CN207703496U - 一种用于标准动车组横向失稳检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的用于标准动车组横向失稳检测装置，与失稳系统控制主机通信连接，包括横向加速度传感器、信号电缆、电缆连接器以及电缆护套管，所述横向加速度传感器通过信号电缆与电缆连接器的一端通信连接，所述信号电缆的外周设置所述电缆护套管，所述电缆连接器的另一端与失稳系统控制主机通信连接。有益效果：采取传感器内腔用胶木桶隔离线路板和外壳，保证绝缘电阻和耐压要求，防护性和抗振动性也加强。

Description

一种用于标准动车组横向失稳检测装置

技术领域

本发明涉及传感器领域，具体涉及一种用于标准动车组横向失稳检测装置。

背景技术

标准动车组在线路上运行时，要求应具有良好的横向稳定性，在低速至最高速度范围内，绝不容许发生蛇行失稳，如发生剧烈蛇行失稳，会产生很大的横向轮轨作用力，对线路造成破坏，车轴轴承过热或损坏，甚至会出现脱轨事故，严重影响运行安全。所以，防止蛇行失稳是高速铁道车辆的研究急需关注的问题之一。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供了一种用于标准动车组横向失稳检测装置，具体由以下技术方案实现：

所述用于标准动车组横向失稳检测装置，与失稳系统控制主机通信连接，包括横向加速度传感器、信号电缆、电缆连接器以及电缆护套管，所述横向加速度传感器通过信号电缆与电缆连接器的一端通信连接，所述信号电缆的外周设置所述电缆护套管，所述电缆连接器的另一端与失稳系统控制主机通信连接。

所述的用于标准动车组横向失稳检测装置的进一步设计在于，横向加速度传感器还包括外壳、电路板以及内部设有凹槽的胶木桶，电路板上集成有信号采集处理电路，所述胶木桶设于所述外壳内，胶木桶通过黑环氧树脂固定于外壳内腔，外壳和胶木桶之间灌入环氧胶，所述电路板设于胶木桶内通过所述凹槽进行固定，并通过环氧胶实现加固。

所述的用于标准动车组横向失稳检测装置的进一步设计在于，所述信号采集处理电路包括：

加速度计单元，所述加速度计单元的敏感部位为差分电容，加速度计通过差分电容的变化输出加速度信号；

放大及V/I变换单元，先对所述加速度信号通过桥路衰减，再差分放大，接着通过偏置电路对加速度信号的零点进行偏置调整，最后实现电压转电流转换；

自检检测单元，接收失稳系统控制主机通过继电器输出的切换信号，根据切换信号控制自检检测电路内部电子开关的切换并作用于微处理器中断口，最终输出自检电流信号。

所述的用于标准动车组横向失稳检测装置的进一步设计在于，所述信号采集处理电路还包括电源防护及变换电路，所述电源防护及变换电路包含防反接单元、抗浪涌器件、低压差线性稳压变换器、慢熔断限流保险丝，所述慢熔断限流保险丝、抗浪涌器件、低压差线性稳压变换器以及防反接单元依次电连接；所述抗浪涌器件包括热敏电阻、第一电感以及稳压二极管，所述热敏电阻、第一电感以及稳压二极管相互两两连接；所述低压差线性稳压变换器包括第二电感、电容以及第三电感，所述第二电感、电容以及第三电感依次串接；所述防反接单元为二极管。

所述的用于标准动车组横向失稳检测装置的进一步设计在于，所述加速度计单元包括质量块、电极、基底以及支撑架，所述电极设置于基底上，所述质量块通过支撑架支撑于基底上形成杠杆件，质量块与电极间留有间隙。

所述的用于标准动车组横向失稳检测装置的进一步设计在于，传感器对应于电缆护套管的一端设有水密接头，电缆护套管与传感器水密接头通过紧固喉箍连接，电缆护套管与电连接器通过卡箍连接。

所述的用于标准动车组横向失稳检测装置的进一步设计在于，横向加速度传感器外壳采用不锈钢金属，外壳的主体呈半圆柱形，主体的两侧设有翼状的固定部，所述固定部上分别设有一个安装孔，安装孔垂直于安装面，失稳检测方向为平行于安装孔连线方向。

所述的用于标准动车组横向失稳检测装置的进一步设计在于，所述横向失稳报警检测装置还包括配件，所述配件包含连接器配套插座、绝缘板、绝缘螺栓及止动垫，所述绝缘螺栓依次穿接止动垫、外壳主体的固定部以及绝缘板。

所述的用于标准动车组横向失稳检测装置的进一步设计在于，所述信号电缆由电缆及外部防护层组成，信号电缆的线芯为多芯镀锡带屏蔽导线。

所述的用于标准动车组横向失稳检测装置的进一步设计在于，电缆护套管材料为阻燃橡胶管。

本发明的优点如下：

本发明的用于标准动车组横向失稳检测装置用模块化电路和结构设计思路，简单可靠，产品易于批量生产。

本发明技术方案采用的外围器件数量较少，参数要求较宽，故技术指标实现容易。产品装配工艺不复杂，整体传感器经过多项试验测试，温漂小，稳定性高。

本发明的检测装置除对电源电路进行多重EMI抑制外，还对整个传感器内部电路采用整体铜箔屏蔽罩，将其与电缆屏蔽线相连，实现后电磁兼容效果佳。另一方面针对耐压绝缘、振动等特殊要求，采取传感器内腔用胶木桶隔离线路板和外壳，保证绝缘电阻和耐压要求，防护性和抗振动性也加强；胶木桶和壳体使用黑环氧进行固定，并且胶木桶要用定位销钉进行定位，这样保证带有加速度计的电路板安装方向符合要求，达到测量精度。

附图说明

图1是横向加速度传感器的装配示意图。

图2是电路板与胶木桶的装配示意图。

图3是微机械电容式加速度计结构示意图。

图4是传感器的现场安装的装配示意图。

图5是电源防护及变换电路的结构示意图。

图6是加速度计单元的功能模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请进一步说明。

本实施例的用于标准动车组横向失稳检测装置，与失稳系统控制主机通信连接，主要由横向加速度传感器1、信号电缆、电缆连接器3以及电缆护套管2组成。横向加速度传感器通过信号电缆与电缆连接器3的一端通信连接。信号电缆的外周设置电缆护套管2，电缆连接器3的另一端与失稳系统控制主机通信连接。传感器对应于电缆护套管的一端设有水密接头16。

横向加速度传感器还包括外壳1、电路板13与设有凹槽123胶木桶12，胶木桶12设于外壳内，线路板13设于胶木桶12内，外壳内腔通过胶木桶12隔离线路板13和外壳1，保证绝缘电阻和耐压要求，防护性和抗振动性也较强。胶木桶12与外壳1通过黑环氧树脂进行固定,并且胶木桶12用定位销钉122进行定位。如图2，胶木桶12外周面上一组中心对称位置上分别开设有槽121。外壳对应于槽121处也开设有卡槽，槽121与卡槽形成与销钉122相适配的槽道。销钉122通过穿接于槽道实现胶木桶在外壳内的定位。电路板13设于胶木桶12 内，外壳1和胶木桶12之间灌入环氧胶。电路板13上集成有信号采集处理电路，电路板13通过胶木桶内的凹槽123进行固定，并通过环氧胶实现加固，这样保证带有加速度计的电路板安装方向符合要求，达到测量精度。具体地如图2，凹槽123设于胶木桶内壁的一组中心对称位置，线路板13上设有用于与凹槽123 相适配的卡接部124。

信号采集处理电路主要由：加速度计单元、放大及V/I变换单元以及自检检测单元组成。其中，加速度计单元为微机械(MEMS)电容式加速度计，MEMS电容式加速度计微机械电容式加速度计其敏感部位为差分电容结构，可利用差分电容的变化来反映被测加速度信号的情况，其结构由惯性敏感单元和伺服电子线路两部分组成，MEMS电容式加速度计通过差分电容的变化输出加速度信号。

放大及V/I变换单元，先对加速度信号通过桥路衰减，再差分放大，接着通过偏置电路对加速度信号的零点进行偏置调整，最后实现电压转电流转换。本实施例的放大及V/I变换单元包含差分信号放大电路、零点偏置调整电路以及电压转电流变换电路。因为加速度计输出差分电压为(-4～4)v，使用运放 SGM8294YS14来进行信号差分放大及电压转电流转换，先将加速度计差分信号通过桥路衰减，然后差分放大，引入偏置电路，最后一级电路实现电压转电流转换。

自检检测单元，接收失稳系统控制主机通过继电器输出的切换信号，输出对应反馈负满量程(即-10G对应的4mA电流输出)时的输出；根据所述切换信号控制自检检测电路内电子开关的切换，形成不同输出回路，输出自检电流信号。

横向加速度传感器还包括电源防护及变换电路，电源防护及变换电路主要由防反接单元、抗浪涌器件、低压差线性稳压变换器以及慢熔断限流保险丝组成，慢熔断限流保险丝、抗浪涌器件、低压差线性稳压变换器以及防反接单元依次电连接。抗浪涌器件包括热敏电阻、第一电感以及稳压二极管。热敏电阻、第一电感以及稳压二极管相互两两连接；低压差线性稳压变换器包括第二电感、电容以及第三电感，第二电感、电容以及第三电感依次串接；防反接单元为二极管。其中二极管用于为防电源反接器件，其压降很小，便于传感器带负载能力。慢熔断限流保险丝防止由于短路而造成的回路电流很大，提高电源抗扰性能，TVS器件消弱输入的浪涌电压和防止输入电压瞬间高于最大工作电压。低压差线性稳压变换器选择LT3060，其特点微功率、低噪声、100mA、是低压差线性稳压器。

加速度计单元包括质量块132、电极133、基底131以及支撑架134。电极133设置于基底131上，质量块132通过支撑架134支撑于基底131上形成杠杆件，质量块132与电极133间留有间隙。

横向加速度传感器外壳1采用不锈钢金属，外壳的主体呈半圆柱形。主体的两侧设有翼状的固定部，固定部上分别设有一个Ф11安装孔，安装孔垂直于安装面，孔距为88mm。失稳检测方向为平行于安装孔连线方向。

考虑到电磁兼容性要求，本实施例在电路板上加上屏蔽罩，与传感器外壳及内部电路都隔离，与电缆屏蔽线在外部用握手端子相连，这样既起到了内部形成屏蔽抗干扰的效果，另外，在线路板设计时把核心信号电路布在线路板中间位置，印制板周边是屏蔽罩焊接焊盘，印制板上还需划槽增加隔离耐压。

横向失稳报警检测装置还包括配件，配件包含连接器配套插座、绝缘板18、绝缘螺栓19、止动垫17以及线卡子，绝缘螺栓19依次穿接止动垫17、外壳主体的固定部101以及绝缘板，实现各部件的固定。线卡子为电缆护套管与传感器水密接头16的紧固喉箍以及电缆护套管2与电连接器3之间的卡箍。传感器水密接头16与输出电缆的连接处密封连接，防护等级为IP68。电缆护套管应与传感器水密接头及电连接器之间连接牢固，要求可承受不小于500N的拉力。

信号电缆由电缆及外部防护层组成，信号电缆的线芯为多芯镀锡带屏蔽导线，且符合标准EN50306-4；传感器自带电缆(包括连接器)长度不小于1160mm，线径规格：6×0.75mm2。

电缆护套管材料为阻燃橡胶管，选择时应充分考虑气耐油性、耐紫外线辐射性、耐击打性、柔韧性等特性并通过相关试验。电缆护套外径为20±2mm，最小弯曲半径100mm。

本实施例的电缆连接器采用AS-GTC-6L-20-07-SC-TD10(带插孔)安费诺品牌，并采用专用接插头座，安装牢固，无松动现象，防护等级为IP67。

本实施例的用于标准动车组横向失稳检测装置，所解决的技术问题所采用的技术方案是：电源电路经过稳压分别给MEMS电容式加速度计和运算放大器供电，加速度计的差分信号经过放大和偏置后，再由电压转成电流信号输出；自检信号由处理器给出，对应反馈负满量程时的电流输出，实现对横向失稳加速度的测量。传感器金属外壳和护套管作为防护和屏蔽，线缆及连接器与失稳检测系统(BIDS) 连接。该装置利用成熟的加速度计芯片，采用模块化电路和结构设计思路，简单可靠，产品易于批量生产。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于标准动车组横向失稳检测装置，与失稳系统控制主机通信连接，其特征在于包括横向加速度传感器、信号电缆、电缆连接器以及电缆护套管，所述横向加速度传感器通过信号电缆与电缆连接器的一端通信连接，所述信号电缆的外周设置所述电缆护套管，所述电缆连接器的另一端与失稳系统控制主机通信连接。

2.根据权利要求1所述的用于标准动车组横向失稳检测装置，其特征在于横向加速度传感器还包括外壳、电路板以及内部设有凹槽的胶木桶，电路板上集成有信号采集处理电路，所述胶木桶设于所述外壳内，胶木桶通过黑环氧树脂固定于外壳内腔，外壳和胶木桶之间灌入环氧胶，所述电路板设于胶木桶内通过所述凹槽进行固定，并通过环氧胶实现加固。

3.根据权利要求2所述的用于标准动车组横向失稳检测装置，其特征在于所述信号采集处理电路包括：

加速度计单元，所述加速度计单元的敏感部位为差分电容，加速度计通过差分电容的变化输出加速度信号；

放大及V/I变换单元，先对所述加速度信号通过桥路衰减，再差分放大，接着通过偏置电路对加速度信号的零点进行偏置调整，最后实现电压转电流转换；

自检检测单元，接收失稳系统控制主机通过继电器输出的切换信号，根据所述切换信号控制自检检测电路内电子开关的切换，形成不同输出回路，输出自检电流信号。

4.根据权利要求3所述的用于标准动车组横向失稳检测装置，其特征在于所述信号采集处理电路还包括电源防护及变换电路，所述电源防护及变换电路包含防反接单元、抗浪涌器件、低压差线性稳压变换器、慢熔断限流保险丝，所述慢熔断限流保险丝、抗浪涌器件、低压差线性稳压变换器以及防反接单元依次电连接；所述抗浪涌器件包括热敏电阻、第一电感以及稳压二极管，所述热敏电阻、第一电感以及稳压二极管相互两两连接；所述低压差线性稳压变换器包括第二电感、电容以及第三电感，所述第二电感、电容以及第三电感依次串接；所述防反接单元为二极管。

5.根据权利要求3所述的用于标准动车组横向失稳检测装置，其特征在于所述加速度计单元包括质量块、电极、基底以及支撑架，所述电极设置于基底上，所述质量块通过支撑架支撑于基底上形成杠杆件，质量块与电极间留有间隙。

6.根据权利要求1所述的用于标准动车组横向失稳检测装置，其特征在于传感器对应于电缆护套管的一端设有水密接头，电缆护套管与传感器水密接头通过紧固喉箍连接，电缆护套管与电连接器通过卡箍连接。

7.根据权利要求2所述的用于标准动车组横向失稳检测装置，其特征在于横向加速度传感器外壳采用不锈钢金属，外壳的主体呈半圆柱形，主体的两侧设有翼状的固定部，所述固定部上分别设有一个安装孔，安装孔垂直于安装面，失稳检测方向为平行于安装孔连线方向。

8.根据权利要求7所述的用于标准动车组横向失稳检测装置，其特征在于所述横向失稳报警检测装置还包括配件，所述配件包含连接器配套插座、绝缘板、绝缘螺栓及止动垫，所述绝缘螺栓依次穿接止动垫、外壳主体的固定部以及绝缘板。

9.根据权利要求1所述的用于标准动车组横向失稳检测装置，其特征在于所述信号电缆由电缆及外部防护层组成，信号电缆的线芯为多芯镀锡带屏蔽导线。

10.根据权利要求1所述的用于标准动车组横向失稳检测装置，其特征在于电缆护套管材料为阻燃橡胶管。