在工業(yè)自動化與旋轉(zhuǎn)機(jī)械監(jiān)測領(lǐng)域，PCB扭矩傳感器憑借其高精度與可靠性成為核心測量工具。其工作原理基于應(yīng)變片的電橋效應(yīng)與多級信號處理技術(shù)，通過物理形變到電信號的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對扭矩的精準(zhǔn)捕捉。
 

　　一、核心原理：應(yīng)變片的電橋效應(yīng)

　　PCB扭矩傳感器的核心部件是粘貼在彈性測量軸上的金屬電阻應(yīng)變片。當(dāng)扭矩施加于彈性軸時(shí)，軸體產(chǎn)生微米級扭轉(zhuǎn)形變，導(dǎo)致應(yīng)變片表面材料發(fā)生拉伸或壓縮應(yīng)變。這種應(yīng)變直接改變應(yīng)變片的電阻值——拉伸區(qū)電阻增大，壓縮區(qū)電阻減小。多個(gè)應(yīng)變片按惠斯通電橋結(jié)構(gòu)排列，形成四組電阻橋臂。當(dāng)扭矩作用時(shí)，橋臂電阻的對稱變化使電橋輸出與扭矩成正比的微弱電壓信號（通常為mV級）。例如，在電機(jī)測試中，彈性軸每扭轉(zhuǎn)1°可能產(chǎn)生0.5mV的電壓變化。

　　二、信號處理：從模擬到數(shù)字的精密轉(zhuǎn)換

　　原始電壓信號需經(jīng)過多級處理以提高抗干擾能力與測量精度。PCB扭矩傳感器內(nèi)置專用信號調(diào)理電路，首先通過儀表放大器（如AD620）將mV級信號放大至1.5V±1V的強(qiáng)信號，消除傳輸損耗。隨后，電壓-頻率轉(zhuǎn)換器（V/F）將模擬電壓轉(zhuǎn)換為頻率信號，例如將1V電壓對應(yīng)10kHz頻率，實(shí)現(xiàn)信號的數(shù)字化編碼。這種轉(zhuǎn)換方式顯著提升了抗電磁干擾能力，尤其適用于變頻器、大功率電機(jī)等強(qiáng)干擾環(huán)境。

　　三、非接觸式傳輸：旋轉(zhuǎn)變壓器的創(chuàng)新應(yīng)用

　　為解決旋轉(zhuǎn)軸與靜止系統(tǒng)間的信號傳輸難題，PCB扭矩傳感器采用旋轉(zhuǎn)變壓器技術(shù)。能源環(huán)形變壓器的初級線圈固定于傳感器外殼，次級線圈隨彈性軸旋轉(zhuǎn)，通過電磁感應(yīng)為旋轉(zhuǎn)部分的電路提供±15V交流電源。信號環(huán)形變壓器則反向工作，將旋轉(zhuǎn)部分產(chǎn)生的頻率信號無接觸傳遞至靜止端。這種設(shè)計(jì)避免了傳統(tǒng)滑環(huán)的磨損問題，同時(shí)通過0.5mm的氣隙密封結(jié)構(gòu)，使傳感器在粉塵、油污等惡劣環(huán)境中仍能穩(wěn)定工作。