CN111750834B - 一种小型智能化数显角位移传感器 - Google Patents

一种小型智能化数显角位移传感器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种小型智能化数显角位移传感器，属于传感器技术领域，包括：壳体，内置第一腔体和第二腔体，且在第一腔体内安装有水平仪，在第二腔体内安装有辅控板、电源板以及主控板，其中，在辅控板上安装有陀螺仪芯片和温度传感器芯片，以及垂直加速度传感器芯片；在电源板上安装有数码管；在主控板上安装有CPU和水平加速度传感器芯片；第一盖板，与壳体相连，其中，在第一盖板上设置有第一观察窗；第二盖板，与壳体相连，其中，在第二盖板上设置有第二观察窗；至少一个连接器，安装于壳体上，并与电源板和主控板相连。通过电源板上的数码管，能够实时显示当前倾角数值，便于修护人员对于钢轨做出相应的调整，提高列车行驶的安全性。

Description

一种小型智能化数显角位移传感器
技术领域
本发明属于传感器技术领域，涉及一种角位移传感器，特别是一种小型智能化数显角位移传感器。
背景技术
我国铁路部门大量使用的捣固车，在铁路施工、维护过程中对钢轨的高低、方向等参数进行调节，从而提高线路的平顺性，保证列车的安全运行。其中，两根钢轨之间的高度差（也称钢轨的超高量）是捣固作业过程中的重要控制量。
现有的捣固车通过电子摆式角位移传感器来对钢轨的超高量进行测量，而这种传感器采用重力摆锤来检测倾角的变化，通过电位器来感知摆锤摆动的角度，并通过阻尼油来克服振动对测量的干扰。该传感器具有原理简单、测量精度高，耐振动性能好等优点，但是在长期使用过程中存在如下缺点：
其一，该传感器的体积较大，重量重，导致其安装，维护极其不便；
其二，该传感器需要定期对阻尼油进行更换，保证其具有一个较为稳定的抗干扰效果；
其三，该传感器的产品结构较为复杂，其故障率较高。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种体积小，重量轻，安装、维护方便，且具有较稳定的抗干扰效果，以及故障率较低的传感器。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种小型智能化数显角位移传感器，包括：
壳体，内置凹腔，并通过隔板将凹腔分割成两个腔体，分别为第一腔体和第二腔体，且在第一腔体内安装有水平仪，在第二腔体内安装有辅控板、电源板以及主控板，其中，在辅控板上安装有陀螺仪芯片和温度传感器芯片，以及垂直加速度传感器芯片；在电源板上安装有若干个并排设置的数码管，并与主控板电连；在主控板上安装有CPU和水平加速度传感器芯片，其中，在CPU上安装有用以采集对应水平加速度传感器芯片、垂直加速度传感器芯片、陀螺仪芯片以及温度传感器芯片电压值的采集模块，用以将电压值转换成加速度的转换模块，用以计算倾角值的计算模块，以及用以判断水平加速度传感器芯片和陀螺仪芯片是否存在故障的诊断模块；
第一盖板，位于第一腔体的上方，且第一盖板与壳体之间通过紧固件相连，其中，在第一盖板上设置有第一观察窗，且该第一观察窗的位置与水平仪的位置相对应；
第二盖板，位于第二腔体的上方，且第二盖板与壳体之间通过紧固件相连，其中，在第二盖板上设置有第二观察窗，且该第二观察窗的位置与数码管的位置相对应；
至少一个连接器，安装于壳体上，其中，连接器通过导线与电源板和主控板相连。
在上述的一种小型智能化数显角位移传感器中，陀螺仪芯片和温度传感器芯片集成设置，形成陀螺仪组件，或者陀螺仪芯片和温度传感器芯片分体设置。
在上述的一种小型智能化数显角位移传感器中，水平仪的两端分别通过紧固螺钉安装于第一腔体内。
在上述的一种小型智能化数显角位移传感器中，在每一根紧固螺钉上嵌套有一弹簧。
在上述的一种小型智能化数显角位移传感器中，在第一腔体内还安装有一个观察底板，其中，该观察底板位于第一盖板和水平仪之间。
在上述的一种小型智能化数显角位移传感器中，在第二盖板上连接有一块密封板，其中，该密封板的位置与第二观察窗的位置相对应。
在上述的一种小型智能化数显角位移传感器中，电源板与主控板呈上下层叠设置，且电源板与主控板之间存有间隙，并通过紧固件将电源板和主控板安装于第二腔体的底壁，辅控板安装于第二腔体的侧壁，其中，辅控板与第二腔体侧壁之间存有间隙，主控板与第二腔体底壁之间存有间隙。
在上述的一种小型智能化数显角位移传感器中，电源板与主控板之间通过第一套筒相分离，辅控板与第二腔体侧壁之间通过第二套筒相分离。
在上述的一种小型智能化数显角位移传感器中，连接器通过橡胶垫安装于壳体上，且在连接器内进行灌胶处理。
在上述的一种小型智能化数显角位移传感器中，连接器的数量为两个，且两个连接器并排设置，其中，两个连接器均与电源板和主控板相连。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
（1）、本发明提供的一种小型智能化数显角位移传感器，其体积小、重量轻，且安装、维护方便，其中，通过内置有温度传感器芯片、陀螺仪芯片，垂直加速度传感器芯片以及水平加速度传感器芯片，从而提高检测精度，保证传感器使用的可靠性，另外，本发明中的水平仪不依靠电气，因此在安装过程中无需进行上电调平，即可检测传感器是否安装平稳，其操作方便、可靠，而且通过电源板上的数码管，能够实时显示当前倾角数值，便于修护人员对于钢轨做出相应的调整，提高列车行驶的安全性；
（2）、通过第一盖板上的第一观察窗，能够在不打开第一腔体的情况下，快速知晓当前传感器安装的位置是否处于水平状态，而水平仪安装的紧固螺钉不仅作为水平仪的固定部件，而且还能作为水平仪初始状态（安装时）的调平，保证后续垂直加速度传感器芯片和水平加速度传感器芯片检测数据的可靠性；
（3）、通过在紧固螺钉上嵌装弹簧，能够为紧固螺钉提供张紧力，起到拧紧防松的效果，进而提高水平仪安装的可靠性；
（4）、通过增设观察底板，一方面对于水平仪形成保护，避免水平仪发生损坏，另一方面与第一腔体的底壁之间形成“夹持”形态，实现水平仪在垂直方向上的限位，保证传感器即使在恶劣的工作环境中，其安装位置仍不发生偏移、转向，进而提高垂直加速度传感器芯片和水平加速度传感器芯片数据检测的可靠性；
（5）、电源板与主控板之间设置有间隙，主控板与第二腔体底壁之间设置间隙，以及辅控板与第二腔体侧壁之间存有间隙，从而保证传感器的绝缘、耐压性能，进而延长传感器的使用寿命；
（6）、通过设置密封板，对电源板上的数码管进行保护，而且对第二腔体形成密封腔体，提高壳体的密封效果，保证壳体内部电气元件使用的可靠性和使用寿命。
附图说明
图1是是本发明一种小型智能化数显角位移传感器的结构示意图。
图2是图1所示角位移传感器另一视角的结构示意图。
图3是图2所示角位移传感器的A-A的剖视图。
图4是图2所示角位移传感器的B-B的剖视图。
图5是本发明一种小型智能化数显角位移传感器的局部结构示意图。
图6是本发明一种小型智能化数显角位移传感器的功能框图。
图中，100、壳体；110、隔板；120、第一腔体；130、第二腔体；140、第一盖板；141、第一观察窗；150、紧固螺钉；160、第二盖板；161、第二观察窗；170、弹簧；180、观察底板；190、第一套筒；190A、第二套筒；190B、密封板；200、水平仪；300、辅控板；310、陀螺仪芯片；320、温度传感器芯片；330、垂直加速度传感器芯片；400、电源板；410、数码管；500、主控板；510、CPU；511、采集模块；512、转换模块；513、计算模块；514、诊断模块；520、水平加速度传感器芯片；600、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。
如图1至图6所示，本发明提供的一种小型智能化数显角位移传感器，包括：壳体100，内置凹腔，并通过隔板110将凹腔分割成两个相互独立的腔体，分别为第一腔体120和第二腔体130，且在第一腔体120内安装有水平仪200，在第二腔体130内安装有辅控板300、电源板400以及主控板500，其中，在辅控板300上安装有陀螺仪芯片310和温度传感器芯片320，以及垂直加速度传感器芯片330；在电源板400上安装有若干个并排设置的数码管410，并与主控板500电连；在主控板500上安装有CPU510（即微控制单元，处理器）和水平加速度传感器芯片520，其中，在CPU510上安装有用以采集对应水平加速度传感器芯片520、垂直加速度传感器芯片330、陀螺仪芯片310以及温度传感器芯片320电压值的采集模块511，用以将电压值转换成加速度的转换模块512，用以计算倾角值的计算模块513，以及用以判断水平加速度传感器芯片520和陀螺仪芯片310是否存在故障的诊断模块514；
第一盖板140，位于第一腔体120的上方，用以密封第一腔体120，且第一盖板140与壳体100之间通过紧固件相连，其中，在第一盖板140上设置有第一观察窗141，且该第一观察窗141的位置与水平仪200的位置相对应；
第二盖板160，位于第二腔体130的上方，用以密封第二腔体130，且第二盖板160与壳体100之间通过紧固件相连，其中，在第二盖板160上设置有第二观察窗161，且该第二观察窗161的位置与数码管410的位置相对应；
至少一个连接器600，安装于壳体100上，其中，连接器600通过导线与电源板400和主控板500相连。
本发明提供的一种小型智能化数显角位移传感器，其体积小、重量轻，且安装、维护方便，其中，通过内置有温度传感器芯片320、陀螺仪芯片310，垂直加速度传感器芯片330以及水平加速度传感器芯片520，从而提高检测精度，保证传感器使用的可靠性，另外，本发明中的水平仪200不依靠电气，因此在安装过程中无需进行上电调平，即可检测传感器是否安装平稳，其操作方便、可靠，而且通过电源板400上的数码管410，能够实时显示当前倾角数值，便于修护人员对于钢轨做出相应的调整，提高列车行驶的安全性。
在本实施例中，本发明中的角位移传感器还具有上电自检、定时诊断以及触发式诊断功能，其中，上电自检指的是传感器在上电后，给水平加速度传感器芯片520、垂直加速度传感器芯片330、陀螺仪芯片310发出自检控制信号，检查对应芯片的获取是否正常，检测电源板400的获取是否异常。定时诊断指的是传感器的定时自检，同时在工作过程中，也会对数据的有效性进行检测，例如，水平加速度传感器芯片520的水平倾角与垂直加速度传感器芯片330的水平倾角之间是否差异过大，陀螺仪芯片310的角速度是否过大，检测倾角值是否超过最大值。触发式诊断指的是上位机在需要的时候给传感器发送自检命令，传感器中断测量执行自检。
进一步优选地，陀螺仪芯片310和温度传感器芯片320集成设置，形成陀螺仪组件，或者陀螺仪芯片310和温度传感器芯片320分体设置。
优选地，如图1至图6所示，水平仪200的两端分别通过紧固螺钉安装于第一腔体120内。
在本实施例中，通过第一盖板140上的第一观察窗141，能够在不打开第一腔体120的情况下，快速知晓当前传感器安装的位置是否处于水平状态，而水平仪200安装的紧固螺钉不仅作为水平仪200的固定部件，而且还能作为水平仪200初始状态（安装时）的调平，保证后续垂直加速度传感器芯片330和水平加速度传感器芯片520检测数据的可靠性。
优选地，如图1至图6所示，在每一根紧固螺钉上嵌套有一弹簧170。
在本实施例中，通过在紧固螺钉上嵌装弹簧170，能够为紧固螺钉提供张紧力，起到拧紧防松的效果，进而提高水平仪200安装的可靠性。
进一步优选地，在第一腔体120内还安装有一个观察底板180，其中，该观察底板180位于第一盖板140和水平仪200之间。
在本实施例中，通过增设观察底板180，一方面对于水平仪200形成保护，避免水平仪200发生损坏，另一方面与第一腔体120的底壁之间形成“夹持”形态，实现水平仪200在垂直方向上的限位，保证传感器即使在恶劣的工作环境中，其安装位置仍不发生偏移、转向，进而提高垂直加速度传感器芯片330和水平加速度传感器芯片520数据检测的可靠性。
优选地，如图1至图6所示，电源板400与主控板500呈上下层叠设置，且电源板400与主控板500之间存有间隙，并通过紧固件将电源板400和主控板500安装于第二腔体130的底壁，辅控板300安装于第二腔体130的侧壁，其中，辅控板300与第二腔体130侧壁之间存有间隙，主控板500与第二腔体130底壁之间存有间隙。
在本实施例中，电源板400与主控板500之间设置有间隙，主控板500与第二腔体130底壁之间设置间隙，以及辅控板300与第二腔体130侧壁之间存有间隙，从而保证传感器的绝缘、耐压性能，进而延长传感器的使用寿命。
进一步优选地，电源板400与主控板500之间通过第一套筒190相分离，辅控板300与第二腔体130侧壁之间通过第二套筒190A相分离。
在本实施例中，通过第一套筒190使得电源板400与主控板500之间存在间隙，通过第二套筒190A使得辅控板300与第二腔体130侧壁之间存在间隙，而套筒具有一定的强度，从而保证传感器的绝缘、耐压性能，进而延长传感器的使用寿命。
优选地，如图1至图6所示，连接器600通过橡胶垫安装于壳体100上，从而提高传感器的防水性能，进一步优选地，在连接器600内进行灌胶处理，从而进一步提高传感器的防水性能。
进一步优选地，连接器600的数量为两个，且两个连接器600并排设置，其中，两个连接器600均与电源板400和主控板500相连，从而实现多个传感器的级联组网，扩大传感器的使用场景。
优选地，如图1至图6所示，在第二盖板160上连接有一块密封板190B，其中，该密封板190B的位置与第二观察窗161的位置相对应。
在本实施例中，通过设置密封板190B，对电源板400上的数码管410进行保护，而且对第二腔体130形成密封腔体，提高壳体100的密封效果，保证壳体100内部电气元件使用的可靠性和使用寿命。
优选地，如图1至图6所示，在安装传感器时，通过一个定位结构进行安装，其中，该定位结构为一块方形板，并在方形板的中部开设一个方形孔，且方形板的X、Y轴方向分别与列车的X、Y轴方向一致。因此，当传感器安装于方形孔内时，且传感器的两侧分别与方形孔的两侧相贴平，从而保证传感器的X、Y轴方向与列车的X、Y轴方向一致，以此确保传感器的检测精度能够满足实际使用的需求。
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 (8)

1.一种小型智能化数显角位移传感器，其特征在于，包括：
壳体，内置凹腔，并通过隔板将凹腔分割成两个腔体，分别为第一腔体和第二腔体，且在第一腔体内安装有水平仪，在第二腔体内安装有辅控板、电源板以及主控板，其中，在辅控板上安装有陀螺仪芯片和温度传感器芯片，以及垂直加速度传感器芯片；在电源板上安装有若干个并排设置的数码管，并与主控板电连；在主控板上安装有CPU和水平加速度传感器芯片，其中，在CPU上安装有用以采集对应水平加速度传感器芯片、垂直加速度传感器芯片、陀螺仪芯片以及温度传感器芯片电压值的采集模块，用以将电压值转换成加速度的转换模块，用以计算倾角值的计算模块，以及用以判断水平加速度传感器芯片和陀螺仪芯片是否存在故障的诊断模块；
第一盖板，位于第一腔体的上方，且第一盖板与壳体之间通过紧固件相连，其中，在第一盖板上设置有第一观察窗，且该第一观察窗的位置与水平仪的位置相对应；
第二盖板，位于第二腔体的上方，且第二盖板与壳体之间通过紧固件相连，其中，在第二盖板上设置有第二观察窗，且该第二观察窗的位置与数码管的位置相对应；
至少一个连接器，安装于壳体上，其中，连接器通过导线与电源板和主控板相连；
水平仪的两端分别通过紧固螺钉安装于第一腔体内；
在每一根紧固螺钉上嵌套有一弹簧。
2.根据权利要求1所述的一种小型智能化数显角位移传感器，其特征在于，陀螺仪芯片和温度传感器芯片集成设置，形成陀螺仪组件，或者陀螺仪芯片和温度传感器芯片分体设置。
3.根据权利要求1所述的一种小型智能化数显角位移传感器，其特征在于，在第一腔体内还安装有一个观察底板，其中，该观察底板位于第一盖板和水平仪之间。
4.根据权利要求1所述的一种小型智能化数显角位移传感器，其特征在于，在第二盖板上连接有一块密封板，其中，该密封板的位置与第二观察窗的位置相对应。
5.根据权利要求1所述的一种小型智能化数显角位移传感器，其特征在于，电源板与主控板呈上下层叠设置，且电源板与主控板之间存有间隙，并通过紧固件将电源板和主控板安装于第二腔体的底壁，辅控板安装于第二腔体的侧壁，其中，辅控板与第二腔体侧壁之间存有间隙，主控板与第二腔体底壁之间存有间隙。
6.根据权利要求5所述的一种小型智能化数显角位移传感器，其特征在于，电源板与主控板之间通过第一套筒相分离，辅控板与第二腔体侧壁之间通过第二套筒相分离。
7.根据权利要求1所述的一种小型智能化数显角位移传感器，其特征在于，连接器通过橡胶垫安装于壳体上，且在连接器内进行灌胶处理。
8.根据权利要求7所述的一种小型智能化数显角位移传感器，其特征在于，连接器的数量为两个，且两个连接器并排设置，其中，两个连接器均与电源板和主控板相连。
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