从力学信号到数字输出：自动折弯打滑电子限力扳手的核心测量链路工作原理

JD-DHS系列自动折弯打滑电子限力扳手核心测量链路工作原理说明书

成都精炬达电子科技有限公司

一、产品概述

JD-DHS系列自动折弯打滑电子限力扳手是面向工业装配、折弯加工场景开发的智能扭矩控制工具，通过力学信号到数字输出的完整测量链路实现扭矩的实时监测与超限自动控制，可有效避免扭矩过大导致的工件损坏、扭矩不足引发的装配松动问题，核心测量链路是实现其高精度扭矩控制的核心功能模块。

规格选型：

二、核心测量链路整体架构

JD-DHS系列产品核心测量链路分为四个功能层级，信号传递路径为：力学信号采集→信号调理放大→模数转换→数字输出处理，各层级功能衔接完成扭矩物理量到可识别控制信号的转换，整体架构见下表：

链路层级    核心功能    核心元器件

1.力学信号采集层    将扳手作用端的扭矩物理量转换为模拟电信号    高精度应变式力传感器

2.信号调理层    对弱模拟信号进行滤波、放大、阻抗匹配处理    低噪声仪表放大器、有源滤波电路

3.模数转换层    将连续模拟电信号转换为离散数字信号    16位高精度ADC转换芯片

4.数字输出处理层    对数字信号进行校准计算、超限判断，输出控制信号与显示数据    32位MCU主控芯片、显示屏/通讯接口

三、各环节工作原理详解

（一）力学信号采集环节

JD-DHS系列采用粘贴式应变片组集成于扳手弹性杆结构，工作原理如下：

1.当扳手施加扭矩对工件进行作业时，弹性杆发生与扭矩大小正相关的弹性形变，形变值满足胡克定律：τ = Gγ，其中τ为剪切应力、G为弹性模量、γ为剪切形变，扭矩大小与弹性杆形变成正比关系。

2.粘贴在弹性杆表面的应变片随弹性杆发生形变，自身电阻值随形变发生对应比例变化，应变片组采用全桥接法，可有效抵消温度漂移、轴向力干扰，输出与扭矩大小线性对应的弱电压模拟信号。

提示：传感器初始校准在出厂前完成，现场使用时禁止随意磕碰弹性杆，避免形变参数偏移影响测量精度。

（二）信号调理环节

应变片全桥输出的原始信号通常仅为[待补充]mV级别，属于弱信号，无法直接进行模数转换，该环节工作流程为：

1.滤波：通过二阶有源低通滤波电路过滤环境电磁干扰、机械振动带来的高频噪声，保留与扭矩变化匹配的有效低频信号；

2.放大：通过低噪声仪表放大器将滤波后的弱信号放大至ADC芯片可识别的0-3.3V电压区间，放大增益可通过软件校准参数调整；

3.阻抗匹配：通过跟随电路实现信号输出阻抗匹配，避免信号传输过程中的衰减失真。

（三）模数转换环节

调理后的连续模拟电压信号输入16位高精度ADC芯片，芯片按照预设采样频率（默认100Hz，可根据需求调整最高至1kHz）对模拟信号进行采样、编码，将连续电压值转换为16位二进制数字量，数字量大小与输入电压成正比，最终传递给主控MCU进行处理。

（四）数字输出处理环节

MCU接收到ADC转换后的原始数字量后，完成以下处理流程最终输出有效信号：

1.校准补偿：调用存储在芯片flash中的出厂校准参数，对数字量进行非线性补偿、温度补偿、零点偏移修正，计算得到当前实际扭矩值；

2.超限判断：将计算得到的实际扭矩与用户预设的限力阈值进行对比，当扭矩达到或超过阈值时，输出触发信号控制扳手执行自动折弯打滑动作；

3.输出显示：将当前扭矩值、超限状态通过本地面板显示屏输出，同时可通过RS485/CAN通讯接口将扭矩数据上传至上位控制系统，实现数据追溯与过程监控。

四、应用案例

案例场景：某汽车零部件工厂底盘螺栓拧紧装配工序，原人工扭矩扳手装配存在1.2%的扭矩不合格率，需要二次复检，生产效率低。

采用JD-DHS-500（额定限力范围50-500N·m）电子限力扳手改造后，核心测量链路运行过程如下：

1.工人操作扳手拧紧螺栓，螺栓对扳头的反作用力扭矩使弹性杆发生形变，应变全桥输出对应弱电压信号；

2.信号调理电路滤波放大后输出对应模拟电压，ADC转换得到原始数字量传递给MCU；

3.MCU计算得到实际扭矩，当扭矩达到预设的280N·m阈值后，立即输出打滑触发信号，扳手指向机构自动折弯打滑，停止输出扭矩，同时本地显示280N·m，数据上传工厂MES系统归档；

改造后效果：扭矩不合格率降至0.03%以下，取消二次复检工序，单班生产效率提升18%，满足批量装配的质量管控要求。

五、常见问题与解答

六、主要技术参数

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