CN201072377Y - 嵌入式多参量复合传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种嵌入式多参量复合传感器，其特征是：两个形状相同的上半圆壳体(2)和下半圆壳体(8)对接构成中央有通孔的圆盘壳体，在所述圆盘壳体的内圈的凸台上嵌接有二个加速度传感装置(1)、二个速度传感装置(3)、一个温度传感装置(7)，其中两个速度传感装置(3)分别安装在上半圆壳体(2)和下半圆壳体(8)上，加速度传感装置(1)位于安装在下半圆壳体(8)上的速度传感装置(3)的两侧，二个温度传感装置(7)一个在下半圆壳体(8)内圈的凸台上，另一个在上半圆壳体(2)的顶端。该复合传感器将加速度、速度、温度传感装置集成一体，有利于信号的提取；壳体外边缘嵌入轴承外圈的槽内，与其结合成一体，安装方便。

Description

嵌入式多参量复合传感器

技术领域：

本实用新型涉及传感器，具体地讲，涉及一种适于安装在轴承，对高速运转中的轴承进行在线监测与故障诊断的多信号集成的复合传感器。

背景技术：

轴承在各种旋转机械中得到广泛应用，是构成旋转机械的重要部件。据统计，旋转机械的故障有30％是由轴承引起。机器能否正常运行，在很大程度上取决于轴承的工作状态。但是，产生缺陷后，滚动轴承的振动加剧、噪声增大，最终导致失效，如果不加以预防将会造成巨大的人身和经济损失。

目前，通常采用检测轴承的振动信号，通过分析轴的振动信号的方法来判断轴承的工作状态，可以检测轴承元件的疲劳剥落等故障的前兆。

高速列车、高速客车等在行驶中的制动是非常频繁的，其制动与车轮与轨道或路面间的粘着密切相关。正常的制动工况是制动力不大于车轮与轨道或路面间的粘着力，此时轮对不会发生抱死现象而是滚动着减速直至停车。但当轨道或路面上有油或其他液体以及制动操作不当，而车辆上又未安装防滑装置时，车轮与轨道或路面间的粘着力降低，会引起车辆制动力大于粘着力而发生事故。为解决该事故，车辆速度检测装置向中央控制单元提供实时速度信号，供中央控制单元作采样变换、运算处理和比较判断，然后输出控制信号驱动执行机构制动。

为了防止发生由于轴承故障引起的切轴事故，对于车辆使用单位，比如铁路系统，目前的方法是采用温度传感器实时检测轴温，通过轴温报警器发现故障前兆。专家指出，98％以上的切轴属于“热切”，轴由于轴承故障受到强大的扭力而使轴温剧烈升高，由此可感知轴承的故障。对于高速列车、高速客车等高速车辆，轴承自身由于发热而容易造成磨损、烧伤。

目前现有的检测轴承故障的复合传感器，大多只能采集两种信号，其中最常见的是温度振动复合传感器。这类传感器往往忽略了对轴承速度的检测，不能全面地拾取故障信息，因此难以准确地预判轴承产生的故障。少数的振动、温度、速度复合传感器也由于感应装置相对分散，整体结构不紧凑，不便安装而没能得到广泛应用。对轴承速度的检测，通常只采用一个速度传感装置，当信号受到干扰就无法准确地获取速度信息，测速效果不太理想。在测温方面，通常为了防止轴切只进行轴温的检测，而忽略了对轴承自身温度的检测，则由轴承温度过高而引起的故障就无法避免。

实用新型内容：

为了解决上述问题，本实用新型的目的就是针对高速列车、高级轿车和大型卡车的轴承，舰船、坦克等减速器中的轴承以及一些旋转机械所用轴承的特点，在不增大结构的前提下设计一种能与高速列车轴承端面相结合的嵌入式多参量复合传感器，解决目前振动、温度、速度复合传感装置因分散设置带来的安装不方便，检测不准确，而不能得到广泛应用的问题。

本实用新型的具体方案是：设计一种嵌入式多参量复合传感器，其关键是：两个形状相同的上半圆壳体和下半圆壳体对接构成中央有通孔的圆盘壳体，该圆盘壳体的内圈和外圈均按同一方向轴向延伸形成凸台，在所述圆盘壳体的内圈的凸台上嵌接有二个加速度传感装置、二个速度传感装置、一个温度传感装置，其中两个速度传感装置分别安装在上半圆壳体或下半圆壳体上，并且位于穿过圆盘中心的直线上，所述二个加速度传感装置位于安装在下半圆壳体上的速度传感装置的两侧，并且二个加速度传感装置的轴心线相垂直，所述二个温度传感装置一个在下半圆壳体内圈的凸台上，另一个在上半圆壳体的顶端。

本实用新型将加速度(振动)、温度、速度传感装置合理布置在同一复合传感器的壳体上，实现对三种信号的提取。在传感器下半圆壳体上安装两个加速度传感装置分别检测轴承端面两个垂直方向的振动信号；在上半圆壳体、下半圆壳体上分别安装一个速度传感装置检测轴速，两者可互相弥补受干扰的信号成分，解决了单一的传感装置检测带来的弊端。在测温方面，采用两个温度传感装置，分别检测轴承外圈和内圈的温度。同时对轴承内圈温度信号的提取反映了轴温信息，防止了切轴事故的发生。由于高速车辆在运行时振动较大，为防止传感装置脱落，在其与壳体的接缝处进行焊接。

在所述上半圆壳体和下半圆壳体的外边缘翻边形成安装平面，在该翻边平面上开有安装孔。

将复合传感器壳体外边缘翻边，并嵌入到轴承外圈，上半圆壳体与下半圆壳体通过螺栓穿过安装孔连接成一完整的圆盘状壳体，使其与轴承结合成一体，保证了对壳体与对轴承的振动检测的一致性，且温度传感装置的测温点与轴承距离很短，保证了对轴承内(轴)、外圈检测的精度。另外，壳体的凸台直径与轴径接近，保证了磁感应探头与轴外径的距离在速度传感装置允许的检测范围内，测量精度不会受到影响。

所述加速度传感装置由机座、压电元件、输出电缆、质量块、金属片、薄膜、外壳组成，其中压电元件封装在机座与外壳所形成的空腔内，在该压电元件的上表面盖有质量块，该压电元件通过位于其上下表面的金属片及导线与输出电缆连接；该金属片外表面粘接薄膜，并通过薄膜保持与机座和质量块绝缘；外壳通过螺纹与机座相连。该加速度传感装置在测量时，感受到与壳体相同频率的振动。由于螺钉的固定作用，质量块也感受与试件相同的振动。质量块就有一正比于加速度的交变力作用在压电片上，由于压电效应，在压电片两个表面上就有电荷产生。传感装置的输出电荷与作用力成正比，亦即与壳体的加速度成正比。再经过转换将电荷量变为电脉冲信号。

所述速度传感装置由外壳、磁钢、引出线、骨架、T型铁心和线圈组成，其中磁钢为圆柱体，该磁钢的下段伸入骨架中，该磁钢的底面与T型铁心接触，所述线圈绕制在有T型铁心穿过的骨架段的外面，所述磁钢上段和顶面的引出线装在外壳内。当轴转动时，轴表面均匀分布的磁性金属件交替经过感应探头的表面，引起通过线圈磁路磁阻的变化，即引起磁通量的变化，线圈中产生了交变的感应电动势，与线圈连接的有源放大器将微弱的感应电动势放大，将轴的速度信号转变成电脉冲信号。

所述的温度传感装置由热敏元件组成，在金属套管与热电极之间填充绝缘材料。热电偶保护套内两种不同的导体连接成一个闭合回路。当测量端与参考端温度不同时，则在该回路中就会产生电动势，再经过转换成为电脉冲信号。

采用上述方案，本实用新型具有以下优点：

1、将加速度、速度、温度传感装置集成一体且布置合理，有利于信号的提取，并且检测准确。

2、壳体外边缘嵌入轴承外圈的槽内，与轴承有机结合成一体，安装方便。

3、可同时检测轴承端面相互垂直的两向振动。

4、采用成180°的两速度传感装置检测轴速，对信号的采集有互相弥补的作用。

5、同时检测轴承内圈(轴)、外圈的温度，可综合分析出由于轴承自身的高温所产生的故障以及切轴事故(通过对内圈温度，即轴温的检测)；

6、加速度传感装置、速度传感装置、温度传感装置都无需外接电源，且信号传输和处理电路比较简单。

附图说明：

图1是本实用新型的主视图；

图2是图1的B-B剖视图；

图3是图1的A-A剖视图；

图4是图1中加速度传感装置1的结构示意图；

图5是图1中速度传感装置3的结构示意图；

图6是图1中温度传感装置7的结构示意图；

图7是本实用新型与轴承27结合在一起的使用状态参考图。

具体实施方式：

请参看图1、图2，本实用新型所述复合传感器主要由加速度传感装置1、上半圆壳体2、速度传感装置3、螺栓4、垫圈5、螺母6、温度传感装置7、下半圆壳体8组成，它们之间的连接关系及结构特征是：两个形状相同的上半圆壳体2和下半圆壳体8对接构成中央有通孔的圆盘壳体，该圆盘壳体的内圈和外圈均按同一方向轴向延伸形成凸台，在所述圆盘壳体的内圈的凸台上嵌接有二个加速度传感装置1、二个速度传感装置3、一个温度传感装置7，其中两个速度传感装置3分别安装在上半圆壳体2或下半圆壳体8上，并且位于穿过圆盘中心的直线上，所述二个加速度传感装置1位于安装在下半圆壳体8上的速度传感装置3的两侧，并且二个加速度传感装置1的轴心线相垂直，所述二个温度传感装置7一个在下半圆壳体8内圈的凸台上，另一个在上半圆壳体2的顶端。

如图3所示：在所述上半圆壳体2和下半圆壳体8的外边缘翻边形成安装平面25，在该翻边平面25上开有安装孔26，螺栓4穿过该安装孔26将上半圆壳体2和下半圆壳体8联接为一个圆盘壳体。

如图4所示：所述加速度传感装置1由机座9、压电元件10、输出电缆11、质量块12、金属片13、薄膜14、外壳15组成，其中压电元件10封装在机座9与外壳15所形成的空腔内，在该压电元件10的上表面盖有质量块12，该压电元件10通过位于其上下表面的金属片13及导线与输出电缆11连接；该金属片13外表面粘接薄膜14，并通过薄膜14保持与机座9和质量块12绝缘；外壳15通过螺纹与机座9相连。

如图5所示：所述速度传感装置3由外壳16、磁钢17、引出线18、骨架19、T型铁心20和线圈21组成，其中磁钢17为圆柱体，该磁钢17的下段伸入骨架19中，该磁钢17的底面与T型铁心20接触，所述线圈21绕制在有T型铁心20穿过的骨架19段的外面，所述磁钢17上段和线圈的引出线18装在外壳16内。

如图6所示：所述的温度传感装置7由热敏元件组成，在金属套管22与热电极23之间填充绝缘材料24。

如图7所示：复合传感器安装在轴承27端面，壳体内圈凸台直径与轴承内圈轴径接近，壳体外圈凸台直径与轴承外圈轴径接近，壳体外圈凸台边缘向圆心弯折嵌入轴承外圈的槽内，使整个复合传感器固定在轴承上。轴承工作时，各传感装置分别提取加速度(振动)、温度、速度信号。

Claims (5)

1.一种嵌入式多参量复合传感器，其特征在于：两个形状相同的上半圆壳体(2)和下半圆壳体(8)对接构成中央有通孔的圆盘壳体，该圆盘壳体的内圈和外圈均按同一方向轴向延伸形成凸台，在所述圆盘壳体的内圈的凸台上嵌接有二个加速度传感装置(1)、二个速度传感装置(3)、一个温度传感装置(7)，其中两个速度传感装置(3)分别安装在上半圆壳体(2)或下半圆壳体(8)上，并且位于穿过圆盘中心的直线上，所述二个加速度传感装置(1)位于安装在下半圆壳体(8)上的速度传感装置(3)的两侧，并且二个加速度传感装置(1)的轴心线相垂直，所述二个温度传感装置(7)一个在下半圆壳体(8)内圈的凸台上，另一个在上半圆壳体(2)的顶端。

2.根据权利要求1所述的嵌入式多参量复合传感器，其特征在于：所述速度传感装置(3)由外壳(16)、磁钢(17)、引出线(18)、骨架(19)、T型铁心(20)和线圈(21)组成，其中磁钢(17)为圆柱体，该磁钢(17)的下段伸入骨架(19)中，该磁钢(17)的底面与T型铁心(20)接触，所述线圈(21)绕制在有T型铁心(20)穿过的骨架(19)段的外面，所述磁钢(17)上段和线圈的引出线(18)装在外壳(16)内。

3.根据权利要求1所述的嵌入式多参量复合传感器，其特征在于：所述加速度传感装置(1)由机座(9)、压电元件(10)、输出电缆(11)、质量块(12)、金属片(13)、薄膜(14)、外壳(15)组成，其中压电元件(10)封装在机座(9)与外壳(15)所形成的空腔内，在该压电元件(10)的上表面盖有质量块(12)，该压电元件(10)通过位于其上下表面的金属片(13)及导线与输出电缆(11)连接；该金属片(13)外表面粘接薄膜(14)，并通过薄膜(14)保持与机座(9)和质量块(12)绝缘；外壳(15)通过螺纹与机座(9)相连。

4.根据权利要求1所述的嵌入式多参量复合传感器，其特征在于：所述的温度传感装置(7)由热敏元件组成，在金属套管(22)与热电极(23)之间填充绝缘材料(24)。

5.根据权利要求书1所述的嵌入式多参量复合传感器，其特征在于：在所述上半圆壳体(2)和下半圆壳体(8)的外边缘翻边形成安装平面(25)，在该翻边平面(25)上开有安装孔(26)。

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