扭矩传感器的应用优势与硬件电路设计的要求

扭矩传感器，（又称力矩传感器、扭力传感器、转矩传感器、扭矩仪）分为动态和静态两大类，其中动态扭矩传感器又可叫做转矩传感器、转矩转速传感器、非接触扭矩传感器、旋转扭矩传感器等。 扭矩传感器是对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测。扭矩传感器将扭力的物理变化转换成精确的电信号。扭矩传感器可以应用在制造粘度计，电动（气动，液力）扭力扳手，它具有精度高，频响快，可靠性好，寿命长等优点。

扭矩传感器系统的硬件电路一般分为模拟和数字两大部分：模拟部分主要由传感器接口电路、信号放大与处理电路、信号变换电路，以及信号源和精密电源等部分组成；数字部分以微要为核心，包括数字输出接口、人机界面（键盘、显示器、开关等）和通信电路等。在扭矩传感器硬件电路的具体设计尽可能采用集成度高、功能强大、技术指标先进的新器件，以达到 简化硬件电路系统结构，提高硬件电路整电气性能、工艺性能、可靠性和可维护性，同时降低硬件电路成本的目的。

1、传感器接口电源

随首微电子技术和计算机技术的发展，传统的测量的电路正在向传感器与测量电路一体化、测量电路与信号处理电路一体化的方向发展。具有以上特征的测量电路称为“传感器接口电路”。传感器接口电路一般到如下要求：

1）可提高传感器和接口电路的整体工作效率。

2）具有一定的信号处理能力

3）能够提供传感器所需的驱动信号源。

4）有较完善抗干扰和抗高压冲击保护机制。

2、信号处理电路

信号处理电路的任务是对电信号进行各种加工处理，如信号的放在和滤波、信号之间运算，信号特征的恢复、噪声和干扰抑制等。信号处理电路之中的一大类是信号比较电路及由比较电路所构成的功能更多、更复杂的电路。

3、信号变换电路

在扭矩传感器的测量电路中，经常需要设计信号变换电路，对信号进行相应的变换。例如，对电压的测量及处理比较容易，测量精度也比较高。因此，常需要设计将电流或其它形式的电信号变换成电压信号的电路（I/V转换、F/V转换等），在电信号远距离传送中，电流信号不易被干扰，因此，常需要把电压信号变换成电流信号传送（V/I转换电路），在强干扰或有奶高共模电压的场合，隔离放大器对于抑制干扰很有效，在隔离放大器中，往往需要在前级将电压信号变换成频率信号（V/F转换），经过光电或磁隔离之后，在后级再把频率信号变换成电压信号（F/V转换）诸如此类的信号变技术是扭矩传感器系统精密测量电路中的重要组成部分。

线性关系是信号变换中最基本的最重要的关系。除此之外，还有满足变换灵敏度、输入和输出信号运态范围等方面的基本要求；满足A/D转换速度、I/V变换电路中的输入阻抗和V/I转换电路中的输出阻抗与驱动负载的能力等特殊要求。

4、信号源和精密电源

许多扭矩传感器系统需要为传感器提供精密的直流和交流电压源或电流源，在不少测量中还需要有诸如阶梯或锯齿波的信号泊。信号源的精度和稳定性通常是由精密基准电压源保证的。精密基准电压源最重要的技术指标是电压温度系统，它表示温度变化引起的输出电压漂移量（亦称温漂）。

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