CN1126937A - 低速中心触发车轮传感器 - Google Patents

Abstract

一种低速中心触发车轮传感器，主要由壳体、磁钢、线圈骨架、磁芯、线圈和与它配套驱动电路所组成。其特征是磁芯位于线圈骨架中，初、次级线圈套在线圈骨架上，两端固定磁钢后置于壳体内，用电缆把线圈与由振荡、偏置磁场、交流放大、倍频滤波、全波整流、自动稳零、直流放大、补偿、超门限过零比较电路联接组成。本发明克服了无源车轮传感器的不足，具有与列车速度无关，高低温性能好，抗干扰性强、能精确测量车轮轴中心等优点。

Description

低速中心触发车轮传感器

本发明是用于交通运输列车中计轴、计辆、轴温探测的装置。

目前，国内外流行的铁路列车车轮传感器有无源和有源传感器。无源车轮传感器是绕在的钢轨构成磁路用“U”型磁钢上的线圈。当车轮通过“U”型磁钢上面时由于改变磁通量，产生磁感应电动势：这种传感器列车行驶速度5公里/小时以下不能使用，而且在电气化铁路区段上受由钢轨回流电流所产生的干扰磁场的影响，只适用于车轮改变磁通量所产生的有用电信号高于干扰信号区段。有源车轮传感器是把霍尔开关集成电路放置在特定磁路中间，当车轮通过其磁路上面时，霍尔开关集成电路受磁场的作用，输出脉冲电信号，霍尔开关集成电路一般在低温条件下不能工作，而且磁场变化10-2特斯拉数量级的条件下才能工作。还有一种是利用互感的原理提供初级线圈某一固定信号，次数感生同一频率的信号，当车轮通过时改变原回路的外部耦合条件，导致次级线圈回路相位或频率的变化，后级的鉴相器或鉴频器即可分离出车轮信号。这种有源车轮传感器虽有较好的低速性能，但不能给出中心触发信号。

本发明的目的是提出一种低速中心触发车轮传感器，在磁芯和线圈骨架上，绕有初级和次级线圈，磁钢固定在线圈骨架两端构成一个磁路，并把它固化封装在非导磁材料的壳体内，与其相配套的电路板是由振荡、放大、倍频滤波、全波整流、偏置、补偿、输出自动稳零、过零比较等电路组成，克服无源车轮传感器在低速区段漏轴和电气化区段抗干扰差等不足，实用于行速0—180公里/小时，不受电气化区段钢轨回流电流干扰的影响，并能精确测量车轮中心位置的低速中心触发车轮传感器。

本发明是由壳体1、磁钢2、线圈骨架3、磁芯4、初级线圈5、次级线圈6、电缆7和由振荡电路、偏置磁场电路、交流放大电路、倍频滤波电路、全波整流电路、自动稳零电路、直流放大电路、补偿电路、超门限过零比较组成的电路，组成低速中心触发车轮传感器。如图1、4、5所示。其特征在于：磁芯4置于线圈骨架3中间，初级线圈5、次级线圈6套装在线圈骨架3上，同向磁极的磁钢2固定在线圈骨架3的两端，并置于壳体1内，初、次级线圈5、6用电缆线7与振荡电路、偏置磁场电路、交流放大电路、倍频滤波电路、全波整流电路、自动稳零电路、直硫放大电路、补偿电路、超门限过零比较组成的电路联接，组成低速中心触发车轮传感器。其中磁芯4是软磁合金材料制成的多晶、非晶软磁合金条形状、膜片状；磁芯4可用一条、几条。

本发明利用多晶或非晶软磁合金丝(或薄膜片)为磁芯的磁通量闸门原理，用绕在一根或多根磁芯上的初级和次级线圈所制成的高分辨率磁探测器，同磁钢构成一个磁路，并把它固化封装在非导磁材料的壳体内制成，用电缆与它本配套的驱动电路板是由振荡、放大、倍频滤波、全波整流、偏置、补偿、输出自动稳零、过零比较等电路相联接而组成。其中图2是在用一根多晶或非晶软磁合金丝(或膜片)为磁芯4和线圈骨架3上绕初级线圈5和次级线圈6，在线圈骨架3两端上各贴一块同向磁极的磁钢2，用电缆7与图4驱动电路框图相联接；图3是用在两根多晶或非晶软磁芯合金丝(或膜片)和线圈骨架3上差分复绕初级线圈5和次级线圈6，在线圈骨架3两端各贴一块同向磁极的磁钢2，用电缆7与图5驱动电路框图相联接。

在图2中的线圈骨架3上的初级线圈5，通以基频ω₀为数百一数千赫兹的正弦波交变电流，产生变磁场为：H_in＝H_mexp(jω₀t)(当外磁场H₀＝0时)，这时在次级线圈6上输出对称的正负脉冲电压。而在图3上的次级线圈6上由于初级线圈5差分复绕的结果，次级输出电平因基频的奇数倍电压互相抵消而输出零电平。

当外磁场H₀≠0时，在图2和图3线圈骨架3上的初级线圈5产生的交变磁场：

          H_in＝H₀＋H_mexp(jω₀t)而次级线圈6上产生的脉冲电压经傅里叶级数展开得：在图2次级线圈6上： $V_{\mathrm{OUT}}=\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{A}_n\exp \left(\mathrm{jn}{\mathrm{\ω}}_{0}t\right)$ ，(n＝1、2、3、…)在图3中次级线圈6上： $V_{\mathrm{OUT}}=\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{A}_n\exp \left(\mathrm{jn}{\mathrm{\ω}}_{0}t\right)$ ，(n＝2、4、6、…)

展开式的基频ω₀的倍频系数A₂与外磁场H₀成正比。同样，展开式的基频ω₀的其他偶数倍频系数A_n(n＝4、6、8……)都与外磁场H₀有一定的函数关系。因此在图2上的次级线圈6与图4中的先接倍频滤波器：而图3的次级线圈6不需要倍频滤波器，联接与图5所示。

这种磁通量闸门磁探测器的偶数倍频信号电压经整流后，在正负磁场下都输出单向变化的电压。为了在正负磁场下能输出对应的正负电压，可用如下两种结构来实现：一是在初级线圈外面再绕一层偏置补偿线圈，通以一定的偏置电流；二是把次级线圈兼用做偏置补偿线圈，通以一定的偏置电流。这一偏置电流在线圈中产生一定的偏置磁场。在外磁场为零时，选择一定的偏置电流，使得输出电压为最大输出电压的二分之一。这样，以这输出电压值为零点，如果外磁场与偏置磁场方向一致，则输出电压正向变化；如果外磁场与偏置磁场方向相反，则输出电压反向变化。前一种结构必然多增加一根传感器的外引出线，变成四根出线，而后一种结构，只需要三根引出线，即地线、初级引出线和次级引出线。

在本发明中，采用抵消外磁场的补偿措施。最后一级直流放大电路产生补偿电流，它通过偏置补偿线圈或者直接通过次级线圈，将产生与外磁场方向相反的磁场，以抵消作用在线圈中的外磁场。本低速中心触发车轮传感器在外磁场变化10^-3特斯拉的情况下输出电压能改变5伏以上。

为了输出零点漂移限定在一个小范围，在最后一级直流放大电路中间可以加一个输出自动稳零电路(如图4和5)。如果输出零点漂移超过规定的零偏压时，经过较长时间后把零点自动拉回到限定零偏压值内。这对低速中心触发车轮传感器的检测毫无影响。如果不用输出自动稳零电路，那么虽然零点漂移稍微大些，但车轮通过时输出电压变化也足以使零点比较电路输出脉冲信号。因此低速中心触发车轮传感器，在没有输出自动稳零电路的情况下，也能正常工作。

低速中心触发车轮传感器的轴向几何中心与车轮轴中心位置相一致时，过零比较电路将输出正脉冲，因此能精确测量列车轴中心的位置。

使用时，把粘贴好磁钢的磁探测器放在一个非导磁材料制成的外壳中，然后填充填充剂，在高温下固化后制成的。这种低速中心触发车轮传感器用夹具固定在平行于钢轨的内侧面，以便探测器芯和线圈的轴向与钢轨轴向完全保持平行。在电气化铁路区段钢轨上，通过的回流电流所产生的磁场是在垂直于钢轨和传感器轴向的平面上，因此这种传感器基本上不受回流电流的干扰。

本发明与现有的技术相比，它解决了低速、抗干扰性差等不足，与列车行驶速度无关、高低温性能好、抗干扰性强、能精确测量车轮中心等优点，对于确保铁路安全运行和提高铁路运行效率将会起到积极的作用。

附图说明；

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明只有一条磁芯时的结构示意图；

图3是本发明二条磁芯时的结构示图；

图4是本发明的电路方块图；

图5是本发明没有倍频滤波电路的电路方块图；

图6是本发明的电路图。

本发明的实施例：

低速中心触发车轮传感器主要由壳体1、磁钢2、线圈骨架3、磁芯4、初级线圈5、次级线圈6、电缆7和由振荡电路、偏置磁场电路、交流放大电路、倍频滤波电路、全波整流电路、自动稳零电路、直流放大电路、补偿电路、超门限过零比较组成的电路组成。其中，壳体1、线圈骨架3用工程塑料注塑而成，线圈采用漆包线，初级线圈用差分复绕方法制成；磁芯4采用多晶或非晶软磁合金薄膜、丝制成。磁钢用磁粉模压成型，保证大小一致。电缆7选用全部电路按图6制成10×10cm的块的印刷电路板，构成的元器件是集成电路(741、OP07、358、555、4029、4013)电阻、电容和二极管。

先在2条线圈骨架3绕上初、次级线圈4、5，中间放入磁芯4，两端固定好同方向的磁钢2，把焊制印刷电路板经调试好后，用电缆7把初、次级线圈与电路板联接，并加电压，进行逐级调试好。将组合好的线圈、磁钢、线圈骨架、磁芯固定在壳体内，注入由石英粉、环氧树脂和凝固剂组成的填充剂，升温固化24小时后，组成低速中心触发车轮传感器。

Claims (3)

1、一种低速中心触发车轮传感器，包括壳体、电缆，其特征在于磁芯(4)置于线圈骨架(3)中间，初级线圈(5)、次级线圈(6)套装在线圈骨架(3)上，同向磁极的磁钢(2)固定在线圈骨架(3)的两端，并置于壳体(1)内，初、次级线圈(5)、(6)用电缆线(7)与振荡电路、偏置磁场电路、交流放大电路、倍频滤波电路、全波整流电路、自动稳零电路、直流放大电路、补偿电路、超门限过零比较组成的电路联接，组成低速中心触发车轮传感器。

2、根据权利要求1所述的低速中心触发车轮传感器，其特征在于所说的磁芯(4)是软磁合金材料制成的多晶、非晶软磁合金条丝状、膜片状。

3、根据权利要求1所述的低速中心触发车轮传感器，其特征在于所说的磁芯(4)可一条、几条。

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