CN204044174U - 一种机车光电转速传感器位移接收阵列器件 - Google Patents
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Abstract
一种机车光电转速传感器位移接收阵列器件，其特征在于：机车光电转速传感器位移接收阵列器件基板电路、光电接收管、光电目栅片和壳体包括四个部分；光电接收管焊接在基板电路上，光电接收管由贴片封装的光电接收管；在光电接收管上罩有光电目栅片，光电目栅片由开孔壳体包裹与基板电路固装在一起。本实用新型的优点在于：将采集信号由一个单孔缝隙改为多孔缝隙的采集，自然弥补了加工误差造成的影响，由单管采集改为多管阵列采集。可以成倍或数十倍的提高精度。也不会对光线的切割产生任何影响。也不需要经过十分繁琐的安装调试，而且相对来说配套的光断续器及其电路板安装也更加方便。
Description
技术领域
本实用新型涉及到一种信号传递方法及器件，尤其是指一种铁路机车转速信号的传递方法及传感器的关键功能部件，属信息传递技术领域。
背景技术
机车的转速是一个重要的运行参数，在机车运行中需要不停地对其进行观察，传统的机车转速检测都是通过一个传感器从车轴处获取一个电信号，然后再将这个电信号送到检测***中，最终通过转速表反映出来。
目前主要用于机车轮轴转速测试的光电转速传感器工作原理是：将特制的光栅片（径向圆周均布楔型光栅的金属圆片）同轴安装在转动体的端面，使其与转动体同轴同频转动，通过切割槽型光断续器（槽型光断续器的发光器件和感光器件置于转动的光栅片两边）的感光路线，从而使感光器件感受到断续的光信号，经过光电转换、电信号整形形成脉冲信号，其信号频率与转动体转速成正比，后级可通过简单的转换和计算就可以得出转动体的转频。
但要做到十分精确地测速，脉冲信号的占空比是最重要的技术指标，一般理论要求一个翻转周期中高电平（或者低电平）占整个周期的50%；可是由于以下几种原因导致很难达到理想状况，致使所有传感器的占空比分散性很大。
现在使用的光栅片上的开槽是楔形槽，在光栅片的径向槽的宽度是不一样的：
1、（由圆心到圆边越来越宽），必须使光线在光栅片上的照射轨迹尽量是一个规则的圆，因此，同心度要求很高，这样才能保证光线所经过的光栅的孔和筋的宽度一致。光栅片安装的位置和转动体的同轴度稍微有偏差，就会影响光断续器的光照轨迹，导致占空比发生变化，从而产生信号左右摇动，影响信号质量。
2、业界全部使用调整发光二极管的电流方式来得到占空比50%左右。因此，发光管受温度作用严重影响发光效率导致占空比变化。（例如；夏季机车左右半部受日照影响温差可达数十度。）
3、光栅码盘的加工本身就有一定的加工误差，导致所取样的信号与输出信号不可能一致所以能出现超出最小占空比为45%大52%出这个范围，在机车微机***的F/V电路取样比较会误判断为空转，导致机车自动撒沙降低牵引电流来排除空转，而实际上并没有产生真空转，这是一种假空转对机车安全运行构成很大威胁（例如；机车正在全力爬大坡道时如果假空转频繁发生机车爬不上大坡而产生坡停事故）而光栅码盘无论是激光切割还是化学腐蚀都很难做到加工精度误差小于0.01mm,通过计算可知例如一个直径52mm的码盘在圆周45mm的园分度线等分200个孔与栅，即孔的尺寸；（k=45π/400=0.35mm）加工最小误差为0.01mm时，那么占空比最小误差为1.43%，(0.35/50=0.007mm，0.01/0.007=1.43%)由于最大和最小的误差值为2倍=2.86%这样就会出现最大占空比为52.86最小占空比47.14，因此业界把占空比都控制在50%以下浮动。当最大误差为0.05时，最大占空比为57.14最小占空比42.86。
4、机车速度传感器至少要有两个通道，A通道要超前于B通道90 ○ ,是通过两个槽型光电断续器的安装位置的调整来达到，在调整时采用示波器观察反复移动光电断续器的安装位置，在旋紧螺钉时还可能产生位移，因此反复调整才能达到允许误差要求。
因此实际上现有的机车轮轴转速测试并不是十分准确的，业界急切期盼一种能够减少或避免这种误差的测量方法或改进措施出现。
通过专利检索没发现有与本实用新型相同技术的专利文献报道，与本实用新型存有一定关系的主要有以下几个：
1、专利公开号为CN 201007718 Y， 名称为“机车轴端光电式转速传感器”的实用新型专利，该专利公开了一种机车轴端光电式转速传感器，包括安装在机车上的安装座，安装座上密封连接外罩，安装座和外罩内设有与机车轮轴相连的万向联轴器以及进行光电信号转换的传感器控制电路，万向联轴器上设有带多个透光孔的光栅，传感器控制电路由供电电源电路、EMC功能电路、光电断续器、信号处理电路和信号输出电路组成，机车轮轴输入动力带动光栅转动，使得光电断续器上的光敏元件产生与光栅透光孔透光次数相等的感光次数，从而在传感器控制电路中输出相应数量的高低电脉冲信号。该传感器控制电路由供电电源电路、EMC功能电路、光电断续器、信号处 理电路和信号输出电路组成；所述的供电电源电路经过EMC功能电路，EMC功能电路与光栅的输出端连接光电断续器，同时EMC功能电路向光电断续器及信号处理电路提供电源及基准电位。
2、专利号为CN00236027.6， 名称为“一种有指示灯显示的机车轴端光电转速传感器”的实用新型专利，该专利公开了一种有指示灯显示的机车轴端光电转速传感器，将轴伸传入的车轮转速使主轴上的光码盘同步旋转，扫过光电转换模块由此变换出的转速脉冲频率信号由电连接器输出。本实用新型在壳体内设有检测显示电路，对输出的转速脉冲在线检测，检测结果即时由壳体外指示灯显示出来。
3、专利号为CN201310481535.0， 名称为“机车测速多通道霍尔转速传感器及其安装方法”的实用新型专利，该专利公开了一种机车测速多通道霍尔转速传感器及其安装方法，传感器包括：感应组件和处理电路板，处理电路板包括电源处理电路和信号处理电路。来自外部的电源输入信号经过电源处理电路处理后，分别为感应组件和信号处理电路供电。感应组件包括两组以上的双通道霍尔元件，感应组件将感应到的随测速齿轮转动变化的脉冲信号送至信号处理电路，由信号处理电路对脉冲信号放大、整形后，将四路以上经过处理的信号输出至上位机。
上述这些专利虽说都涉及到了一些机车转速的检测方法或器件，但缺乏解决机车轮轴转速测试并不是十分准确问题的方法，因此对如何进一步改善机车轮轴转速测试方法，提高测试精度，仍有待进一步加以改进。
实用新型内容
本实用新型的目的就是根据目前机车轮轴转速测试的光电转速传感器测试方法存在的一些问题，提供一种测试更精确的信号采集方法及关键部件；该信号采集方法及关键部件可以有效提高光电转速传感器信号采集精度。
根据上述实用新型目的，本实用新型所提出的技术方案是：一种机车光电转速传感器位移接收阵列器件，包括基板电路、光电接收管、光电目栅片和壳体四个部分；光电接收管焊接在基板电路上，光电接收管由贴片封装的光电接收管组成阵列；在光电接收管上罩有光电目栅片，光电目栅片由开孔壳体包裹与基板电路固装在一起。
进一步地，所述的基板电路是由FR4材料或陶瓷基板制成的方形PCB电路，形成贴片或PID直插器件。
进一步地，所述的机车光电转速传感器位移接收阵列器件是由4只光电接收管组成，能完成两通道信号采集与相位差固化，组装传感器不需要调整相位差与相关电路配合可以制成单电源两通道四通道、双电源2-8通道。
进一步地，所述的机车光电转速传感器位移接收阵列器件是由8只光电接收管组成，能完成四通道信号采集与相位差固化，组装传感器不需要调整相位差与相关电路配合可以制成单电源四通道、双电源4-8通道、四电源4-16通道。
进一步地，所述的光电目栅片由1mm厚光学玻璃经过曝光镀膜后（镀层3-5微米）经过精密光学洗印加工，（精度可达0.005mm）也可以采用菲林材料（0.18厚）经菲林打印机加工；（精度可达0.003mm）制成与光栅码盘相同孔距的采集目栅；
进一步地，所述的光电目栅片目栅分为四个（A、B、C、D）区域，有两种排列方式：
1） Y方向排列：A超前B90 ○ 、C超前D90 ○ 、A与C反向、B与D反向；
2） X方向排列：A超前C90 ○ 、B超前D90 ○ 、A与B反向、C与D反向。
进一步地，所述的壳体使用0.1-0.15mm的黄铜片经化学腐蚀法加工，表面镀金或镀假金抗氧化处理。
本实用新型的优点在于：将采集信号由一个单孔缝隙改为多孔缝隙的采集，自然弥补了加工误差造成的影响，由单管采集改为多管阵列采集。可以成倍或数十倍的提高精度。也不会对光线的切割产生任何影响。也不需要经过十分繁琐的安装调试，而且相对来说配套的光断续器及其电路板安装也更加方便。
附图说明
图1为本发明的原理结构示意图；
图2为本发明的多通道光电位移接收阵列器件结构示意图；
图3为本发明的多通道光电位移接收阵列器件***结构图；
图4为本发明的多通道光电位移接收阵列器件光电目栅片分区结构示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本实用新型做进一步的描述。
实施例一
如附图所示，一种多通道光电位移接收阵列器件，包括四个部分；基板电路1、光电接收管2、光电目栅片3和壳体4；光电接收管2焊接在基板电路1上，且光电接收管2采取光电位移接收阵列排列，通过多个光电接收管2形成光电位移接收阵列器件；光电接收管2由贴片封装的光电接收管组成；在光电接收管2上罩有光电目栅片3，光电目栅片3上排列有比例孔目5；光电目栅片3由开孔壳体4包裹与基板电路1固装在一起。
所述的基板电路1是由FR4材料制成的长方形PCB电路形成贴片。
所述的光电位移接收阵列器件是由4只光电接收管组成，可以完成两通道信号采集与相位差固化，组装传感器不需要调整相位差与相关电路配合制成单电源两通道四通道、双电源2-8通道。
所述的光电目栅片3由1mm厚光学玻璃经过曝光镀膜后（镀层3-5微米）经过精密光学洗印加工，（精度可达0.005mm）制成与光栅码盘相同孔距的采集目栅；
所述的光电目栅片3的比例孔目5目栅分为四个（A、B、C、D）区域，排列方式如下（如附图3所述）：
Y方向排列；A超前B90 ○ 、C超前D90 ○ 、A与C反向、B与D反向；
所述的壳体使用0.1-0.15mm的黄铜片经化学腐蚀法加工，表面镀金或镀假金抗氧化处理。
利用上述多通道光电位移接收阵列器件的机车光电转速传感器位移接收方法是，采用多孔缝隙与多管阵列方式采集机车光电转速传感器位移信号；在铁路机车光电转速传感器上6装上圆环形PCB电路板7（或称圆环形印制电路版），将多通道光电位移接收阵列器件8焊接安装在圆环形PCB电路板7上，在多通道光电位移接收阵列器件8上方安装Φ4.6-Φ10红外发光管9，红外发光管9安装在支架11上，红外发光管9发射红外光，发射扩散角度3-10 ○ （平行光最好），并在多通道光电位移接收阵列器件8与红外发光管9之间设置有转动的光栅码盘10，使多通道光电位移接收阵列器件8的感光通路受转动的光栅码盘10切割，根据光电转速传感器信号采集原理，多通道光电位移接收阵列器件8的光断续器的受光端感受到断续的光信号后将其转换成电信号，经整形后形成与转动体转动频率有关的电信号。
所述的多通道光电位移接收阵列器件8的感光通路受转动的光栅码盘10切割是将多通道光电位移接收阵列器件8放置在红外发光管9所发出光线的对面，在多通道光电位移接收阵列器件8与红外发光管9之间放置一旋转的光栅码盘10，在光栅码盘10上等距设置有多孔缝隙；同时将多通道光电位移接收阵列器件8的光电接收管2置于一个光电目栅片3之下，光电目栅片3上设有比例孔目5；通过光栅码盘10的旋转使得光栅码盘10上的多孔缝隙与光电目栅片3上的比例孔目5交替形成对红外发光管发出的光线断续切割，光电接收管2接收到红外发光管9发出的光线为断续光线，并由光电接收管2根据光电转速传感器信号采集原理，光电接收管将感受到断续的光信号转换成电信号，经整形后形成与转动体转动频率有关的电信号。
由于采用多孔信号采集使得加工误差减小为比例孔目倍数，例如；光电目栅片的孔数是4那么按原加工方式的码盘实际误差分布相邻四孔位为+0.01、+0.05、-0.02、-0.01,因此,∑4/4=0.0025也就是相当于等于精度提高了约20倍，(0.0025/0.007=0.357) 当最大误差为0.05时，最大占空比为50.357最小占空比49.643。在实际应用上由于发光管不可能是平行光总是有一定的散射角度所以更高精度的提高取决于光电目栅片，本发明的光电目栅片的加工误差为0.005mm，按光电目栅片为4孔时实际误差仍是0.005mm比原误差提高了1倍，再配合高精度的光栅码盘因此精度可以提高数十倍至百倍，可以将50%的占空比控制在（50±0.01-0.1%）范围与电路配合达到免调试成为可能。
光电目栅片的另一特点是两通道之间的相位差在加工时已经固化，目栅分为上下两排并且相错90 ○ ，因此相位差不需要调试即可达到高精度要求。
以上说明光电目栅片孔目数越多精度越高，当接收管的尺寸为3mm长时，200孔目码盘接收目栅可以达到4目，使用红外接收管可以并联使接收有效长度达到4mm，则目栅孔数达到6目，分辨率更高。
实施例二：
一种多通道光电位移接收阵列器件，包括四个部分；基板电路、光电接收管、光电目栅片和壳体；光电接收管焊接在基板电路上，光电接收管由贴片封装的光电接收管组成阵列；在光电接收管上罩有光电目栅片，光电目栅片由开孔壳体包裹与基板电路固装在一起。
所述的基板电路是由陶瓷基板制成的方形PCB电路形成贴片。
所述的光电位移接收阵列器件是由8只光电接收管组成，可以完成四通道信号采集与相位差固化，组装传感器不需要调整相位差与相关电路配合制成单电源四通道、双电源4-8通道、四电源4-16通道。
所述的光电目栅片采用菲林材料（0.18厚）经菲林打印机加工，（精度可达0.003mm）制成与光栅码盘相同孔距的采集目栅；
所述的光电目栅片目栅分为四个（A、B、C、D）区域，排列方式如下：
X方向排列；A超前C90 ○ 、B超前D90 ○ 、A与B反向、C与D反向。
所述的壳体使用0.1-0.15mm的黄铜片经化学腐蚀法加工，表面镀金或镀假金抗氧化处理。
利用上述多通道光电位移接收阵列器件的机车光电转速传感器位移接收方法与实施例一是一样的。
实施例三：
一种多通道光电位移接收阵列器件，包括四个部分；基板电路、光电接收管、光电目栅片和壳体；光电接收管焊接在基板电路上，光电接收管由贴片封装的光电接收管组成阵列；在光电接收管上罩有光电目栅片，光电目栅片由开孔壳体包裹与基板电路固装在一起。
所述的基板电路是PID直插器件。
所述的光电位移接收阵列器件是由8只光电接收管组成，可以完成四通道信号采集与相位差固化，组装传感器不需要调整相位差与相关电路配合制成单电源四通道、双电源4-8通道、四电源4-16通道。
所述的光电目栅片由1mm厚光学玻璃经过曝光镀膜后（镀层3-5微米）经过精密光学洗印加工，（精度可达0.005mm），制成与光栅码盘相同孔距的采集目栅；
所述的光电目栅片目栅分为四个（A、B、C、D）区域，有两种排列方式：
1） Y方向排列；A超前B90 ○ 、C超前D90 ○ 、A与C反向、B与D反向；
2） X方向排列；A超前C90 ○ 、B超前D90 ○ 、A与B反向、C与D反向。
所述的壳体使用0.1-0.15mm的黄铜片经化学腐蚀法加工，表面镀金或镀假金抗氧化处理。
利用上述多通道光电位移接收阵列器件的机车光电转速传感器位移接收方法与实施例一是一样的。
通过上述实施例可以看出，本实用新型涉及一种多通道光电位移接收阵列器件，多通道光电位移接收阵列器件包括四个部分；基板电路、光电接收管、光电目栅片和壳体；光电接收管焊接在基板电路上，光电接收管由贴片封装的光电接收管；在光电接收管上罩有光电目栅片，光电目栅片由开孔壳体包裹与基板电路固装在一起。
进一步地，所述的基板电路是由FR4材料或陶瓷基板制成PCB电路基板形成贴片或PID直插器件。
进一步地，所述的光电位移接收阵列器件是由4只光电接收管组成，可以完成两通道信号采集与相位差固化，组装传感器不需要调整相位差与相关电路配合可以制成单电源两通道四通道、双电源2-8通道。
进一步地，所述的光电位移接收阵列器件是由8只光电接收管组成，可以完成四通道信号采集与相位差固化，组装传感器不需要调整相位差与相关电路配合可以制成单电源四通道、双电源4-8通道、四电源4-16通道。
进一步地，所述的光电目栅片由1mm厚光学玻璃经过曝光镀膜后（镀层3-5微米）经过精密光学洗印加工，（精度可达0.005mm）也可以采用菲林材料（0.18厚）经菲林打印机加工；（精度可达0.003mm）制成与光栅码盘相同孔距的采集目栅；
进一步地，所述的光电目栅片目栅分为四个（A、B、C、D）区域，有两种排列方式：
3） Y方向排列；A超前B90 ○ 、C超前D90 ○ 、A与C反向、B与D反向；
4） X方向排列；A超前C90 ○ 、B超前D90 ○ 、A与B反向、C与D反向。
进一步地，所述的壳体使用0.1-0.15mm的黄铜片经化学腐蚀法加工，表面镀金或镀假金抗氧化处理。
Claims (7)
1.一种机车光电转速传感器位移接收阵列器件，其特征在于：机车光电转速传感器位移接收阵列器件包括基板电路、光电接收管、光电目栅片和壳体四个部分；光电接收管焊接在基板电路上，光电接收管由贴片封装的光电接收管；在光电接收管上罩有光电目栅片，光电目栅片由开孔壳体包裹与基板电路固装在一起。
2.如权利要求1所述的机车光电转速传感器位移接收阵列器件，其特征在于：所述的基板电路是由FR4材料或陶瓷基板制成的方形PCB电路形成贴片或PID直插器件。
3.如权利要求1所述的机车光电转速传感器位移接收阵列器件，其特征在于：所述的机车光电转速传感器位移接收阵列器件是由4只光电接收管组成，能完成两通道信号采集与相位差固化，组装传感器不需要调整相位差与相关电路配合可以制成单电源两通道四通道、双电源2-8通道。
4.如权利要求1所述的机车光电转速传感器位移接收阵列器件，其特征在于：所述的机车光电转速传感器位移接收阵列器件是由8只光电接收管组成，能完成四通道信号采集与相位差固化，组装传感器不需要调整相位差与相关电路配合可以制成单电源四通道、双电源4-8通道、四电源4-16通道。
5.如权利要求1至4任意一项所述的机车光电转速传感器位移接收阵列器件，其特征在于：所述的光电目栅片由1mm厚光学玻璃经过曝光镀膜后经过精密光学洗印加工，或采用菲林材料经菲林打印机加工；制成与光栅码盘相同孔距的采集目栅。
6.如权利要求1所述的机车光电转速传感器位移接收阵列器件，其特征在于：所述的光电目栅片目栅分为A、B、C、D四个区域，有两种排列方式：
Y方向排列：A超前B90 ○ 、C超前D90 ○ 、A与C反向、B与D反向；
X方向排列：A超前C90 ○ 、B超前D90 ○ 、A与B反向、C与D反向。
7.如权利要求1所述的机车光电转速传感器位移接收阵列器件，其特征在于：所述的壳体使用0.1-0.15mm的黄铜片经化学腐蚀法加工，表面镀金或镀假金抗氧化处理。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201420249520.1U CN204044174U (zh) | 2014-05-15 | 2014-05-15 | 一种机车光电转速传感器位移接收阵列器件 |
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| CN204044174U true CN204044174U (zh) | 2014-12-24 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109001483A (zh) * | 2018-06-01 | 2018-12-14 | 苏州古柏利电子科技有限公司 | 一种转速传感器 |
| CN110441782A (zh) * | 2019-07-11 | 2019-11-12 | 深圳市深创谷技术服务有限公司 | 红外检测装置 |
-
2014
- 2014-05-15 CN CN201420249520.1U patent/CN204044174U/zh not_active Expired - Lifetime
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