一种电容转矩传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于转矩传感器领域，具体涉及根据转矩的变化转换成电容值的变化来检测出转矩信息的电容转矩传感器。
【背景技术】
[0002]转矩传感器可分为接触式和非接触式两种。接触式的有电阻应变片式和电位计式转矩传感器等等，非接触式的有磁阻式，光电式，电容式，磁电式转矩传感器等等。
[0003]电阻电位器，它是采用机械接触的方式来触动电位点的电位发生变化。由于电位器、圆环与固定壁面不断摩擦，电位器、圆环都会产生磨损，大大降低了传感器的使用寿命。
[0004]光电式转矩传感器，其原理就是将光通量的变化转换成电信号强度的变化，理论基础就是光电转换器件的光电效应。由于该类传感器对光感稳定性要求较高，对材料加工工艺要求很高，在环境使用方面有着较大的局限性，另外对于有些参数要求较高的精密光电测量仪器，造价高昂，在成本上有其经济性劣势，因此使得其在长期的应用普及方面阻力很大。
[0005]磁电式转矩传感器，其以电磁感应定律为基础，又被称为感应式传感器或者电动式传感器。该类传感器无需额外供电系统，电路结构简单，输出功率较大，可靠性较高，有着一定范围(一般为10到1000Hz)内的频率响应，但是该类传感器的尺寸和重量都比较大。
[0006]电容转矩传感器，中国专利CN102636193A，公开了双联差动电容传感器，该传感器的齿片数固定，结构简单，但是灵敏性不高，而且不能实现主动轴与从动轴跟踪。中国专利CN2929648Y，公开了电容式相对角度传感器，其结构太过复杂，而且角度检测范围只有5°的限制，虽然能够实现主动轴与从动轴之间的相对跟踪旋转，但是跟踪之后可变电容的电容量变化了，无法像本发明一样实现跟踪之后可变电容回到初始状态。美国专利US6955097B1，公开了径向移动式电容转矩传感器，差分电容信息处理上与本发明原理类似，但是机械结构上完全不同，而且也无法像本发明一样从动级与主动级跟踪旋转。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于针对上述存在的问题，提供一种结构简单，安装简便，工艺简单，精度高，寿命长，价格低廉，可靠性高，适用范围广的电容转矩传感器。
[0008]本发明的技术方案为:一种电容转矩传感器，包括主动级、从动级、电容信息采集电路，其特征在于，所述主动级为中心与主动轴相连的圆柱形结构，在主动级的侧表面上布置有T个主动级金属齿片，T为多2的整数，主动级金属齿片均匀分布于以主动级中心为圆心的侧表面上；在主动级的侧表面上还布置有两个主动级金属圆环，两个主动级金属圆环之间设置有空隙，彼此不相连；主动级的侧表面上的相邻主动级金属齿片分别与两个主动级金属圆环相连，形成相间隔的主动级金属齿片与同一个主动级金属圆环相连的结构；与从动轴相连的从动级的侧表面上布置有T/2个从动级金属齿片，从动级金属齿片均匀分布于以从动级中心为圆心的侧表面上；在从动级的侧表面上还布置有一个从动级金属圆环，所有从动级金属齿片均与该从动级金属圆环相连；所述主动级与从动级的圆柱形中心同轴且两者之间能够相对转动，所述主动级部分纳入从动级内部或者从动级部分纳入主动级内部，使得所述主动级上的主动级金属齿片与从动级的从动级金属齿片重叠相对；所述主动级与从动级外套有圆柱形电容信息采集电路，所述电容信息采集电路与主动级、从动级的圆柱形中心同轴，主动级与从动级均能够相对于电容信息采集电路转动；所述电容信息采集电路上面布置有三个金属圆环，分别与主动级上的两个主动级金属圆环和从动级上的从动级金属圆环相对应，所述三个金属圆环均能够由导线引出到转换电路，通过控制电路与电机相连，并通过电机驱动从动级转动。
[0009]由于采用了上述结构，主动级呈圆柱形结构，在圆柱形的中心连接有主动轴，当控制主动轴转动时，可以使主动级随之转动，在圆柱形主动级的侧表面上布置有2个以上的整数个主动级金属齿片，主动级金属齿片均匀分布于以主动级中心为圆心的侧表面上，使得金属齿片距离主动级中心相等，在主动级的侧表面上还布置有两个不相连的主动级金属圆环，相邻的主动级金属齿片与不同的主动级金属圆环相连，相间隔的主动级金属齿片与同一个主动级金属圆环相连，当圆柱形转动时，主动级金属齿片与主动级金属圆环可以以主动轴为中心转动；所述从动级为与主动级同轴的圆柱形结构，主动级与从动级之间均无机械接触，且主动级与从动级之间可以相对转动，该从动级可与从动轴相连并且该从动级由电机控制其转动，该圆柱形结构的从动级，其侧表面由多个从动级金属齿片与一个从动级金属圆环组成，其中从动级金属齿片的个数为T/2个，该金属齿片均匀分布于以从动级中心为圆心的侧表面上，并且从动级金属齿片均与从动级金属圆环相连，所述主动级上的金属齿片与从动级上的金属齿片相对，主动级金属齿片数量与从动级金属齿片数量是2:1的关系，从动级金属齿片与主动级金属齿片是内外对应的结构，相邻的主动级金属齿片与不同的主动级金属圆环相连，相间隔的主动级金属齿片与同一个主动级金属圆环相连，这样相邻的主动级金属齿片组与从动级金属齿片组之间形成了两个可变电容，从动级金属齿片充当了公共极板的功能，相间隔的主动级金属齿片组充当了两个可变电容的另外两个极板，这样主动级转动一周(如果从动级不动)两个可变电容会在作周期的线性变化，金属齿片的数量越多，所得到的变化周期越多，从而对转矩检测的精度越高，为了接收到两个可变电容的变化，在主动级与从动级外套有圆柱形电容信息采集电路，电容信息采集电路上面布置有三个金属圆环，其中两个金属圆环与主动级金属圆环位置相对应形成两个固定大小的电容，这两个固定的电容上电荷的变化量反映出了前面所述两个可变电容上的电容变化，电容信息采集电路上的另一个金属圆环与从动级金属圆环位置相对应也形成固定大小电容，该固定大小的电容上电荷的变化量反映出了前面所述两个可变电容的公共极板上的电荷变化量，通过导线将电容信息采集电路上的这三个金属圆环连接到外面的电容-电压转换电路，就可以将两个可变电容上的电容变化转换成相应的电信号。该电容信息采集电路与主动级、从动级均无任何的机械接触，该电容信息采集电路是固定不动的，因此主动级与从动机可以相对于电容信息采集电路转动，主动级转动一定角度时，主动级与从动级之间的两个可变电容都会发生变化，电容信息采集电路上的三个金属圆环上的电荷量也会发生相应的变化，通过电容-电压转换电路转换成相应的电信号变化，再通过控制电路启动电机转动，该电机可驱动从动级随主动级转动，这样主动级与从动级之间的机械角度回到初始值，两个可变电容回到初始的电容值，从而实现了机械转轴的跟踪。本发明的电容转矩传感器，利用电容的变化来获取转矩信息，在主动级上设置有交错相连的主动级金属齿片，在从动级上设置有一组与之对应的从动级金属齿片，形成了两个可变电容，当发生机械转动时，两个可变电容随之变化；主动级与从动级上均设置有金属圆环用于与金属齿片相连，传感器接入转换电路之后，金属齿片上的电荷变化量就反映了两个可变电容的电容变化量；电容信息采集电路，通过在其上设置三个金属圆环与主动级和从动级上的金属圆环相对应形成三个固定电容，用来收集前面所述两个可变电容的电容变化，通过导线将电容信息采集电路上的三个金属圆环接到外面的转换电路上，就将电容变化信息转换成了电信号，再通过控制电路处理，并发送指令，控制电机转动，带动从动级跟随转动，这样主动级与从动级间的机械角度回到初始值，两个可