[发明专利]一种应变式无线传感器

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术，特别涉及一种应变式无线传感器。

背景技术

最大扭矩、转速是设计旋转机械传动轴的重要参数，它关系到传动轴的载荷能力、寿命和安全性。扭矩测试技术广泛应用于航天、航空、汽车、建筑、化工、机械行业等领域，用来测量传动轴扭矩或功率。能否准确、实时地测出传动轴的扭矩和转速，对于及时发现传动轴存在的故障，改进、优化传动轴设计具有非常重要的意义。

现有测量传动轴扭矩一般采用应变型扭矩传感器，其测量传动轴扭矩的技术方案简要描述如下：采用应变片电测技术，在传动轴上粘贴应变型扭矩传感器，应变型扭矩传感器内置的应变片与传动轴接触，接触的应变片根据实际测试需要预先组成相应的应变桥，用于测量不同场景下传动轴的应变，例如，如果需要采用全桥应变测量，则选用全桥式应变型扭矩传感器，向应变桥提供电源，在传动轴转动时，传动轴由于受扭产生机械应变，引起粘贴在传动轴上的应变片变形，应变片的变形(扭应变)导致组成的应变桥电阻值发生改变，从而使得应变桥失衡，输出与扭矩成正比的电压应变信号，应变桥将电压应变信号传递给和传动轴一起旋转的应变型扭矩传感器内的导电滑环，导电滑环再将电压应变信号传递给和其接触的固定在应变型扭矩传感器外壳上的导电刷臂，然后，通过有线方式连接至处理器，处理器将该应变信号放大后，经过压/频转换，转换成与扭矩成正比的频率信号，然后根据该应变片的应变和扭矩的关系，可以得到相应扭矩大小。

由上述可见，现有的应变型扭矩传感器，只能对传动轴的扭矩性能进行测量，而对于传动轴的另一重要参数转速，还不能进行测量；进一步地，应变片与组成的应变桥内置在应变型扭矩传感器，对于不同的测量场景，需要相应的应变型扭矩传感器，使得测量成本较高；而且，应变型扭矩传感器与处理器通过有线连接，在传动轴旋转时，布线极为不便。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种应变式无线传感器，能够同时进行扭矩以及转速测量。

为达到上述目的，本发明提供了一种应变式无线传感器，该应变式无线传感器包括：应变测量电路模块、转速测量模块、数据处理模块、无线通信模块以及电源模块，其中，

应变测量电路模块，内置的应变桥通过引线与外部传动轴上安装的应变片相连，在传动轴转动时，接收应变片变形导致的应变桥阻值变化输出的模拟电压信息，进行放大、滤波、数字转换后，输出电压应变信号至数据处理模块；

转速测量模块，用于感测设置于与转速测量模块正对位置处、且处于静止状态的磁钢的磁场，在传动轴转动到磁钢的位置时，感应磁钢产生的磁场，向数据处理模块输出预先设置的脉冲电压信息；

数据处理模块，用于对单位时间内接收的脉冲电压信息进行计数，换算为转速信息；将转速信息以及接收的电压应变信号进行封装后输出至无线通信模块；

无线通信模块，用于将接收的信息进行无线发送；

电源模块，用于对应变测量电路模块、转速测量模块、数据处理模块以及无线通信模块供电。

进一步包括：

功率收发模块，用于对无线通信模块收发的信息进行功率放大。

进一步包括：

监控模块，用于通过集成电路接口电路或通用异步收发器接口与电源模块相连，采集电源模块的电压、电流和温度信息，输出至无线通信模块。

所述无线通信模块进一步用于接收外部下发的开始采集以及停止采集命令信息，输出至应变测量电路模块和转速测量模块，以使应变测量电路模块和转速测量模块根据接收的信息执行相应的操作。

所述应变测量电路模块包括：应变桥单元、前置放大器、滤波器以及模数转换单元，其中，

应变桥单元，用于感测应变片在传动轴转动时产生的变形导致的应变桥阻值变化输出的模拟电压信息，将模拟电压信息输出至前置放大器；

前置放大器，用于对接收的信号进行放大，输出至滤波器；

滤波器，用于对接收的信号进行滤波，输出至模数转换单元；

模数转换单元，用于对接收的信号进行模数转换，输出电压应变信号至数据处理模块。

所述外部传动轴上安装的应变片为一个，所述应变桥单元包括：第一电阻、第二电阻以及第三电阻，其中，