CN209673907U - 一种传感器 - Google Patents

Abstract

本申请公开的传感器，与现有技术相比，包括：传感器底座，安装于受电弓弓头上；印制电路板；设于所述印制电路板上的敏感元件，用于转化感应到的振动冲击物理量为电压模拟信号；设于所述印制电路板上的信号处理芯片，用于放大所述电压模拟信号；电连接器；连接于印制电路板与所述电连接器的电缆。本申请提供的传感器，相较于现有技术而言，可提取出受电弓局部微小的故障信号，且能够实现受电弓实时定量标准化故障监测。

Description

一种传感器

技术领域

本申请涉及故障监测以及传感器技术领域，更具体地说，尤其涉及一种传感器。

背景技术

受电弓为铁路机车、城轨车辆、动车组等机车从接触网取得电能的电气设备，其安装在机车或动车车顶上。受电弓可分单臂弓和双臂弓两种，主要由滑板、上框架、下臂杆、底架、升弓弹簧、传动气缸、支持绝缘子等部件组成。现如今，受电弓的故障诊断，主要是通过图像检测来完成，通过观测采集到的受电弓的图像，判断受电弓是否发生故障。

然而，目前对受电弓有无故障的判断是通过摄像头拍摄的图像进行故障识别，只能进行定性判断，没有定量标准，很难识别到局部微小故障；而用视频监控的方法进行故障判断也有一定的局限性，背对摄像头的地方成为了监控盲区，无法监测到；此外，由于摄像头远距离的安装条件，类似于网线硬点、碳刷裂纹、异常磨损等局部微小故障难以通过图像识别的方式来判定。

因此，如何提供一种传感器，其能够识别局部微小故障，且能够对受电弓实现定量标准化故障监测，已经成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本申请提供一种传感器，其能够识别局部微小故障，且能够对受电弓实现定量标准化故障监测。

本申请提供的技术方案如下：

本申请提供一种传感器，包括：传感器底座；印制电路板；设于所述印制电路板上的敏感元件，用于转化感应到的振动冲击物理量为电压模拟信号；电连接器；连接于所述印制电路板与所述电连接器的电缆。

进一步地，在本实用新型一种优选的方式中，印制电路板包括：设于传感器底座内部底面上的PCB底板；设于传感器底座内部侧面上的PCB侧板；连接PCB底板与所述PCB侧板的柔性电路板。

进一步地，在本实用新型一种优选的方式中，敏感元件设于所述印制电路板上具体为：敏感元件具体设于所述PCB侧板上。

进一步地，在本实用新型一种优选的方式中，PCB底板设于传感器内部底面上具体为：PCB底板胶粘于传感器底座的内部底面上；PCB侧板设于传感器底座内部侧面上具体为：PCB侧板胶粘于传感器底座的内部侧面。

进一步地，在本实用新型一种优选的方式中，印制电路板包括：基准电路，用于利用稳压电路提供基准电压为敏感元件供电；芯片外围电路，利用电容对芯片输入及输出作滤波处理；侧板放大电路，用于利用标准放大电路对芯片输出信号及灵敏度进行放大。

进一步地，在本实用新型一种优选的方式中，基准电路、芯片外围电路设于PCB底板上。

进一步地，在本实用新型一种优选的方式中，侧板放大电路设于PCB侧板上。

进一步地，在本实用新型一种优选的方式中，所述PCB侧板包括：侧板放大电路，用于利用标准放大电路对芯片输出信号及灵敏度进行放大。

进一步地，在本实用新型一种优选的方式中，所述传感器底座上还设有传感器盖板，用于密封所述印制电路板。

进一步地，在本实用新型一种优选的方式中，所述传感器底座上边缘设有用于安装所述传感器盖板的凸棱；所述传感器盖板与所述传感器底座通过激光焊接连接。

进一步地，在本实用新型一种优选的方式中，所述传感器底座与所述传感器盖板均由不锈钢材料制成。

进一步地，在本实用新型一种优选的方式中，所述敏感元件具体为三轴加速度传感器。

进一步地，在本实用新型一种优选的方式中，传感器还包括：保护套管，保护套管嵌于传感器底座的出线口处，用于分隔传感器底座与电缆。

进一步地，在本实用新型一种优选的方式中，三轴加速度传感器具体为 MEMS三轴加速度传感器。

进一步地，在本实用新型一种优选的方式中，传感器底座内部灌有密封胶。

本实用新型提供的一种传感器，与现有技术相比，包括：传感器底座，传感器底座上安装有印制电路板，印制电路板上设有敏感元件和信号处理芯片，连接于传感器底座与电连接器的电缆。应用过程中，传感器底座安装于受电弓弓头上，振动冲击信号通过安装螺栓传递至传感器底座，再传递至印制电路板，通过敏感元件将实时感应到的振动冲击物理量转化为电压模拟信号，再通过信号处理芯片将电压模拟信号进行放大，放大后的电压模拟信号由经电缆传递到电连接器，经电连接器输出到后级数据处理及采集系统进行处理，作为故障发生与否的量化依据，从而，本申请提供的传感器，相较于现有技术而言，可提取出受电弓局部微小的故障信号，且能够实现受电弓实时定量标准化故障监测。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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申请的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的传感器的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的传感器的俯视图；

图3为本实用新型实施例提供的传感器底座的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的传感器底座的俯视图；

图5为本实用新型实施例提供的传感器底座的剖面图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

请如图1至图5所示，本申请实施例提供的传感器，包括：传感器底座1；印制电路板2；设于所述印制电路板2上的敏感元件3，用于转化感应到的振动冲击物理量为电压模拟信号；电连接器4；连接于所述印制电路板2与所述电连接器4的电缆5。

本实用新型实施例提供一种传感器，与现有技术相比，包括：传感器底座1，传感器底座1上安装有印制电路板2，印制电路板2上设有敏感元件3，连接于印制电路板2与电连接器4的电缆5。应用过程中，传感器底座1安装于受电弓弓头上，振动冲击信号通过安装螺栓传递至传感器底座1，再传递至印制电路板2，通过敏感元件3将实时感应到的振动冲击物理量转化为电压模拟信号，再通过信号处理芯片将电压模拟信号进行放大，放大后的电压模拟信号由经电缆5传递到电连接器4，经电连接器4输出到后级数据处理及采集系统进行处理，作为故障发生与否的量化依据，从而，本申请实施例提供的传感器，相较于现有技术而言，可提取出受电弓局部微小的故障信号，且能够实现受电弓实时定量标准化故障监测。

具体地，在本实用新型实施例中，印制电路板2包括：设于传感器底座1 内部底面上的PCB底板201；设于传感器底座1内部侧面上的PCB侧板202；连接PCB底板201与PCB侧板202的柔性电路板。

具体地，在本实用新型实施例中，敏感元件3设于所述印制电路板2上具体为：敏感元件3具体设于所述PCB侧板202上。

具体地，在本实用新型实施例中，PCB底板201设于传感器内部底面上具体为：PCB底板201胶粘于传感器底座1的内部底面上；PCB侧板202设于传感器底座1内部侧面上具体为：PCB侧板202胶粘于传感器底座1的内部侧面。

具体地，在本实用新型实施例中，印制电路板2包括：基准电路，用于利用稳压电路提供基准电压为敏感元件供电；芯片外围电路，利用电容对芯片输入及输出作滤波处理；侧板放大电路，用于利用标准放大电路对芯片输出信号及灵敏度进行放大。

具体地，在本实用新型实施例中，基准电路、芯片外围电路设于PCB底板201上。

具体地，在本实用新型实施例中，侧板放大电路设于PCB侧板202上。

其中，这种将印制电路板2分为PCB底板201与PCB侧板202，再用柔性电路板连接的安装方式能有效的减小传感器尺寸与重量，提高传感器底座的空间利用率，将MEMS敏感件设于PCB侧板202上，有效利用敏感件最为敏感的Y轴进行冲击信号的采集，有效地感应振动及冲击信号，整个传感器的工序简单，内部结构稳定，防护等级可达IP67以上。

其中，柔性电路板的电路方面的作用在于将PCB底板201上的基准电路传递至PCB侧板202上的MEMS三轴加速度计以来供电；将PCB侧板202 的MEMS三轴加速度计输出的信号传递至PCB底板201上以通过PCB底板 201上的放大电路将信号放大至需求范围，进而通过焊接在底面板上的电缆5 输出至电连接器4；

此外，柔性电路板的设计将整块印制电路板2一分为二，利用传感器底座1的内部立体空间，大大缩小了传感器的体积，进而减小传感器重量，以达到安装在受电弓上的重量要求，相较于现有技术而言，减小了传感器体积重量却不影响内部信号的传递。

更为具体地，传感器底座1通过螺栓固定在受电弓弓头上，使传感器紧贴受电弓弓头，更好地传递振动冲击信号。

更为具体地，传感器底座1与传感器盖板7均为不锈钢材料，具有良好的耐腐蚀性、耐热性、低温强度和机械特性，传感器底座1与传感器盖板7 通过激光焊接的方式进行连接。

其中，PCB侧板202、PCB底板201与传感器底座1内部紧密胶粘连接，这样的结构与安装方式使得振动冲击信号可由受电弓通过螺栓传递至传感器底座1，再因为传感器底座1与印制电路板2的紧密相连传递至印制电路板2，最后传递至紧密焊接在印制电路板2上的信号处理芯片，其感受振动和冲击纵波激励而发生的广义共振，使其内部电气隔离的电容差分单元产生全差分信号，由其内部电路测量全差分信号并输出响应的电压。

具体地，在本实用新型实施例中，传感器底座1上还设有传感器盖板7，用于密封印制电路板2。

具体地，在本实用新型实施例中，传感器盖板7与传感器底座1通过激光焊接连接，传感器底座上1边缘设有用于安装所述传感器盖板7的凸棱。

具体地，在本实用新型实施例中，传感器还包括：保护套管6，保护套管 6嵌于传感器底座1的出线口处，用于分隔传感器底座1与电缆5。其中，保护套管6嵌于传感器底座1的出线口处，隔开电缆5与传感器底座1，防止在加工操作的过程中，电缆5被传感器底座1刮伤，用以保护电缆5。

具体地，在本实用新型实施例中，三轴加速度传感器具体为MEMS三轴加速度传感器。

更为具体地，MEMS三轴加速度传感器通过锡焊的方式焊接在PCB侧板 202上。

具体地，在本实用新型实施例中，传感器底座1内部灌有密封胶。

更为详细地阐述说明，本实用新型提供的传感器，可应用于铁路机车、城轨车辆、动车组的受电弓监测。

需要说明的是，现如今受电弓的故障诊断，主要是通过图像检测来完成，通过观测采集到的受电弓的图像，判断受电弓是否发生故障。然而，目前对受电弓有无故障的判断是通过摄像头拍摄的图像进行故障识别，只能进行定性判断，没有定量标准，很难识别到局部微小故障；而用视频监控的方法进行故障判断也有一定的局限性，背对摄像头的地方成为了监控盲区，无法监测到；此外，由于摄像头远距离的安装条件，类似于网线硬点、碳刷裂纹、异常磨损等局部微小故障难以通过图像识别的方式来判定。

为克服现有技术中心存在的上述缺陷，本发明实施例提供一种传感器，其通过振动冲击方式实现受电弓故障的监测。

传感器的敏感端安装在受电弓上，其敏感元件为MEMS三轴加速度传感器，敏感方向为横向、垂向、纵向；通过将横向、垂向、纵向三个方向的振动物理量，以及垂向的冲击物理量转化为模拟量输出给后级电路进行处理，从而作为故障发生与否的量化依据。

本实用新型涉及的传感器，安装位置在受电弓弓头，通过物理连接的方式感应受电弓的振动和冲击信号，再经过系列处理电路即可提取出受电弓局部微小的故障信号。在本实用新型实施例中，三坐标传感器安装在受电弓弓头上，以MEMS芯片为敏感元件，实时敏感受电弓振动及冲击信号，然后将这些物理信号转变为模拟信号进行处理及传递给后级信号处理单元。

MEMS三轴加速度传感器通过锡焊的方式焊接在印制电路板侧面板上，用以感应横向、垂向、纵向三轴振动物理量及垂向冲击物理量。电缆连接印制电路板端以表面焊接的方式焊接在印制电路板底面板上，并通过传感器底座出线口引出。

其中，印制电路板侧面板上的所选的MEMS三轴加速度传感器的作用是将传感器感应到的振动冲击物理量转化为电压模拟量，而这些电压模拟量是需要进行处理，芯片也是需要稳定的基准电压供电的，印制电路板底面板的作用为给芯片提供基准电压及芯片输出的模拟信号放大，放大后的电压模拟量经由电缆传递到电连接器。

此外，印制电路板上还具有基准电源电路、芯片外部电路、放大电路，基准电源电路位于印制电路板的底面板上，其核心部件为精密稳压源，作用是提供基准电源给所选MEMS芯片。

其中，芯片外部电路位于印制电路板的侧面板上，由多个去耦电容组成，作用是消除基准输入信号的高频噪声，所选MEMS芯片输出直流信号为输入直流信号的一半，输出灵敏度为按直流信号等比例缩放后的数值。

其中，放大电路位于印制电路板的底面板上，作用是将芯片输出的直流信号与灵敏度进行放大，所选MEMS三轴加速度传感器敏感振动和冲击信号输出，通过PCB板底板上的放大电路将加速度计三轴工作点及灵敏度偏置放大，并将灵敏度放大到具有良好信噪比且满足应用需求范围内。

偏置放大后的信号以电压的方式输出到多芯屏蔽电缆，经电连接器输出到外部信号处理系统。

对于电路中运算放大器的选型，需考虑传感器量程，信号不产生限幅、失真情况，高低轨均需满足要求。

综上所述，本实用新型实施例提供的传感器，应用于铁路机车、城轨车辆、动车组的受电弓监测中，其传感器底座安装于受电弓弓头上，振动冲击信号通过安装螺栓传递至传感器底座，振动冲击信号通过安装螺栓传递至传感器底座，三轴加速度计将实时感应到的振动冲击物理量转化为电压模拟信号，再通过电路板上的芯片外部电路、放大电路，对三轴加速度计输出的电压模拟量进行去噪、放大处理后，经电缆传递到电连接器，经电连接器输出到外部的信号处理系统进行处理，作为故障发生与否的量化依据，从而，本申请提供的传感器，克服了通过摄像头拍摄图像进行故障识别存在无法定量标准、难识别到局部微小故障的缺陷，相较于现有技术而言，可提取出受电弓局部微小的故障信号，且能够实现受电弓实时定量标准化故障监测。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种传感器，其特征在于，包括：

传感器底座；

印制电路板；

设于所述印制电路板上的敏感元件，用于转化感应到的振动冲击物理量为电压模拟信号；

电连接器；

连接于所述印制电路板与所述电连接器的电缆。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述印制电路板包括：

设于所述传感器底座内部底面上的PCB底板；

设于所述传感器底座内部侧面上的PCB侧板；

连接所述PCB底板与所述PCB侧板的柔性电路板。

3.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述敏感元件设于所述印制电路板上具体为：所述敏感元件具体设于所述PCB侧板上。

4.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述PCB底板设于所述传感器内部底面上具体为：所述PCB底板胶粘于所述传感器底座的内部底面上；所述PCB侧板设于所述传感器底座内部侧面上具体为：所述PCB侧板胶粘于所述传感器底座的内部侧面。

5.根据权利要求2至4任意一项所述的传感器，其特征在于，所述印制电路板包括：基准电路，用于利用稳压电路提供基准电压为所述敏感元件供电；芯片外围电路，利用电容对芯片输入及输出作滤波处理；侧板放大电路，用于利用标准放大电路对芯片输出信号及灵敏度进行放大。

6.根据权利要求5所述的传感器，其特征在于，所述基准电路、所述芯片外围电路均设于所述PCB底板上。

7.根据权利要求5所述的传感器，其特征在于，所述侧板放大电路设于所述PCB侧板上。

8.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器底座上还设有传感器盖板，用于密封所述印制电路板。

9.根据权利要求8所述的传感器，其特征在于，所述传感器底座上边缘设有用于安装所述传感器盖板的凸棱；所述传感器盖板与所述传感器底座通过激光焊接连接。

10.根据权利要求9所述的传感器，其特征在于，所述传感器底座与所述传感器盖板均由不锈钢材料制成。

11.根据权利要求10所述的传感器，其特征在于，所述传感器底座内部灌有密封胶。

12.根据权利要求1至4任意一项所述的传感器，其特征在于，所述敏感元件具体为三轴加速度传感器。