CN1073697C - 卡装式旋转体信号耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种卡装式旋转体信号耦合器，包括信号耦合器和贴在旋转传动轴上的应变桥或敏感元件。信号耦合器包括由静止初级及旋转次级构成的能源输入环形变压器及分别与之连接的静止信号电路模块、旋转稳定电源电路模块，由旋转初级及静止次级构成的信号输出环形变压器及分别与之连接的旋转放大电路模块、静止信号处理电路模块。通过旋转部分及静止部分将应变桥或敏感元件测得的参数就近放大并经电压/频率变换后耦合至轴外处理。

Description

卡装式旋转体信号耦合器

本发明是一种卡装在旋转传动轴上的信号传递装置，用于非接触地传递由敏感元件从旋转传动轴上检测出的工作参数电信号，其功能与机械集流环相似，属机电领域。

通常检测旋转体工作参数时，必须使用专用的传感器，例如进行转矩测量时，利用两组联轴节将贯通式转矩传感器串接在动力与负载之间。形成动力-联轴节-传感器-联轴节-负载五位一串的结构。这在通常是可行的，但在另一些场合中，例如轴向结构不允许加长，或者是被测设备已经装配好无法拆卸，也就是无法安装贯通式传感器的场合，这时可用本发明所提供的信号耦合器，利用旋转传动轴为弹性体，用应变桥为敏感元件检测出旋转传动轴运转时产生的变电信号Vi(例如轴向力，弯矩与扭矩等参数)。

这里问题的关键就在于应变桥有四条引线需要与轴外联接，其中两条是从轴外给轴上应变桥提供工作电源V0，两条是从轴上检测出的mv级应变信号Vi需传递至轴外静止部分进行处理。传统的作法是在轴上组装四只导电环，将上述四条引线对应联接，在轴外设置四条金属滑臂，与轴上四只电环切线方向滑动接触，组成四组集流环。其功能是将轴外能源提供给应变桥作工作电源V0，及将轴上检测信号Vi传递出轴外进行处理。

这种方法存在着三个缺陷：一，由集流环的摩擦带来的发热而限制了转速；二，磨损而影响寿命；三，集流环跳动而干扰测量可靠性。

这三个问题严重地影响了旋转传动轴的工作参数的测量。

本发明的目的是给出一种卡装式旋转体信号耦合器，该装置卡装在旋转传动轴上，可从轴外向轴上提供工作电源并将轴上检测到的测量信号非接触地传递至轴外。

本发明的目的是这样实现的：一种卡装式旋转体信号耦合器，卡装在旋转传动轴上，包括有信号耦合器和贴设在旋转传动轴上的应变桥或敏感元件，其特征在于：所述的信号耦合器是由能源输入静止弧形变压器(1)、(2)，能源接收旋转弧形变压器(3)、(4)，旋转稳定电源电路模块(5)，旋转放大电路模块(6)，信号输出旋转弧形变压器(7)、(8)，信号接收静止弧形变压器(9)、(10)，静止信号激磁电路模块(11)和静止信号处理电路模块(12)组成的；

所述的能源接收旋转弧形变压器(3)、(4)相对紧固卡装在所述的旋转传动轴上并连接成能源输入环形变压器的次级，所述的能源输入静止弧形变压器(1)、(2)相对套装在所述能源接收旋转弧形变压器(3)、(4)外侧的静止基础上并连接成能源输入环形变压器的初级，能源输入静止弧形变压器(1)、(2)与能源接收旋转弧形变压器(3)、(4)间保持有间隙；所述的能源输入环形变压器的初级连接所述的静止信号激磁电路模块(11)，所述的能源输入环形变压器的次级连接所述旋转稳定电源电路模块(5)的输入端，所述的旋转稳定电源电路模块(5)的输出端连接所述应变桥或敏感元件的工作电源输入端，所述应变桥或敏感元件的测量信号输出端连接所述旋转放大电路模块(6)的输入端；所述的旋转稳定电源电路模块(5)固定在能源接收旋转弧形变压器(3)上且成一体，所述的旋转放大电路模块(6)固定在能源接收旋转弧形变压器(4)上且成一体；所述信号输出旋转弧形变压器(7)、(8)相对紧固卡装在所述的旋转传动轴上并连接成信号输出环形变压器的初级，所述的信号接收静止弧形变压器(9)、(10)相对套装在所述信号输出旋转弧形变压器(7)、(8)外侧的静止基础上并连接成信号输出环形变压器的次级，信号输出旋转弧形变压器(7)、(8)与信号接收静止弧形变压器(9)、(10)间保持有间隙；所述信号输出环形变压器的初级连接所述旋转放大电路模块(6)的输出端，所述信号输出环形变压器的次级连接所述的静止信号处理电路模块(12)。

所述的静止信号处理电路模块(12)固定在所述的信号接收静止弧形变压器(10)上且成为一体，所述的静止信号激磁电路模块(11)固定在所述的信号接收静止弧形变压器(9)上且成为一体。

所述的间隙为0.4mm-0.6mm。

本发明由两组旋转变压器及附属的电路模块组成，本发明的特点：是将在旋转传动轴上测得的应变信号(如扭矩、弯矩、轴向力)、温度信号、振动信号等模拟弱小信号放大成强信号，再经过v/f电路变换成频率信号，最后通过电磁感应的方式非接触地传递出旋转传动轴外进行处理。

本发明所述的卡装式旋转体信号耦合器具有下述五项优点：

一．非接触无摩擦地提供能源；

二．向旋转体上的敏感元件提供必需的稳定工作电源；

三．对检测弱信号进行轴上就近放大；

四．将模拟信号转换成数字信号；

五．将数字信号非接触地向轴外传递并作处理。

自此，本发明达到了替代传统的集流环装置的目的。

下面结合附图对本发明进行详细描述。

图1是本发明的结构主视图

图2是本发明的结构右视图

图3是本发明的结构左视图

图4是本发明的电路框图

图5是本发明的能源输入环形变压器侧视图

图6是本发明的能源输入环形变压器主视图

图7是本发明的能源输入环形变压器接线图

图8是本发明的信号输出环形变压器侧视图

图9是本发明的信号输出环形变压器主视图

图10是本发明的信号输出环形变压器接线图

图11是本发明的静止信号激磁电路模块11激磁电源电路图

图12是本发明的静止信号激磁电路模块11和静止信号处理电路模块(12)组装示意图

图13是本发明的静止信号处理电路模块12信号处理电路图

图14是本发明的旋转稳定电源电路模块5和旋转放大电路模块6组装示意图

图15是本发明的旋转稳定电源电路模块5稳定电源电路图

图16是本发明旋转放大电路模块6放大电路图

图17是本发明旋转放大电路模块6的V/f电路图

本发明所提供的卡装式旋转体信号耦合器，是由如下结构实现的：

①．能源输入环形变压器；②．信号输出环形变压器；

③．旋转电路模块；      ④．静止电路模块。

①．能源输入环形变压器：由两组能源输入静止弧形变压器1、2及两组能源接收旋转弧形变压器3、4组成，旋转稳定电源电路模块

    5、旋转放大电路模块6分别固定在能源接收旋转弧形变压器3、4上；

②．信号输出环形变压器，由两组信号输出旋转弧形变压器7、8及两组信号接收静止弧形变压器9、10组成，静止信号激磁电路模块11与静止信号处理电路模块12分别固定在信号接收静止弧形变压器9、10上；

③．旋转稳定电源电路模块5是由稳定电源电路组成；旋转放大电路模块6是由放大电路和V/f电路组成；

④．静止信号激磁电路模块11是由激磁电源电路组成；静止信号处理电路模块12是由信号处理电路组成。

从另一个角度上讲，本发明所提供的卡装式旋转体信号耦合器是由旋转部分(轴上部分)与静止部分(轴外部分)两大部分组成的。

旋转部分由构成能源变压器的能源接收旋转弧形变压器3、4、旋转稳定电源电路模块5、旋转放大电路模块6及构成信号环形变压器的信号输出旋转弧形变压器7、8组成，并卡装在旋转传动轴13上。

静止部分由构成能源输入环形变压器的能源输入静止弧形变压器1、2，构成信号输出环形变压器的信号接收静止弧形变压器9、10及静止信号激磁电路模块11、静止信号处理电路模块12等部件组成。静止部分非接触地安装在旋转部分的外侧，间隙为0.4-0.6mm，并固定在静止基础上。

本发明的组装结构如图1至图3。

由于测量的要求在旋转传动轴13选择的位置上贴上测量扭矩、弯矩、轴向压力、拉力应变桥，或测温、测振敏感元件14。

本发明具体安装方式如下：

1．(1)．将旋转稳定电源电路模块5固定在能源接收旋转弧形变压器3上成为一体；

(2)．将旋转放大电路模块6固定在能源接收旋转弧形变压器4上成为一体；

(3)．将静止信号处理电路模块12固定在信号接收静止弧形变压器10上成为一体；

(4)．将静止信号激磁电路模块11固定在信号接收弧形变压器9上成为一体；

2．(1)．将能源接收旋转弧形变压器3与4用螺钉紧固卡装在旋转传动轴13上；(2)．将能源输入静止弧形变压器1与2紧固卡装在能源接收旋转弧形变压器3、4外侧，并固定在某一静止基础上，使旋转传动轴13上的能源接收旋转弧形变压器3、4与静止部分的能源输入静止弧形变压器1、2之间形成0.4mm-0.6mm的间隙。

3．(1)．将信号输出旋转弧形变压器7与8用螺钉紧固卡装在旋转传动轴13上；(2)．将信号接收静止弧形变压器9与10用螺钉紧固并套装在信号输出旋转弧形变压器7、8外侧，固定在轴外静止基础上使之形成0.4mm-0.6mm的间隙。

4．安装完毕后：能源输入静止弧形变压器1、2与能源接收旋转弧形变压器3、4就形成了一组完整的能源输入环形变压器(图5至图7)。

信号输出旋转弧形变压器7、8与信号接收静止弧形变压器9、10就形成了一组信号输出环形变压器(图8至图10)。

本发明的工作原理如下：

现场检测时，旋转传动轴13在旋转，其它的旋转部分随之一起转动，同时将安装在旋转传动轴13上的敏感元件14上取得的mv级测量信号由旋转放大电路模块6进行放大，并转换成频率信号Vm；Vm通过信号输出旋转弧形变压器7、8及信号接收静止弧形变压器9、10非接触地耦合至旋转传动轴13外；再经过静止信号处理电路模块12放大整形就形成了与旋转传动轴13上所检测参数成正比的频率信号Vf。敏感元件14及旋转放大电路模块6中的放大电路-V/F电路的工作电源V0则由能源输入静止弧形变压器1、2及能源接收旋转弧形变压器3、4从轴外非接触地把激磁电源Vd耦合至旋转传动轴13上，再由旋转稳定电源电路模块5变换成稳定电源V0。

本发明的工作过程详细分析如下：(见图4)

(1)．静止信号激磁电路模块11中的晶体振荡器(J)在集成电路4060的作用下产生方波信号，经过三极管进行功率放大成为功率激磁电源Vd(图11)。

(2)．Vd传输给由两组能源输入静止弧形变压器1、2组成的功率环形变压器初级，通过电磁感应非接触地耦合至由能源接收旋转弧形变压器3、4组成的功率环形变压器次级，完成了能源传递；功率环形变压器次级3、4将取得的交流信号Vd送进旋转稳定电源电路模块5，由整流桥进行整流，C1、C2滤波，用稳压器7808或7908进行一次稳压，再由旋转稳定电源电路模块5中由电压基准1403、放大器0P07与三极管8050组成的电路进行二次稳压，产生提供给敏感元件14(如应变电桥、测温、测振元件)的工作电源V0(图15)。

(3)．由敏感元件14上取得的mv级测量信号送至由放大-v/f电路组成的旋转放大电路模块6中的仪表放大器AD620进行放大，成为kmv级强信号Vm(图16)。

(4)．Vm由由放大-v/f电路组成的旋转放大电路模块6中的v/f电路LF331转换成与Vm成正比的频率信号Vf(图17)。

(5)．Vf由由信号输出旋转弧形变压器7、8组成的信号输出环形变压器初级非接触地耦合至由信号接收静止弧形变压器9、10组成的信号环形输出变压器次级上。最后经过静止信号处理电路模块12中的三极管8050放大，由R22、C10滤波和经非门7404整形之后就形成了与旋转传动轴上所检测的参数成正比的频率信号Vf(图13)

Claims (3)

1．一种卡装式旋转体信号耦合器，卡装在旋转传动轴上，包括有信号耦合器和贴设在旋转传动轴上的应变桥或敏感元件，其特征在于：所述的信号耦合器是由能源输入静止弧形变压器(1)、(2)，能源接收旋转弧形变压器(3)、(4)，旋转稳定电源电路模块(5)，旋转放大电路模块(6)，信号输出旋转弧形变压器(7)、(8)，信号接收静止弧形变压器(9)、(10)，静止信号激磁电路模块(11)和静止信号处理电路模块(12)组成的；所述的能源接收旋转弧形变压器(3)、(4)相对紧固卡装在所述的旋转传动轴上并连接成能源输入环形变压器的次级，所述的能源输入静止弧形变压器(1)、(2)相对套装在所述能源接收旋转弧形变压器(3)、(4)外侧的静止基础上并连接成能源输入环形变压器的初级，能源输入静止弧形变压器(1)、(2)与能源接收旋转弧形变压器(3)、(4)间保持有间隙；所述的能源输入环形变压器的初级连接所述的静止信号激磁电路模块(11)，所述的能源输入环形变压器的次级连接所述旋转稳定电源电路模块(5)的输入端，所述的旋转稳定电源电路模块(5)的输出端连接所述应变桥或敏感元件的工作电源输入端，所述应变桥或敏感元件的测量信号输出端连接所述旋转放大电路模块(6)的输入端；所述的旋转稳定电源电路模块(5)固定在能源接收旋转弧形变压器(3)上且成一体，所述的旋转放大电路模块(6)固定在能源接收旋转弧形变压器(4)上且成一体；所述信号输出旋转弧形变压器(7)、(8)相对紧固卡装在所述的旋转传动轴上并连接成信号输出环形变压器的初级，所述的信号接收静止弧形变压器(9)、(10)相对套装在所述信号输出旋转弧形变压器(7)、(8)外侧的静止基础上并连接成信号输出环形变压器的次级，信号输出旋转弧形变压器(7)、(8)与信号接收静止弧形变压器(9)、(10)间保持有间隙；所述信号输出环形变压器的初级连接所述旋转放大电路模块(6)的输出端，所述信号输出环形变压器的次级连接所述的静止信号处理电路模块(12)。

2．根据权利要求1所述的一种卡装式旋转体信号耦合器，其特征在于：所述的静止信号处理电路模块(12)固定在所述的信号接收静止弧形变压器(10)上且成为一体，所述的静止信号激磁电路模块(11)固定在所述的信号接收静止弧形变压器(9)上且成为一体。

3．根据权利要求1所述的一种卡装式旋转体信号耦合器，其特征在于：所述的间隙为0.4mm-0.6mm。

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