用于列車走行部狀態監測的多參量傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于列車運行狀態監測與故障診斷的專用傳感器，特別是一種用于列車走行部狀態監測的多參量傳感器。
【背景技術】
[0002]列車走行部運行安全狀態監測是鐵路行車安全保障信息系統的重要組成部分，它通過車載傳感器、監測裝置等實現對運行中列車運行狀態的實時監測，能夠及時發現運行狀態不良的車輛或零部件，為機車車輛檢修提供第一手數據資料，對保障鐵路行車安全和提高機車車輛的檢修水平具有重要意義。傳感器技術作為信息技術的三大基礎之一，是當前各發達國家競相發展的高技術。傳感器類似于人類為了獲取外界信息所必須借助的感覺器官，是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求，是實現自動檢測和自動控制的首要環節。一般來說一個傳感器只能測量一個物理量，為了能準確全面的認識對象和環境，以進一步進行監測或控制，往往需要多個傳感器來同時測量多個物理量，使得系統結構龐大而復雜，降低其可靠性和穩定性。
[0003]列車走行部長期處于高速、重載的工作狀態，由于其工作面接觸應力的長期反復作用，極易引起軸承疲勞、裂紋和壓痕等故障，導致軸承發熱、車軸斷裂，給機車車輛帶來額外的沖擊振動，繼而產生“熱軸”或者其他故障;為此，必需對列車走行部進行狀態監測與故障診斷。由于列車運行工況復雜，走行部工作環境惡劣、干擾因素繁多，常易受到沖擊、摩擦等外部作用，這是列車走行部狀態監測傳感器的設計與制作中難以解決的問題。在列車運行狀態監測中，每一節車體走行部都需要進行監測，如果傳感器數量過多，會導致監測系統結構復雜、信息采集分散、信號傳輸過程易受干擾，這就給列車走行部的狀態監測和故障診斷帶來了一定的困難。
[0004]現有列車走行部狀態監測方法主要有:溫度監測、振動沖擊監測、溫度與振動綜合監測三種方法。基于溫度升高是走行部某些部件出現故障后并臨近引起事故的一種外在特征表現，我國旅客列車大都采用了列車軸溫監測報警裝置;但并不是所有的故障都必然導致溫度升高(如齒輪故障、踏面故障和部分的軸承工作面損傷)，因此，對于鐵路機車的走行部通常采用溫度與振動綜合監測的方法。實踐表明，單獨的軸溫監測報警是不全面的、也是不完備的，雖然通過溫度與振動綜合監測的方法使監測效果得到一定的改善，但還存在一些問題:振動沖擊監測傳感器的單端輸出方式會因走行部強烈電磁干擾影響而導致誤診誤判，同時避免不了因敏感元件失效而造成的誤診或漏診。為此，希望盡可能把幾種敏感元器件制作在一起，使一個多參量傳感器能同時測量幾個參數、具有多種功能，不但便于列車走行部狀態監測設備的安裝與維護，同時也提高了監測系統的穩定性和可靠性。
[0005]多參量傳感器在滿足了各參數監測的功能基礎之上，優化了監測系統結構，提高了系統的穩定性和可靠性;一定程度上減少了列車走行部監測系統的安裝成本、人力資源、財力資源，可為監測系統提供大量而且全面的監測數據，使列車走行部的故障診斷更加準確可靠，對保證列車運行安全具有重要意義。因此，開發一種用于列車走行部狀態監測的多參量傳感器非常必要。
【發明內容】
[0006]針對上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種用于列車運行狀態監測與故障診斷的專用傳感器，特別是一種用于列車走行部狀態監測的多參量傳感器。
[0007]為實現上述目的，本發明的一種用于列車走行部狀態監測的多參量傳感器，包括外殼、基座、引線接頭、電荷放大器、質量塊、振動沖擊敏感器件、限流電阻、溫度敏感器件、熱敏邏輯元件、封片;其特征在于所述敏感元器件和電路均安裝在外殼、基座、封片一起形成的密閉金屬空腔內，工作電源和傳感信號均連接于引線接頭，所述基座通過中上部螺紋與外殼連接、通過下部螺紋與走行部關鍵部件可靠連接，可集中監測列車走行部的振動、沖擊、溫度、熱敏邏輯狀態四種參數。
[0008]所述的傳感器基座底部開有一孔用于封裝溫度敏感器件、熱敏邏輯元件與限流電阻，并由金屬封片密封，基座中上部開有一側孔且與底部開孔連通，用于引出信號線;所述振動沖擊敏感器件由螺釘通過質量塊緊固在基座上部凹槽中，與其連接的電荷放大器由螺釘固定于基座頂部。
[0009]所述的振動沖擊敏感器件由兩片相同的壓電晶片串聯而成，以形成一個差分輸出方式的信號源。
[0010]所述的電荷放大器是一個由低功耗低噪聲雙運放1(:1、電阻1?1、1?2、1?、1?4、1?5、1?6和電容Cl、C2組成的單電源全差分放大器。
[0011]所述的溫度敏感器件為單總線數字溫度傳感器。
[0012]所述的熱敏邏輯元件為易熔合金，與限流電阻串聯后并接于溫度敏感器件的電源兩端，邏輯信號由串接點輸出。
[0013]本發明的有益效果是，由兩片相同的壓電晶片組成的差分輸出振動沖擊敏感信號源，連接至由雙運放1(:1、電阻1?1、1?2、1?、1?4、1?5、1?6和電容(:1工2組成的單電源全差分電荷放大器，可有效抑制從壓電晶片到電荷放大器引線和傳感器輸出引線的共模干擾和差模干擾，解決了現有列車走行部狀態監測中常用的振動沖擊敏感器件或傳感器整體單端輸出方式所帶來的抗干擾能力差的問題;經過工藝處理把傳感器的敏感元器件和電路均安裝在外殼、基座、封片一起形成的密閉金屬空腔內，有效抑制列車走行部狀態監測中的強電磁干擾;本發明傳感器的敏感元器件包括振動沖擊敏感器件、溫度敏感器件、熱敏邏輯元件(其閥值溫度按振動沖擊敏感器件及電路、溫度敏感器件、被測對象等中的最低失效溫度選定)，可集中監測列車走行部的振動、沖擊、溫度、熱敏邏輯狀態四種參數，在熱敏邏輯狀態為高電平時振動沖擊敏感器件和溫度敏感器件的輸出信號有效，在熱敏邏輯狀態輸出為低電平時不考慮振動沖擊敏感器件和溫度敏感器件的輸出值而直接報警，避免了現有列車走行部狀態監測中常因敏感元件失效而造成的誤診或漏診問題。
[0014]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明的結構剖面圖。
[0016]圖中:1.外殼、2.基座，3.引線接頭，4.電荷放大器，5.質量塊，6.振動沖擊敏感器件，7.限流電阻，8.溫度敏感器件，9.熱敏邏輯元件，10.封片。
[0017]圖2是本發明的原理框圖。
[0018]圖3是本發明的壓電效應示意圖。
[0019]圖中:A.絕緣隔膜，B.壓電晶片，C.銅片電極。
[0020]圖4是本發明的電路原理圖。
[0021 ]圖中:3.引線接頭，6.振動沖擊敏感器件，7.限流電阻，8.溫度敏感器件，9.熱敏邏輯元件。
[0022]圖5是本發明的仰視圖。
[0023]圖6是本發明的俯視圖。
[0024]圖7是本發明的基座螺紋接頭圖。
[0025]圖8是本發明的外形圖。
【具體實施方式】
[0026]結合附圖，圖1為本發明剖面圖，圖2為本發明原理框圖。一種用于列車走行部狀態監測的多參量傳感器，包括外殼、基座、引線接頭、電荷放大器、質量塊、振動沖擊敏感器件、限流電阻、溫度敏感器件、熱敏邏輯元件、封片;傳感器內部裝有振動沖擊敏感器件、溫度敏感器件、熱敏邏輯元件三種敏感元器件，其中，振動沖擊敏感器件用于拾取列車走行部關鍵部件運行過程中所產生的振動和沖擊，溫度敏感器件用于監測列車走行部關鍵部件運行過程中的溫度變化情況，熱敏邏輯元件在溫度未超過其閥值時處于導通狀態、溫度超過其閥值后處于斷開狀態(其閥值按振動沖擊敏感器件及電路、溫度敏感器件、被測對象等中的最低失效溫度選定)，用于在列車走行部關鍵部件運行溫度超過其閥值時實時輸出報警信號。
[0027]本發明傳感器的振動沖擊敏感器件由螺釘通過質量塊緊固在基座上部凹槽中，與其連接的電荷放大器由螺釘固定于基座頂部。該振動沖擊敏感器件由兩片相同的壓電晶片串聯而成(參見圖3，A為絕緣隔膜、B為壓電晶片、C為銅片電極)，以形成一個差分輸出方式的信號源，其工作原理是利用壓電晶體片的壓電效應來測量列車走行部關鍵部件的振動和沖擊。壓電晶體的材料是一種離子型晶體電介質，不僅在電場力作用下，而且在機械力作用下，都會產生極化現象；即:在這些電介質的一定方向上施加機械力而產生變形時，就會引起它內部正負電荷中心相對轉移而產生電的極化，從而導致其兩個相對表面(極化面)上出現符號相反的束縛電荷，且其電位移與外應力張量成正比；當外力消失，又恢復不帶電原狀;當外力變向，電荷極性隨之而變。這種現象稱為正壓電效應，或簡稱壓電效應。本發明傳感器的振動沖擊敏感器件屬于壓電式加速度傳感器，采用中心壓縮結構形式，受振時質量塊加在壓電元件上的力也隨之變化，當被測振動頻率遠低于傳感器的固有頻率時，則力的變化與被測加速度成正比；其原理利用壓電晶體的電荷輸出與所受的力成正比，而所受的力在敏感質量一定的情況下與加速度值成正比，即在一定條件下，壓電晶體受力后產生的電荷量與所感受到的加速度值成正比。本發明傳感器的主要技術指標為:最大沖擊加速度1000