CN201007718Y

CN201007718Y - 机车轴端光电式转速传感器

Info

Publication number: CN201007718Y
Application number: CNU2006201414310U
Authority: CN
Inventors: 卢长根; 周友佳; 李卫东
Original assignee: Ningbo CSR Times Transducer Technology Co Ltd
Current assignee: Ningbo CRRC Times Transducer Technology Co Ltd
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2016-12-22

Abstract

一种机车轴端光电式转速传感器，包括安装在机车上的安装座，安装座上密封连接外罩，安装座和外罩内设有与机车轮轴相连的万向联轴器以及进行光电信号转换的传感器控制电路，万向联轴器上设有带多个透光孔的光栅，传感器控制电路由供电电源电路、EMC功能电路、光电断续器、信号处理电路和信号输出电路组成，机车轮轴输入动力带动光栅转动，使得光电断续器上的光敏元件产生与光栅透光孔透光次数相等的感光次数，从而在传感器控制电路中输出相应数量的高低电脉冲信号，该传感器是将光信号转换成电信号以达到精确测速目的，能满足在恶劣环境下进行工作的需要，并具有结构紧凑、使用性能好、测量精度高的优点。

Description

机车轴端光电式转速传感器

技术领域

本实用新型涉及一种传感器，尤其是指一种将光信号转换成电信号进行测速的机车轴端光电式转速传感器。

背景技术

传感器是一种能将物理量、化学量、生物量等转换成电信号的器件，它的输出信号具有不同形式，如电压、电流、频率、脉冲等，能满足信息传输、处理、记录、显示、控制等要求，是自动检测系统和自动控制系统中不可缺少的元件，如果把计算机比作大脑，那么传感器则相当于五官，传感器能正确感受被测量，并转换成相应的输出量，对系统质量起着决定性作用。传感器类型多样，根据工作原理不同，可分为物理传感器和化学传感器；根据输出信号不同可分为模拟传感器和数字传感器；根据用途不同可分为压力敏和力敏传感器、位置传感器、液面传感器、电流传感器、电压传感器、速度传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器、生物传感器等。这些现有的传感器都属于精密设备，如经常处于恶劣的环境下工作，长期承受风、沙、雨、雪的侵袭，因此无论物理量、化学量或生物量转换成的电信号，其使用性能都会受到影响，使得测量精度降低而达不到使用要求。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷而提供一种能满足在恶劣环境下工作的、结构紧凑、使用性能好、利用光信号转换成电信号进行测速且测量精度高的机车轴端光电式转速传感器。

本实用新型的技术问题通过以下技术方案实现：

一种机车轴端光电式转速传感器，包含安装在机车上的安装座，安装座上密封连接外罩，其特征在于所述的安装座与外罩内设有连接机车的万向联轴器，该万向联轴器轴上设有带多个透光孔的光栅，进行光电信号转换的传感器控制电路，该传感器控制电路由供电电源电路、EMC功能电路、光电断续器、信号处理电路和信号输出电路组成；所述的供电电源电路经过EMC功能电路，EMC功能电路与光栅的输出端连接光电断续器，同时EMC功能电路向光电断续器及信号处理电路提供电源及基准电位。

所述的万向联轴器包括支承在一对轴承内的主轴，主轴包括以十字轴互相连接的单叉方榫、双叉和单叉轴组成，单叉方榫的外表面设有两对由弹簧顶推的舌板，双叉外表面设有护套，主轴外设有与其密封连接的轴套，轴套固定在安装座内，单叉轴与轴套间设有固定在单叉轴外表面的内圈紧定螺母以及固定在轴套内表面的外圈紧定螺母，内、外圈之间由密封件密封；所述的轴承与轴承之间由垫块、垫套和碟形弹簧间隔。

所述的供电电源电路由外部电源和内部电源组成，外部电源主要为车载直流电源，连接于电路中节点a、g处，内部电源为连接于电路节点h、i、j处的三端稳压块N1。

所述的EMC功能电路由电路节点间的a、g的自动恢复保险丝F1、二极管V1、瞬态电压抑制二极管V2、电解电容C1、电容C2及电容C3组成。

所述的光电断续器由连接于电路节点k、l、m、n、o处的器件N2及其连接于电路节点c、d处的电阻R5、R6、R7组成，LED光源发射的光经光缝板到达光敏元件，该光敏元件连接施密特电路。

所述的信号处理电路由连接于电路节点p、q、r、s、t处的器件N3及其连接于电路节点c、e、d、f处的电阻R1、R2、R3、R4组成。

所述的信号输出电路由连接于电路节点b、f、e处的二极管V3和V4组成。

与现有技术相比，本实用新型是在传感器的安装座和外罩内设有与机车相连的万向联轴器以及进行光电信号转换的传感器控制电路，万向联轴器上设有带多个透光孔的光栅，当输入动力带动光栅转动时，就使得光敏元件具有了与光栅透光孔透光次数相等的感光次数，从而在传感器控制电路输出相应数量的电脉冲信号，该结构是将光信号转换成电信号以达到精确测速目的，能满足在恶劣环境下进行工作的需要，并具有结构紧凑、使用性能好、测量精度高的优点。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为本实用新型万向联轴器的主轴示意图。

图4为本实用新型安装在机车上的示意图。

图5为传感器工作原理图。

图6为本实用新型的电路方框图。

图7为本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

下面将按上述附图对本实用新型实施例再作详细说明。

如图1～图4所示，机车轴端光电式转速传感器，是属于一种物理、数字式、速度类传感器，其结构包括密封安装在机车轴箱外盖上的安装座1，安装座上以“O”型密封圈15密封连接外罩2，安装座和外罩内固定有由LED光源38、光缝板39、光敏元件40和施密特电路41构成的光电断续器4，还设有与机车轮轴相连接的万向联轴器，该万向联轴器包括由单叉方榫27、双叉32和单叉轴35组成的、以十字轴30互相连接而成的主轴，所述的单叉方榫一端的四个外表面上沿轴向设有四个滑槽，内部设有两对分别贯穿两相对外表面、且互相垂直的通孔，通孔内设有弹簧26，两对呈“工”字型的舌板21配装在四个滑槽内，每一对舌板都由设在该方榫通孔内的两个弹簧互相顶推，每个舌板在靠近单叉方榫的端部都设计为方便装入的倾斜结构，同时在单叉方榫的端部固定有阻挡舌板21跌出的压板20，单叉方榫27的另一端设计为叉形，叉形上设有两个通孔，方榫与叉形接合部的外圆柱面上设有供挡圈19装入单叉方榫27的环槽；所述的双叉32两端都为叉形结构，并且叉形上设有通孔；所述的单叉轴35的一端与双叉的叉形结构相同，靠近叉形结构的外圆柱面上以销子34固定一套圈33。

单叉方榫27、双叉32和单叉轴35的连接方式为：将单叉方榫与单叉轴的叉形结构配装入双叉两端的叉形结构内，并使得两者叉形结构上的通孔与双叉叉形结构上的通孔处于垂直位置，装入十字轴30使三者互相连接，同时在双叉叉形结构的通孔内以垫片31、铜套28和圆板29将十字轴封闭在内，两个连接处还罩有起保护作用的护套18，护套的安装方式为，从单叉方榫27端套入并卡合在单叉轴35的套圈33内，然后将挡圈19安装在单叉方榫27的环槽内，即可限制护套脱离。

主轴内还设有采用弹性较强的钢条制成的支轴17，该支轴的作用是使主轴在转动过程中起到复位作用，主轴支承在一对轴承12内，轴承与轴承之间由垫块14、垫套24和碟形弹簧13间隔。主轴外设有与其密封连接的轴套16，轴套固定在安装座1内，单叉轴35与轴套间设有固定在单叉轴外表面的内圈紧定螺母10以及固定在轴套内表面的外圈紧定螺母11，内、外圈紧定螺母之间由挡圈22和油封23构成的密封件密封。

主轴端部由短销6连接一轮芯9，轮芯上设有通过垫圈8和螺母7与其固定的光栅5，详见传感器工作原理图图5所示，该光栅呈圆片状，端面上设有多个圆周均布的透光孔，透光孔刚好置于光电断续器4的LED光源38和光敏元件40之间，光栅相当于一个信号源，当与万向联轴器主轴传动连接的机车轮轴转动时，带动主轴以及固定在主轴上的光栅5转动，机车轮轴转动一圈，主轴与光栅也相应转动一圈，而光敏元件40感光的次数与光栅透光孔的透光次数相等，从而产生相应数量的电脉冲信号，具体工作过程是：当光栅的透光孔正对光缝板39的光缝时，LED光源38发射的光通过光栅5和光缝板39照射到光敏元件40上，使光敏元件感光，传感器中的光敏元件为光敏三极管，感光时该器件处于饱和工作状态，导通并经施密特电路41处理后输出一低电平信号；当光栅5的透光孔中间不透光部分正对光缝板的光缝时，LED光源38发射的光不能照射到光敏元件40上，此时光敏三极管处于截止工作状态，不导通，经施密特电路41处理后输出一高电平信号，这种幅值较低的一低一高电平信号就形成了输出幅值接近于电源电压的电脉冲方波信号，该信号通过安装在安装座1上的电气接口3经电缆输送给具有坚固、防震、密封功能的机车专用标准电连接器插头部分25，引出线采用多芯屏蔽线，每股导线截面积大于或等于0.5mm²，电连接器采用JL5-7TJ(ZK)或JL5-14TJ(ZK)系列机车电连接器，如图4所示，其电连接器插头部分25、电连接器插座部分37或接线盒安装在车体底架侧梁36内侧，具体安装位置可由用户确定，传感器通过电连接器即可与机车电路连接，电连接器插头端子输出定义由下表所示：

端子编号	输出定义	端子编号	输出定义
端子编号	输出定义	端子编号	输出定义	A	电源1(-)	H	电源3(-)
B	输出1	I	输出3	A	电源1(-)	H	电源3(-)
B	输出1	I	输出3	C	电源1(+)	J	电源3(+)
D	屏蔽	K	屏蔽	C	电源1(+)	J	电源3(+)
D	屏蔽	K	屏蔽	E	输出2	L	输出4
F	电源2(-)	M	电源4(-)	E	输出2	L	输出4
F	电源2(-)	M	电源4(-)	G	电源2(+)	N	电源4(+)

光电式转速传感器的测速过程通过进行光电信号转换的传感器控制电路进行控制，如图5～图6所示，该传感器控制电路由供电电源电路I、EMC功能电路II、光栅5、光电断续器4、信号处理电路III和信号输出电路IV组成。供电电源电路I经过EMC功能电路II向光电断续器4及信号处理电路III提供电源及基准电位。

如图7所示，供电电源电路I由外部电源和内部电源组成，外部电源主要为车载直流电源，连接于电路中节点a、g处，内部电源为三端稳压块N1，连接于电路节点h、i、j处；EMC功能电路II由电路节点间的a、g的自动恢复保险丝F1、二极管V1、瞬态电压抑制二极管V2、电解电容C1、电容C2及电容C3组成，具有反向保护功能，滤波功能、浪涌吸收功能等，主要用于保障产品在复杂的电磁工业环境中能可靠的工作，提高产品在浪涌抗骚扰度、射频场感应的传导骚扰抗度、电快速瞬变脉冲群抗扰度及电源过电压抗扰度等方面的电磁兼容性能；光电断续器4由连接于电路节点k、l、m、n、o处的器件N2及其连接于电路节点c、d处的并联电阻R5、R6、R7组成，它是传感器的核心部件，主要是将光栅5转动这一物理量转换成电脉冲信号，电阻R5、R6起调节光电断续器中LED光源38的光照强度作用，R7为光电断续器中施密特电路41输出提供一上拉电阻；信号处理电路III由连接于电路节点p、q、r、s、t处的器件N3及其连接于电路节点c、e、d、f处的电阻R1、R2、R3、R4组成，其作用是将光电断续器产生的电脉冲信号进行信号放大处理，提供产品信号输出短路保护功能，提高产品的信号响应能力和负载驱动能力，电阻R1、R2为运算放大器N2提供一较大的放大比例，R3、R4为运算放大器N2提供一基准电位；信号输出电路IV由连接于电路节点b、f、e处的二极管V3和V4组成，起电路保护功能。

该传感器工作在脉冲状态下，是将机车轮轴的转速变换成相应频率的脉冲，然后测出脉冲频率即可测得转速的数值，这种测速方法具有传感器测量稳定可靠、精度高等优点，同时还具有较好的使用性能，在机车各种高、低压电气动作、辅助机组起动和运转及主电路处于起动、牵引、电制动等工况下运行时，以及机车以各种转速通过道岔、钢轨接头、机车正常联挂作业，检查敲击轴箱及其附件等机械冲击时，传感器都不会有误脉冲输出，内部具有的短路保护和极性保护功能，大大延长使用寿命。

具体工作数据为，工作电压：12VDC～30VDC；负载电阻：≥3KΩ；工作温度：-40℃～+45℃；相对湿度：≤90％(25℃)；测速范围：0～2000RPM；输出通道数：TQG15B，TQG15BL为两通道，TQG15C，TQG15CL为三通道，TQG15D，TQG15DL为四通道；功耗电流：每通道最大消耗电流不大于50mA；输出波形：方波，前后沿均小于周期的5％；占空比：30％～70％；信号幅值：负载电阻为3KΩ时，高电平≥9V，低电平≤2V；相位差：90°±36°；每转脉冲数：200；绝缘电阻：传感器出线端各路之间，各路出线端对外壳的绝缘电阻应不小于20M，500V兆欧表；受工频电压能力：传感器出线端各路之间及各路出线端对外壳，应能承受工频交流电压500V、历时1分钟的试验，传感器应无击穿或闪络现象；电磁兼容性影响：传感器电磁间兼容性应满足TB/T3034-2002：机车车辆电气设备电磁兼容性试验及其限值的要求；振动和冲击性能：振动和冲击性能应满足TB/T3058-2002：铁路应用、机车车辆设备、冲击和振动试验中3类车轴安装的要求；电气机械传动接口与安装：传感器与机车轮轴传动接口为方形轴联接，传动轴标准有两种即TQG15B，TQG15C，TQG15D伸长为95mm；TQG15BL，TQG15CL，TQG15DL伸长为120mm，也可以根据用户要求定制，其与机车轮轴同轴度最大公差为Ф4mm。

本实用新型目前广泛应用于国内各种内燃机车和电力机车上，用于检测机车车辆车轮的转速，向机车车辆电气控制系统提供与车轮转数成比例的电脉冲信号，也可以使用到需要检测转速，且具有所要求的安装条件的其他车辆或工业机床上，在安装前还需进行检查工作，具体过程为：一般情况下应安装在机车轴端光电式转速传感器的专用测试台上进行检查；如果没有专用测试机台，则可以采用两种方法进行简单检查：一、设法将传感器置于转动机构上按30r/min转动，接上+15VDC，用万用表测量传感器输出电压应大于6V；二、机车车辆静止状况下，接通+15VDC电源，并将转速传感器插入方孔中，把电连接器连接好，转动传感器观察保护控制系统应有信号输出。安装时，在车轮轴端方孔四壁均匀涂一薄层润滑脂或车轮轴承用油脂，以保证方榫的四个舌板21与方孔四壁滑动灵活，整个传感器安装到位后，只需拧紧安装座上的四个紧固螺钉即可将其固定在机车上。

Claims

1.一种机车轴端光电式转速传感器，包含安装在机车上的安装座(1)，安装座上密封连接外罩(2)，其特征在于所述的安装座与外罩内设有连接机车的万向联轴器，该万向联轴器轴上设有带多个透光孔的光栅(5)，进行光电信号转换的传感器控制电路，该传感器控制电路由供电电源电路(I)、EMC功能电路(II)、光电断续器(4)、信号处理电路(III)和信号输出电路(IV)组成；所述的供电电源电路(I)经过EMC功能电路(II)，EMC功能电路(II)与光栅(5)的输出端连接光电断续器(4)，同时EMC功能电路(II)向光电断续器及信号处理电路(III)提供电源及基准电位。

2.根据权利要求1所述的机车轴端光电式转速传感器，其特征在于所述的万向联轴器包括支承在一对轴承(12)内的主轴，主轴包括以十字轴(30)互相连接的单叉方榫(27)、双叉(32)和单叉轴(35)组成，单叉方榫的外表面设有两对由弹簧(26)顶推的舌板(21)，双叉外表面设有护套(18)，主轴外设有与其密封连接的轴套(16)，轴套固定在安装座(1)内，单叉轴(35)与轴套间设有固定在单叉轴外表面的内圈紧定螺母(10)以及固定在轴套(16)内表面的外圈紧定螺母(11)，内、外圈之间由密封件密封；所述的轴承(12)与轴承之间由垫块(14)、垫套(24)和碟形弹簧(13)间隔。

3.根据权利要求1或2所述的机车轴端光电式转速传感器，其特征在于所述的供电电源电路(I)由外部电源和内部电源组成，外部电源主要为车载直流电源，连接于电路中节点a、g处，内部电源为连接于电路节点h、i、j处的三端稳压块N1。

4.根据权利要求1或2所述的机车轴端光电式转速传感器，其特征在于所述的EMC功能电路(II)由电路节点间的a、g的自动恢复保险丝F1、二极管V1、瞬态电压抑制二极管V2、电解电容C1、电容C2及电容C3组成。

5.根据权利要求1或2所述的机车轴端光电式转速传感器，其特征在于所述的光电断续器(4)由连接于电路节点k、l、m、n、o处的器件N2及其连接于电路节点c、d处的电阻R5、R6、R7组成，LED光源(38)发射的光经光缝板(39)到达光敏元件(40)，该光敏元件连接施密特电路(41)。

6.根据权利要求1或2所述的机车轴端光电式转速传感器，其特征在于所述的信号处理电路(III)由连接于电路节点p、q、r、s、t处的器件N3及其连接于电路节点c、e、d、f处的电阻R1、R2、R3、R4组成。

7.根据权利要求1或2所述的机车轴端光电式转速传感器，其特征在于所述的信号输出电路(IV)由连接于电路节点b、f、e处的二极管V3和V4组成。