JCZ型转矩转速传感器输出信号的相位差检测技术

　　0　引言

　　在测试转矩转速时,通常采用磁电式、相位差型传感器,当输入、输出轴未施加扭矩时,传感器输出2路正弦信号,彼此相差180°。当施加扭矩时, 2路正弦信号彼此相差会发生变化,根据相差即可计算出扭矩大小,根据某路正弦信号频率即可计算出转速大小。通过实验方法研究了在某变速箱加载测试系统中对JCZ型转矩转速传感器输出信号的处理方法

　　1　JCZ型转矩转速传感器的基本原理

　　JCZ型转矩转速传感器的基本原理是:通过弹性轴、2组磁电信号发生器,把被测转矩、转速转换成具有相位差的2组交流电信号,这2组交流电信号的频率相同且与轴的转速成正比,而其相位差的变化部分又与被测转矩成正比[1]。

　　JCZ型转矩转速传感器的工作原理见图1。在弹性轴的两端安装2只信号齿轮,在2齿轮的上方各装有1组信号线圈,在信号线圈内均装有磁钢,与信号齿轮组成磁电信号发生器。当信号齿轮随弹性轴转动时,由于信号齿轮的齿顶及齿谷交替周期性的扫过磁钢的底部,使气隙磁导产生周期性的变化,线圈内部的磁通量亦产生周期性变化,使线圈中感生出近似正弦波的交流电信号。这2组交流电信号的频率相同且与轴的转速成正比,因此可以用来测量转速。这2组交流电信号之间的相位与其安装的相对位置及弹性轴所传递扭矩的大小及方向有关。当弹性轴不受扭时, 2组交流电信号之间的相位差只与信号线圈及齿轮的安装相对位置有关,这一相位差一般称为初始相位差,在设计制造时,使其相差半个齿距左右,即2组交流电信号之间的初始相位差在180°左右。在弹性轴受扭时,将产生扭转变形,使2组交流电信号之间的相位差发生变化,在弹性变形范围内,相位差变化的绝对值与转矩的大小成正比。把这2组交流电信号用专用屏蔽电缆线送入PI-100型转矩转速测量仪或通过具有其功能的PI900扭矩卡送入计算机,即可得到转矩、转速及功率的精确值.

　　2　输出信号处理

　　工作时, JCZ型转矩转速传感器输出2路近似正弦信号。当输入、输出轴未施加扭矩时,传感器输出2路正弦信号,彼此相差180°;当施加扭矩时, 2路正弦信号彼此相差会发生变化。将变化的信号送入单片机,计算出相位差,根据相差即可计算出扭矩大小,根据某路正弦信号频率即可计算出转速大小。信号处理框图如图2所示。

　　2.1　信号处理电路的设计

　　磁电式、相位差型扭矩传感器输出2路近似正弦的信号,由于其幅值小且频率较高(转速一般为0~4 000 r/min),必须采用高精度、高速电压比较器检测其过零点。电压比较器采用LM339芯片,内含4个高速比较器,为避免输入信号抖动影响,加入正反馈构成滞环。输入的正弦信号V_a及V_b经零交叉比较器后整形为方波,由微分电路取出边沿脉冲加到R-S触发器上,一路使R-S触发器置位,另一路使R-S触发器复位,故R-S触发器输出的脉冲宽度即代表2路信号的相位差(初始相位角一般为180°),而该方波的频率就是转速。将该信号送入单片机处理,可获得扭矩及转速参数值。相位差检测电路原理见图3。