CN115355955B - Mems温度加速度复合传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种MEMS温度加速度复合传感器，包括壳体、温度检测模块、加速度检测模块和控制模块，壳体能够沿第一路径伸缩；温度检测模块设于所述壳体内；加速度检测模块设于所述壳体内，用于检测车辆行驶时的加速度；控制模块设于所述壳体内，分别与所述加速度检测模块和所述温度检测模块连接，所述控制模块包括中间具有屏蔽层的PCB板，和集成于所述PCB板上的电子元件。本发明提供的MEMS温度加速度复合传感器，旨在解决现有技术中MEMS传感器防震性能和抗磁性能较差的问题。

Description

MEMS温度加速度复合传感器

技术领域

本发明属于传感器技术领域，更具体地说，是涉及一种MEMS温度加速度复合传感器。

背景技术

随着城市的快速发展，轨道交通已成为城市公共交通重要的组成部分，由于轨道交通的运行区间短，车辆启动、加速、减速和制动频繁的特点，使得轨道车辆在机械运转时的动态载荷变化范围与频率变大，因此为保证轨道车辆的运营安全，对车辆的状态监测就变的尤为重要。目前，轨道交通车辆的状态监测系统具有监测、故障排查、牵引和制动等重要功能，其决定了机车车辆运营速度和安全品质，而状态监测系统对故障的判断主要依靠各类传感器对车辆的实时监测，监测信号主要为温度、振动及冲击信号。

MEMS传感器是指微机电系统，是在微电子技术的基础上发展起来的多学科交叉的前沿衍架领域。与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。由于轨道车辆中的安装空间有限，MEMS传感器的上述特点更加适合于对轨道车辆进行监控。

由于轨道车辆运行环境处于高压、高电磁、潮湿环境中，传感器需要承受强烈的动态、交变、导电壳体和空间强电磁干扰，传统的MEMS传感器外壳为刚性构件，防震和抗磁性能能较差，在高压、高电磁、潮湿和震荡环境中工作时容易发生断裂，而且经常出现失效或误报的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MEMS温度加速度复合传感器，旨在解决现有技术中MEMS传感器防震性能和抗磁性能较差的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种MEMS温度加速度复合传感器，包括：

壳体，能够沿第一路径伸缩；

温度检测模块，设于所述壳体内；

加速度检测模块，设于所述壳体内，用于检测车辆行驶时的加速度；以及

控制模块,设于所述壳体内，分别与所述加速度检测模块和所述温度检测模块连接，所述控制模块包括中间具有屏蔽层的PCB板，和集成于所述PCB板上的电子元件。

在一种可能的实现方式中，所述壳体包括:

主体，具有沿所述第一路径贯通的容纳通道，且所述主体能够沿所述第一路径伸缩；

密封罩，连接于所述主体的一端，所述温度检测模块、所述加速度检测模块和所述控制模块均设于所述密封罩内；以及

安装头，连接于所述主体的第二端；

所述密封罩、所述主体和所述安装头连接后形成内部封闭的腔室，且所述密封罩与所述主体的连接处、所述安装头与所述主体的连接处均填充有密封胶。

在一种可能的实现方式中，所述主体包括沿所述第一路径伸缩的伸缩管，和沿所述第一路径分别连接于所述伸缩管两端的第一热缩组件和第二热缩组件，所述第一热缩组件与所述密封罩连接，所述第二热缩组件与所述安装头连接。

在一种可能的实现方式中，所述第一热缩组件包括依次设置的第一热缩管、连接管和密封机构，其中，所述第一热缩管套设于所述伸缩管外；所述连接管的一端插设于所述第一热缩管内，另一端与所述密封罩对接；所述密封机构封堵于所述密封罩的开口。

在一种可能的实现方式中，所述连接管包括沿所述第一路径依次设置的插接部、抵接部和容置部，所述插接部、所述抵接部和所述容置部的外径依次增大，所述插接部插设于所述第一热缩管内，所述抵接部与所述连接管的端部抵接，所述容置部具有用于容纳所述密封机构的容纳腔。

在一种可能的实现方式中，所述密封罩内设有安装块，所述安装块上开设有用于容纳所述PCB板的安装腔。

在一种可能的实现方式中，所述密封机构包括由内向外依次套接的内套管、夹爪和外套管，所述外套管具有沿径向设置的限位环，所述限位环的外周面与所述密封罩的内壁连接。

在一种可能的实现方式中，所述内套管外设有限位凸台，所述限位凸台与所述夹爪的端部抵接，用于对所述夹爪在所述第一路径限位。

在一种可能的实现方式中，所述密封机构还包括套设于所述外套管外的密封管，所述密封管插设于所述连接管内。

在一种可能的实现方式中，所述第一热缩管包括沿所述第一路径设置的第一连接部和第一内缩部，所述第一连接部套设于所述伸缩管外，所述第一内缩部的外径小于所述第一连接部的外径。

本发明提供的MEMS温度加速度复合传感器的有益效果在于：与现有技术相比，本发明MEMS温度加速度复合传感器在安装于轨道车后，因轨道车运行时会发生晃动，壳体能够随轨道车的晃动沿第一路径伸缩，避免壳体断裂，提高了MEMS温度加速度复合传感器的抗震性能和使用寿命。PCB板上设置屏蔽层，提高控制模块的电磁屏蔽效果，使MEMS温度加速度复合传感器在高电磁环境中稳定运行，降低出现检测失效和误报的几率，提高检测的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的MEMS温度加速度复合传感器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的MEMS温度加速度复合传感器的剖视图；

图3为图2中A部的局部放大图；

图4为本发明实施例采用的密封机构的爆炸图；

图5为图2中B部的局部放大图；

图6为本发明实施例采用的密封罩的结构示意图；

图7为本发明实施例采用的安装头的结构示意图；

图8为本发明实施例采用的PCB板的剖视图。

图中：

1、伸缩管；

2、密封罩；201、安装块；2011、安装腔；

3、安装头；301、安装凸环；3011、安装槽；

4、第一热缩组件；

401、第一热缩管；4011、第一连接部；4012、第一内缩部；

402、连接管；4021、插接部；4022、抵接部；4023、容置部；

403、密封机构；4031、内套管；4031-1、限位凸台；4032、夹爪；4033、外套管；4033-1、限位环；4034、密封管；

5、第二热缩组件；501、第二热缩管；5011、第二连接部；5012、第二内缩部；502、安装管；

6、线束；

7、PCB板；701、屏蔽层。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1至图8，现对本发明提供的MEMS温度加速度复合传感器进行说明。MEMS温度加速度复合传感器，包括壳体、温度检测模块、加速度检测模块和控制模块，壳体能够沿第一路径伸缩；温度检测模块设于壳体内；加速度检测模块设于壳体内，用于检测车辆行驶时的加速度；控制模块设于壳体内，分别与加速度检测模块和温度检测模块连接，控制模块包括中间具有屏蔽层701的PCB板7，和集成于PCB板7上的电子元件。

本发明提供的MEMS温度加速度复合传感器，与现有技术相比，本发明MEMS温度加速度复合传感器在安装于轨道车后，因轨道车运行时会发生晃动，壳体能够随轨道车的晃动沿第一路径伸缩，避免壳体断裂，提高了MEMS温度加速度复合传感器的抗震性能和使用寿命。PCB板7上设置屏蔽层701，提高控制模块的电磁屏蔽效果，使MEMS温度加速度复合传感器在高电磁环境中稳定运行，降低出现检测失效和误报的几率，提高检测的准确性。

需要说明的是，轨道车在运行过程中需要经常的行驶和停止，从而在轨道车的延伸方向发生振动较多，可以沿轨道车的延伸方向安装壳体，从而使第一路径平行于轨道车的延伸方向，使壳体在第一方向具有缓冲作用，降低壳体发生振动的几率。

具体地，屏蔽层701可以为铜片。

可选的，第一路径平行于主体的轴线。

在一些实施例中，请参阅图1至图2，壳体包括主体、密封罩2和安装头3，主体具有沿第一路径贯通的容纳通道，且主体能够沿第一路径伸缩；密封罩2连接于主体的一端，温度检测模块、加速度检测模块和控制模块均设于密封罩2内；安装头3连接于主体的第二端；密封罩2、主体和安装头3连接后形成内部封闭的腔室，且密封罩2与主体的连接处、安装头3与主体的连接处均填充有密封胶。

本实施例中安装头3连接于主体的一端，密封罩2连接于主体的另一端，使温度检测模块、加速度检测模块和控制模块安装后处于封闭的环境中，避免受到外界高压、高电磁、潮湿等环境的影响，提高温度检测模块、加速度检测模块和控制模块的使用寿命和检测精度。安装头3与轨道车连接，从而将整个装置固定于轨道车，温度检测模块、加速度检测模块和控制模块均设于主体的另一端，远离安装头3与轨道车的连接处，减少轨道车振动对检测结果的影响。密封胶对述密封罩2与主体的连接处、安装头3与主体的连接处进行封堵，进一步增加密封性能。

需要说明的是，温度检测模块和加速度检测模块分别与控制模块电连接，控制模块通过线束6与轨道车电连接，从而对温度检测模块、加速度检测模块和控制模块提供电能。线束6穿设于容纳通道内，并从安装头3穿出。附图2中的线束6为一部分，仅作为示意图。

在一些实施例中，请参阅图1至图2，主体包括沿第一路径伸缩的伸缩管1，和沿第一路径分别连接于伸缩管1两端的第一热缩组件4和第二热缩组件5，第一热缩组件4与密封罩2连接，第二热缩组件5与安装头3连接。

伸缩管1可以沿第一路径伸缩，具有一定的伸缩量和延展性，提高抗震效果，避免断裂。第一热缩组件4和第二热缩组件5具有高温收缩、绝缘防腐的功能，更加适应于高温、潮湿的环境，提高MEMS温度加速度复合传感器的使用寿命。

可选的，伸缩管1为波纹管。波纹管主要包括金属波纹管、波纹膨胀节、波纹换热管、膜片膜盒和金属软管等。金属波纹管主要应用于补偿管线热变形、减震、吸收管线沉降变形等作用。

在一些实施例中，请参阅图2至图4，第一热缩组件4包括依次设置的第一热缩管401、连接管402和密封机构403，其中，第一热缩管401套设于伸缩管1外；连接管402的一端插设于第一热缩管401内，另一端与密封罩2对接；密封机构403封堵于密封罩2的开口。

第一热缩管401套设在伸缩管1外，可以增加与伸缩管1之间的接触面积，提高第一热缩管401和伸缩管1连接处的密封性。连接管402与第一热缩管401插接，连接方便，无需使用外部连接构件，简化了连接步骤。连接管402与密封罩2对接后，密封机构403封堵于密封罩2的开口，减少连接管402和密封罩2之间的连接空隙，提高连接管402和密封罩2之间的密封效果。

具体地，密封机构403具有使线束6穿过的开孔。

可选的，第一热缩管401和伸缩管1的连接处填充有环氧树脂胶，连接管402和第一热缩管401的连接处也填充有环氧树脂胶，增加密封性。

在一些实施例中，请参阅图2及图5，连接管402包括沿第一路径依次设置的插接部4021、抵接部4022和容置部4023，插接部4021、抵接部4022和容置部4023的外径依次增大，插接部4021插设于第一热缩管401内，抵接部4022与连接管402的端部抵接，容置部4023具有用于容纳密封机构403的容纳腔。

插接部4021插入第一热缩管401后，抵接部4022与第一热缩管401的端面抵接，从而使第一热缩管401的端面密封，进一步提高连接管402与第一热缩管401之间的连接密封性，而且还可以对连接管402在第一路径限位，方便连接。容置部4023的外径较大，使容纳腔内具有足够的空间容纳密封结构。

需要说明的是，热缩管是一种特制的聚烯烃材质热收缩套管。外层采用优质柔软的交联聚烯烃材料及内层热熔胶复合加工而成的，外层材料有绝缘防蚀、耐磨等特点，内层有低熔点、防水密封和高粘接性等优点。具有高温收缩、柔软阻燃、绝缘防蚀功能。广泛应用于各种线束6、焊点、电感的绝缘保护，金属管、棒的防锈、防蚀等。电压等级600V。热缩管所用材料在室温下是玻璃态，加热后变成高弹态。

在一些实施例中，请参阅图6，密封罩2内设有安装块201，安装块201上开设有用于容纳PCB板7的安装腔2011。

PCB板7插设于安装腔2011内，从而固定PCB板7，无需在PCB板7上钻孔，确保PCB板7的完整性，避免钻孔时造成PCB板7损坏。而且在本方案中也无需通过黏胶将PCB板7与密封罩2固定，使PCB板7具有足够的散热面积。

在一些实施例中，请参阅图3至图4，密封机构403包括由内向外依次套接的内套管4031、夹爪4032和外套管4033，外套管4033具有沿径向设置的限位环4033-1，限位环4033-1的外周面与密封罩2的内壁连接。

内套管4031、夹爪4032和外套管4033依次套接后，将密封机构403整体放入密封罩2内，限位环4033-1的外周面与密封罩2的内周面接触，从而对密封罩2的开口处封堵，提高密封罩2内的密封性能，确保温度检测模块、加速度检测模块和控制模块的环境整洁干燥。设置限位环4033-1与密封罩2连接，相对于外套管4033整体与密封罩2连接，可以减少安装过程中的摩擦力，提高安装效率。

可选的，限位环4033-1与密封罩2螺纹连接，或通过环氧树脂胶密封连接。

在一些实施例中，请参阅图3至图4，内套管4031外设有限位凸台4031-1，限位凸台4031-1与夹爪4032的端部抵接，用于对夹爪4032在第一路径限位。

夹爪4032套设于内套管4031外后，夹爪4032的端面与限位凸台4031-1抵接，从而对夹爪4032在第一路径上限位，避免夹爪4032和内套管4031在第一路径上发生错位。

在一些实施例中，请参阅图3至图4，密封机构403还包括套设于外套管4033外的密封管4034，密封管4034的外周面与连接管402的内周面相适配，且密封管4034的外周面至少具有一个让位平面。

将密封机构403装配完整后，插入连接管402内，让位平面可以减少与连接管402内壁之间的接触面积，减少摩擦力，方便进入连接管402内。

可选的，先将限位环4033-1与密封罩2连接，让后再将密封机构403插入连接管402内；也可以先将密封机构403插入连接管402内，同时确保限位环4033-1位于连接管402外，再将连接管402与密封罩2连接。

在一些实施例中，请参阅图1，第一热缩管401包括沿第一路径设置的第一连接部4011和第一内缩部4012，第一连接部4011套设于伸缩管1外，第一内缩部4012的外径小于第一连接部4011的外径。

第一连接部4011套设于伸缩管1外，将第一内缩部4012的外径设置为小于第一连接部4011，可以减少外部尺寸，更加方便的安装于轨道车，同时还可以减少用料，节约制造成本。

在一些实施例中，请参阅图1至图2，第二热缩组件5包括一端套设于伸缩管1外的第二热缩管501，安装头3封堵于第二热缩管501的另一端。

第二热缩管501套设在伸缩管1外，可以增加与伸缩管1之间的接触面积，提高第二热缩管501和伸缩管1连接处的密封性。

可选的，第二热缩管501与伸缩管1的连接处填充有环氧树脂胶。

在一些实施例中，请参阅图2，第二热缩管501包括沿第一路径设置的第二连接部5011和第二内缩部5012，第二连接部5011套设于伸缩管1外，第二内缩部5012的外径小于第二连接部5011的外径。

第二连接部5011套设于伸缩管1外，将第二内缩部5012的外径设置为小于第二连接部5011，可以减少外部尺寸，更加方便的安装于轨道车，同时还可以减少用料，节约制造成本。

在一些实施例中，请参阅图1，第二伸缩组件还包括设于套设于第二内缩部5012外的安装管502，安装管502的端部与安装头3连接。

安装管502可以对第二内缩部5012提供防护，进一步提高线束6的安全性，同时还增加了与安装头3之间的接触面积，增加与安装头3之间的连接紧固性。

在一些实施例中，请参阅图7，安装头3的外周面设有安装凸环301，安装凸环301上外开设有多个安装槽3011，安装槽3011沿安装凸环301的轴线延伸。

安装头3与轨道车连接，相邻两个安装槽3011之间形成安装凸起，增加与轨道车之间的摩擦力，提高安装的紧固性。另外，在使用工具安装时，本实施例中的结构还可以增加与工具之间的摩擦力，方便安装。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.MEMS温度加速度复合传感器，其特征在于，包括：

壳体，能够沿第一路径伸缩；

温度检测模块，设于所述壳体内；

加速度检测模块，设于所述壳体内，用于检测车辆行驶时的加速度；以及

控制模块,设于所述壳体内，分别与所述加速度检测模块和所述温度检测模块连接，所述控制模块包括中间具有屏蔽层的PCB板，和集成于所述PCB板上的电子元件；

所述壳体包括：

主体，具有沿所述第一路径贯通的容纳通道，且所述主体能够沿所述第一路径伸缩；

密封罩，连接于所述主体的一端，所述温度检测模块、所述加速度检测模块和所述控制模块均设于所述密封罩内；以及

安装头，连接于所述主体的第二端；

所述主体包括沿所述第一路径伸缩的伸缩管，和沿所述第一路径分别连接于所述伸缩管两端的第一热缩组件和第二热缩组件，所述第一热缩组件与所述密封罩连接，所述第二热缩组件与所述安装头连接；

所述密封罩、所述主体和所述安装头连接后形成内部封闭的腔室，且所述密封罩与所述主体的连接处、所述安装头与所述主体的连接处均填充有密封胶。

2.如权利要求1所述的MEMS温度加速度复合传感器，其特征在于，所述第一热缩组件包括依次设置的第一热缩管、连接管和密封机构，其中，所述第一热缩管套设于所述伸缩管外；所述连接管的一端插设于所述第一热缩管内，另一端与所述密封罩对接；所述密封机构封堵于所述密封罩的开口。

3.如权利要求2所述的MEMS温度加速度复合传感器，其特征在于，所述连接管包括沿所述第一路径依次设置的插接部、抵接部和容置部，所述插接部、所述抵接部和所述容置部的外径依次增大，所述插接部插设于所述第一热缩管内，所述抵接部与所述连接管的端部抵接，所述容置部具有用于容纳所述密封机构的容纳腔。

4.如权利要求3所述的MEMS温度加速度复合传感器，其特征在于，所述密封罩内设有安装块，所述安装块上开设有用于容纳所述PCB板的安装腔。

5.如权利要求4所述的MEMS温度加速度复合传感器，其特征在于，所述密封机构包括由内向外依次套接的内套管、夹爪和外套管，所述外套管具有沿径向设置的限位环，所述限位环的外周面与所述密封罩的内壁连接。

6.如权利要求5所述的MEMS温度加速度复合传感器，其特征在于，所述内套管外设有限位凸台，所述限位凸台与所述夹爪的端部抵接，用于对所述夹爪在所述第一路径限位。

7.如权利要求5所述的MEMS温度加速度复合传感器，其特征在于，所述密封机构还包括套设于所述外套管外的密封管，所述密封管插设于所述连接管内。

8.如权利要求2所述的MEMS温度加速度复合传感器，其特征在于，所述第一热缩管包括沿所述第一路径设置的第一连接部和第一内缩部，所述第一连接部套设于所述伸缩管外，所述第一内缩部的外径小于所述第一连接部的外径。

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