基于Modbus/TCP的电容式扭矩传感器数据采集系统设计

扭矩传感器通常安装于机械设备的旋转关节处,用于扭矩的测量。电容式扭矩传感器需要配备专门的数据采集系统才能使用,且数据采集系统的性能直接影响传感器的精确测量。针对实验室自主研制的电容式扭矩传感器的应用需求,设计了一种基于Modbus/TCP协议的数据采集系统。系统以STM32为主控芯片,通过控制电容数字转换芯片AD7147实现电容信号采集与转换,然后由W5500以太网芯片将数据上传到自主开发的上位机软件中进行处理、显示与存储。实验测试表明:系统最大测量误差为1.47%,数据输出频率为1000 Hz。

有限长同轴电缆电容的数值计算方法

具有屏蔽层或者铠装的单相电缆通常都具有同轴的结构,在芯线和屏蔽层之间填充着绝缘材料。在对包含这种电缆的线路进行暂稳态分析时,通常需要用到电缆的电容。为此提出了一种基于矩量法的数值计算方法来计算具有这种结构的有限长电缆的电容。在这种方法中,同轴电缆被模拟成为一组圆筒状的金属表面,表面之间填充着绝缘介质,外层覆盖着绝缘护套。沿着轴向将电缆分割成一组圆筒状的单元,之后在每个单元上建立平均电位方程和电场方程并形成一个方程组。通过方程组变换,可以计算得到电缆的电容矩阵。针对典型的电缆安装方式,给出了电容矩阵的数值计算结果,并将计算结果与已有的二维计算方法进行比对,验证了该方法的有效性。

一种X型梁电容式扭矩传感器设计

为获得精确扭矩信息,通过对传感器传统十字型弹性梁结构分析,以等强度梁理论限定最小梁尺寸,进行不同尺寸梁结构拓扑优化求解,最终提出一种高灵敏度和良好抗串扰能力的X型弹性梁结构电容式扭矩传感器。传感器敏感元件为X型梁,此结构可以使传感器在满足强度条件下实现更小刚度以提高传感器的灵敏度;传感器转换元件为差动结构平行极板电容器,提高了传感器灵敏度并有效降低了传感器非线性误差,此外设计了带槽型孔的PCB板使得电容器初始极距可手动调节,更容易保证了电容器的初始极距;制作传感器并通过实验验证,结果显示,该传感器的灵敏度为871.9(CDC/N·m),迟滞为0.16%FS,串扰误差为0.73%FS。对实验结果采用最小二乘法进行三次多项式拟合,得到传感器符合度为0.14%FS。