差分电容式扭矩传感器信号检测与处理系统设计

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扭矩是衡量传动系统机械性能的重要指标,也是传动轴的基本动态参数。实际工况下扭矩的准确测量是传动系统运行状态实时监测的基础。相较于其他扭矩传感器来说,电容式传感器具有灵敏度高,适应性好,动态性能好,结构简单等优点,能工作于高低温和强辐射的复杂环境中,适合应用于动态扭矩的测量中。由于电容传感器输出信号微弱,同时应用环境中又存在各种不利因素,对微弱电容信号的检测变得尤为重要,它决定了扭矩测量的精度和可靠性。国内外学者对于微弱信号检测进行着积极的探索,针对实验室应用于动态扭矩测量的差分电容式扭矩传感器在信号检测方面存在的问题,通过分析电容式传感器的基本原理,结合对多种微弱电容信号检测方法的研究,提出了一种利用LC谐振检测微弱电容变化的方法。针对差分电容式扭矩传感器输出信号检测电路中存在的精度低、速度慢的问题,说明了利用LC谐振检测微弱电容变化的原理,利用LC振荡电路在谐振频率附近急剧变化180°的特性,当C的值发生变化时,相位对应的角度会发生比较大的变化,利用C与相位角的关系将电容的变化转变为对相位差的检测。设计了电容式扭矩传感器微弱电容信号检测电路,并在Multisim软件中对电路模块进行了仿真,结果表明,此电路可以满足微弱电容检测的要求。此外,对检测电路输出信号的处理方法进行了研究,实现了信号的去噪,对去噪后的实测信号进行了分析,通过对比验证了所设计的信号检测与处理系统的有效性。
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