CN109655637A - 一种三轴加速度传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三轴加速度传感器装置，用以解决现有技术中用于检测动车组转向架加速度信号的加速度传感器装置设计要求高，屏蔽效果不好，检测精度不高的问题。本装置包括：加速度传感器、信号电缆以及连接器；信号电缆分别与加速度传感器、连接器电连接；加速度传感器包括依次从内到外设置的印制板组件、内层绝缘壳、屏蔽罩、外层绝缘壳、壳体；所述印制板组件上设置有加速度感应电路；印制板组件和信号电缆固定连接；信号电缆依次穿过内层绝缘壳的尾管、屏蔽罩的通孔、外层绝缘壳的尾管以及外壳的尾管和连接器电连接。本三轴加速度传感器，印制板组件安装位置精度高，并且有较高的可靠性、绝缘耐压等级以及防护等级。

Description

一种三轴加速度传感器装置

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种用于检测动车组转向架三轴的加速度信号的三轴加速度传感器装置。

背景技术

动车组转向架是支撑车体并承载车体在轨道上运行的装置，其承担着动车组上部的重量，包括车体及安装在车体内的各种器械、电气设备的重量，并通过一系弹簧悬挂装置传递到钢轨上。转向架在动车组运行过程中会传递重力、牵引力、制动力，在通过曲线时还会传递横向力。

其中动车组在运行过程中需要依据于动车组转向架实现的加速度，因此在动车组转向架上安装加速度传感器即可实时反馈动车组在运行过程中的实时加速度信号。

然而，现有技术中的加速度传感器装置，设计安装复杂，其电路板组装完成后，通过螺栓和螺柱进行连接，安装误差较大；并且现有技术中的三轴加速度感应电路板是通过直角钢尺来调整电路板之间的垂直度，通过水平柱泡调整安装加速度传感器外壳的水平度的误差，其中设计三轴加速度传感器的三轴测量误差，补偿精度有限。

综上现有技术中的三轴加速度传感器的控制电路板的固定方式复杂、其检测过程中的精度补偿方式不够以及绝缘和耐压防护都没有很好的效果，达不到目前动车组的需求，因此需要设计一种高精度、高绝缘、高耐压以及并且结构具有兼容性的三轴加速度传感器。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种高精度、高耐压绝缘，通过电路补偿精度的三轴加速度传感器装置。

为了达到上述目的，采用以下技术方案：

一种三轴加速度传感器装置，包括：加速度传感器、信号电缆以及连接器；信号电缆分别与加速度传感器、连接器电连接；加速度传感器包括依次从内到外设置的印制板组件、内层绝缘壳、屏蔽罩、外层绝缘壳、壳体；所述印制板组件上设置有加速度感应电路；壳体包括盖板和外壳；所述内层绝缘壳、外层绝缘壳以及外壳均设置有尾管，屏蔽罩上设置有通孔；内层绝缘壳内层设置有多个卡槽，印制板组件和信号电缆固定连接；信号电缆依次穿过内层绝缘壳的尾管、屏蔽罩的通孔、外层绝缘壳的尾管以及外壳的尾管和连接器电连接。

进一步地，印制板组件包括：第一印制板组件、第二印制板组件，所述第一印制板组件和第二印制板组件分别对应设置在内层绝缘壳设置的多个卡槽上，第一印制板组件和第二印制板组件通过软硅胶导线连接。

进一步地，加速度感应电路，包括：电源电路、加速度感应电路、信号转换电路以及端口防护电路；

电源电路，为加速度感应电路、自检电路以及信号转换电路提供电压；

加速度感应电路，通过三轴加速度芯片采集X、Y、Z三轴的模拟量，并按比例输出X、Y、Z三轴相应的电压信号；

信号转换电路，包括电压调理电路和V/I转换电路，电压调理电路通过预设低温漂、预设低失调电压的运算放大器，将三轴加速度芯片输出的电压信号转换为预设输出电压信号，V/I转换电路将预设输出电压信号转换为预设输出电流信号。

进一步地，包括自检电路，所述自检电路包括单刀双掷开关，设置在电压调理电路和V/I转换电路之间，用于根据接收的预设输出电压信号对应控制单刀双掷开关的导通和断开。

进一步地，电源电路包括：反接保护电路、浪涌防护电路、电源转换电路；

反接保护电路，接供电电压，通过二极管确定供电电压是否反接；

浪涌防护电路，接反接保护电路，通过压敏电阻、电感以及TVS进行两级浪涌防护；

电源转换电路，接浪涌防护电路，将供电电压转化为预设直流电压，连接加速度感应电路以及预设参考电压芯片，并将预设直流电压转换为预设稳定电压，连接自检电路。

进一步地，还包括电缆扣压环，所述电缆扣压环扣压设置于内层绝缘壳和屏蔽罩之间的信号电缆上。

进一步地，内层绝缘壳尾管的端部设置有凸起结构，电缆扣压环设置有连接凹槽，所述凸起结构安装在电缆扣压环的连接凹槽内。

进一步地，包括O型圈，所述O型圈设置于外层绝缘壳和外壳之间，用于密封穿有信号电缆的外壳尾管。

进一步地，印制板组件、内层绝缘壳、屏蔽罩、外层绝缘壳以及壳体相互之间的缝隙填充环氧树脂胶；盖板分别和固化后的环氧树脂胶粘结连接以及与外壳靠近盖板的端部焊接连接。

进一步地，内层绝缘壳外层和外层绝缘壳外层以及壳体内层均设置有防胶松脱凹槽。

本发明的有益效果为：

(1)本申请提供的三轴加速度传感器装置，其包括由内到外依次设置的印制板组件、内层绝缘壳、屏蔽罩、外层绝缘壳、壳体，其印制板组件和壳体之间设置有内层绝缘壳、外层绝缘壳以及外层绝缘壳与壳体之间填充的环氧树脂胶，能够达到很好的绝缘耐压效果。

(2)本申请提供的三轴加速度传感器装置，其内层绝缘壳内层设置有多个卡槽，印制板组件通过导向卡槽装配在内层绝缘壳内，从而通过内层绝缘壳的卡槽位置保证印制板组件安装位置的精度，进一步地保证了加速度传感器检测加速度的感应精度。

(3)本申请提供的三轴加速度传感器装置，其壳体包括的外壳和盖板，通过焊接连接，保证了加速度传感器装置的机械强度，增加了其可靠性。

(4)本申请中提供的三轴加速度传感器装置的内层绝缘壳内层、外层绝缘壳外层以及外壳内层，均设置有防脱胶凹槽，保证加速度传感器装置在灌胶固定时，胶不会脱落，保证了加速度传感器的印制板组件在使用过程中即使受到冲击或者一定频率的振动，胶也能很好的固定在内层绝缘壳内部、屏蔽罩内部、外层绝缘壳内部以及外壳内部。

(5)本申请中提供的加速度传感器装置，其安装部件层次分明，组装方便，部件能够通用，即实现组装部件的通用性。

(6)本申请提供的加速度传感器装置的制备方法，其制备简单，由于印制板组件、内层绝缘壳、屏蔽罩、外层绝缘壳、壳体都是通用部件，依次进行组装，设计简单，组装方便。

(7)在加速度传感器装置，填充环氧树脂胶之前，会进行调试，将因零部件尺寸公差和装配误差产生的信号误差进行调节和补偿，进一步提高了本三轴加速度传感器装置的检验精度。

附图说明

图1为本发明一种三轴加速度传感器装置的结构图；

图2为本发明三轴加速度传感器装置加速度感应电路框图；

图3为本发明三轴加速度传感器装置三轴加速度芯片应用电路原理图。

图中，10、盖板，20、第一印制板组件，30、第二印制板组件，40、信号电缆，50、内层绝缘层，60、屏蔽罩，80、外层绝缘壳，90、O型圈，100、外壳，110、护套扣压环，120、橡胶护套管，130、连接器。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例

本实施例提供了一种三轴加速度传感器装置，如图1至图3所示，本三轴加速度传感器包括：

一种三轴加速度传感器装置，包括：加速度传感器、信号电缆以及连接器；信号电缆分别与加速度传感器、连接器电连接；加速度传感器包括依次从内到外设置的印制板组件、内层绝缘壳、屏蔽罩、外层绝缘壳、壳体；所述印制板组件上设置有加速度感应电路；壳体包括盖板和外壳；屏蔽罩包括屏蔽盖和屏蔽罩；所述内层绝缘壳、外层绝缘壳以及外壳均设置有尾管，屏蔽盖和屏蔽罩上均设置有通孔；内层绝缘壳内层设置有卡槽，印制板组件两侧边嵌入内层绝缘层内层设置的卡槽内，并安装到位，如图2所示，通过卡槽方式连接，能够有效地提高印制板组件的安装位置精度，从而进一步地提高了加速度传感器的测量精度。印制板组件和信号电缆固定连接；信号电缆依次穿过内层绝缘壳的尾管、屏蔽罩的通孔、外层绝缘壳的尾管以及外壳的尾管和连接器电连接。

进一步地，印制板组件包括：第一印制板组件、第二印制板组件，所述第一印制板组件和第二印制板组件分别对应设置在内层绝缘壳设置的多个卡槽上，第一印制板组件和第二印制板组件通过软硅胶导线连接。

进一步地，加速度感应电路，包括：电源电路、加速度感应电路、信号转换电路以及端口防护电路；

电源电路，为加速度感应电路、自检电路以及信号转换电路提供电压；

加速度感应电路，通过三轴加速度芯片采集X、Y、Z三轴的模拟量，并按比例输出X、Y、Z三轴相应的电压信号；

其中加速度感应电路，所选用加速度芯片的量程为±2g，X、Y、Z三轴模拟输出。如图1所示。在±2g范围内，加速度芯片按比例输出(2.5±2)V 的电压信号。

信号转换电路，包括电压调理电路和V/I转换电路，电压调理电路通过预设低温漂、预设低失调电压的运算放大器，将三轴加速度芯片输出的电压信号转换为预设输出电压信号，即将加速度芯片输出的(0.5～4.5)V电压信号调理为(1～5)V电压信号；V/I转换电路将预设输出电压信号转换为预设输出电流信号，即将(1～5)V电压信号按比例转换为要求的(4～20)mA的电流输出信号。

进一步地，包括自检电路，所述自检电路包括单刀双掷开关，设置在电压调理电路和V/I转换电路之间，用于根据接收的预设输出电压信号对应控制单刀双掷开关的导通和断开。

当自检线悬浮或接电源线+时，开关输入为高电平，B路导通，接入信号调理电路的电压信号，经V/I转换电路后，传感器按工作状态输出电流信号；

当自检线接电源-时，开关输入为低电平，A路导通，接入1V的自检参考电压信号，经V/I转换电路后，传感器输出4mA的电流信号，达到自检状态。

根据技术要求X、Y、Z三路共用一个自检电路。

进一步地，电源电路包括：反接保护电路、浪涌防护电路、电源转换电路；

反接保护电路，接供电电压，通过二极管确定供电电压是否反接；

浪涌防护电路，接反接保护电路，通过压敏电阻、电感以及TVS进行两级浪涌防护；

电源转换电路，接浪涌防护电路，将供电电压转化为预设直流电压，连接加速度感应电路以及预设参考电压芯片，并将预设直流电压转换为预设稳定电压，连接自检电路。

其中反接保护电路、浪涌防护电路同霍尔速度传感器典型电路中的防护部分，用二极管实现反接保护，用压敏电阻、电感、TVS构成两极浪涌防护。

电源转换部分，用精密LDO将12V供电电压，转换为5V的直流电压，作为加速度芯片的工作电压和精密参考电压芯片的工作电压；用精密参考电压芯片，将5V电压转换为1V的稳定电压，作为自检电路中的自检参考电压。

进一步地，还包括电缆扣压环，所述电缆扣压环扣压设置于内层绝缘壳和屏蔽罩之间的信号电缆上。

进一步地，内层绝缘壳尾管的端部设置有凸起结构，电缆扣压环设置有连接凹槽，所述凸起结构安装在电缆扣压环的连接凹槽内，即电缆扣压环嵌入内层绝缘壳尾管上的凸起结构，其中电缆扣压环的台阶与内层绝缘壳尾管端面接触设置，然后利用扣压机对扣压环尾部进行扣压，其中电缆扣压环与内层绝缘壳配合设置，其中通过扣压机扣压后，能防止信号电缆被拉脱。其中内层绝缘壳尾管端部设置的凸起结构与电缆扣压环的连接凹槽配合设置，能够防止信号电缆与内层屏蔽罩发生相对转动。

进一步地，包括O型圈，所述O型圈设置于外层绝缘壳和外壳之间，其中壳体在装配时，会对O型圈产生一定的挤压，从而实现密封壳体尾管的作用。

其中本实施例中提供的，印制板组件、内层绝缘壳、屏蔽罩、外层绝缘壳以及壳体为依次由内到外设置，其中屏蔽罩，套在内层绝缘壳外部，屏蔽罩内腔的地面与内层绝缘壳底面接触；外层绝缘壳，套在屏蔽罩外部，外层绝缘壳内腔的底面与屏蔽罩底面接触；其中O型圈，套在信号电缆上，与外层绝缘壳尾管端部接触；其中壳体，套在外层绝缘壳外部，壳体内腔的底面与外层绝缘壳底面接触。其中印制板组件、内层绝缘壳、屏蔽罩、外层绝缘壳以及壳体相互之间存在有缝隙，进一步地，印制板组件、内层绝缘壳、屏蔽罩、外层绝缘壳以及壳体相互之间的缝隙填充环氧树脂胶。

本实施例中采用高强度的环氧树脂胶对印制板组件、内层绝缘壳、屏蔽罩、外层绝缘壳以及壳体相互之间的缝隙进行填充，其固化后，强度和硬度高，膨胀系数小，粘结性好，从而对个零件固定效果好，不易发生胶块与各零部件及壳体脱落的现象。

进一步地，内层绝缘壳外层和外层绝缘壳外层以及壳体内层均设置有防胶松脱凹槽。由于，本实施例中提供的加速度传感器装置的使用条件比较严格，其在使用过程中即动车组在运行的过程中由于会遇到一定频率的碰撞和晃动，因此本实施例中提供的防松脱凹槽，能够避免固化后的环氧树脂胶发生松脱现象，进一步地保证了加速度传感器装置的精度。

进一步地，盖板分别和固化后的环氧树脂胶粘结连接以及与外壳靠近盖板的端部焊接连接。本实施例中，提供的盖板和外壳焊接，是通过激光焊接的方式，将盖板和外壳靠近盖板端部的一周焊接起来，起到密封的作用，保证了加速度传感器的使用条件。

进一步优选地，本实施例提供的三轴加速度传感器装置，还设置有激光打标位置，用于通过激光达标打印必要信息。

进一步优选地，本实施例提供的三轴加速度传感器装置，还设置有橡胶护套管，所述橡胶护套管的一端套在壳体尾管的端部，橡胶护套管的另一端套在连接器上，并分别用护套扣压环扣压锁紧。

进一步地，本实施例提供的三轴加速度传感器装置，壳体尾管和连接器尾管均设置有多个倒扣结构，扣压后，能有效地防止橡胶护套管松脱。

进一步地，其中壳体尾管上设置有4个轴向槽，扣压后用于有效放置橡胶护套管与壳体发生相对转动。

其中本实施例中加速度传感器包括由内到外依次设置的印制板组件、内层绝缘壳、屏蔽层、外层绝缘壳以及壳体，其中由内到外依次设置的印制板组件、内层绝缘壳、屏蔽层、外层绝缘壳以及壳体之间存在相互之间的缝隙，然后通过填充环氧树脂胶进行固定，其中环氧树脂胶，完全固化时间短，只需要 12h，有利于缩短生产工时；并且固化后具有很高的硬度(邵D硬度约75～85)，外力不易传入内部，且难以解剖，强行解剖会破坏电路，有利于保护电路知识产权；进一步地，温变系数小，故受温度变化产生的胶内应力小，不易损伤电路。因此环氧树脂胶不仅能达到很好的固化效果，还能实现很好的屏蔽效果。

其中盖板在装配前首先要和固化的环氧树脂胶进行粘结，其中选用的是环氧粘接剂，该粘接剂流动性差、固化速度快、粘度大、固化后硬度高，可有效满足对盖板的粘接要求。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种三轴加速度传感器装置，其特征在于，包括：加速度传感器、信号电缆以及连接器；信号电缆分别与加速度传感器、连接器电连接；加速度传感器包括依次从内到外设置的印制板组件、内层绝缘壳、屏蔽罩、外层绝缘壳、壳体；所述印制板组件上设置有加速度感应电路；壳体包括盖板和外壳；所述内层绝缘壳、外层绝缘壳以及外壳均设置有尾管，屏蔽罩上设置有通孔；内层绝缘壳内层设置有多个卡槽，印制板组件和信号电缆固定连接；信号电缆依次穿过内层绝缘壳的尾管、屏蔽罩的通孔、外层绝缘壳的尾管以及外壳的尾管和连接器电连接。

2.根据权利要求1所述的一种三轴加速度传感器装置，其特征在于，印制板组件包括：第一印制板组件、第二印制板组件，所述第一印制板组件和第二印制板组件分别对应设置在内层绝缘壳设置的多个卡槽上，第一印制板组件和第二印制板组件通过软硅胶导线连接。

3.根据权利要求2所述的一种三轴加速度传感器装置，其特征在于，加速度感应电路，包括：电源电路、加速度感应电路、信号转换电路以及端口防护电路；

电源电路，为加速度感应电路、自检电路以及信号转换电路提供电压；

加速度感应电路，通过三轴加速度芯片采集X、Y、Z三轴的模拟量，并按比例输出X、Y、Z三轴相应的电压信号；

信号转换电路，包括电压调理电路和V/I转换电路，电压调理电路通过预设低温漂、预设低失调电压的运算放大器，将三轴加速度芯片输出的电压信号转换为预设输出电压信号，V/I转换电路将预设输出电压信号转换为预设输出电流信号。

4.根据权利要求3所述的一种三轴加速度传感器装置，其特征在于，包括自检电路，所述自检电路包括单刀双掷开关，设置在电压调理电路和V/I转换电路之间，用于根据接收的预设输出电压信号对应控制单刀双掷开关的导通和断开。

5.根据权利要求4所述的一种三轴加速度传感器装置，其特征在于，电源电路包括：反接保护电路、浪涌防护电路、电源转换电路；

反接保护电路，接供电电压，通过二极管确定供电电压是否反接；

浪涌防护电路，接反接保护电路，通过压敏电阻、电感以及TVS进行两级浪涌防护；

电源转换电路，接浪涌防护电路，将供电电压转化为预设直流电压，连接加速度感应电路以及预设参考电压芯片，并将预设直流电压转换为预设稳定电压，连接自检电路。

6.根据权利要求1所述的一种三轴加速度传感器装置，其特征在于，还包括电缆扣压环，所述电缆扣压环扣压设置于内层绝缘壳和屏蔽罩之间的信号电缆上。

7.根据权利要求1所述的一种三轴加速度传感器装置，其特征在于，内层绝缘壳尾管的端部设置有凸起结构，电缆扣压环设置有连接凹槽，所述凸起结构安装在电缆扣压环的连接凹槽内。

8.根据权利要求1所述的一种三轴加速度传感器装置，其特征在于，包括O型圈，所述O型圈设置于外层绝缘壳和外壳之间，用于密封穿有信号电缆的外壳尾管。

9.根据权利要求1所述的一种三轴加速度传感器装置，其特征在于，印制板组件、内层绝缘壳、屏蔽罩、外层绝缘壳以及壳体相互之间的缝隙填充环氧树脂胶；盖板分别和固化后的环氧树脂胶粘结连接以及与外壳靠近盖板的端部焊接连接。

10.根据权利要求9所述的一种三轴加速度传感器装置，其特征在于，内层绝缘壳外层和外层绝缘壳外层以及壳体内层均设置有防胶松脱凹槽。