CN207585795U - 一种轴端温速集成传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种轴端温速集成传感器，包括：连接器(2)；后端与所述连接器(2)装配连接的护线套(1)；与所述护线套(1)的前端装配连接的壳体(7)；安装在所述护线套(1)内的屏蔽电缆(3)；固定于所述壳体(7)内并与所述屏蔽电缆(3)电连接的电路板(5)；用于固定所述电路板(5)与壳体(7)间的连接的密封胶(4)；还包括位于壳体(7)内的固定组件(6)，所述电路板(5)与固定组件(6)卡接装配，所述固定组件(6)与壳体(7)卡扣配合，两两配合实现电路板(5)与壳体(7)的固定连接。相对于现有技术，本实用新型的轴端温速集成传感器测量精准，连接牢固，密封性好，绝缘性佳，产品质量可靠。

Description

一种轴端温速集成传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器装置，尤其涉及一种应用于地铁、动车、高铁等轨道交通车辆轴端转速测量和轴温测量的轴端温速集成传感器。

背景技术

随着城市轨道交通网络的大量部署，地铁、机车、高速列车的普及，轨道交通运输工具的安全稳定性能成为越来越重要的关注点，而轴温轴速则是影响轨道交通运输工具安全性能的关键因素之一。而轴温轴速主要由列车中的集成传感器进行监测，又列车长期处于高速运行状态，故而这对传感器的长期运行稳定性、恶劣环境的适应性等可靠性提出了要求。

现有的轴温轴速集成传感器主要由连接器2、护线套1、壳体7、电缆线3、印制板组件5、密封胶4等组成，如图1所示，但该种结构在实际应用中存在很多不足：

该集成传感器中的电路板5与壳体7间仅通过密封胶4固定，而密封胶4受温度影响会发生形变，导致电路板5存在移位隐患，这会影响产品的感应灵敏度；此外，护线套1与连接器2间的连接缺乏防脱设计，在振动环境下护线套1容易与连接器2松动甚至脱落，从而进一步导致电缆线3脱落和损伤，使得产品信号传输中断；同时，该集成传感器检测的速度信号虽然输出波形为方波，但其内部电路设计存在缺陷，在转速较高时输出速度信号不满足方波脉冲上升沿电流变化率和下降沿电流变化率要求不应小于2mA/μs的要求；而且壳体7的感应端面为敞口式设计，无金属壳体保护，密封胶4直接作为外表面，在高低温情况下密封胶4受热会热胀冷缩发生形变，致使其与金属壳体粘接性能降低，导致集成传感器的水密性与绝缘性下降。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种内部结构连接牢固，具有良好的感应灵敏度的轴端温速集成传感器。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种轴端温速集成传感器，包括：

连接器；

后端与所述连接器装配连接的护线套；

与所述护线套的前端装配连接的壳体；

安装在所述护线套内的屏蔽电缆；

固定于所述壳体内并与所述屏蔽电缆电连接的电路板；

用于固定所述电路板与壳体间的连接的密封胶；

其特征在于，

还包括位于壳体内的固定组件，所述电路板与所述固定组件卡接装配，所述固定组件与壳体卡扣配合，两两配合以实现电路板与壳体间的固定连接。

进一步的，所述固定组件包括套设在所述电路板外面并与所述壳体卡扣配合的卡扣架，所述卡扣架的内壁上设第一卡槽，所述电路板的上端侧嵌于所述第一卡槽内。通过设置卡扣架，卡扣架内设置卡槽，电路板的上端嵌套于卡槽内进行紧固装配，提供牢固的连接效果，能有效防止电路板的移位，从而确保良好的感应灵敏度。

进一步的，所述固定组件还包括套设在所述电路板外面并与所述壳体卡扣配合的下槽架，所述下槽架的内壁上设第二卡槽，所述电路板的下端侧嵌于所述第二卡槽内。通过进一步设置下槽架对电路板的下端进行固定，能进一步有效防止电路板在传感器使用过程中产生移位，确保良好的感应灵敏度。

进一步的，所述电路板两侧设有与所述卡扣架下端面配合以限制卡扣架下移的第一限位台阶，和与所述下槽架上端面接触以限制下槽架上移的第二限位台阶。设置限制卡扣架下移和下槽架上移的限位台阶，进一步起到了使装配连接牢固的作用。

进一步的，所述卡扣架的上端面与下槽架的上端面分别向外延伸形成延伸部，所述壳体内壁对应成型有凹槽，所述延伸部与凹槽卡扣配合，实现卡扣架、下槽架与壳体的固定装配。在卡扣架和下槽架的上端面各设置向外延伸的延伸部，在壳体内壁设置与延伸部相配合的凹槽，实现卡扣架与壳体、下槽架与壳体的紧固装配，更进一步防止了电路板的移位隐患，从而保证了检测灵敏度。

为了防止装配过程中出现安装错误，作为改进，位于电路板左侧的第一限位台阶高度与位于电路板右侧的第一限位台阶高度、位于电路板左侧的第二限位台阶高度与位于电路板右侧的第二限位台阶高度均呈非对称设计，所述卡扣架和下槽架的设计与所述电路板相适配，均呈非对称设计，以形成结构差异防止反装。

作为改进，所述连接器上端设有开口槽，护线套后端形成间隔设置的沟槽，所述沟槽卡接开口槽的开口所在侧壁，所述沟槽间形成有密封所述开口槽的盖板，所述开口槽的侧壁上设有向下成型的凸块，所述沟槽侧壁上设有向上延伸的凸台，所述凸台的上端面与所述凸块的下端面相抵限制护线套上移；所述壳体的侧壁形成向上延伸的加强筋，所述壳体的感应部呈封闭设计，感应端面设有金属保护壳体。通过在护线套上设置凸台，在连接器的开口槽上设置凸块，凸块限制凸台向上运动，从而防止护线套从连接器上脱落造成信号的传输中断，对保证信号连续传输起到了很好的作用；而将壳体的感应端设计成封闭，采用金属保护壳体，能有效避免现有的感应端采用密封胶作为外端面带来的密封性不佳和绝缘性差的问题。

进一步的，所述传感器包括两路速度传感电路和两路温度传感电路，所述温度传感电路中的测温元件由铂电阻构成；所述速度传感电路由并联于电源两端的EMC防护电路、串联于电路中的反接保护电路和速度信号采集电路构成，所述速度信号采集电路的两端并联滤波电路。

进一步的，所述EMC防护电路包括并联于电源两端的瞬态电压抑制二极管，所述反接保护电路包括正向接通的二极管，所述滤波电路由电感、电阻、磁珠及电容构成，所述电感、磁珠及电阻与所述速度采集电路串联，所述电容并联于速度采集电路两端。

进一步的，所述传感器安装于机车轴端，所述传感器包括至少两个位置间距为a的测速元件，机车轴端上设有与车轴同轴转动的测速磁性轮，所述传感器位于测速磁性轮一侧且至少两个测速元件与测速磁性轮的安装间隙为h，所述测速磁性轮上等比例分布M个磁极对，N级与S级交替分布，至少两个测速元件的位置间距a与相位差存在如下关系：

其中n为正整数，相位差的极性与测速磁性轮转向有关，R为测速磁性轮半径。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：壳体与电路板的装配采用防移动、防反装结构设计，实现电路板在壳体中定位，避免电路板受密封胶随温度变化形变而导致电路板及敏感元件移位的隐患，使产品的感应灵敏度不受影响，也避免了因电路板装反接导致的信号异常隐患；电缆防护套与连接器间采用倒扣防脱设计，加强了电缆防护套与连接器之间的连接强度，使得在振动环境下，电缆防护套也不易脱落，保护电缆不受损伤，信号传输不受影响；采用电感、电容、电阻组成的滤波电路进行信号处理，能确保传感器输出信号方波脉冲上升沿电流变化率和下降沿电流变化率不小于2mA/μs，满足行业标准；同时，壳体感应处为封闭设计，感应端面有金属壳体保护，有效保证了传感器水密性及绝缘性能。

附图说明

图1为现有技术的传感器结构图。

图2为本实用新型的传感器安装结构图。

图3为本实用新型的轴端温速集成传感器的***结构图。

图4为本实用新型的卡扣架、下槽架及电路板的***结构示意图。

图5为本实用新型的卡扣架、电路板及下槽架的装配结构图。

图6为本实用新型的连接器、护线套的结构示意图以及二者的装配结构图。

图7为本实用新型的传感器电路原理图。

图8为本实用新型的传感器速度测量的相位差示意图。

图9为本实用新型的壳体结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图2所示，本实用新型涉及的轴端温速集成传感器8安装于机车轴端，轴端安装有测速磁性轮9，磁性轮与车轴同轴转动，轴端温速集成传感器8安装在磁性轮9的一侧，内部集成了温度检测及速度检测功能，用于检测轴承温度及车轴转速。轴端温速集成传感器8采用非接触方式测量车轴转速，其感应端面与磁性轮9留有一定安装间隙10。

图3示出，本实用新型的轴端温速集成传感器包括护线套1、连接器2、屏蔽电缆3、密封胶4、电路板5、卡扣架61、下槽架62以及壳体7。

参见图5，屏蔽电缆3从护线套1内穿出，电路板5的上端穿过卡扣架61后与屏蔽电缆3电连接。

参见图4、9，卡扣架61的两相对侧壁上设有卡槽612，电路板5的上端两侧嵌在该卡槽612内；

电路板5的下端穿过下槽架62，下槽架62的两相对侧壁上设有卡槽622，用于卡接电路板5的下端两侧；

卡扣架61的上端面设有3个向外延伸的延伸部611，对应的，壳体7的内侧壁上设有3个凹槽72(其中一个未示出，如图9所示)。该三个延伸部611的分布情况可以是，卡扣家61的上端面一侧向外延伸形成2个延伸部611，上端面的相对侧向外延伸形成一个延伸部611，壳体7的内壁形成的凹槽位置72与延伸部611的位置对应。延伸部611可以是扁平状，则凹槽72对应的可以设计成条形状，且槽的宽度、大小以恰好供扁平状的延伸部611深入并紧紧的卡住为宜。

下槽架62的上端面一侧也向外延伸有延伸部621，壳体7的内壁对应设有卡接该延伸部621的凹槽72(图9中未示出)，具体的该延伸部621的形状、位置均可根据实际需要进行设计，如可以和卡扣架61上的延伸部611一起设计成扁平状，也可以是其他适宜与壳体7中的凹槽72卡接的形状、体积。

这样，首先通过卡扣架61卡接电路板5的上端部分、通过下槽架62卡接电路板5的下端部分，防止电路板5的移位，实现电路板5的第一次固定；再通过设计的延伸部611、621和壳体7内部设置的凹槽72对卡扣架61和下槽架62在壳体7中的位置进行定位，从而进一步限定电路板5的移位，实现电路板5的第二次固定。通过双重限位，即有效克服了现有技术中电路板容易发生晃动和移位，导致传感器的感测灵敏度受影响的问题。此时，卡扣架61和下槽架62即构成了连接壳体7和电路板5，实现电路板5固定的固定组件6。同时，为了进一步固定电路板5与壳体7间的连接，电路板5上还涂覆有密封胶4。

电路板5的上端两侧设有与卡扣架61的下端面配合以限制卡扣架61移动的第一限位台阶51、下端两侧设有与下槽架62的上端面接触以限制下槽架62上移的第二限位台阶52。具体而言，位于电路板5左侧的第一限位台阶51-1的高度与位于电路板5右侧的第一限位台阶51-2的高度呈非对称设计，同样，位于电路板5左侧的第二限位台阶52-1的高度与位于电路板5右侧的第二限位台阶52-2的高度也成非对称设计，同时，卡扣架61、下槽架62的左侧高度与右侧高度也呈非对称设计，该设计与电路板5的非对称设计相对应。这样，通过非对称设计形成结构差异，从而提示操作者装配区别，从而防止操作时装配错误，提高装配效率。

如图9所示，壳体7还在出口处设计了四个加强筋71，用以提高壳体强度；同时，壳体7的感应端73设计成封闭结构，感应端面有金属壳体保护，封闭型设计能防止传感器的内部器件外露，避免水渍的侵入，起到了密封作用；在感应端面设计金属壳体，该结构能屏蔽外界磁场等的干扰，从而提高传感器的抗干扰性能。

为了防止护线套从连接器上脱落，造成信号传输中断，作为改进，参见图6，本实用新型的连接器2上端设有开口槽21，护线套1的后端设有间隔设置的沟槽12，该沟槽12刚好可卡接开口槽21的开口所在的侧壁22，沟槽12间形成有密封该开口槽21盖板11，开口槽21的开口所在侧壁22上设有向下成型的凸块23，沟槽12侧壁上设有向上延伸的凸台13，凸台13的上端面与凸块23的下端面相抵限制护线套1上移。

参见图7、8，本实用新型的轴端温速集成传感器还包含2路速度信号和2路温度信号，每路信号之间电气相互独立。详见电路原理图7所示，该电路中的温度信号为电阻值，2路温度信号的电路完全一致，主要由测温元件组成，测温元件采用铂电阻。

磁性轮上等比例分布了N极与S极磁钢，当磁性轮随着车轴转动时，传感器感应端面的磁场发生交替变化，传感器感应到这种变化并经信号处理输出方波信号。方波信号的频率f与磁性轮转速ω成一定比例，并满足关系式f(Hz)＝ω(r/min)×z/60(z为测速磁性轮极对数)。

速度信号为电流信号，输出波形为方波脉冲。2路速度信号的电路完全一致，每路速度信号由EMC防护电路、反接保护电路、滤波电路及速度信号采集电路组成。EMC防护电路主要采用并联在电源两端的瞬态电压抑制二极管进行浪涌防护。反接保护电路采用串联在电路中的二极管实现，利用二极管的单向导通特性进行电源防反接保护。滤波电路由电感、磁珠、电阻、电容组成，电感、磁珠及电阻串联在电路中，电容并联在电路中。速度信号采集及处理电路主要由测速元件实现。

具体的，速度信号输出波形要求为方波脉冲，高电平14mA±10％，低电平7mA±10％，占空比50％±20％，上升沿电流变化率和下降沿电流变化率不小于2mA/μs，相位差90°±30°。

本实用新型方案中，轴端温速集成传感器8的测速元件81通过非接触的方式感应测速齿盘转动引起的磁场强度变化输出电信号，并经过信号放大、信号滞回处理等转换为方波脉冲信号输出，满足高电平14mA±10％，低电平7mA±10％要求。且在实际测速中，占空比主要与磁性轮磁极分布有关，磁性轮上N级和S级等比例分布，理论上占空比为50％，考虑边缘效应，并根据实际测试，本方案可满足50％±20％要求。

具体的，并联在测速元件81两端的电容影响速度信号输出方波脉冲的上升时间和下降时间，进而影响信号的上升沿电变化率和下降沿电流变化率。为了满足上升沿电变化率和下降沿电流变化率不小于2mA/μs要求，电容取值不宜过大，根据经验及实际测试，并联在测速元件两端的等效电容取值范围应在1nF～10nF。等效电容包含所有并联在测速元件两端的电子器件的电容或结电容之和。被测磁性轮半径为R，磁性轮上等比例分布有2M个磁极，N级和S级交替分布，即包含M个磁极对。2个测速元件与磁性轮的安装间隙为h，则2个测速元件之间的间距a与相位差应该满足如下关系式：

其中n为正整数，相位差内极性与磁性轮转向有关。

实例计算：被测磁性轮半径R＝87mm，磁极对个数M＝80，相位差按2个测速元件与磁性轮的安装间隙h＝1mm计算，当n取0，则2个测速元件之间的间距a≈1.7mm，当n取2，则2个测速元件之间的间距a≈9.1mm，根据测速元件自身的体积，选取a为9.1mm。

当然，本方案中的测速元件81可以是基于霍尔原理，也可以是基于磁阻原理，或其他原理的磁敏元件，可以通过非接触式方式，实现将转速转换为方波脉冲信号。测温元件的铂电阻可以是Pt1000，也可以是Pt100，具体根据实际需要确定。

同时，壳体、固定组件、电路板上关于防反装防移动设计的结构上的任何形状、尺寸大小更改、数量变更均属于本实用新型的一种变形，均在本实用新型的保护范围内。电缆防护套、连接器关于防脱落、防移动错位的结构上的任何形状、尺寸大小的更改、数量的变更也均属于本实用新型的一种变形，均在本实用新型的保护范围内。

相比旧型传感器，本实用新型采用固定组件对电路板进行固定、防止反接，实现电路板在壳体中居中、定向安装、不可移位，并通过密封胶进行密封，避免电路板与壳体之间只通过密封胶固定，在密封胶受热会发生形变时电路板移位的隐患，确保了产品的感应灵敏度不受影响，同时也避免了因电路板装反导致的信号异常隐患；壳体内侧两个面通过设计凹槽，与固定组件端面的凸台卡扣配合，固定组件的侧壁高低与电路板相一致，能在保证电路板定向固定在壳体内的同时，防止错接、反接，从而进一步提高装配效率；

电缆防护套与连接器采用倒扣设计连接，能加强电缆防护套与连接器间的连接强度，使得在振动环境下，电缆保护套不易脱落，保护电缆不受损伤；

采用由电感、电容、电阻组成的滤波电路进行信号处理，综合考虑并联在速度信号采集元件两端的等效电容值，并结合电容值较小的瞬态抑制二极管进行浪涌防护，既保证产品的电磁兼容性能，又使产品输出信号方波脉冲上升沿电流变化率和下降沿电流变化率要求满足不小于2mA/μs的要求；

壳体结构增设加强筋，能进一步提高产品强度，并在感应处设计成封闭结构，能增强传感器的水密性和绝缘性能。

除了上述改进外，其他相类似的改进也包含在本实用新型的改进范围内，此处就不在赘述。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种轴端温速集成传感器，包括：

连接器(2)；

后端与所述连接器(2)装配连接的护线套(1)；

与所述护线套(1)的前端装配连接的壳体(7)；

安装在所述护线套(1)内的屏蔽电缆(3)；

固定于所述壳体(7)内并与所述屏蔽电缆(3)电连接的电路板(5)；

用于固定所述电路板(5)与壳体(7)间的连接的密封胶(4)；

其特征在于，

还包括位于壳体(7)内的固定组件(6)，所述电路板(5)与固定组件(6)卡接装配，所述固定组件(6)与壳体(7)卡扣配合，两两配合实现电路板(5)与壳体(7)的固定连接。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述固定组件(6)包括套设在所述电路板(5)外面并与所述壳体(7)卡扣配合的卡扣架(61)，所述卡扣架(61)内壁上设第一卡槽(612)，所述电路板(5)上端侧嵌于所述第一卡槽(612)内。

3.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于：所述固定组件(6)还包括套设在所述电路板(5)外面并与所述壳体(7)卡扣配合的下槽架(62)，所述下槽架(62)内壁上设第二卡槽(622)，所述电路板(5)下端侧嵌于所述第二卡槽(622)内。

4.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于：所述电路板(5)两侧设有与所述卡扣架(61)下端面配合以限制卡扣架(61)下移的第一限位台阶(51)，和与所述下槽架(62)上端面接触以限制下槽架(62)上移的第二限位台阶(52)。

5.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于：所述卡扣架(61)的上端面向外延伸形成第一延伸部(611)、下槽架(62)的上端面向外延伸形成第二延伸部(621)，所述壳体(7)内壁对应成型有卡接所述第一延伸部(611)、第二延伸部(621)的凹槽(72)。

6.根据权利要求5所述的传感器，其特征在于：位于电路板(5)左侧的第一限位台阶(51-1)高度与位于电路板(5)右侧的第一限位台阶(51-2)高度、位于电路板(5)左侧的第二限位台阶(52-1)高度与位于电路板(5)右侧的第二限位台阶(52-2)高度均呈非对称设计，所述卡扣架(61)和下槽架(62)的设计与所述电路板(5)相适配，均呈非对称设计。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的传感器，其特征在于：所述连接器(2)上端设有开口槽(22)，护线套(1)后端形成间隔设置的沟槽(12)，所述沟槽(12)卡接开口槽(21)的开口侧壁(22)，所述沟槽(12)间形成有密封所述开口槽(21)的盖板(11)，所述开口侧壁(22)上设有向下成型的凸块(23)，所述沟槽(12)侧壁上对应设有向上延伸的凸台(13)，所述凸台(13)的上端面与所述凸块(23)的下端面相抵限制护线套(1)上移；所述壳体(7)的侧壁形成向上延伸的加强筋(71)，所述壳体(7)的感应部(73)呈封闭设计，感应端面设有金属保护壳体。

8.根据权利要求7所述的传感器，其特征在于：所述传感器包括两路速度传感电路和两路温度传感电路，所述温度传感电路中的测温元件由铂电阻构成；所述速度传感电路由并联于电源两端的EMC防护电路、串联于电路中的反接保护电路和速度信号采集电路构成，所述速度信号采集电路的两端并联滤波电路。

9.根据权利要求8所述的传感器，其特征在于：所述EMC防护电路包括并联于电源两端的瞬态电压抑制二极管，所述反接保护电路包括正向接通的二极管，所述滤波电路由电感、电阻、磁珠及电容构成，所述电感、磁珠及电阻与所述速度采集电路串联，所述电容并联于速度采集电路两端。

10.根据权利要求9所述的传感器，其特征在于：所述传感器安装于机车轴端，所述传感器包括至少两个位置间距为a的测速元件(81)，机车轴端上设有与车轴同轴转动的测速磁性轮(9)，所述传感器位于测速磁性轮(9)一侧且至少两个测速元件(81)与测速磁性轮(9)的安装间隙为h，所述测速磁性轮(9)上等比例分布M个磁极对，N级与S级交替分布，至少两个测速元件(81)的位置间距a与相位差存在如下关系：

其中n为正整数，相位差的极性与测速磁性轮转向有关，R为测速磁性轮半径。