CN116202564A - 传感器组件及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种传感器组件，包括：壳体；传感器，设置在壳体中；传导部件，具有位于所述壳体内的内部部分和位于所述壳体外的外部部分，其中，所述外部部分接收来自被感测部件的物理量并通过所述内部部分向所述传感器传递所述物理量，使得所述传感器感测所述物理量并产生感测信号；无线通信模块，接收所述感测信号并发射与该感测信号对应的输出信号。该传感器组件融合了无线通信技术，消除了传统传感器所使用的数据线缆，可以广泛应用于火车、地铁列车等安装空间有线、布线不便、工况恶劣等场景，便于用户通过云端远程获取传感器数据。本发明还提供一种使用该传感器组件的方法。

Description

传感器组件及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种传感器组件以及使用该传感器组件的方法。
背景技术
传感器通常用于针对各种部件或结构感测感兴趣的物理量，并将感测数据向外输出。然而，常见的传感器通常需要通过电缆或导线来传输感测数据。对于某些应用，例如针对火车、地铁列车的车轮、轮轴、轴承、定子等，其振动和温度数据对于设备的运行具有至关重要的作用，但是由于空间条件和具体工况的限制，通常无法采用通过电缆或导线连接的传感器来感测例如振动和温度这样的数据。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种传感器组件，包括：壳体；传感器，设置在壳体中；传导部件，具有位于所述壳体内的内部部分和位于所述壳体外的外部部分，其中，所述外部部分接收来自被感测部件的物理量并通过所述内部部分向所述传感器传递所述物理量，使得所述传感器感测所述物理量并产生感测信号；无线通信模块，接收所述感测信号并发射与该感测信号对应的输出信号。
本发明还提供一种使用该传感器组件的方法，包括：将所述传导部件的所述外部部分与相对于地面运动的动力机械或交通工具所包括的部件直接或间接刚性连接，所述部件作为所述被感测部件。
该传感器组件融合了无线通信技术，消除了传统传感器所使用的数据线缆，可以广泛应用于火车、地铁列车等安装空间有线、布线不便、工况恶劣等场景，便于用户通过云端远程获取传感器数据。
附图说明
图1是根据本发明优选实施例的传感器组件的分解图。
图2是根据本发明优选实施例的传感器组件的安装示意图。
图3是根据本发明优选实施例的传感器组件的剖面图。
图4是根据本发明优选实施例的传感器组件的局部放大图。
图5是根据本发明优选实施例的传感器组件的典型应用示意图。
具体实施方式
应注意，本文所使用的术语“连接”包括相关部件的直接连接，也包括相关部件通过中间结构或构件的间接连接。
本发明提供一种传感器组件，参见图1-4，该传感器组件包括：壳体10；传感器20，设置在壳体10中；传导部件30，具有位于所述壳体10内的内部部分301和位于所述壳体外的外部部分302。该外部部分302接收来自被感测部件50的物理量并通过该内部部分301向所述传感器20传递所述物理量，使得所述传感器20感测所述物理量并产生感测信号。该传感器组件还包括无线通信模块40，其接收所述感测信号并发射与该感测信号对应的输出信号。
本发明的传感器组件将传感器与无线通信技术相结合，可以针对各种被感测部件来执行感兴趣物理量(例如后文描述的振动、温度，也可包括声音之类的其他物理量)的感测，并将感测结果以无线方式发送出去，以便被远程设备接收，从而避免了传统传感器所必需的用于传输感测结果的线缆等。
本发明的传感器组件特别适用于无法使用传统有线传感器的被感测部件，特别是用于火车、地铁列车、矿山机械、甚至船舶这样的相对于地面运动的动力机械或交通工具。
因此，本发明还提供一种传感器组件的使用方法，其包括：将所述传导部件的所述外部部分与相对于地面运动的动力机械或交通工具所包括的部件直接或间接刚性连接，所述部件作为所述被感测部件。
具体说，以火车、地铁列车这样的交通工具为例，被感测部件例如包括但不限于其车轮、轮轴、轴承、定子等的相关部件等。这种应用场景下，由于这类交通工具所包括的设备众多、内部空间有限，常常无法针对相关设备或部件设置传感器，若采用常规的通过导线传输数据的传感器，也会在传感器的安装、布线、信号采集等方面造成困难，甚至带来安全隐患。此外，在使用常规的有线振动传感器时，甚至需要从被感测部件延伸出来的传导杆或传导线来获取振动信号。因此，将本发明的传感器组件应用于这些场景，以代替常规的有线传感器，将提供显著的优势和益处。
进一步优选地，所述被感测部件包括产生所述物理量的部位，所述传导部件的所述外部部分与所述被感测部件直接或间接刚性连接的位置设置为靠近产生所述物理量的部位。具体而言，以火车、地铁列车的轴承为例，被感测部件可以是轴承组件，且其中的轴承在旋转过程中产生的振动和/或温度可以作为将被感测的物理量。由于传感器组件不可能直接安装在轴承本身上，因此传感器组件可以安装在轴承组件的轴固定端、壳体、箱盖、支架等上，但应尽可能靠近作为振动和/或温度来源的部位(即轴承)。应理解，此处所说的靠近(或尽可能靠近)可以理解为在安装空间、安装手段、安装条件等允许的情况下在距离上接近或靠近产生所述物理量的部位，从而所述物理量的传递路径尽可能缩短，以避免过多地衰减(特别是对于温度信号而言)。
另外，被感测部件还可涵盖直接或间接安装至需要感测的部件的刚性连接结构，例如安装至火车、地铁列车的车轮、轮轴、轴承、定子等的刚性连接结构，这种刚性连接结构作为传递感兴趣物理量的媒介向传感器组件的外部部件传递该物理量，因此也被称为被感测部件。因此，该外部部分可以通过与被感测部件刚性连接来接收所述物理量。
根据进一步的优选实施例，所述传感器20可以实施为一种或多种传感器。例如，图1-2所示的优选实施例中，传感器20包括振动传感器201，其可以与所述传导部件30的内部部分301刚性连接，且所述物理量包括来自被感测部件50的振动。也就是说，来自被感测部件50的振动通过传导部件30的外部部分302和内部部分301传递至传感器组件内部，从而被振动传感器201感测。应理解，传导部件30的内部部分301可以设置在壳体10内的任何合适位置，其外部部分302也可以设置在壳体10外的任何合适位置。
在如图所示的优选实施方式中，内部部分301沿壳体10的一个侧壁设置(或形成侧壁的一部分)，从而可以为壳体10内的其他部件节省空间。根据未示出的其他优选实施例，内部部分301也可以突出或延伸到在壳体10的中间部分，以便更接近传感器20。或者，在未示出的实施例中，内部部分可以沿多个侧壁设置(或形成多个侧壁的一部分)。
进一步优选地，如图2-3所示，外部部分302设置为从壳体10的侧壁处的内部部分301沿侧壁所在的平面向外延伸，即包括沿侧面延伸的第一外部部分302-1。当然外部部分302也可以向其他方向延伸或设置在其他合适位置。另外，外部部分302还可以包括沿壳体10的底面延伸并与底面刚性接触的第二外部部分302-2，从而进一步增加了传导面积，提高了传导部件的物理量传递效果。
进一步优选地，传导部件30的外部部分302还可包括用于通过螺纹连接、卡扣连接、粘接、焊接中的一种或多种与被感测部件50刚性连接的结构或部分。例如图2-3所示，外部部分302的第一外部部分302-1还可以包括孔302-3，该孔用于容纳螺栓303，通过与螺母304配合而将传感器组件刚性连接至被感测部件50。
进一步优选地，传感器组件还可包括刚性安装在壳体10内的支架101和刚性安装在所述支架上的主电路板102(例如通过焊接、粘接、螺纹连接、卡扣连接等)。振动传感器201可以刚性安装在所述主电路板102上。从而，传导部件30的内部部分301、壳体10、支架101和主电路板102构成了一种壳体内部的振动传递路径，使得传导部件30的外部部分302接收的来自被感测部件50的振动可以通过该振动传递路径传递到振动传感器201。另外，无线通信模块40也可以设置在该主电路板102上。优选地，无线通信模块40可以以各种方式实施，例如可以实施为GMS模块、CDMA模块、3G/4G/5G通信模块、WiFi模块等。
还应理解，根据其他变形实施例，振动传感器201可以以各种方式安装在壳体中，例如可以直接刚性安装在壳体壁上、安装在内部部分301上等等，例如通过粘接、卡扣、螺纹连接、焊接等方式安装，只要其能接收到振动即可。
根据本发明的优选实施例，传感器组件还可包括用于向传感器组件中的用电器件供电的可无线充电电池60，且传感器组件还包括用于为所述可充电电池60充电的无线充电模块(未示出)，其包括例如无线充电线圈等部件。该无线充电模块例如可以设置在与上述主电路板102分开的第一子电路板103上。可充电电池可以为振动传感器201、无线通信模块40这样的耗电部件供电，大大增加了传感器组件的工作时间，避免频繁更换电池的问题。当然，根据实际需要，也可以使用一次性电池、有线充电电池代替上述无线充电电池。
进一步优选地，传感器组件还包括由非金属材料制造且与壳体10密封连接的覆盖件70。该覆盖件70例如通过任何合适的树脂、塑料、橡胶复合材料等制造并通过超声波焊接与壳体10连接，从而非金属材料的覆盖件有利于无线通信模块40的信号穿过。
进一步优选地，壳体10和传导部件30可以通过相同或不同的金属材料制造，例如在传感器组件包括振动传感器201和后文所述的温度传感器202的情况下，传导部件30应是热的良导体且具有足够的刚性以传递振动。另外，传导部件30与壳体10也可以通过任何合适的方式刚性连接(例如通过螺纹连接、粘接、焊接、卡扣连接等)或与壳体10一体成形，这种刚性连接和一体成形有利于来自被感测部件的物理量通过传导部件传递到传感器组件内部。
根据本发明的又一优选实施例，参见图1、图3-4，传感器还可以包括温度传感器202，其安装至传导部件30的内部部分301，以与所述内部部分直接接触或间接接触。因此，所述物理量包括来自被感测部件的热量。温度传感器202例如可以通过螺纹连接、粘接、焊接、卡扣连接等任何合适的方式安装至内部部分301。由于安装至传导部件30的内部部分301，缩短了温度传导路径，从而温度传感器202所感测的温度能更准确地反应被感测部件的实际温度。
进一步优选地，传导部件30的内部部分301还可以具有用于容纳温度传感器202的凹槽305。进一步优选地，该凹槽305中可以填充有导热物质(例如导热胶等)，所述导热物质至少部分地包围并接触温度传感器202。
进一步优选地，温度传感器202可以安装在与上述主电路板102、第一子电路板103分开的第二子电路板104上，该第二子电路板104可以通过螺纹连接、粘接、焊接、卡扣连接等方式安装至内部部分301，使得温度传感器202位于凹槽305中，如图4所示。通过这种安装方式，可以进一步有利于温度传感器202的固定以及温度信号的感测。进一步参见图1，主电路板102可以通过柔性电缆105与第一子电路板103和第二子电路板104电连接。
上文仅给出了振动传感器和温度传感器作为传感器组件中传感器的例子，且在振动传感器的情况下，外部部分可以与被感测部件刚性连接，在仅存在温度传感器的情况下，外部部分也可以不与被感测部件刚性连接，而只需实现有效的热传递即可。因此，应理解，在针对其他被感测部件采用其他传感器的情况下，可以根据需要和实际情况选择外部部分与被感测部件之间的连接方式，只要外部部分能有效地接收来自被感测部件的物理量即可。
另外，根据本发明的一些优选实施例，传感器组件还可以包括开关、显示器件、控制电路和/或报警器等(未示出)。
具体说，开关例如可以安装在第二子电路板104上，其可以实施为任何合适的形式(例如按钮、旋钮、触摸感应开关这类开关或自动定时开关这类自动开关等)，该开关可以用于打开或关闭传感器组件，调试/校准传感器等。
显示器件例如可以安装在第二子电路板104上，其可实施为LED灯、显示屏等，用于指示传感器组件的工作状态、参数等。在这种情况下，传感器组件的覆盖件70还可包括用于露出开关和/或显示器件的开口，且该开口可以通过透明薄膜701密封，以便于开关和/或显示器件的观察和操作。
控制器例如可以安装在主电路板102上，以对传感器数据进行处理和控制传感器组件中的其他部件，例如当传感器数据出现异常时可以使报警器以任何合适的方式发出报警信号。进而，报警器(例如报警灯或蜂鸣器等)可以安装在第二子电路板104上，且异常数据也可以通过无线通信模块40向外发送。
进一步参见图5，其展示了本发明的一种典型应用。具体说，通过采用根据本发明的传感器组件I，来自轴承B的感测信号(振动和/或温度)可被本发明的传感器组件I感测，并通过其内部的无线通信模块发射至云端C(或者也可以发送至服务器、数据库等远程计算设备)，用户U可以通过自己的固定/移动设备从云端C实时监测传感器数据，或下载传感器数据，以进行分析等。
应理解，尽管本发明给出了传感器组件包括一个振动传感器和一个温度传感器的例子，但根据实际需要，也可以在传感器组件中加入更多数量的传感器，或更多类型的传感器，而不脱离本发明的范围。
因此，本发明提供了一种融合无线通信技术的传感器组件，消除了传统传感器所使用的数据线缆，可以广泛应用于火车、地铁列车等安装空间有线、布线不便、工况恶劣等场景，便于用户通过云端远程获取传感器数据。在采用无线充电电池的情况下，可以大大增加传感器组件的工作时间(例如相对于使用一次性电池，工作时间可以从3年增加到10年)。
上文中参照优选的实施例详细描述了本公开所提出的方案的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本公开理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本公开提出的各种技术特征、结构进行多种组合，而不超出本公开的保护范围，本公开的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (10)

1.一种传感器组件，包括：
壳体；
传感器，设置在壳体中；
传导部件，具有位于所述壳体内的内部部分和位于所述壳体外的外部部分，
其中，所述外部部分接收来自被感测部件的物理量并通过所述内部部分向所述传感器传递所述物理量，使得所述传感器感测所述物理量并产生感测信号；
无线通信模块，接收所述感测信号并发射与该感测信号对应的输出信号。
2.如权利要求1所述的传感器组件，其中，所述传感器包括振动传感器，其与所述传导部件的内部部分刚性连接，且所述物理量包括来自被感测部件的振动。
3.如权利要求2所述的传感器组件，其中，所述传感器组件还包括刚性安装在壳体内的支架和刚性安装在所述支架上的主电路板，
其中，所述振动传感器刚性安装在所述主电路板上，且
其中，所述外部部分接收来自被感测部件的振动并通过壳体内的振动传递路径向所述振动传感器传递振动，所述传递路径包括所述内部部分、所述壳体、所述支架和所述主电路板。
4.如权利要求1所述的传感器组件，其中，所述传导部件的内部部分沿所述壳体的侧壁设置或形成侧壁的一部分；和/或
所述传导部件的外部部分包括沿所述壳体的侧壁所在的平面延伸的第一外部部分和沿壳体的底面延伸并与底面刚性接触的第二外部部分。
5.如权利要求1所述的传感器组件，其中
所述传感器组件还包括用于向传感器组件中的用电器件供电的可无线充电电池，且所述传感器组件还包括用于为所述可充电电池充电的无线充电模块；
传感器组件还包括由非金属材料制造且与壳体密封连接的覆盖件；
其中，所述壳体和所述传导部件通过相同或不同的金属材料制造，且所述传导部件与所述壳体刚性连接或与所述壳体一体成形；和/或
其中，所述被感测部件是相对于地面运动的动力机械或交通工具中所包括的部件。
6.如权利要求1-5中任一项所述的传感器组件，其中，所述传感器包括温度传感器，其安装至所述传导部件的内部部分，以与所述内部部分直接接触或间接接触，且
其中，所述物理量包括来自被感测部件的热量。
7.如权利要求6所述的传感器组件，其中，且所述内部部分具有用于容纳所述温度传感器的凹槽。
8.如权利要求7所述的传感器组件，其中，所述凹槽中填充有导热物质，所述导热物质至少部分地包围并接触所述温度传感器。
9.一种传感器组件的使用方法，所述传感器组件是如权利要求1-8中任一项所述的传感器组件，该使用方法包括：
将所述传导部件的所述外部部分与相对于地面运动的动力机械或交通工具所包括的部件直接或间接刚性连接，所述部件作为所述被感测部件。
10.如权利要求9所述的使用方法，其中所述被感测部件包括产生所述物理量的部位，
所述传导部件的所述外部部分与所述被感测部件直接或间接刚性连接的位置设置为靠近产生所述物理量的部位。
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