型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，該傳感器取消了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)矩傳感器滑環(huán)結(jié)構(gòu)并采用數(shù)字式輸出，因而具有體積小、重量輕、安裝簡(jiǎn)單方便、微機(jī)化測(cè)量接口簡(jiǎn)單方便等特點(diǎn)，是一種具有廣泛發(fā)展前景的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器。