CN211373494U - 基于电涡流传感器的碳滑板厚度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了基于电涡流传感器的碳滑板厚度测量装置，属于测量设备领域，包括探头组件和监测器，探头组件包括支架、滑块和传感器，支架为竖直设置的槽型结构，滑块设在支架内且相对支架上下移动设置，滑块与支架的下端面之间设有使滑块向下运动的弹簧，滑块的上端设有感应片，支架与感应片对应的区域设有避位孔，传感器相对感应片设置且检测感应片的上下位置，传感器与监测器电连接，监测器，用来接收、处理和显示数据。本实用新型快速的测试碳滑板在不同位置的厚度参数，并可进行数据显示和输出，测量更加智能化和自动化，精度更好，准备性更好，而且方便存储和后续分析。

Description

基于电涡流传感器的碳滑板厚度测量装置

技术领域

本实用新型属于测量设备领域，涉及零件的厚度检测，尤其涉及铁路上受电弓上的碳滑板厚度测试。

背景技术

将火车与高压线连接起来的那个装置名叫“受电弓”，其实只要火车在跑，那么受电弓就会持续受到磨损，受电弓的弓头上面都有几块可拆卸的碳或者粉末合金的导电性滑板，用来与接触网接触从上面取电，这个滑板的质地是比较软的，因此在与接触网摩擦的时候主要的损耗在滑板上，对接触网线的磨损就相当小了，当滑板磨耗到限的时候只需在日常机车的保养中更换就可以了，这样虽然也比较麻烦，但是总比更换接触网线省劲，滑板通常由石墨制成，石墨磨损较快，需要定期更换碳滑板，更换方便易行，成本低廉，此滑板称作碳滑板，碳滑板主要由铝板和碳层构成，机车运行过程中碳层与电线接触将电流引入到机车中，给机车供电，受到磨损之后，碳层厚度减少，现行检测要求碳层厚度小于5mm时进行更换。

碳滑板的厚度是决定其是否需要更换的主要参数，如果碳滑板的最薄处不符合使用规格，那么就需要更换，因此准确的测量碳滑板的最薄厚度至关重要，不到一定厚度更换，更换频繁了，安全性提升了，但是增加成本，浪费原料，但是如果不按时更换会存在更严重的安全隐患，现阶段铁路机务段工作人员对碳滑板厚度的测试主要是使用游标卡尺对碳滑板的厚度进行测量，然后记录测试数据，存在人为误差，只能进行点位测试，靠目视确定碳滑板厚度最薄位置。

通过查找文献，发现一种受电弓碳滑板厚度测试的专用工具，设置断面逐渐增加且带有刻度的槽，参见专利号为CN200520135437.2的专利文献，但是这种方法效率低、精度低、准确性差，测量尺寸不连续，存在人为因素的影响和安全隐患，不适应电气化铁路的迅速发展。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是在于提供基于电涡流传感器的碳滑板厚度测量装置，快速的测试碳滑板在不同位置的厚度参数，并可进行数据显示和输出，测量更加智能化和自动化，精度更好，准备性更好，而且方便存储和后续分析。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：基于电涡流传感器的碳滑板厚度测量装置，包括探头组件和监测器，所述探头组件包括支架、滑块和传感器，所述支架为竖直设置的槽型结构，所述滑块设在所述支架内且相对所述支架上下移动设置，所述滑块与所述支架的下端面之间设有使所述滑块向下运动的弹簧，所述滑块的上端设有感应片，所述支架与所述感应片对应的区域设有避位孔，所述传感器相对所述感应片设置且检测所述感应片的上下位置，所述传感器与所述监测器电连接；

所述监测器，用来接收、处理和显示数据。

进一步的，所述滑块的下端中部嵌设有第一万向球轴承，所述第一万向球轴承的下端面低于所述滑块的下端设置，所述支架的下端面上嵌设有多个第二万向球轴承，所述第二万向球轴承的上端面高于所述支架的上端面设置，所述第一万向球轴承设在多个所述第二万向球轴承形成的区域正上方。

进一步的，所述支架包括底板、竖板和顶板，所述避位孔设在所述顶板上，所述竖板的断面为槽形且开口朝向所述滑块设置，所述滑块与所述竖板之间设有固定板，所述固定板与所述竖板固定连接，所述滑块与所述固定板通过线轨上下滑动连接，所述弹簧设在所述滑块与所述底板之间且对所述滑块有拉力，所述弹簧的一端与所述底板固定连接，另一端与所述滑块的下端固定连接。

进一步的，所述支架的上端固设有顶盖，所述传感器嵌设在所述顶盖的下端，所述顶盖靠近所述支架的一端设有第一线槽，所述支架的上端设有第二线槽，所述第一线槽和第二线槽上下对应设置，所述第一线槽与所述传感器的信号线对应设置。

进一步的，所述滑块为T形且较宽的一端与所述支架配合设置，所述感应片为45号钢片，所述感应片、滑块远离所述支架的一端与所述支架平齐设置，所述感应片长度方向的两端为弧形。

进一步的，所述传感器为电涡流传感器或激光距离传感器，所述传感器为扁平状的T形结构且上端设有第三线槽。

进一步的，所述传感器为大量程测距电涡流传感器，直径25mm，量程20mm，精度±1.5％，所述监测器包括前置器，所述前置器为与传感器配套的小体积前置器。

进一步的，所述监测器包括进行模拟数字变换并获得传感器与感应片之间距离值的处理器，所述处理器选择STM32F103系列32位处理器。

进一步的，所述监测器包括显示屏和薄膜按键，所述显示屏进行处理器处理后的数据形成的文本和曲线的显示，所述薄膜按键用于输入参数和流程控制。

进一步的，所述监测器还包括供电电路、CAN接口和SD卡接口电路，所述供电电路为DCDC电源变换器，所述CAN接口用于将设备采集到的碳滑板厚度信息上传给第三方采集控制系统，所述SD卡接口电路用于将采集到的碳滑板厚度信息存储至SD卡中，以EXCEL文档形式进行存储。

与现有技术相比，本实用新型具有的优点和积极效果如下。

1、本实用新型碳滑板位于滑块与支架的下端面之间，在弹簧的作用下，滑块与碳滑板始终处于贴合状态，将探头组件从碳滑块的一端移动到另一端，在不同的厚度位置，滑块的上下位置就不同，进而带动感应片的上下位置变化，传感器接收相应的数据信号并进行处理，转化为对应的厚度数据并进行显示，同时监测器的内部设置SD卡接口电路，方便将数据导出和存储，实现了测量过程中数据的自动存储和显示，提升了劳动效率，提升了测试精度，同时降低了劳动强度，测试精度的提升，可实现在更为精确的范围内更换碳滑块，不会浪费也保证了安全性，降低了维护成本；

2、设置第一万向轴承和第二万向轴承后，减少与碳滑块的接触面积，使得二者与碳滑块均是点接触，减少摩擦力，方便探头组件在碳滑块上快速的移动，降低劳动强度，使得测试更加方便和快捷；

3、设置顶盖的结构，对传感器起到保护的作用，避免外界环境对传感器总成损害，大大延长了传感器的使用寿命，设置第一线槽和第二线槽后，有利于传感器的信号线经过，有一定的导向和保护作用，使得出线方便而且更加规矩化；

4、传感器为扁平状的T形结构，相对常见的圆柱形结构，此结构形式占用的空间更小，使得整体的结构更加紧凑，占用空间更小，而且方便拿放，整体外形也更加美观。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型基于电涡流传感器的碳滑板厚度测量装置左视的结构示意图。

图2为本实用新型基于电涡流传感器的碳滑板厚度测量装置右视的结构示意图。

图3为本实用新型基于电涡流传感器的碳滑板厚度测量装置的纵向剖视图。

图4为本实用新型基于电涡流传感器的碳滑板厚度测量装置后视的结构示意图。

图5为本实用新型支架的结构示意图。

图6为本实用新型顶盖的结构示意图；

图7是本实用新型传感器俯视的结构示意图；

图8是本实用新型传感器仰视的结构示意图；

图9是本实用新型监测器的正视图；

图10是本实用新型探头组件的电路原理图；

图11是本实用新型显示屏的电路原理图；

图12是本实用新型供电电路的电路原理图；

图13是本实用新型CAN接口电路的电路原理图；

图14是本实用新型SD卡接口电路的电路原理图。

附图标记：

11、支架；111、第二万向轴承；112、底板；113、竖板；114、顶板；1141、第二线槽；115、避位孔；12、滑块；121、第一万向轴承；13、感应片；14、顶盖；141、第一线槽；15、固定板；16、升降板；17、传感器；171、第三线槽；172、穿线孔；173、密封槽；18、弹簧；21、壳体；22、护角；23、第一航空接头；24、第二航空接头；25、充电接头；26、显示屏；27、薄膜按键；28、把手。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细说明。

如图1～图9所示，本实用新型为基于电涡流传感器的碳滑板厚度测量装置，包括探头组件和监测器，探头组件包括支架11、滑块12和传感器17，支架11为竖直设置的槽型结构，滑块12设在支架11内且相对支架11上下移动设置，滑块12与支架11的下端面之间设有使滑块12向下运动的弹簧18，滑块12的上端设有感应片13，支架11与感应片13对应的区域设有避位孔115，传感器17相对感应片13设置且检测感应片13的上下位置，传感器17与监测器电连接；监测器，用来接收、处理和显示数据，碳滑板位于滑块12与支架11的下端面之间，在弹簧18的作用下，滑块12与碳滑板始终处于贴合状态，将探头组件从碳滑块12的一端移动到另一端，在不同的厚度位置，滑块12的上下位置就不同，进而带动感应片13的上下位置变化，传感器17接收相应的数据信号并进行处理，转化为对应的厚度数据并进行显示，同时监测器的内部设置SD卡接口电路，方便将数据导出和存储，实现了测量过程中数据的自动存储和显示，提升了劳动效率，提升了测试精度，同时降低了劳动强度，测试精度的提升，可实现在更为精确的范围内更换碳滑块12，不会浪费也保证了安全性，降低了维护成本，铁路生产线用碳滑块12使用量巨大，每个碳滑块12的成本改变影响的是巨大的成本改变，而且在现有成熟技术中进行微小的技术突破都是难上加难的，本申请提供精密测量，保证了更为精确的更换周期，大大降低了维护成本。

优选地，滑块12的下端中部嵌设有第一万向球轴承，第一万向球轴承的下端面低于滑块12的下端设置，支架11的下端面上嵌设有多个第二万向球轴承，第二万向球轴承的上端面高于支架11的上端面设置，第一万向球轴承设在多个第二万向球轴承形成的区域正上方，设置第一万向轴承121和第二万向轴承111后，减少与碳滑块12的接触面积，使得二者与碳滑块12均是点接触，减少摩擦力，方便探头组件在碳滑块12上快速的移动，降低劳动强度，使得测试更加方便和快捷。

优选地，支架11包括底板112、竖板113和顶板114，避位孔115设在顶板114上，竖板113的断面为槽形且开口朝向滑块12设置，滑块12与竖板113之间设有固定板15，固定板15与竖板113固定连接，滑块12与固定板15之间设有升降板16，升降板16与固定板15通过线轨上下滑动连接，滑块12设在升降板16的上端，弹簧18设在升降板16与底板112之间且对滑块12有拉力，弹簧18的一端与底板112固定连接，另一端与升降板16的下端固定连接，此支架11结构保证了滑块12上下移动的精度，进而保证了测试精度，在本结构中，感应片13与滑块12的固定连接采用粘贴的方式，第一万向轴承121与滑块12采用粘贴的方式，第二万向轴承111与支架11采用粘贴的方式固定，其他零件之间的固定方式均采用螺丝固定的方式，结构简单，稳定可靠。

优选地，支架11的上端固设有顶盖14，传感器17嵌设在顶盖14的下端，顶盖14靠近支架11的一端设有第一线槽141，支架11的上端设有第二线槽1141，第一线槽141和第二线槽1141上下对应设置，第一线槽141与传感器17的信号线对应设置，设置顶盖14的结构，对传感器17起到保护的作用，避免外界环境对传感器17总成损害，大大延长了传感器17的使用寿命，设置第一线槽141和第二线槽1141后，有利于传感器17的信号线经过，有一定的导向和保护作用，使得出线方便而且更加规矩化。

优选地，滑块12为T形且较宽的一端与支架11配合设置，滑块12的T形结构，方便连接固锁，而且有利于减重设置，降低整体结构的重量，感应片13为45号钢片，使用寿命长，与传感器17对应，感应灵敏度高，感应片13、滑块12远离支架11的一端与支架11平齐设置，感应片13长度方向的两端为弧形，美观，而且不易碰伤操作人员。

优选地，传感器17为电涡流传感器17或激光距离传感器17，传感器17为扁平状的T形结构且上端设有第三线槽171，此传感器17的原理与普通电涡流传感器17的原理相同，结构形式更改为本申请的形式，相对常见的圆柱形结构，此结构形式占用的空间更小，使得整体的结构更加紧凑，占用空间更小，而且方便拿放，整体外形也更加美观，传感器17的下端设有四个穿线孔172，穿线孔172相对中心的感应区周向均布设置，穿线孔172的下端设有内凹的密封槽173，有利于穿线后进行密封，防止受潮或者其他外界环境影响。

优选地，传感器17为大量程测距电涡流传感器17，直径25mm，量程20mm，精度±1.5％，监测器包括前置器，前置器为与传感器17配套的小体积前置器，便于集成到碳滑板测厚设备中。

优选地，监视器的壳体21由钣金壳体21组成且四角设有护角22，监测器包括进行模拟数字变换并获得传感器17与感应片13之间距离值的处理器，处理器选择STM32F103系列32位处理器，STM32F系列属于中低端的32位ARM微控制器，该系列芯片是意法半导体(ST)公司出品，其内核是Cortex-M3。该系列芯片按片内Flash的大小可分为三大类：小容量(16K和32K)、中容量(64K和128K)、大容量(256K、384K和512K)。芯片集成定时器，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART，等多种功能，电涡流传感器17产生的电压信号连接至处理器ADC引脚，由处理器进行模拟数字变换，获得数字量，再经过线性化和标定算法，获得传感器17与目标金属片之间距离值，处理器所在的电路板与监测器的壳体21通过铜柱连接。

优选地，监测器包括显示屏26和薄膜按键27，显示屏26进行处理器处理后的数据形成的文本和曲线的显示，采用UART液晶模块为成品彩色TFT显示屏26器件，使用UART接口并采用5V供电即可进行显示，人机界面友好，显示屏26与壳体21通过螺丝进行连接和固定，薄膜按键27用于输入参数和流程控制；更优先地，检测器的上端设有螺纹连接的第一航空接头23、第二航空接头24和充电接头25，第一航空接头23用于连接电涡流传感器17连接线，第二航空接头24用于通讯数据导出，充电接头25用于连接充电器，更优选地，薄膜按键27通过粘贴的方式与壳体21固定连接，薄膜按键27上包括back键，上键，下键，左键，右键，开机键，set键，开机键用于设备的开关机；左键用于确定测试位置的起始点；右键用于确定测试位置的结束点；set键用于设备清零操作；back键作为功能键，用户日期，列车编号，碳滑板编号等信息的选择；上键是功能键，用户日期，列车编号，碳滑板编号等信息的选择；上键是功能键，用户日期，列车编号，碳滑板编号等信息的选择；更优选地，监测器的一侧设有方便拿放的把手28。

显示屏26区域分为上下两部分，上部分从左到右依次设置为A、B和C区域，下部分设置为D区域，区域A用于显示测试结束后平均划分的五个区域的最小值；区域B用于显示碳滑板的实时厚度；区域C用于显示碳滑板的厚度状态，当超过限定值时，显示为红色，未超过限定值时显示绿色；区域D用于显示用户操作提示信息。

优选地，监测器还包括供电电路、CAN接口和SD卡接口电路，供电电路为DCDC电源变换器，使用DCDC电源变换器LM2676将电池电压8.4V转化为5V给液晶及电涡流前置器供电，这种器件的变换效率高达85％以上，适合电池供电的便携设备；再使用LDO低压差电源器件LM1117-3.3V将5V转化为3.3V给单片机供电，该类器件的特点是压差较小，输出纹波低，CAN接口用于将设备采集到的碳滑板厚度信息上传给第三方采集控制系统，SD卡接口电路用于将采集到的碳滑板厚度信息存储至SD卡中，以EXCEL文档形式进行存储，便于进行数据管理。

在实际工作过程中，长按开机键，设备启动，显示屏26被点亮,点击set键，进行清零操作，完成校准，将探头组件置于要测试的碳滑板起点，即碳滑板的一端，然后点击左键，确定起点位置，发出滴滴的声音后，在碳滑板上移动探头装置，区域B实时显示测试距离，移动至结束点，点击右键，确定结束位置，测试过程中，碳滑板厚度小于设定的界限值时，区域C变为红色，同时蜂鸣器发出异响，提醒操作人员此处超限；碳滑板厚度未小于设定的界限值时，区域C变为绿，点击右键后，区域A显示从起点位置至终点位置均分为5个区域后，每个区域的最小值，点击上键，可将测试数据输出，点击下键，可将本次测试碳滑板的形貌曲线显示，本申请将传统的手工测量和记录转化为简单的移动动作，在移动的过程中，完成各个点厚度的测量的以及数据的记录，同时在测量过程中，针对不合格的数据参数设置蜂鸣器进行报警，实时提醒，测试的精度更高，操作更加方便快捷，自动化程度更高，而且可进行数据的距离和导出，方便后续对数据整理进行批量的分析和总结，为后续技术的研发和改进提供基础的数据和基础，而且降低了劳动强度，提升了工作效率。

以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.基于电涡流传感器的碳滑板厚度测量装置，其特征在于：包括探头组件和监测器，所述探头组件包括支架、滑块和传感器，所述支架为竖直设置的槽型结构，所述滑块设在所述支架内且相对所述支架上下移动设置，所述滑块与所述支架的下端面之间设有使所述滑块向下运动的弹簧，所述滑块的上端设有感应片，所述支架与所述感应片对应的区域设有避位孔，所述传感器相对所述感应片设置且检测所述感应片的上下位置，所述传感器与所述监测器电连接；

所述监测器，用来接收、处理和显示数据。

2.根据权利要求1所述的基于电涡流传感器的碳滑板厚度测量装置，其特征在于：所述滑块的下端中部嵌设有第一万向球轴承，所述第一万向球轴承的下端面低于所述滑块的下端设置，所述支架的下端面上嵌设有多个第二万向球轴承，所述第二万向球轴承的上端面高于所述支架的上端面设置，所述第一万向球轴承设在多个所述第二万向球轴承形成的区域正上方。

3.根据权利要求1所述的基于电涡流传感器的碳滑板厚度测量装置，其特征在于：所述支架包括底板、竖板和顶板，所述避位孔设在所述顶板上，所述竖板的断面为槽形且开口朝向所述滑块设置，所述滑块与所述竖板之间设有固定板，所述固定板与所述竖板固定连接，所述滑块与所述固定板通过线轨上下滑动连接，所述弹簧设在所述滑块与所述底板之间且对所述滑块有拉力，所述弹簧的一端与所述底板固定连接，另一端与所述滑块的下端固定连接。

4.根据权利要求1所述的基于电涡流传感器的碳滑板厚度测量装置，其特征在于：所述支架的上端固设有顶盖，所述传感器嵌设在所述顶盖的下端，所述顶盖靠近所述支架的一端设有第一线槽，所述支架的上端设有第二线槽，所述第一线槽和第二线槽上下对应设置，所述第一线槽与所述传感器的信号线对应设置。

5.根据权利要求1所述的基于电涡流传感器的碳滑板厚度测量装置，其特征在于：所述滑块为T形且较宽的一端与所述支架配合设置，所述感应片为45号钢片，所述感应片、滑块远离所述支架的一端与所述支架平齐设置，所述感应片长度方向的两端为弧形。

6.根据权利要求1所述的基于电涡流传感器的碳滑板厚度测量装置，其特征在于：所述传感器为电涡流传感器或激光距离传感器，所述传感器为扁平状的T形结构且上端设有第三线槽。

7.根据权利要求1所述的基于电涡流传感器的碳滑板厚度测量装置，其特征在于：所述传感器为大量程测距电涡流传感器，直径25mm，量程20mm，精度±1.5％，所述监测器包括前置器，所述前置器为与传感器配套的小体积前置器。

8.根据权利要求1所述的基于电涡流传感器的碳滑板厚度测量装置，其特征在于：所述监测器包括进行模拟数字变换并获得传感器与感应片之间距离值的处理器，所述处理器选择STM32F103系列32位处理器。

9.根据权利要求8所述的基于电涡流传感器的碳滑板厚度测量装置，其特征在于：所述监测器包括显示屏和薄膜按键，所述显示屏进行处理器处理后的数据形成的文本和曲线的显示，所述薄膜按键用于输入参数和流程控制。

10.根据权利要求8所述的基于电涡流传感器的碳滑板厚度测量装置，其特征在于：所述监测器还包括供电电路、CAN接口和SD卡接口电路，所述供电电路为DCDC电源变换器，所述CAN接口用于将设备采集到的碳滑板厚度信息上传给第三方采集控制系统，所述SD卡接口电路用于将采集到的碳滑板厚度信息存储至SD卡中，以EXCEL文档形式进行存储。

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